天然氣基礎(chǔ)知識

1、天然氣基礎(chǔ)知識天然氣基本知識第一部分 基本理論一、一次能源概念及分類一次能源是指直接取自自然界，沒有經(jīng)過加工轉(zhuǎn)換的各種能量和資源，它包括：原煤、原油、天然氣、油頁巖、核能、太陽能、水力、風(fēng)力、波浪能、潮汐能、地?zé)?、生物質(zhì)能和海洋溫差能等等。一次能源根據(jù)它們是否能夠再生而分成再生能源和非再生能源。再生能源：可再生能源是清潔能源，是指在自然界中可以不斷再生、永續(xù)利用、取之不盡、用之不竭的資源，它對環(huán)境無害或危害極小，而且資源分布廣泛，適宜就地開發(fā)利用，主要包括：太陽能、水能、風(fēng)能、海洋能、潮汐能等。非再生能源：煤炭、石油、天然氣、油頁巖和核燃料鈾等。其中煤炭、石油、天然氣和油頁巖等非再生能源又叫化

2、石燃料、燃料礦石和礦物燃料。二、天然氣概念廣義：自然界一切天然因素形成的氣體，都可稱為天然氣。如大氣、地下氣、宇宙氣等。狹義：是指存在于地下巖層中的各種氣體，天然氣的成分不是單一的，而是由多種氣態(tài)物質(zhì)組成的混合物，如氣層氣、油田氣、煤層氣等。三、天然氣分類1按重?zé)N氣含量分類a、干氣 甲烷含量在氣體成分中占95%以上，重?zé)N氣含量很少，不超過1%4%。它不及石油伴生，可單獨形成純氣藏。b、濕氣 氣體成分中含重?zé)N氣超過5%，即為濕氣，濕氣常及石油伴生。如我國大慶、遼河、大港等油田所產(chǎn)天然氣多為濕氣。c、富氣是指含C3、C4、C5等重碳成分較高的天然氣，一般占10%以上；d、貧氣是指含C3、C4、C5

3、等重碳成分較少的天然氣，一般占10%以下；2、按產(chǎn)出分類a、氣田氣 從氣井中開采出來的天然氣，不及油藏伴生的單一天然氣聚集的氣體，氣體成分以甲烷為主，其含量達(dá)到95%以上，重?zé)N氣含量極少，不超過1%4% ,屬于干氣；b、油田氣 主要指及石油共存的天然氣。可溶于油內(nèi)或在油氣藏中呈游離氣態(tài)，也可以單獨氣藏及油藏共處于同一油氣田中，一般油田氣除以甲烷為主外還含有較多的重?zé)N氣，重?zé)N含量可達(dá)百分之幾至幾十，屬于濕氣。c、凝析氣 當(dāng)?shù)叵聹囟?、壓力超過臨界溫度單一氣體都有一特定溫度，高于此溫度時不管加多大壓力都不能使該氣體轉(zhuǎn)化為液體，該特定溫度成為臨界溫度。甲烷的臨界溫度為-82.5后液態(tài)烴逆蒸發(fā)作用而形成

4、的氣體。d、煤層氣 指煤層中的游離氣和吸附氣，主要成分是甲烷，此外還伴生有氮氣、二氧化碳、氫氣等。3、按狀態(tài)分類a、普通天然氣 是指常溫常壓下的天然氣，相對密度為0.59，在標(biāo)準(zhǔn)狀況（101325Pa，0）下，天然氣混合物的密度為0.71 Kg/m3，空氣密度為1.29 Kg/m3，相對密度就是二者的比值； b、壓縮天然氣（CNG） 是指壓力達(dá)到20MPa以上的天燃?xì)?，一般壓力?5MPa，體積是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的1/300，是理想的汽車燃料;c、液化天然氣（LNG） 是指轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的天然氣，一般在常壓下，溫度冷卻到-162天然氣由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，體積縮小為原來的1/600，密度為0.42-0.46t

5、/m3；如果在20MP下，冷卻至-140則由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài).d、可燃冰 可燃冰的學(xué)名為“天然氣水合物”，是天然氣在0和30個大氣壓的作用下結(jié)晶而成的“冰塊”?！氨鶋K”里甲烷占80%99.9%，可直接點燃，燃燒后幾乎不產(chǎn)生任何殘渣，污染比煤、石油、天然氣都要小得多。1立方米可燃冰可轉(zhuǎn)化為164立方米的天然氣和0.8立方米的水。目前，全世界擁有的常規(guī)石油天然氣資源，將在40年或50年后逐漸枯竭。而科學(xué)家估計，海底可燃冰分布的范圍約4000萬平方公里，占海洋總面積的10%，海底可燃冰的儲量夠人類使用1000年，因而被科學(xué)家譽為“未來能源”、“21世紀(jì)能源”。 2019年5月1日凌晨，我國在南海北部成功

6、鉆獲天然氣水合物實物樣品“可燃冰”，從而成為繼美國、日本、印度之后第4個通過國家級研發(fā)計劃采到水合物實物樣品的國家。 四、天然氣化學(xué)組成a、烴類氣體 主要是甲烷（CH4）一般占80%以上，其次為乙烷（C3H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）、戊烷（C5H12）等；b、非烴氣體 二氧化碳（CO2）、硫化氫（H2S）、一氧化碳（CO）、氮氣（N2）等；c、稀有氣體 氦氣（Ne）、氬氣（Ar）等。五、天然氣主要成分a、可燃?xì)怏w 主要是甲烷（CH4）等烴類氣體；b、酸性氣體 如二氧化碳（CO2）、硫化氫（H2S）等；c、水蒸氣六、天然氣的物理性質(zhì)未處理的可有汽油味，有時有硫化氫味。經(jīng)處理過的天

7、然氣是無色、無味、無毒和無腐蝕性的氣體，主要物理性質(zhì)是具有可燃性。c、溶解性 天然氣溶于水和石油，甲烷在石油中的溶解度約等于水中的九倍。d、可燃性 每立方米天燃?xì)馊紵龝r所放出的熱量稱為熱值，甲烷的熱值為35-38兆焦/標(biāo)準(zhǔn)立方米；約8500大卡/立方米e、可壓縮性 七、天然氣爆炸極限天然氣在空氣中的爆炸極限是上限為15%，下限為5% 。八、天然氣的化學(xué)反應(yīng)甲烷的分子結(jié)構(gòu)是由一個碳原子和四個氫原子組成，燃燒主要產(chǎn)物是二氧化碳和水。CH4+2O2 CO2+2H2O甲烷及水蒸氣作用 將甲烷和水蒸氣通過貯有鎳或三氧化二鋁催化劑的反應(yīng)器在850左右就發(fā)生轉(zhuǎn)化作用生成一氧化碳和氫氣。一氧化碳和氫氣可用來合

8、成甲醇、合成氨等等，工業(yè)上叫做合成氣。十二、天然氣重要性質(zhì)1、低相對密度 天然氣（絕對密度0.71kg/m3）相對密度為0.59.因此比空氣輕，易擴散，安全性高。2、可燃性 天然氣是一種可燃?xì)怏w，且具有很高的熱值，其熱值一般為35-38MJ/方，即8500大卡左右，比普通煤氣大2.5倍（煤氣的熱值為15-17MJ/方），是理想的高效燃料。3、可壓縮性 增壓20-25MPa體積縮小為240-300分之一。天然氣是高壓、易燃、易爆的危險化學(xué)品十三、天然氣、汽油、液化石油氣和人工煤氣熱值比較天然氣 35-38.6MJ/m3 油田伴生氣45.46MJ/m3 汽 油 36-38.8MJ/L 液化石油氣

9、45-46MJ/kg3 人工煤氣 16.5-17.6 MJ/m3熱效率關(guān)系是1m3天然氣相當(dāng)于1升汽油、相當(dāng)于0.78kg液化石油氣、相當(dāng)于2.2 m3人工煤氣。1卡=4.2J，1MJ=240大卡，1大卡=4.2KJ=4Btu，1Btu=250卡，1MBtu=29方，1方=8500大卡=35.5MJ十五、壓縮天然氣及液化天然氣的異同點相同點：二者均為天然氣，只是狀態(tài)不同，不同點：壓縮天然氣是氣態(tài)，高壓常溫，壓力一般為20MPa以上；而液化天然氣是液態(tài)，常壓低溫，溫度一般低于-162.十六、天然氣占一次能源比例一次能源消費以石油、天然氣、煤炭、核電和水利發(fā)電為基礎(chǔ)，天然氣在一次能源消費結(jié)構(gòu)中世界

10、平均水平的25%，其中，前蘇聯(lián)、中東和北美洲已經(jīng)超過世界平均水平達(dá)40%以上，而亞洲和大洋洲最低，只有12%，我國半個世紀(jì)以來天然氣在一次能源消費中一直維持在3.8%，遠(yuǎn)低于亞洲水平。目前全國天然氣消費量超過10億方的省市區(qū)有22個，超過20億方的有13個，其中四川、北京、江蘇和廣東均接近70億方。而遼寧僅有8億方，只占1.8%，不及國家平均水平的也一半。目前國家規(guī)劃到2019年力爭達(dá)到10%，因此天然氣有著巨大的發(fā)展空間。目前，遼河油田全年可生產(chǎn)8億立方米天然氣，西氣東輸項目每年通過管線輸給遼河油田60億立方米天然氣。遼河油田正在籌建中的錦采儲氣庫，預(yù)計投產(chǎn)后可以提供35億立方米的天然氣儲備

11、。十七、天然氣的優(yōu)越性1、天然氣是高熱值的能源；2、天然氣是環(huán)境污染小的能源；3、天然氣利用效率高的能源；4、天然氣是安全可靠的能源；5、天然氣是資源豐富的能源。十八、天然氣汽車優(yōu)勢天然氣作為汽車燃料有兩種形式：壓縮天然氣（CNG）和液化天然氣（LNG），以天然氣為燃料的汽車以下優(yōu)點：1、經(jīng)濟效益高在相同的當(dāng)量熱值時，1立方米天然氣的價格為1升汽油柴油的一半。如果各類發(fā)動機的熱效率比較近，則天然氣汽車的燃料費用大約是汽油車或柴油車的一半。這不僅彌補了由于汽車數(shù)量不斷增加而引起的液體燃料供應(yīng)不足，而且使用汽車的運行費用大幅度降低。2、運行安全可靠CNG、LNG和LPG汽車的氣瓶或氣罐等都很結(jié)實可

12、靠。 由于天然氣密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于空氣，當(dāng)天然氣從輸氣管線或儲氣容器中泄漏到空氣中，天然氣將向上移動，迅速擴散到空氣中。由于這一特點，天然氣的安全性優(yōu)于汽油等大多數(shù)燃料。氣體燃料系統(tǒng)的各個部件，特別是密封部分，都經(jīng)過嚴(yán)格的檢查。因此，天然氣作為汽車燃料是比較安全的；3、營運成本低 天然氣容易擴散，在發(fā)動機中容易和空氣均勻混合，燃燒比較完全、干凈、不容易產(chǎn)生積碳，抗爆性能好，不會稀釋潤滑油，因而使發(fā)動機汽缸內(nèi)的零件磨損大大減少，使發(fā)動機的壽命和潤滑油的使用期限大幅度增長。這些都會降低汽車的保養(yǎng)和運行費用，提高汽車使用的經(jīng)濟性。4、環(huán)境污染小及石油燃料相比，天然氣燃燒比較完全、干凈，可以大量地

13、降低發(fā)動機廢氣排入中的各種有害成分，這也是工業(yè)發(fā)達(dá)國家使用天然氣作為汽車燃料的一個最主要的原因。另外氣體燃料在制備過程中能量損失較小，對大氣的有害排放污染物少。從燃料來源考慮，對環(huán)境保護是更有利的；十九、LNG物化性質(zhì) 1）LNG的主要成分是甲烷，化學(xué)名稱為CH4，還有少量的乙烷C2H6，丙烷C3H8以及氮氣N2等，其他成份組成。2）臨界溫度為-82.3。3）沸點為-162.5，著火點為650。4）液態(tài)密度為0.42-0.46T/m3，氣態(tài)密度為0.688kg/Nm3。5）氣態(tài)熱值38.2MJ/m3，液態(tài)熱值52MJ/kg。6）爆炸范圍：上限為15%，下限為5%。7）辛烷值A(chǔ)STM：130（研

14、究法）。8）無色、無味、無毒且無腐蝕性。9）體積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/625。二十五、天然氣計量采用國家法定計量單位，保證計量器具量值及計量標(biāo)準(zhǔn) 量值的一致，是天然氣流量測量的基本準(zhǔn)則。天然氣計量主要是流量測量，其單位以體積表示稱“體積流量”，以質(zhì)量表示稱“質(zhì)量計量”。體積流量計量單位，符號為m3/h，體積總量計量單位符號為m3；質(zhì)量流量計量單位，符號為kg/h，質(zhì)量總量計量單位符號為kg或t。上述體積單位按GB1314-77和SY/T6143-96規(guī)定，天然氣的體積流量計量是在壓力為101.325kPa、溫度為20 這一基本狀態(tài)下的體積。 在國際天然氣貿(mào)易的情況下，由于各地區(qū)氣質(zhì)不同，

15、采用體積單位引起不少糾紛。所以國際上天然氣計量是按照能量輸送原則，即體積測量和體積發(fā)熱量的測量合成，計算出天然氣的輸送能量，計量單位熱值，符號為MJ或Mbtu。3、天然氣輸送方法a、液化運輸：LNG是天然氣凈化處理后，通過低溫冷卻而成的液化產(chǎn)物，溫度為-162，體積縮小1/600，用專用輪船或槽車運輸?shù)姆绞健Ｄ壳癓NG槽車的最大充裝量為52.8 m3，重量23噸，折合氣態(tài)天然氣3.3萬N m3。b、壓縮運輸：LNG是將凈化處理后天然氣壓縮增壓到20Mpa以上，用撬車或瓶裝的運輸方式；通常CNG撬車管束有8個瓶，單瓶容積為2.25 m3,總?cè)莘e為18 m3最大充裝量為4550 m3 經(jīng)濟運輸半徑

16、為150200公里。出租車用鋼瓶容積換算關(guān)系：1升=0.2m3 ， 1方=5升。出租車鋼瓶一般容積為65升，所以可裝天然氣13 m3。c、管道輸送：用管道把凈化處理后天然氣輸送到目的地的運輸方式。4、長距離輸氣管道是連接天然氣產(chǎn)地及消費地的運輸通道，所輸送的介質(zhì)一般經(jīng)過凈化處理的符合管輸氣質(zhì)要求的商品天然氣，又叫干線輸氣管道。我國的西氣東輸工程，世界上第一條工業(yè)規(guī)模的長距離輸氣管道是美國在1886年建成的。5、長距離輸氣管道特點 距離長、管徑大、壓力高、輸量大；6、長距離輸氣管道組成 一般由干線輸氣管段、首站、壓氣站、中間接收站、中間分輸站、清管站、截閥室、城市門站等組成。其主要功能如下 首站

17、：是對進(jìn)入管線的天然氣進(jìn)行分離調(diào)壓和計量，同時還具有氣質(zhì)檢測控制和發(fā)送清管球的功能。 壓氣站：是給氣體增壓，從而維持所要求的輸氣流量。 中間接收站：是收集管道沿線或氣源的來氣，設(shè)有天燃?xì)庹{(diào)壓計量裝置。 中間分輸站：是向管道沿線的支線或用戶供氣。設(shè)有天然氣調(diào)壓計量裝置。 清管站：是發(fā)送、接收清管器，一般兩個清管站在100-150Km左右，設(shè)有分離器及排污裝置。 截閥室：是為了及時進(jìn)行事故搶修、防止事故擴大而設(shè)置的，我國的國家標(biāo)準(zhǔn)輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范（GB50251-91）規(guī)定：截閥室間距小于32Km。 城市門站：也叫末站，具有分離、調(diào)壓、計量的功能，可直接向城市輸配氣管網(wǎng)供氣。7、其他輔助設(shè)施通

18、信系統(tǒng)和儀表系統(tǒng)是構(gòu)成管道運行SCADA系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其功能是對管道的運行過程進(jìn)行實時監(jiān)測、控制遠(yuǎn)動操作，從而保證管道安全、可靠、高效、經(jīng)濟地運行。8、城市輸配氣管道的分類(1) 按管道的功能分類a、分配管道 將燃?xì)夥峙浣o工業(yè)用戶、公共設(shè)施和居民用戶的管道，它包括從城市門站或者其他氣源接收燃?xì)獾墓艿馈⑼ㄟ^街區(qū)的配氣管道以及居民小區(qū)內(nèi)部的配氣管道；b、用戶引入管道 將燃?xì)鈴姆峙涔艿酪接脩羰覂?nèi)管道引入口處的總閥門；C、室內(nèi)燃?xì)夤艿?通過燃?xì)庖肟谔幍目傞y門將燃?xì)庖胧覂?nèi)，并分配到每一件燃?xì)庥镁?；d、企業(yè)燃?xì)夤艿?通常包括工廠引入管、廠區(qū)分配管、車間燃?xì)夤芎蜖t前燃?xì)夤艿馈?2）按燃?xì)鈮毫Ψ诸?根據(jù)我

19、國的城市燃?xì)庠O(shè)計規(guī)范，城市燃?xì)廨斉涔艿绖澐譃?個壓力等級： 高壓A級 8p16Kg 高壓B級 4p8Kg 中壓A級 2p4Kg 中壓B級 0.05p2Kg 低壓 p0.05Kg 氣體從高壓力等級的管道進(jìn)入低壓力等級的管道必須經(jīng)過調(diào)壓。9、天然氣加氣站概念天然氣加氣站是指以壓縮天然氣（CNG）形式向天然氣汽車（Natural Gas Vihicle）和大型CNG子站車提供燃料的場所。天然氣管線中的氣體一般先經(jīng)過前置凈化處理，處去其中的硫份和水分，在由壓縮機組將壓力由0.1-1.0Mpa壓縮到20Mpa，最后通過售氣機給車輛加氣。10、加氣站分類 一般根據(jù)站區(qū)現(xiàn)場或附近是否有管線天然氣，可分為常規(guī)

20、站、母站和子站。1）常規(guī)站：常規(guī)站是建在有天然氣管線能過的地方，從天然氣管線直接取氣，進(jìn)站壓力0.4Mpa，天然氣經(jīng)過脫硫、脫水等工藝，進(jìn)入壓縮機進(jìn)行壓縮，經(jīng)過壓縮后壓力為20Mpa.然后進(jìn)售氣機給汽車加氣。通常常規(guī)加氣量在600-1000m3/h之間。 2）母站：母站是尚未鋪設(shè)輸氣管道或者雖有管道但見常規(guī)站困難的地方，從天然氣管線直接取氣，進(jìn)站壓力1-1.5Mpa，經(jīng)過脫硫、脫水等工藝，進(jìn)入壓縮機進(jìn)行壓縮，然后經(jīng)過儲氣罐（20Mpa）的拖車運輸?shù)阶诱窘o汽車加氣，母站多建在城市門站附近，母站加氣量在2500-4000m3/h之間。3）子站：子站是建在加氣站周圍沒有天然氣管線的地方，通過子站運轉(zhuǎn)

21、車從母站運來的天然氣給天然氣汽車加氣，一般還需培訓(xùn)小型壓縮機和儲氣瓶組，為提高運轉(zhuǎn)車的取氣率，用壓縮機將運轉(zhuǎn)車內(nèi)的低壓氣體升壓后，轉(zhuǎn)存在儲氣瓶組內(nèi)或直接給天然氣汽車加氣。第三部分 天然氣安全知識 1、天然氣常見的火災(zāi)原因 1.1埋在地下的管線或室外管線受腐蝕、震動或冷凍等，使管道破裂漏氣，氣體通過土層或下水管線竄入室內(nèi)，接觸明火而著火或爆炸。1.2由于進(jìn)戶管線上的室內(nèi)閥門關(guān)閉不嚴(yán)，閥桿、絲扣損壞失靈，閥門不符合安全質(zhì)量要求，或誤開閥門，使天然氣逸出，遇到明火燃燒或爆炸。1.3天然氣金屬爐或爐筒及可燃建筑物、可燃物品的距離不足，閥門調(diào)整不當(dāng)，以致燒紅爐子、煙筒，烤著可燃建筑物或物品而引起火災(zāi)事故。1.4用天然氣取暖的火炕、火墻，用火時間過長，炕表面過熱烤著被褥、衣物或其它物品引起火災(zāi)。2、天然氣防火措施2.1天然氣管道不宜埋入地下，最好是架空敷設(shè)。管線的安裝要由專業(yè)人員進(jìn)行，非專業(yè)人員不得亂拉亂接。2.2管線的閥門必須完整好用，各部門不得泄漏。嚴(yán)禁用其它閥門代替針形閥門。2.3天然氣裝導(dǎo)管的兩端必須固定