天然气基本知识(课件).ppt

天然气基本知识,目 录,第一部分 基本理论第二部分 天然气集输常识第三部分 天然气安全知识,第一部分 基本理论,一、一次能源概念及分类 一次能源根据它们是否能够再生而分成再生能源和非再生能源。再生能源：太阳能、水能、风能、海洋能、潮汐能等；非再生能源：煤炭、石油、天然气、油页岩和核燃料铀等。其中煤炭、石油、天然气和油页岩等非再生能源又叫化石燃料、燃料矿石或矿物燃料。二、天然气概念 广义：是存在于自然界的一切气体。如大气、地下气、宇宙气等。狭义：是指存在于地下岩层中的各种气体。如气层气、油田气、煤层气等。,第一部分 基本理论,三、天然气分类 按产出分类:a、气田气 从气井中开采出来的天然气；b、石油伴生气 从油井中与原油一起采出来的天然气，也叫溶解气、油田气等；c、凝析气 凝析油逆蒸发作用而气化形成的天然气；d、煤层气 从地下煤层中采出来的天然气；按状态分类:1、标准天然气 是指地表标准状态下（15.55、1atm）的天然气。其密度为0.71 kg/m3，空气为1.29 kg/m3，比空气轻（最轻的是氢气0.09）；相对密度为0.59。平均热值35.6MJ/m3，即8500大卡/Nm3。2、压缩天然气（Compressed Natural Gas 简称CNG）是指把标准天然气增大压力20MPa以上的天然气。主要应用了气体可压缩性，根据气态方程，在温度不变的情况下，压力增大，体积缩小的原理，当压力在25MPa时，体积缩小为标准状态下的1/296。当压力在20MPa时，体积缩小为标准状态下约为1/240。CNG热值一般38.6MJ/Nm3，约为9200大卡/Nm3。CNG管束车八瓶一般单瓶容积2.25m3，总容积18m3，最大充装天然气量4550Nm3，经济运输半径以150-200公里为妥，燃油百公里运费约为0.3元/方。以CNG为燃料的车辆叫做NGV（NaturalGasVehicle）。,第一部分 基本理论,3、液化天然气（Liquefied Natural Gas 简称LNG）天然气在常压下，当冷却至约-162时，则由气态变成液态，称为液化天然气（简称LNG）。天然气通过制冷液化后，LNG就成为含甲烷（96以上）和乙烷（4）及少量C3C5烷烃的低温液体。LNG无色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量气态天然气体积的1/625，LNG的重量仅为同体积水的45%左右。气态热值42MJ/Nm3，即9900大卡/Nm3；液态热值50MJ/kg，即12000大卡/kg。目前LNG低温槽车最大容积52.8m3，最高工作压力0.7MPa，最大充装天然气量3.3万Nm3，经济运输半径500-800Km为妥。燃油百公里运费约为0.07元/方。4、可燃冰(Ice Natural Gas 简称ING)是指天然气水合物的俗称，是近20年来在海洋和冻土带发现的新型洁净能源，可以作为传统能源如石油、碳等的替代品。可燃冰的能量密度是煤的10倍，而且燃烧后不产生任何残渣和废气,被称为能满足人类使用1000年的新能源。1立方米天然气水合物可释放164立方米的天然气。目前技术还不能解决海洋污染和海平面上升问题，因此还不具备开采可燃冰条件。,第一部分 基本理论,四、天然气化学组成 a、烃类气体 主要是甲烷（CH4）一般占80%以上，其次为乙烷（C2H6）丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）、戊烷（C5H12）等；b、非烃气体 二氧化碳（CO2）、硫化氢（H2S）、一氧化碳（CO）、氮气（N2）等；c、稀有气体 氦气（Ne）、氩气（Ar）等；五、天然气主要成份 a、可燃气体 主要是甲烷（CH4）等烃类气体；b、酸性气体 如二氧化碳（CO2）、硫化氢（H2S）等；c、水蒸气。六、天然气物理性质 未处理的可有汽油味，有时有硫化氢味。经过处理过的天然气是无色、无味、无毒和无腐蚀性的气体，主要物理性质是具有可燃性。、密度一般为0.65g/cm3；、粘度0时,0.3110-6Pa.s，20时,0.1310-4Pa.s；、溶解性天然气溶于水和石油；、可燃性 发热值一般为35.6MJ/Nm3；平均8500大卡/m3。,第一部分 基本理论,七、天然气爆炸极限 天然气在空气中的爆炸极限是上限为15%、下限为5%。八、天然气的化学反应 甲烷的分子结构是由一个碳原子和四个氢原子组成，燃烧产物主要是二氧化碳和水。CH4+2O2 点燃 CO2+2H2O九、天然气的水露点 天然气露点是控制天然气储运过程中不产生液态物质的重要指标，分为水露点和烃露点：、水露点指天然气在一定压力下析出液态水时的最高温度；、烃露点指天然气在一定压力下析出液态烃时的最高温度；十、富气、贫气、干气、湿气、商品天然气和纯净天然气 富气是指含C3、C4和C5等重碳成分较高的天然气，一般占10%以上；贫气是指含C3、C4和C5等重碳成分较少的天然气，一般占10%以下；干气是指经过轻烃回收处理后的外输的天然气；湿气是指含有水蒸汽的天然气；商品天然气是指进入干线输气管道的天然气；纯净天然气是指酸性气体含量甚微的天然气。,第一部分 基本理论,十一、天然气有关标准 1）管输天然气标准 国家标准输气管道工程设计规范（GB50251-94）规定：管输天然气在最高输送压力下的水露点低于环境温度5，而烃露点不得高于最低环境温度。2）城镇商品天然气标准 国家标准城镇燃气设计规范（GB50028-93）规定：a、固体颗粒含量10mg/Nm3；b、H2S含量20mg/Nm3；c、CO10mg/Nm3；3）车用压缩天然气标准 国家标准车用压缩天然气标准（GB18047-2000）规定：,第一部分 基本理论,十二、天然气轻烃回收 天然气轻烃回收是对天然气净化处理，符合商品气标准。主要包括脱水（分子筛吸附法）；脱酸性气（醇氨吸附法）和脱烃（冷凝分离法）。脱烃主要将井口生产的原料天然气中C3（-80）、C4（-50）和C5（-20）脱下来，使天然气的C1占95%以上变成纯干气外输。脱下来的C3、C4和C5是很好的生活燃料和化工原料。十三、天然气重要性质 1、低相对密度 天然气（绝对密度0.7kg/m3）相对密度为0.6左右。因此比空气轻，易扩散。2、可燃性 天然气是一种可燃气体，且具有很高的热值，其热值一般为34-38MJ/方，比普通煤大1.5倍，是理想的高效燃料。3、可压缩性 增压20-25MPa体积缩小为240-300分之一。,第一部分 基本理论,十四、天然气与煤层气、煤气的区别 煤层气其实是天然气的一种类型，俗称“瓦斯”，是与煤层伴生而有毒的混合气体，主要含有甲烷和一氧化碳，当矿井下空气中瓦斯浓度达到5%-16%时，遇明火就会爆炸，这是煤矿事故的重要根源。为此煤层气亦被称为“煤矿第一杀手”。煤气，也叫人工煤气，主要成分是一氧化碳，可分为三种：1）干馏煤气：是对煤进行干馏所获得的气体产物，主要成分是CO和 H2，也含有较高的甲烷，热值为16.7MJ/Nm3。2）气化煤气：包括水煤气和发生炉煤气，是水和焦碳在调温下反应得到的气体，主要成分是CO和H2，热值分别为水煤气10.5MJ/Nm3、发生炉煤气5.4 MJ/Nm3。由于水煤气和发生炉煤气发热值低，而且毒性大，不可以单独作为城市燃气的气源使用。因为一氧化碳是有毒气体，空气中含量为0.1%，就会引起中毒，如果含量大于1%，有可能致人死亡。3）高炉煤气：是高炉炼铁时产生的尾气，主要成分为CO和N2，热值是4.2MJ/Nm3。主要作为炼焦炉的燃料。,第一部分 基本理论,十五、热值单位换算 1卡=4.18J，1MJ=240大卡，1大卡=4.18KJ=4Btu，1Btu=250卡，1MBtu=30方，1方=8500大卡=35.5MJ=3.4万Btu=0.034MBtu。1升LNG=0.6方天然气。热效率关系是1m3天然气相当于1升汽油、相当于1.3升液化石油气、相当于2.2m3人工煤气。车用钢瓶容积换算关系 1升=0.2方，1方=5升。出租车车钢瓶一般为65升，即装13方；中巴车80升，即装16方。十六、充气与减压卸气 充气是利用压缩机往槽车上配备的高压储气瓶组充装天然气，充装压力一般为20-25MPa。减压卸气是利用减压阀将高压储气瓶组中的压缩天然气的压力减低到配气管网所要求的压力，并将减压后的天然气注入到配气管网中。为了防止压缩天然气减压后因温度太低而形成水化物，需要在减压前对气体加热 将LNG输入到配气管网前必须利用蒸发器将其重新汽化，汽化器一般为空气汽化器和水汽化器两种类型。,第一部分 基本理论,十七、压缩天然气与液化天然气的异同点 二者均为天然气，只是状态不同、热值不同。压缩天然气是气态，高压常温，压力一般为20MPa以上；而液化天然气是液态，常压低温，温度一般低于-161，LNG热值要高于CNG热值。十八、液化天然气与液化石油气的区别 液化天然气主要成分是甲烷、乙烷，要在很低（-161）的温度下保存，体积是气态的625倍，液态热值51MJ/kg，气态热值42MJ/Nm3；而LPG主要成分是丙丁烷和丙丁烯，一般保存温度是-60，体积是气态的250倍，气态热值11000大卡/Nm3，折算液态热值45.6MJ/kg。因此，液化天然气热值比液化石油气的热值高。,第一部分 基本理论,十九、天然气的优越性 1、天然气是高热值对的能源；2、天然气是环境污染小的能源；3、天然气是利用效率高的能源；4、天然气是安全可靠的能源；5、天然气是资源丰富的能源。二十、天然气汽车技术优势 天然气作为汽车燃料有两种形式：压缩天然气（CNG）和液化天然气（LNG），以天然气为燃料的汽车有以下优点 1、环境污染小；2、运行安全可靠；3、性能优于燃油车；4、营运成本低。,第一部分 基本理论,二十一、LNG的物化性质 1）LNG的主要成份为甲烷，化学名称为CH4，还有少量的乙烷C2H6、丙烷C3H8以及氮N2等其他成份组成。2）临界温度为-82.3，临界压力为45.8kg/cm3。3）沸点为-162.5，熔点为-182，着火点为650。4）液态密度为0.425t/m3，气态密度为0.688kg/Nm3。5）气态热值41.44MJ/m3,即9900Kcal/m3，液态热值12000Kcal/kg。6）爆炸范围：上限为15%，下限为5%。7）华白指数(W)44.94MJ/Nm3。8）燃烧势(CP)45.18。9）辛烷值ASTM：130（研究法）。10）无色、无味、无毒且无腐蚀性。11）体积约为同量气态天然气体积的1/625。,第一部分 基本理论,二十二、LNG的六大优点 1）LNG体积比同质量的天然气小625倍，所以可用汽车轮船很方便地将LNG运到没有天然气的地方使用。2）LNG储存效率高，占地少。投资省，10m3LNG储存量就可供2万户居民1天的生活用气。1户居民天然气用量0.3方/日，10方/月。3）LNG是优质的车用燃料，与汽油相比，具有辛烷值高、抗爆性能好、发动机寿命长。燃料费用低。环保性能好等优点。它可将汽油汽车尾气中HC减少72%，NOx减少39%，CO减少90%，SOx、Pb降为零。4）LNG汽化潜热高，液化过程中的冷量可回收利用。5）由于LNG汽化后密度很低，只有空气的一半左右，稍有泄漏立即飞散开来，不致引起爆炸。6）由于LNG组分较纯，燃烧完全，燃烧后生成二氧化碳和水，所以它是很好的清洁燃料，有利于保护环境，减少城市污染。,第一部分 基本理论,二十三、LNG的主要用途 1、作为清洁燃料汽化后供城市居民使用，具有安全、方便、快捷、污染小的特点。2、作代用汽车燃料使用。采用LNG作为汽车发动机燃料，发动机仅需作适当变动，运行不仅安全可靠，而且噪声低污染小，特别是在排放法规日益严格的今天，以LNG作为燃料的汽车，排气明显改善。据资料报道：与压缩天然气（CNG）比较，在相同的行程和运行时间条件下，对于中型和中重型车辆而言，LNG汽车燃料成本要低20%，重量要轻2/3，同时，供燃系统装置的成本也至少低2/3。可以证明，将天然气液化并以液态储运是促使它在运输燃料中应用的最经济有效的方法。3、作为冷源用于生产速冷食品，以及塑料，橡胶的低温粉碎等，也可用于海水淡化和电缆冷却等。1吨LNG可以提供850MJ冷量。4、作为工业气体燃料，用于建筑陶瓷厂，工艺玻璃厂等。,第一部分 基本理论,二十四、LNG的生产、运输、储存 LNG的生产工艺一般分以下三种：一是阶式混和制冷工艺，二是混和阶式制冷工艺，三是压缩、膨胀制冷工艺。LNG工厂主要设备有压缩机、膨胀机、换热器、分离器、低温储罐、低温泵、低温槽车等。LNG的运输方式主要有轮船、火车。汽车槽车等方式。在500800公里经济运输半径范围内，采用汽车槽车运输LNG是比较理想的方式。槽车罐体采用双壁真空粉未绝热，配有操作阀安全系统及输液软管等。国内低温液体槽车的制造技术比较成熟，槽车使用安全。LNG产品采用深冷液体储罐储存，液体储罐为双壁真空粉未绝热，LNG的日蒸发率可控制在0.46%之内，储存周期为4天。,第一部分 基本理论,二十五、天然气的利用政策 国家发改委研究制定的天然气利用政策指出，天然气利用领域归纳为4大类，即城市燃气、工业燃料、天然气发电和天然气化工，分为优先类、允许类、限制类和禁止类。优先发展城市燃气和汽车燃气；允许类发展以气代油、以气代液化石油气和以气代煤气项目，可中断用户以及天然气制氢项目；限制类以天然气为原料的合成氨等化工项目；禁止类天然气制甲醇项目。二十六、天然气“照付不议”条款 天然气“照付不议”条款是目前天然气国际贸易最常用的合同形式，又称“不提货亦需付款”条款。“照付不议”条款只是天然气购销合同中的付款条款，在天然气供不应求的国家或地区广泛采用“照付不议”付款协议。,第一部分 基本理论,二十七、天然气计量 采用国家法定计量单位，保证计量器具量值与计量标准 量值的一致，是天然气流量测量的基本准则。天然气计量主要是流量测量，其单位以体积表示称“体积流量”，以质量表示称为“质量计量”。体积流量计量单位，符号为m3/h，体积总量计量单位符号为m3；质量流量计量单位，符号为kg/h，质量总量计量单位符号为kg或t。上述体积单位按GB1314-77和SY/T6143-96规定，天然气的体积流量计量是在压力为101.325kPa、温度为20这一基准状态下的体积。在国际天然气贸易的情况下，由于各地区气质不同，采用体积单位引起不少纠纷，所以国际上天然气计量是按照能量输送原则，即体积测量和体积发热量的测量合成，计算出天然气的输送能量，计量单位热值，符号为MJ或Mbtu。,第二部分 天然气集输常识,一、天然气矿场集输 从气井和油井生产出来的天然气，通过油田内的采气管线输送到处理站的过程。二、天然气净化处理 是指脱除天然气中常含有的有机硫化物等酸性气体和硫化氢、二氧化碳以及水分的过程。一般要进行三脱处理：脱烃（冷凝分离法），脱水（分子筛吸附法），脱酸性气（醇胺吸附法）。,第二部分 天然气集输常识,三、天然气输送方法 a、液化运输：LNG是天然气经净化处理后，通过低温冷却而成的液态产物，温度为-162，体积缩小1/600，用专用轮船或槽车运输的方式。第一座LNG装置是美国1941年建成的，第一个LNG工厂是法国1964年设计在阿尔及利亚投产；b、压缩运输：CNG是将净化处理后天然气压缩增压到20Mpa以上，用槽车或瓶装的运输方式；c、管道输送：用管道把净化处理后天然气输送到目的地的运输方式。四、长距离输气管道 是连接天然气产地与消费地的运输通道，所输送的介质一般是经过净化处理的、符合管输气质要求的商品天然气，又叫干线输气管道。世界上第一条工业规模的长距离输气管道是美国在1886年建成的。五、长距离输气管道特点 距离长、管径大、压力高、输量大；,第二部分 天然气集输常识,六、长距离输气管道组成 一般由干线输气管段、首站、压气站、中间接收站、中间分输站、清管站、截阀室、城市门站等组成。其主要功能如下 首站：是对进入管线的天然气进行分离调压和计量，同时还具有气质检测控制和发送清管球的功能。压气站；是给气体增压，从而维持所要求的输气流量。中间接受站：是收集管道沿线的支线或气源的来气，设有天然气调压计量装置。中间分输站：是向管道沿线的支线或用户供气。设有天然气调压计量装置。清管站：是发送、接收清管器，一般两个清管站在100150Km左右，设有分离器及排污装置。截阀室：是为了及时进行事故抢修、防止事故扩大而设置的，我国的国家标准输气管道工程设计规范（GB50251-94）规定：截阀室间距小于32Km。城市门站：也叫末站，具有分离、调压、计量的功能，可直接向城市输配气管网供气。,第二部分 天然气集输常识,七、其他辅助设施 通信系统和仪表系统是构成管道运行SCADA系统的基础，其功能是对管道的运行过程进行实时监测、控制远动操作，从而保证管道安全、可靠、高效、经济地运行。八、城市输配气管道的分类（1）按管道的功能分类 a、分配管道 将燃气分配给工业用户、公共设施和居民用户的管道，它包括从城市门站或者其他气源接收燃气的管道、通过街区的配气管道以及居民小区内部的配气管道；b、用户引入管道 将燃气冲冲从分配管道引到用户室内管道引入口处的总阀门；c、室内燃气管道 通过燃气引入口处的总阀门将燃气引入室内，并分配到每一件燃气用具；d、企业燃气管道 通常包括工厂引入管、厂区分配管、车间燃气管和炉前燃气管道。（2）按燃气压力分类 根据我国的城市燃气设计规范，城市燃气输配管道划分为5个压力等级：高压A级 8p16Kg 高压B级 4p8 Kg中压A级 2p4 Kg 中压B级 0.05p2Kg 低 压 p0.05Kg 气体从高压力等级的管道进入低压力等级的管道必须经过调压。,第二部分 天然气集输常识,九、天然气加气站概念 天然气加气站是指以压缩天然气（CNG）形式向天然气汽车（NGV)和大型CNG子站车提供燃料的场所。天然气管线中的气体一般先经过前置净化处理，处去气中的硫份和水份，再由压缩机组将压力由压缩到20MPa，最后通过售气机给车辆加气。十、加气站分类 根据站区现场或附近是否有管线天然气，可分为常规站、母站和子站。1、常规站：常规站是建在有天然气管线能过的地方，从天然气管线直接取气，进站压力0.4MPa，天然气经过脱硫、脱水等工艺，进入压缩机进行压缩，经过压缩后压力为20MPa。然后进售气机给车辆加气。通常常规加气量一般在600-1000m3/h之间 2、母站：母站是尚未铺设输气管道或者虽有管道但建常规站困难的地方，从天然气线管线直接取气，进站压力1-1.5MPa，经过脱硫、脱水等工艺，进入压缩机进行压缩，然后经过储气罐（20MPa）的拖车运输到子站给汽车加气，母站多建在城市门站附近，母站加气量在2500-4000m3/h之间。CNG母站对压缩机最终排气温度指标要求比较高，高压气冷却效果必须好，这样才能保证CNG拖车充气数量.,第二部分 天然气集输常识,3、子站：子站建在加气站周围没有天然气管线的地方，通过子站运转车从母站运来的天然气给天然气汽车加气。分为4种类型：a、常规子站 一般配有小型压缩机和储气瓶组，用压缩机将运转车内的低压气体升压后，转存在储气瓶组内或直接给天然气汽车加气；b、液压子站 利用液压油将拖车瓶组内CNG推出，再通过加气机直接给天然气汽车加气。c、LCNG子站 利用潜液泵将LNG增压到20MPa后，再汽化成CNG给天然气汽车加气。d、LNG加注站 将LNG通过加注机直接注入天然气汽车的LNG储罐内，再汽化成CNG给天然气汽车加气。不论CNG还是LNG，注入发动机内的天然气都是标准状态下的天然气，只不过CNG是需要减压喷入车内发动机的，而LNG需要汽化喷入车内发动机的。CNG和LCNG适合城市出租车和公交车，LNG适合重卡车和城际大巴车。,第三部分 天然气安全知识,一、天然气常见的火灾原因 1、埋在地下的管线或室外管线受腐蚀、震动或冷冻等，使管道破裂漏气，气体通过土层或下水管道窜入室内，接触明火而着火或爆炸。2、由于进户管线上的室内阀门关闭不严，阀杆、丝扣损坏失灵，阀门不符合安全质量要求，或误开阀门，使天然气逸出，遇到明火燃烧或爆炸。3、天然气金属炉或炉筒与可燃建筑物、可燃物品的距离不足，阀门调整不当，以致烧红炉子、烟筒，烤着可燃建筑物或物品而引起火灾事故。4、用天然气取暖的火炕、火墙，用火时间过长，炕表面过热烤着被褥、衣物或其它物品引起火灾。,第三部分 天然气安全知识,二、天然气防火措施1、天然气管道不宜埋入地下，最好是架空敷设。管线的安装要由专业人员进行，非专业人员不得乱拉乱接。2、管线的阀门必须完整好用，各部位不得泄漏。严禁用其它阀门代替针型阀门。3、天然气装导管的两端必须固定牢靠，导管应用耐油耐压的夹线胶管。4、在用户进户管线的适当位置，要设置油水分离器，并定期排放被分离出来的轻质油和水。当发现灶具冒油或冒水时，要立即停火，将油水排出后方可使用。5、天然气炉灶及管线要经常检查，发现漏气或闻着气味时，严禁动用明火和开关电气开关，应迅速打开门窗通风。如自己找不到泄漏点，应立即与供气部门联系。6、使用天然气取暖的火炉、火坑、火墙的烟道要畅通。烧火时如果突然熄灭，应隔几分钟再点，以防引起爆炸，金属烟筒口距可燃结构不应小于1米，并应装拐脖，防止倒风把炉火吹灭。7、天然气管线、阀门的维修，必须在停气时进行。停气、关气时必须事先通知用户。对安装的管线、阀门等应经试压、试漏检验合格后，方可使用。8、一旦发生火灾事故，不要惊慌失措。要立即关闭总阀门，并用毛毯、被褥等浸水后进行扑救。也可使用二氧化碳、干粉等灭火器进行扑救，并及时报告消防部门。,第三部分 天然气安全知识,三、发现室内天然气泄漏，切勿采取下列措施 切勿触动电器开关（如开灯、关灯）。切勿使用室内电话或无线电话。切勿使用明火或使用明火测验漏气点。切勿按动门铃。切勿开启任何燃具，直到漏气情况得到控制和室内无天然气为止。四、如何处理室内天然气泄漏 打开门窗，让天然气自然散发出室外。检查炉具是否关好，软皮管是否松动、脱落等。关闭天然气表前阀门及熄灭所有火种。在室外安全地点，致天然气24小时地区受理用户电话。,谢谢大家！不妥之处敬请批评指正。,