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天然气基础知识一、燃气的定义一、燃气的定义二、燃气的种类二、燃气的种类第一部分第一部分 燃气燃气简介介 一、燃气的定义一、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（natural gas）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。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（Liquefied petroleum gas）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（Manufactured gas）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1600024000千焦立方米。4、沼气（marsh gas）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、天然气的概述一、天然气的概述二、天然气的基本性质二、天然气的基本性质三、天然气的主要参数三、天然气的主要参数四、天然气的节流效应四、天然气的节流效应五、天然气中的水化物五、天然气中的水化物第二部分第二部分 天然气天然气简介介 一、天然气的概述一、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 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。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。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3(对空气比重为0.5544)，沸点为，熔点为，临界温度为。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、天然气的主要参数三、天然气的主要参数1、压力 在工程应用中习惯把压强成为压力。概念：垂直作用于物体的单位面积上的力。单位：Pa、bar、MPa、Kpa、Kgf/cm2、Psi 常用压力的单位换算：1MPa=10bar=103KPa=106Pa 1Psi=0.006895Mpa 1atm（atmosphere）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。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 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。绝对温标：以摄氏温度的领袖为起点，即为绝对零度，这种温标成为绝对温标。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。三种温度的关系：T=273.15+t F=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。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。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。甲烷的理论燃烧温度是1970。甲烷的着火温度是540。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 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。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 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。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。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 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。天然气密度大约是。空气的密度大约是。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）密度与压力、温度的关系6、热值 定义：单位质量或体积的燃料完全燃烧所释放出的热量。热值单位转换：1卡焦耳1大卡=4.1868KJ=4.186810-3MJ 热值比较名称名称名称名称热值热值天然气天然气一般在3540MJ/Nm3人工煤气人工煤气一般在1624MJ/Nm3液化石油气液化石油气气态一般为108MJ/Nm3 液态为4546MJ/kg沼气沼气约为：22MJ/Nm37、天然气的爆炸性 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。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 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115130汽 油81988、抗爆性和辛烷值 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。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。辛烷值比较9、天然气质量要求 按照天然气GB17820-1999 天然气的高热值大于3；总硫含量小于270mg/m3；硫化氢含量小于20mg/m3；CO2含量小于3%（体积）；无游离水。三、天然气的节流效应三、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：危害：产生水化物甚至结冰，堵塞管路、设备、仪表；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：CH46H2O、C3H87H2O。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：天然气处于水汽过饱和状态或有液态水存在；天然气有足够高的压力和足够低的温度；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：压力一定时，温度越高，越不易形成；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 在长输管线上安装除液器，排除冷凝水。在矿场集输管上涌加热气管的方法预防形成水化物。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。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。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、输送方式的分类一、输送方式的分类 二、各方式的具体介绍二、各方式的具体介绍第三部分第三部分 天然气的天然气的输送方式送方式 一、输送方式的分类一、输送方式的分类1、管道输送：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。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：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。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、具体介绍1、管道输送概述：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 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。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：天然气管道天然气管道输输配系配系统统的的组组成成长输管线气源门站中压管线储配站中压管线调压站低压管线用户储存 加臭 一般情况下，城市燃气是无色无味、易燃易爆的气体。在燃气泄露时，为了易于被人们发现，要求对燃气进行加臭。它对于确保人民生命和财产安全，及时发现并防止事故发生是一项重要的安全措施。加臭剂为四氢噻酚，对天然气，用量为1625mg/m3。城镇燃气加臭剂的最小量：燃气泄漏到空气中，达到爆炸下限的20%时，应能察觉。2、压缩天然气（compressed natural gas）概念：该技术利用气体的可压缩性，将常规天然气施以高压进行储存，其存储压力通常为20MPa25MPa，天然气可压缩至原来体积的1/2001250，大大降低了储存容积。CNG的输配技术压缩天然气(CNG)输配技术，是利用压缩天然气汽车加气、储运技术，同城市燃气调压、储配技术相结合的产物。它充分利用了压缩天然气汽车成熟的加压工艺，经多级减压后输送到城市燃气管网，供给不同的燃气用户使用。CNG城镇燃气供应系统主要由取气点加压站、CNG钢瓶拖车、城镇卸气站（减压站）、城镇输配管网组成。CNG的理化性质压缩天然气是以甲烷为主的高压状态下的气态混合物，伴有少量的水蒸气，正常情况下压力为20MPa，常压下的沸点温度约为-162度，密度大约为426kg/m3。CNG是高压气体，需要在特制容器中存放，一旦泄漏，会在泄露处产生明显的结霜现象，结霜现象是压缩天然气快速卸压，造成泄露口处空气中的水蒸汽被泄露的CNG冷却所致。气态天然气密度比空气小，易在空气中扩散，天然气无毒、无色、无味，漏泄到空气中不易发觉。CNG的高压特性：CNG既有可燃的特性，又有高压的特性，因此在安全方面，主要是在高压情况下不易操作，同时要求设备、容器应具有相应的特殊性能，避免引起CNG的泄漏。操作及抢险时主要考虑高压及燃烧特性对人体的危害。2、液化天然气（Liquefied Natural Gas）概念：LNG，即液化天然气，是天然气的液态形式，它充分利用了天然气在常压、-162下液化，体积缩小约600倍的性质，为天然气的高效输送提供了新的途径，也扩大了天然气的利用领域。LNG的优点：a.便于贮存和运输液化天然气密度是标准状态下甲烷的625倍。也就是说，1m3液化天然气可气化成625m3天然气，由此可见贮存和运输的方便性。b.安全性好天然气目前的储藏和运输主要方式是压缩（CNG）。由于压缩天然气的压力高，带来了很多安全隐患。而LNG则是常压状态的，危险性要小很多。c.间接投资少压缩天然气（CNG）体积能量密度约为汽油的26%，而液化天然气（LNG）体积能量密度约为汽油的72%，是压缩天然气（CNG）的两倍还多，因而使用LNG的汽车行程远，相对可大大减少汽车加气站的建设数量。d.调峰作用天然气作为民用燃气或发电厂的燃料，不可避免会有需要量的波动，这就要求供应上具有调峰作用。e.环保性天然气在液化前必须经过严格的预净化，因而LNG中的杂质含量远远低于CNG，为汽车尾气或作为燃料使用时排放满足更加严格的标准（如“欧”甚至“欧”）创造了条件。状状态压缩天然气 CNG液化天然气 LNG压力力10-25 MPa标准大气压（0.1MPa）温度温度常温-162C体体积缩小倍小倍数数300600特性特性高压低温用途用途充装到气瓶，送至CNG汽车加气站或CNG供应站，供车用或生产生活用储存、运输天然气、车用3、CNG与LNG对比 一、简介一、简介 二、主要设备二、主要设备 三、日常运行注意问题三、日常运行注意问题第四部分第四部分 CNG加气站加气站 一、简介一、简介1、什么是CNG加气站？CNG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，除去气体中的硫份和水份，再由压缩机组将压力由压缩到25Mpa，最后通过加气机给车辆加气。压缩天然气（CNG）是一种最理想的车用替代能源，其应用技术经数十年发展已日趋成熟。它具有成本低，效益高，无污染，使用安全便捷等特点。2、分类 根据规模和工艺及功能可分为母站、标准站、子站。母站母站从天然气管线直接进气，进站压力，经过脱硫、脱水等工艺，进入压缩机压缩，然后经有槽车运输到子站给汽车加气。母站多建在城市门站附近，母站的加量在2500-4000Nm3/h之间。标准站 标准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，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25Mpa。然后进入加气机给车辆加气。通常常规加气量在600-1000Nm3/h（标准立方每小时）之间。子站子站是建在加气站周围没有天然气管线的地方，一般建设在城市内，以方便车辆加气，或者建设在没有燃气管道敷设的乡镇的工业区，供给天然气作为能源。母站利用压缩机将天然气加压储存，再由专用运输车将20Mpa压缩天然气运往子站，子站再给CNG汽车加气。母标站 标准站的规模，但拥有母站的功能，即：标准站+加气柱。二、主要设备二、主要设备1、压缩机（核心部件）天然气加气站的压缩机大多使用的具有曲柄连杆的往复活塞压缩机。主要用于一些流量不太大但压力相对较高的场合，这种压缩机对运行参数改变的适应能力较强，可以较好地适应加气站频繁变化的工作参数。附属设备：缓冲罐、污水罐、回收罐、顺序控制盘。风冷压缩机水冷压缩机 2、加气机子站、标准站用户 加气机的主要功能 a.计量功能：主要是进行精确可靠的计量；b.控制功能：实现顺序取气，保证取气比例控制加气的目标压力，保证加气效率和安全性；加气机分类 a.按加气枪数量可分为：单枪、双枪、四枪加气机；b.按流量可分为：标准流量、大流量加气机；c.按进气管线可分为：单线、双线、三线加气机；d.按用途可分为：加气机、加气柱、卸气柱；加气机结构原理 高、中、低压储气装置中的压缩天然气经三路管线输送到加气机，经过滤器过滤后由电脑控制器按工作状态分别自动打开低压、中压和高压电磁阀使气体流经质量流量计进行计量，经计量后的气体通过应急球阀、拉断阀、软管、枪阀、加气枪充装入燃气汽车储气瓶中，在压力达到设定值质量流量计的计量信号传送到电脑控制器经运算处理后显示、储存。构造 加气机主要由以下零部件组成：入口球阀、过滤器、电磁阀、单向阀、流量计、应急球阀、压力传感器、压力表、安全阀、拉断阀、软管、枪阀、加气枪、电脑控制器等组成。拉断阀 思考题：在加气站用户经常会遇到这样的问题：同样的车瓶、同样从空瓶充装至20MPa，在夏天和冬天加气机显示的充装量会有明显的区别，冬天的充装量多于夏天，为什么？3、加（卸）气柱 加气柱：连接压缩机。母站槽车 卸气柱：连接调压器。槽车子站 4、储气容器 储气瓶组 储气井 储气罐 井与罐的优缺点 5、脱水装置主要部件：干燥塔，定期更换填料前置脱水、后置脱水优缺点最简单的道理前置脱水保护压缩机，后置脱水保护下游管路及用户。所以为了提高压缩机使用寿命还是趋于使用前置式（因为带水作业会使压缩机的寿命缩短）。另外从原理上讲前置脱水分子筛使用寿命长，后置式脱水因为目前使用的国产压缩机漏油较多，对分子筛使用寿命影响较大。所以说脱水装置时CNG标准加气站中不可缺少的重压设备之一，使设备和管路不会被压缩的水侵蚀和冰堵。二、工艺流程二、工艺流程1、母站工艺流程进气分离过滤调压计量干燥脱水压缩缓冲加气柱罐车子站 2、标准站工艺流程进气分离过滤调压计量干燥压缩储气加气机CNG汽车 CNG标准加气站工艺流程 天然气管网进气系统小 车公交车加气机脱水系统压缩机回收罐缓冲罐脱硫系统储气瓶组顺序控制盘 CNG加气母站工艺流程 压缩机天然气管网进气系统小 车公交车加气机加气柱拖 车脱水系统回收罐缓冲罐脱硫系统储气瓶组顺序控制盘 CNG子站工艺流程 CNG管束拖车卸气柱压缩机顺序控制盘储气瓶组公交车出租车加气机 三、管理注意事项三、管理注意事项1、压力容器的安全管理 配合省、市级质量技术监督部门及省、市级特检院工作：压力容器的注册（取得压力容器登记证）及定期全面检验，取得检验报告；作业人员取证，如：压力容器充装证、固定式压力容器作业证；（有效期6年，到期复审）压力容器充装许可证年检（市局申请、省局检验）。安全阀校验（一年）。2、计量管理配合省计量院、市计量所工作校验加气机（周期半年）。主要是针对校验密度。校验压力表、燃气泄漏报警器（周期半年）。压力表拆卸送检、报警器在线检验。3、消防：灭火器年检（即换粉）。4、安监部门_年_月_日颁布的国家安全生产监督管理总局第55号令危险化学品经营许可证管理办法，开始监管CNG加气站。进行安全评价，进行重大危险源备案，取得安全生产经营许可证。5、燃气管理部门燃气供应许可证(燃气站经营许可证)年检。The End以上讲述，如有不妥，以上讲述，如有不妥，敬请批评指正，谢谢。敬请批评指正，谢谢。