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新地能源工程技术有限公司入司技术培训1新地能源工程技术有限公司入司技术培训1第一部分天然气的基础知识第一章天然气的基本概念和性质第一节燃气的分类及相关概念国内作为城市燃气的有天然气、液化石油气、人工煤气、沼气。天然气是从地下天然气矿床或石油天然气矿床中直接开采出来的可燃气体，是以碳氢化合物为主的气体混合物。煤气是用煤或焦炭等固体原料，经干馏或汽化制得的，其主要成分有一氧化碳、甲烷和氢等。烧值是3500大卡/m³左右。液化石油气(LiquefiedPetroleumGas,简称LPG)是石油炼制厂的副产品，经加压液化装入钢瓶里，打开阀门时压力减小，液化气体由液体变成气体。主要组分为丙烷、丙烯、丁烷和丁烯。此外尚有少量戊烷、戊烯及其它杂质。气态液化石油气热值为93MJ/m³（约22000大卡/m³）左右。沼气是指各种有机物质在隔绝空气的条件下发酵，在微生物作用下经生化作用产生的可燃气体，亦称生物气。其组分为甲烷和二氧化碳，还有少量氮和一氧化碳。热值约为22MJ/m³。液化石油气跟煤气相比有以下特点：第一是热值高。同体积的液化气和煤气完全燃烧，液化气的热值是煤气的6-8倍。第二是它没毒，而煤气成分中的一氧化碳有毒。第三是易爆炸，在空气里混入12.5％一74.2%的一氧化碳或4％-74.2％的氢气，遇明火就会爆炸，而爆炸时破坏性大，所以液化气有易爆炸的缺点。第二节天然气的分类依据不同的分类原则，天然气有以下三种分类方式：1、按矿藏特点分。按矿藏特点的不同，天然气可分为气田气（或称纯天然气）、凝析气田天然气和石油伴生气。气田气即纯气田天然气，在开采过程中没有或只有较少天然气油凝析出来的天然气。其特点：该天然气在气藏中，烃类以单项存在，天然气中甲烷含量高（约80%—90%），而戊烷以上烃类组分含量很少，开采过程中一般没有凝析油同时采出。凝析气田天然气是指在开采过程中有较多天然汽油凝析出来的天然气。其特点：天然气戊烷以上烃类组分含量较多，在开采中没有较重组分的原油同时采出，只有凝析油同时采出。油田气即油田伴生气，它伴随原油共生，是在油藏中与原油呈相平衡接触的气体，包括游离气（气层气）和溶解在原油中的溶解气。在油井开采中，借助气层气保持井压，而溶解气伴随原油采出，其组成和气油比因产层和开采条件不同而异，一般富含丁烷以上组分。油田伴生气被采出地面后，由于分离条件、分离方式的不同以及受气液平衡规律的限制，气相中除含有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷外，还含有戊烷、己烷甚至壬烷、癸烷组分；液相中除含有重烃外，仍含有一定量的丁烷、丙烷甚至甲烷。此外，为了降低新地能源工程技术有限公司入司技术培训2原油的饱和蒸气压，防止原油在储运过程中挥发损耗，油田上往往采用各种原油稳定工艺回收原油中的C1～C5组分，回收回来的气体，称为原油稳定气，简称原稳气。2、按天然气的烃类组成分类按天然气中烃类组分的多少可将天然气分为干气、湿气；贫气、富气。干气：戊烷以上烃类可凝结组分的含量低于100g/m³的天然气。干气中甲烷含量一般在90%以上，乙烷、丙烷、丁烷的含量不多，戊烷以上烃类组分很少。大部分气田气都是干气。湿气：戊烷以上烃类可凝结组分的含量高于100g/m³的天然气，湿气中甲烷含量一般在80%以下，戊烷以上烃类组分较高，开采时同时回收天然汽油。一般情况下，油田气和部分凝析气田可能是湿气。在工程上，也常将未经脱水脱烃处理的天然气称作湿气，而将经脱水脱烃处理后的天然气称作干气。3、按酸气含量分类按酸气（指二氧化碳和硫化物）含量多少，可将天然气分为酸性天然气和净气。酸性天然气指的是含有显著量的硫化物和二氧化碳等酸性气体，这类气体必须经过处理才能达到管输标准或商品气气质指标。净化气指的是含硫化物和二氧化碳甚微或根本不含的天然气，它不需净化处理就可外输和利用。由此可见酸性天然气和净化气的划分是比较模糊的，其具体的数值指标并无统一的标准。国内对二氧化碳的净化处理要求并不严格，一般采用四川石油管理局的管输标准（即含硫量不高于20mg/m³）作为界定指标，含硫量高于20mg/m³称为酸性天然气，否则为净化气。第三节天然气的物理性质在采气工程和天然气输配过程中，天然气密度、分子量、相对密度、临界参数等都是非常重要的物性参数。因此，研究天然气的这些物性参数概念和计算方法尤为重要。1、天然气体积的标准状态天然气的体积具有压缩性，为便于比较和计量，需要对不同温度和压力下的天然气换算成标准状态。城市燃气的计量标准条件是：绝对压力101.325kpa、温度20℃，计量单位：m³/h；m³/d。2、天然气的分子量天然气是由多种气体组成的混合气，其组分和组成无定值。天然气也没有一个唯一公认的分子式，不能象有分子式的纯气体可以从分子式计算出一个恒定的分子量。但是，工程上为了计算上的需要，人为地将标准状态下(0℃、101.325KPa)下1摩尔体积天然气的质量，定义为天然气的“视分子量”或“平均分子量”。用公式表示为：式中Mg——天然气的视分子量，g/gmol或kg/kmol；yi——组分i的摩尔组成；新地能源工程技术有限公司入司技术培训3Mi——组分i的分子量，g/gmol或kg/kmol。显然，天然气的视分子量取决于天然气的组成。各气田的天然气组成不同，视分子量也就不同。一般天然气视分子量约为16～18。干燥空气也是由氧、氮等气体组成的混合气。其通用的视分子量也是由上式确定的，其公认值为28.964。3、天然气的密度和相对密度单位体积天然气的质量，称为天然气的密度，用符号表示，则式中——天然气的密度，kg/m³；m——天然气的质量，kg；V——天然气的体积，m³。显然，天然气密度不仅取决于天然气的组成，还取决于所处的压力温度状态。在理想状态下，天然气的密度可由下式确定式中p——气体绝对压力，MPa；Mg——天然气视分子量；T——天然气绝对温度，K；R——通用气体常数，0.008314。在无说明的情况下所说的天然气密度是指在标准状态下的密度。在标准状态下，天然气密度与干燥空气密度的比值称为相对密度，常用符号g表示，则式中——天然气的相对密度；——干燥空气的密度。如将天然气和干燥空气视为理想气体，天然气的相对密度还可表示为新地能源工程技术有限公司入司技术培训4式中Mair——干燥空气的分子量。显然，天然气的分子量与相对密度成正比。天然气的相对密度变化较大，对于一般干气，其相对密度约为0.58～0.62，也有相对密度大于1的天然气。4、天然气的临界参数任何一种气体当温度低于某一数值时都可以等温压缩成液体，但当高于该温度时，无论压力增加到多大，都不能使气体液化。可使气体压缩成液体的这个极限温度称为该气体的临界温度。当温度等于临界温度时，使气体压缩成液体所需的压力称为临界压力。此时的状态称为临界状态。气体在临界状态下的温度、压力、比体积、密度分别称为临界温度、临界压力、临界比体积和临界密度。类似视分子量的讨论，天然气的临界参数也随组成而变化，没有一恒定的数值，通常要通过实验的方法才能较准确地测定。工程上广泛采用“拟临界压力”和“拟临界温度”来代表天然气临界参数，并分别用符号ppc、Tpc表示。应该强调，拟临界参数并不等于其真实的临界参数，它只是临界参数的近似值。但由于求值简便，精度能满足工程上要求，因此工程上被广泛采用。5、天然气的粘度通常用甲烷粘度代替天然气的粘度。天然气的粘度与其组分的相对分子质量、组分、温度及压力有关。高压条件下，气体粘度随压力的增大而增大；气体粘度随温度的增高而降低；气体粘度随相对分子质量的增大而降低。低压压力变化对气体粘度的影响不明显；气体粘度随温度的增高而增大；气体粘度随相对分子质量的增大而减少。6、天然气的燃烧热值天然气的重要用途之一是作燃料。热值又称发热量，是单位质量或单位体积的可燃物质在完全烧尽时生成最简单最稳定的化合物时所放出的热量，单位是kJ/m³或kJ/kg。热值分为高热值和低热值。高热值：如果燃气和燃烧产物处于相同的基准温度和压力下，燃烧生成的水全部冷凝为液体，此时测定的热值为高热值，或称全热值。低热值：如果燃烧产物中的水保持气相，这时测定的热值为低热值，或称净热值。通常我们说天然气的热值都是低热值，大约为37.62兆焦（9000大卡）/标准立方米。含烃气体比例越高，热值越高；含非烃气，尤其是含CO2、N2等气体比例越高，热值越低。7、天然气的爆炸性在一密闭的空间内，当天然气在空气中含量达到一定比例时，就与空气构成具有爆炸性的混合气体，这种气体遇到火源即形成爆炸。在形成爆炸的混合气体中，天然气在混合气中的最低含量叫做爆炸下限，低于爆炸下限就不会爆炸。最高含量叫做爆炸上限，高于爆炸上限也不会爆炸。上、下限之间的范围叫爆炸范围。在常温常压下，天然气的爆炸范围约为5%～15％，该范围也是天然新地能源工程技术有限公司入司技术培训5气的正常燃烧范围。8、天然气处理与加工的涵义天然气加工是指从天然气中分离、回收某些组分，使之成为产品的那些工艺过程。诸如天然气凝液回收、天然气凝液液化以及从天然气中提取氦等稀有气体的过程。天然气加工是一个物理变化的过程。天然气处理则是指为使天然气符合商品质量或管道输送要求而采取的那些工艺过程，如脱水、脱烃和脱酸性气体等。第四节天然气的质量要求对天然气的质量，不同的国家有不同的要求，应根据经济效益、安全卫生、环境保护等三个方面综合考虑。通常天然气的质量指标主要有下述几项。1、热值热值可分为高热值与低热值之分，单位为kJ/m³,一般来说，含重烃量多，则其热值高，一般要求低热值不低于31.4kJ/m³。2、水露点水露点是指在一定压力下与天然气的饱和水汽量对应的温度。此项要求是用来防止在输气管道中有液态水析出。液态水在存在会加速天然气中酸性组分（H2S，CO2）对钢材的腐蚀，还会形成固态天然气水合物，堵塞管道和设备。此外，液态水聚集要管道低洼处，也会减少管道的流通面积，影响输送效率。冬季水会结冰，也会堵塞管道和设备。因此，在天然气外输前，必须对之进行处理，以降低水露点。在我国，对于管输天然气，要求其水露点应比可能达到的最低环境温度低5。3、硫含量此项要求主要是用来控制天然气中硫化物的腐蚀性和对大气的污染。常用H2S和总硫含量来表示。我国规定天然气的硫化氢含量应低于6，20mg/m3（一、二类气），对总硫含量一般要求低于150，270，480mg/m3（一、二、三类气）。5、二氧化碳含量二氧化碳也是天然气中的酸性组分，在有液态水存在时，对管道和设备也有腐蚀性。尤其是当有硫化氢、二氧化碳与水同时存在时，对钢材的腐蚀更加严重。此外，二氧化碳还是天然气中的不可燃组分。因此，天然气中二氧化碳含量不应高于2-4%。所以综上所述，我国管输天然气的标准为：项目一类二类三类高位发热值，MJ/m331.4总硫(以硫计)，mg/m≤100≤200≤460硫化氢，≤6≤20≤460二氧化碳，%(V/V)≤3.0水露点，℃在天然气交接点的压力和温度条件下，天然气的水露点应比最低环境温度低5℃注1本标准中气体体积的标准参比条件是101.325kPa，20℃。2本标准实施之前建立的天然气输送管道，在天然气交接点的压力和温度下，天然气中应无游离水。无游离水是指天然气经机械分离设备分不出游离水新地能源工程技术有限公司入司技术培训66、天然气加臭天然气是易燃、易爆气体，本身无色、无味、无毒；使用的天然气中的臭味，是为了便于察觉天然气泄漏而添加的一种臭剂。燃气加臭就是给燃气混入警觉性气味的过程，也就是通过加臭设备将气味输送到燃气管道，使其与燃气按一定比例混合，一旦燃气泄露，引起人们嗅觉刺激从而报警，以及时维修燃气设施。目前一般使用的加臭剂是四氢噻酚，加入量按照相关规范规定，不会对人体有任何危害。第五节天然气的主要应用1、天然气的主要用途（1）发电：具有缓解能源紧缺、降低燃煤发电比例，减少环境污染的有效途径，且从经济效益看，天然气发电的单位装机容量所需投资少，建设工期短，上网电价较低，具有较强竞争力。我公司的华电和大唐项目就是此例。（2）城市燃气及工业生产：广泛用于居民生活及商业燃气灶