天然气基础知识

中国石油管道中原输油气分公司泰安输气站培训课件天然气基础知识一、燃气的定义二、燃气的种类第一部分燃气简介一、燃气的定义燃气是气体燃料的总称，它能燃烧而放出热量，供城市居民和商业用户使用。二、燃气的种类按燃气的来源，通常可以把燃气分为天然气、人工煤气、液化石油气和生物质气。具体见下图：燃气天然气液化石油气人工煤气干馏煤气汽化煤气沼气气田气油田伴生气凝析气田气矿井气（煤层气）1、天然气（naturalgas）①定义一种主要由甲烷组成的气态化石燃料。主要存在于油田和天然气田，也有少量出产于煤层。②优点天然气燃烧后无废渣、废水产生，相较煤炭、石油等能源有使用安全、热值高、洁净等优势。2、液化石油气（Liquefiedpetroleumgas）定义：液化石油气是从石油加工或石油、天然气开采过程中得来的，其主要成分是丙烷、丙烯、丁烷和丁烯。3、人工煤气（Manufacturedgas）定义：由煤、焦炭等固体燃料或重油等液体燃料经干馏、汽化或裂解等过程所制得的气体，统称为人工煤气。按照生产方法，一般可分为干馏煤气和汽化煤气（发生炉煤气、水煤气、半水煤气等）。人工煤气的主要成分为烷烃、烯烃、芳烃、一氧化碳和氢等可燃气体，并含有少量的二氧化碳和氮等不可燃气体，热值为16000～24000千焦／立方米。4、沼气（marshgas）定义：有机物质在一定温度、湿度、酸碱度和厌氧条件下，经各种微生物发酵及分解作用而产生的一种以甲烷为主要成分的混合可燃气体。沼气是有机物质在厌氧条件下，经过微生物的发酵作用而生成的一种可燃气体。由于这种气体最先是在沼泽中发现的，所以称为沼气。人畜粪便、秸秆、污水等各种有机物在密闭的沼气池内，在厌氧（没有氧气）条件下发酵，即被种类繁多的沼气发酵微生物分解转化，从而产生沼气。沼气是一种混合气体，可以燃烧。沼气是有机物经微生物厌氧消化而产生的可燃性气体。成分：甲烷含量约为60%,二氧化碳约为35%，此外，还含有少量的氢、一氧化碳。一、天然气的概述二、天然气的基本性质三、天然气的主要参数四、天然气的节流效应五、天然气中的水化物第二部分天然气简介一、天然气的概述1、天然气生成天然气是有机物生成的，即古代生物在一定环境下生成的。古代动植物死亡后，尸体被泥沙等沉积物埋藏而与空气隔绝，在缺氧的沉积环境中，加之受地层压力、温度、放射线、催化剂等复杂物理化学作用和细菌发酵分解作用，逐步转化为天然气和石油。2、天然气的组成天然气是由碳氢化合物和其他成分组成的混合物，它主要由甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷组成，其次还有微量的重碳氢化合物和少量的其他气体，如：氮气、氢气、硫化氢、一氧化碳、二氧化碳、水、有机硫等。3、天然气的分类①按照来源分：a.油田伴生气，自油田产生，含甲烷80%-90%；b.气田气：自气田产生，含甲烷90%以上；c.凝析气田气：这种气田气，在地层中以气态存在，开采出来常温下为液态。②按照甲烷含量分类：a.干气：甲烷含量在90%以上；b.湿气：甲烷含量在90%以下。③按照含硫量分类：a.低含硫天然气：硫化氢含量约0.01-1%（体积比）；b.中含硫天然气：硫化氢含量约1-2%（体积比）；c.高含硫天然气：硫化氢含量约2-7%（体积比）；二、天然气的基本性质1、天然气化学性质天然气的化学性质比较稳定，一般条件下不与氧气发生反应，也不与浓酸，浓碱溶液及氧化剂反应，但与氯气只要在阳光照射或加热时就能发生反应。2、天然气的物理性质天然气主要成分为甲烷（其分子式为CH4），是一种无色、无味、无毒且无腐蚀性的气体。在标准状况下：密度为0.717kg/m3(对空气比重为0.5544)，沸点为-161.45℃，熔点为-182.5℃，临界温度为-82.45℃。因天然气密度比空气小，如遇容器泄露，天然气很容易扩散，使用较为安全。但天然气聚集在密闭建筑物的顶部时，则易形成爆鸣性气体，天然气在空气中的爆炸极限为5%—15%。天然气是一种碳氢化合物,它与空气或氧气混合，都能形成爆鸣性气体。三、天然气的主要参数1、压力①在工程应用中习惯把压强成为压力。②概念：垂直作用于物体的单位面积上的力。③单位：Pa、bar、MPa、Kpa、Kgf/cm2、Psi④常用压力的单位换算：1MPa=10bar=103KPa=106Pa10MPa=10.197Kgf/cm21Psi=0.006895Mpa1atm（atmosphere）=0.101325MPa⑤绝压、表压、真空度的概念：绝压：以绝对真空为准的压力；表压；压力表测出的压力；真空度：低于大气压力的那部分压力值。⑥绝压、表压、真空度三者之间的关系：P表=P绝-P大气压P真空度=P大气压-P绝2、温度①摄氏温标：以纯水的冰点为0℃，沸点为100℃，进行定位，这样的温标成为摄氏温标。②绝对温标：以摄氏温度的领袖273.15为起点，即为绝对零度，这种温标成为绝对温标。③华式温标：以摄氏零度定位32F，100℃定位212F，这种温标称为华氏温标。④三种温度的关系：T=273.15+tF=9/5*t+32式中：T表示绝对温度K；t表示设施温度℃；F表示华氏温标F。⑤着火温度：燃气与空气混合物开始燃烧反应的自燃的最低温度。⑥燃烧温度：燃气按燃烧反应方程式完全燃烧时产生的理论温度。⑦甲烷的理论燃烧温度是1970℃。甲烷的着火温度是540℃。⑧临界温度和临界压力：当温度不超过某一数值时，对气体进行加压，可以使之液化，当超过这一数值时加多大的压力都不能时使它液化，这一温度为该气体的临界温度;在临界温度下，使其液化的最低压力为临界压力。3、粘度①概念：表示气体流动的难易程度，粘度大，不易流动，粘度小，易流动。②温度的影响：气体的粘度随温度的升高而增大，随温度的降低而减小；液体的粘度随温度的升高而降低，在气体压力很高时（10MPa以上），粘度随温度的升高而降低。4、含水量①绝对湿度：单位体积或单位重量天然气中所含水蒸气的重量成为天然气的绝对湿度或含水量。②相对湿度：单位体积天然气的含水量与相同条件（温度、压力）下饱和状态天然气的含水量的比值。③露点：在压力一定时，天然气中水蒸气达到饱和时的温度就叫做天然气在这种压力下的露点（水露点）。压力越大露点越高，压力越小露点越低。5、密度①定义：物理学中，把某种物质单位体积的质量叫做这种物质的密度。②天然气密度大约是0.75-0.8Kg/Nm3。空气的密度大约是1.29Kg/Nm3。③相对密度：物质的密度与参考物质的密度在各自规定的条件下之比。（一般来说，气体的密度是指其密度与空气密度之比）④密度与压力、温度的关系6、热值①定义：单位质量或体积的燃料完全燃烧所释放出的热量。②热值单位转换：1卡=4.1868焦耳1大卡=4.1868KJ=4.1868×10-3MJ③热值比较名称热值天然气一般在35~40MJ/Nm3人工煤气一般在16~24MJ/Nm3液化石油气气态一般为108MJ/Nm3液态为45~46MJ/kg沼气约为：22MJ/Nm37、天然气的爆炸性①爆炸条件：a.必须有天然气和空气的混合物；b.混合物的浓度必须在爆炸范围内；c.必须满足爆炸所需的温度。②爆炸极限：可燃气体和空气的混合物遇明火而引起爆炸时的可燃气体浓度范围称为爆炸极限。比较纯天然气液化石油气爆炸极限5-15%1.5-9.5%思考题：天然气的浓度天然气的引燃状态0-5%既不燃烧也不爆炸5-15%只燃烧不爆炸15%-100%只爆炸不燃烧既燃烧又爆炸③影响爆炸范围的因素：a.温度越高，天然气的爆炸范围越大；b.压力增大，天然气的爆炸下限变化不大，而上限明显增加；c.含惰性气体越多，天然气的爆炸范围越小；天然气115~130汽油81~988、抗爆性和辛烷值①抗爆性：燃料的抗爆性是指燃料在发动机汽缸内被点燃、燃烧时，避免产生爆燃的能力，即抗自燃能力，是燃料的一个重要指标。燃料的抗爆性用辛烷值表示，燃料的辛烷值越大，表示抗爆性越好。②辛烷值：标准燃料由异辛烷和正庚烷的混合物组成。异辛烷用作抗爆性优良的标准，辛烷值定为100；正庚烷用作抗爆性低劣的标准，辛烷值为0。将这两种烃按不同体积比例混合，可配制成辛烷值由0到100的标准燃料。③辛烷值比较9、天然气质量要求按照《天然气》GB17820-1999①天然气的高热值大于31.4MJ/m3；②总硫含量小于270mg/m3；③硫化氢含量小于20mg/m3；④CO2含量小于3%（体积）；⑤无游离水。三、天然气的节流效应1、概念：气体遇到压力突变引起温度急剧降低，甚至产生冰冻，这种现象叫做节流效应，也叫焦耳-汤姆逊效应。2、产生的原因：气体在节流处急剧产生压降，使气体很快膨胀，对外做功。而气体在极短的时间内又来不及与外界发生热交换，近似可以看成为绝热膨胀，因此只能消耗气体自己的内能，对外做功，而内能与气体的温度成正比，因此气体的温度也急剧降低。3、节流效应的危害和用途：①危害：产生水化物甚至结冰，堵塞管路、设备、仪表；②用途：可以除去天然气中的水和凝析油。四、天然气中的水化物1、特点：水化物是一种白色结晶物质，类似冰和微密的雪。水化物是由碳氢化合物和几分子水组成的水合物。例如：CH4·6H2O、C3H8·7H2O。水合物是一种不稳定的化合物，当其所处的温度升高或压力降低至适当值时，会分解为碳氢化合物和水。2、形成的条件：①天然气处于水汽过饱和状态或有液态水存在；②天然气有足够高的压力和足够低的温度；③辅助条件：压力波动、流向突变产生扰动、有晶体存在。3、与温度、压力的关系：①压力一定时，温度越高，越不易形成；②温度一定时，压力越低，越不易形成。4、防止水化物形成的方法①在长输管线上安装除液器，排除冷凝水。②在矿场集输管上涌加热气管的方法预防形成水化物。③向输气管道中喷注化学反应剂，吸收天然气中的水分，促使水化物分解。④天然气进入输气干线之前，进行脱水，这是防止形成水化物的根本办法。只要使天然气露点低于管线周围的介质（土壤、空气等）最低温度5-7℃，就可以防止水化物的形成。⑤再无其他办法时，可以暂时将气体防空降低输气管线压力或降低下游压力，增加输气量，让已经形成的水化物分解并随之排出。一、输送方式的分类二、各方式的具体介绍第三部分天然气的输送方式一、输送方式的分类1、管道输送：①概述：天然气的管道输送方式，是将油气井采出的天然气通过与油气井相连接的各种管道输送到不同地区的不同用户。②特点：输送气量大，向用户供应的气源稳定，用户多、距离长、供应连续不断，是目前天然气输送的主要方式。发展主要始于50-60年代。但输送成本高，沿线需要加设加压站和调节站。2、液化输送：①概述：天然气的液化输送方式，是将油气井开采出的天然气在液化厂中进行降温压缩升压，使之液化，即平常所说的液化天然气（LNG），然后分装于特别的绝热容器内，用交通工具运至用户。具有灵活性和适应性。②特点：运输量较大，但基础设备的费用很高且易遭受破坏。3、高压瓶装：即压缩天然气（CNG），一般用于民用。量小，成本高。二、具体介绍1、管道输送①概述：天然气管输系统是一个联系采气井与用户间的复杂而庞大的管道及设备组成的采、输、供网络。一般而言，天然气从气井猜出至输送到用户，其基本输送过程（即输送流程）是：气井（或油井）油气田矿场集输管网天然气净化及增压输气干线城镇配气管网用户②输气站的工艺流程a.所谓工艺流程，是为达到某种生产目标，将各种设备、仪器以及相应管线等按照不同方案进行布置，这种布置方案就是工艺流程。b.分输站的任务的进行天然气的分离、调压、计量、收发清管装置、在事故状态对输气干线进行防空，以及给用户进行供气。c.正（反）输流程：天然气从进站阀（出站阀）进站，经分离器分离、调压计量后向下游供气。d.越站流程：进出站阀门关闭，天然气通过越站阀直接向下游供气。e.收发球流程：接受上一站清管器，向下站发送清管器。③长输管线举例管道运输是用管道作为运输工具的一种长距离输送天然气的运输方式。目前主要是中海石油、中海石化、中海海油、中国中化的长输管线。举例:西气东输管线见下图：②天然气管道输配系统的组成长输管线气源门站中压管线储配站中压管线调