燃气基本知识(一)课件

燃气基础知识燃气基础知识（一）（一）高立鸿高立鸿 提纲一、天然气基本性质二、天然气发展历史三、天然气输气管网四、城镇燃气输配系统第一部分 天然气基本性质燃气的概念及分类燃气是气体燃料的总称，它能燃烧而放出热量，供城市居民和工业企业使用。一般我们常用的燃气有四种：人工煤气、天然气、液化石油气、生物质气等。人工煤气（R）：固体燃料干馏煤气、固体燃料气化煤气天然气（T）：纯气田气、凝析气田气、油田伴生气、煤层气液化石油气（Y）：炼油厂在进行原油催化裂解与热裂解时所得到的副产品。生物质气：沼气。天然气的组分天然气是一种多组分的混合气体，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。不同地方、不同产地的天然气成分差别很大。所反映出的热值相差也很大。天然气组分天然气的性质了解天然气的性质，其实就是了解甲烷的性质。概念描述：甲烷，化学式CH4，是最简单的烃，由一个碳和四个氢原子组成，因此甲烷分子的结构为正四面体结构，四个键的键长相同、键角相等。在标准状态下甲烷是一无色无味气体。一些有机物在缺氧情况下分解时所产生的沼气其实就是甲烷。甲烷主要是作为燃料，广泛应用于民用和工业中。天然气的性质分子式天然气的性质物理性质颜色、气味无色、无味临界温度-82.6临界压力4.59MPa相对密度（水=1）0.42(-164）相对密度（空气=1）0.5548（273.15K、101325Pa）引燃温度538 密度（标准状况）0.717g/L特殊性质极难溶于水天然气的性质化学性质通常情况下，甲烷比较稳定，与高锰酸钾等强氧化剂不反应，与强酸、强碱也不反应。但是在特定条件下，甲烷也会发生某些反应。（1）取代反应甲烷和氯气反应的所生成的一氯甲烷（有机合成重要原料）、二氯甲烷（电影胶片/涂料溶剂/发泡剂）、氯仿（有机合成/麻醉剂/萃取剂）、四氯化碳（灭火剂）CH4+Cl2（光照）CH3Cl（气体）+HClCH3Cl+Cl2（光照）CH2Cl2（油状物）+HClCH2Cl2+Cl2（光照）CHCl3（油状物）+HClCHCl3+Cl2（光照）CCl4（油状物）+HCl天然气的性质化学性质（2）氧化反应甲烷最基本的氧化反应就是燃烧：CH4+2O2CO2+2H2O甲烷的含氢量在所有烃中是最高的，达到了25%，因此相同质量的气态烃完全燃烧，甲烷的耗氧量最高。燃烧模拟图：q甲烷的燃烧甲烷的燃烧.avi天然气的性质化学性质（3）加热分解在隔绝空气并加热至1000的条件下，甲烷分解生成炭黑和氢气CH4=（1000）=C+2H2氢气是合成氨及汽油等工业的原料；炭黑是橡胶工业的原料天然气的性质化学性质（4）形成水合物甲烷可以形成笼状的水合物，甲烷被包裹在“笼”里。也就是我们常说的可燃冰。它是在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、PH值等）下由水和天然气在中高压和低温条件下混合时组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物。它可用mCH4nH2O来表示天然气的性质可燃冰主要储存于海底或寒冷地区的永久冻土带，比较难以寻找和勘探。天然气的两种存储状态LNG（LiquefiedNaturalGas）液化天然气，是通过在常压下气态的天然气净化处理，再冷却至-162，使之凝结成液体。CNG（CompressedNaturalGas）压缩天然气，是天然气加压并以气态储存在容器中。压缩天然气与管道天然气的组分相同,主要成分为甲烷（CH4）。LNG槽车LNG槽车CNG槽车CNG槽车第二部分 天然气发展历史天然气发展史中国是最早发现和开采利用天然气的国家。西周(约公元前11世纪前771年)时期的周易中就有“泽中有火”的记载。西汉（公元前206公元25）时中国已出现了天然气井，据汉书郊祀志记载：“祠天封苑火井于鸿门。”世界第一口千米天然气深井中国四川贡海井,凿于是1835年,至今仍在生产天然气世界天然气发展史世界主要发达国家天然气市场的发展基本上都经历了3个阶段启动期、发展期和成熟期。市场启动期市场启动期1)天然气作为石油工业的副产品，不是勘探开发的重点。天然气工业刚刚起步，在国民经济和一次能源结构中处于次要地位。2)天然气基础设施薄弱，无跨越地区的长输天然气管道。3)天然气消费市场容量有限。世界天然气发展史市场发展期市场发展期1)发现大气田(美国)或大量进口天然气资源(日本、韩国)以及建设区域管道等标志性工程。2)天然气工业逐步得到重视，在国民经济和一次能源结构中的地位显著提高。3)基础设施建设速度加快，区域之间管道和输配网络建成。4)天然气消费量迅速增长，用途逐渐扩大。世界天然气发展史市场成熟期市场成熟期1)建成多气源、多用户的全国性天然气管道网络。2)天然气工业成为国家主要产业之一，特别是在一次能源结构中与石油、煤炭形成鼎足之势或者成为主要能源。3)基础设施高度发达，输气干线、配气管线形成网络，储气设施完善。4)形成一个相对稳定的天然气市场，天然气消费结构比较合理，天然气在一些行业成为主要能源，特别是成为城市民用和商用的主要能源。世界天然气发展史将美国、日本、英国及韩国等世界主要发达国家天然气市场发展规律与我国天然气市场发展过程进行对比分析后认为，以2004年12月30日“西气东输”管道工程正式商业运作为标志，我国天然气市场开始由启动期进入发展期，初步判断市场发展期将持续到21世纪30年代中期，之后市场将步入成熟期。我国天然气发展我国是世界上较早开发利用天然气的国家之一。然而，由于受以煤为主的能源结构、经济发展水平、能源政策等因素的影响，天然气在我国一直没有得到大规模地开发利用。19802000年，我国天然气消费量年均增长率仅为2.8%，远低于一次能源消费增长率(4.2%)。2000年后，随着我国天然气资源勘探开发不断取得突破，探明储量和产量不断增加，特别是2004年“西气东输”管道项目正式商业运作，我国天然气工业由启动期进入快速发展期，天然气消费市场迅速扩大，天然气占一次能源消费结构中的比例也逐步提高。2008年我国天然气消费量达807亿m3，比2004年的消费量翻了一番，年均增速达19.4%，天然气在一次能源消费结构的比重由2.6%提高到3.8%。我国天然气发展2011年，我国天然气产量首次突破千亿立方米，达到1025.3亿立方米。2013年我国天然气产量1210亿立方米，其中常规天然气1178亿立方米，非常规气中页岩气2亿立方米，煤层气30亿立方米；天然气进口量534亿立方米，增长25.6%，其中管道气增长24.3%，液化天然气增长27.0%；天然气表观消费量1692亿立方米，增长12.9%。2015年全国天然气需求量将有可能在2008年的基础上翻一番多，达到2000亿m3左右。20152020年增速放缓，但仍将保持年均7%以上的增速，届时全国天然气需求量有可能超过3000亿m3。我国天然气发展第三部分 天然气输气管网燃气输配天然气输送、储存和输配是天然气工业的重要组成部分，是实现天然气利用的重要基础设施。由于大量用气的中心城市和工业企业距气源较远，需要通过长输管道将商品天然气安全、平稳、源源不断的送给用户。因此，天然气输送、储存和输配系统便成为天然气工业完整体系中不可缺少的重要环节。对于跨洋长距离天然气输送，当铺设管道难以实施时多采用液化天然气（LNG）方式进行输送。天然气输配系统输气干线主要输气干线（一）陕京线（一线、二线、三线）（一）陕京线（一线、二线、三线）西起长庆榆林气田，途径陕西、河北、天津、北京（二）兰银线（二）兰银线西起青海涩北油田，途径青海、甘肃、宁夏（三）长宁线（三）长宁线西起青海涩北油田，途径青海西宁、甘肃兰州（四）（四）靖西线靖西线 西起长庆靖边气田，途径延安、咸阳、西安（五）长呼线（五）长呼线西起鄂尔多斯西峰油田、长庆油田，途径鄂尔多斯、呼和浩特、包头（六）川气东输（六）川气东输西起普光气田，途径四川、重庆、湖北、湖南、安徽、浙江、上海（七）中缅线（七）中缅线南起缅甸，途径缅甸曼德勒、云南（八）中俄线（八）中俄线北起俄罗斯，途径俄罗斯、黑龙江、吉林、辽宁、北京（九）西气东输（一线、二线、三线）（九）西气东输（一线、二线、三线）西气东输我国西部地区的塔里木盆地、柴达木盆地、陕甘宁和四川盆地蕴藏着26万亿立方米的天然气资源和丰富的石油资源，约占全国陆上天然气资源的87%。特别是新疆塔里木盆地，天然气资源量有8万多亿立方米，占全国天然气资源总量的22%。2000年2月国务院第一次会议批准启动“西气东输”工程。西气东输一、二线工程干支线加上境外管线，长度达到15000多公里，这不仅是国内也是全世界距离最长的管道工程；西气东输工程穿越的地区包括新疆、甘肃、宁夏、陕西、河南、湖北、江西、湖南、广东、广西、浙江、上海、江苏、山东和香港特别行政区。2002年7月4日，西气东输工程试验段正式开工建设。2004年1月1日正式向上海供气，2004年10月1日全线建成投产，2004年12月30日实现全线商业运营。2008年初，西气东输二线工程正式开工。该工程外连源自土库曼斯坦的中亚天然气管道，西起霍尔果斯，南至广州、深圳和香港。2011年6月东段投产。西气东输西气东输一、二线西气东输三线川气东输管线东海气东海气/LNGEast Sea Gas/LNG西气东输西气东输 West to East Pipeline Gas江东江东滨江站滨江站南门站南门站之江之江钱钱 塘塘 江江 Qiantang River富阳富阳主城区主城区下沙下沙临平临平余杭余杭 萧山萧山北门站北门站良渚良渚站站留祥站留祥站西郊站西郊站星桥站星桥站乔司站乔司站江东门站江东门站之江之江所前门站所前门站滨江滨江江东江东2已建成高压输气管道在建高压输气管道待建高压输气管道门站调压站远期建设高压输气管道S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11-1S11-2600600500北部北部LNG应急站应急站西部西部LNG应急站应急站东部东部LNG应急站应急站江南江南LNG应急站应急站S7-2萧绍路站萧绍路站红十五线站红十五线站梅仙桥站梅仙桥站靖江站靖江站之江站之江站金家岭站金家岭站临平站临平站富阳站富阳站青山站青山站余杭站余杭站应急站S14S13狮子口阀室狮子口阀室320阀室阀室西气东输二线西气东输二线下沙热电厂下沙热电厂S15新登站新登站桐庐站桐庐站建德建德下沙门站下沙门站S12S16S17 苏嘉路阀室苏嘉路阀室 国外天然气管道输送技术的发展趋势国外天然气管道输送技术的发展趋势1、增大管径。国外干线天然气管道直径一般在1000毫米以上。例如俄罗斯通往欧洲的天然气管道干线直径为1420毫米，著名的阿意输气管道直径为1220毫米。2、提高输气压力。目前，西欧和北美地区的天然气管道压力普遍都在10MPa以上。像阿意输气管道最高出站压力达21MPa，西气东输一线压力为10MPa，二线西段达到了12MPa。3、广泛采用内涂层减阻技术，提高输送能力。国外输气管道采用内涂层后一般能提高输气量6至10，同时还可有效减少设备的磨损和清管次数，延长管线使用寿命。4、提高管材韧性，增大壁厚。第四部分 城镇燃气输配系统燃气输配城镇燃气输配系统城镇燃气输配系统有有两种基本方式两种基本方式：一种：一种是管道输配系统；一种是液化石油气瓶装是管道输配系统；一种是液化石油气瓶装系统。管道输配系统一般由系统。管道输配系统一般由接受站接受站(或门站或门站)、输配管网输配管网、储气设施储气设施、调压设施调压设施以及运以及运行管理设施和监控系统等共同组成。行管理设施和监控系统等共同组成。城镇燃气输配系统根据所采用的管网压力级制不同可分为：根据所采用的管网压力级制不同可分为：1.一级系统一级系统：仅由低压或中压一级压力级别：仅由低压或中压一级压力级别的管网输配系统。的管网输配系统。2.两级系统：两级系统：由低压和中压由低压和中压B或低压和中压或低压和中压A两级组成的管网输配系统。两级组成的管网输配系统。3.三级系统：三级系统：由低压、中压和次高压或高压由低压、中压和次高压或高压三级组成的管网输配系统。三级组成的管网输配系统。4.多级系统：多级系统：由低压、中压、次高压和高压由低压、中压、次高压和高压组成的管网输配系统。组成的管网输配系统。低压-中压A两级管网系统低压低压中压中压A两级管网系统两级管网系统1长输管线；长输管线；2城镇燃气分配站；城镇燃气分配站；3中压中压A管网；管网；4区域调压站；区域调压站；5工业企业专用调压站；工业企业专用调压站；6低压管网；低压管网；7穿越铁路的套管敷设；穿越铁路的套管敷设；8穿越河底的过河管道；穿越河底的过河管道；9沿桥敷设的过河管道；沿桥敷设的过河管道；10工业企业工业企业多级管网系统示意图多级管网系统 1长输管线；2门站；3调压计量站；4储气站；5调压站；6高压B环网；7次高压B环网；8中压A环网；9中压B环网；10地下储气库燃气管道分类按输气压力分类按输气压力分类 （低压（低压、中压、中压B、中压、中压A、次、次燃气管道分类2.按敷设方式分类 （1）埋地管道 （2）架空管道 3.按用途分类 （1）长距离输气管线 （2）城镇燃气管道 1）中低压地下管 2）用户引入管 3）室内燃气管道 （3）工业企业燃气管道 1）工厂引入管和厂区燃气管道 2）车间燃气管道 3）炉前燃气管道 燃气管道分类4.按管网形状分类（1）环状管网 （2）枝状管网 （3）环枝状管网燃气管道及附属设备根据规范，室外燃气管道可以采用钢管、铸铁管、塑料（PE）管等。城镇埋地燃气管道的设计使用年限应不小于30年。用户室内燃气管道允许暗埋，但管道设计使用年限应不小于50年。聚乙烯管道和钢骨架聚乙烯复合管道，严禁用于室内地上燃气管道和室外明设的燃气管道。燃气管道及附属设备钢管钢管 适用于各种压力级别的城镇燃气管道和制气厂的工艺管道。但耐腐蚀性较差，必须采取可靠的防腐措施。常用的钢管有普通无缝钢管和焊接钢管。钢管一般可以用螺纹、焊接和法兰等方式进行连接。铸铁管铸铁管 铸铁管具有抗腐蚀性能强、价格便宜的优点。但质脆、笨重、承载应力小、接口气密性较差。常用于中、低压燃气管道。铸铁管按材质分为普通铸铁管、高级铸铁管和球墨铸铁管。铸铁管的连接一般为承插、螺栓压盖和法兰三种方式。钢管分类按轧制工艺分类，钢管可分为热轧钢管和冷轧钢管；按钢管是否有缝分类，钢管分为无缝钢管和焊接钢管；按制管材质（即钢种）可分为：碳素管和合金管、不锈钢管等按管端联接方式可分为：光管（管端不带螺纹）和车丝管（管端带有螺纹）按表面镀涂特征可分为：黑管（不镀涂）和镀涂层管常见燃气钢管规格符号镀锌钢管：规格In外径允许偏差普通壁厚加厚壁厚DN151/221.3 0.5mm 2.75 3.25 DN203/426.8 2.75 3.50DN25133.5 3.25 4.00DN321 1/442.3 3.25 4.00 DN401 1/248.0 3.50 4.25DN50260.0 3.50 4.50 DN80388.5 4.00 4.75常见燃气钢管规格符号无缝钢管8941085159621973258常见燃气钢管规格符号螺旋焊管21963257426852996309钢管燃气用管道（3PE防腐）钢管防腐技术1、热缩缠绕带应用于长输石油、天然气钢管焊口防腐，城市燃气管网接缝防腐。是由基材和热熔胶层双层材料组成。基材是聚乙烯原料，热熔胶是一种特种胶粘剂。钢管防腐技术3PE/2PE/2FBE防腐3PE防腐一般由3层结构组成：第一层环氧粉末（FBE100um）第二层胶粘剂（AD）170250um第三层聚乙烯（PE）2.53.7mm实际操作中将三种材料混合融为一体，经过加工使之与钢管牢固结合形成优良的防腐层。其加工方式一般分缠绕式和圆模包覆式两种。3PE防腐技术综合了环氧涂层与挤压聚乙烯两种防腐层的优良性能，将环氧涂层的界面特性和耐化学特性与挤压聚烯防腐层的机械保护特性等优点结合起来，从而显著改善了各自的性能。钢管防腐技术牺牲阳极保护牺牲阳极保护牺牲阳极法是最早应用的电化学保护法。根据电化学原理，把不同电极电位的两种金属置于电解质体系内，当有导线连接时就有电流流动，这时，电极电位较负的金属为阳极、利用两金属的电极电位差作阴极保护的电流源。这就是牺牲阳极法的基本原理。牺牲阳极法是通过阳极自身的消耗，给被保护金属体提供保护电流。燃气管道及附属设备PEPE管管 塑料管具有耐腐蚀、质轻、流体流动阻力小、施工简便、气密性好等优点。但塑料管机械强度较低。PE管一般采用电熔、热熔等方式实现连接。燃气管道PE管规格规格表示（0.4MPa）SDR11（PE80级）De253.0De323.0De403.7De504.6De635.3De756.8De908.2De11010.0De16014.6De20018.2De25022.7De31528.6PE管规格规格表示（0.6MPa）SDR17.6（PE100级）De905.4De1106.6De1609.5De20011.9De25014.8De31518.7燃气管道附属设施阀门阀门补偿器补偿器 排水器排水器 放散管放散管 阀门井阀门井阀门阀门是用于启闭管道通路或调节管道介质流量的设备。因此要求阀体的机械强度高，转动部件灵活，密封部件严密耐用，对输送介质的抗腐性强，同时零部件的通用性好。阀门的种类很多，燃气管道上常用的有闸阀、旋塞阀、截止阀、球阀和蝶阀等。阀门阀门补偿器补偿器是调节管线因温度变化而伸长或缩短的配件。常用于架空管道、埋地管道和需要进行吹扫的管道上。此外，补偿器安装在阀门的下侧(按气流方向)，利用其伸缩性能，方便阀门的拆卸和检修。排水器排水器是用于排除燃气管道中冷凝水和石油伴生气管道中轻质油的配件，由凝水罐、排水装置、和井室三部分组成。管道敷设时应有一定坡度，以便在低处设排水器，将汇集的水或油排出。放散管一种专门用来排放管道内部的空气或燃气的装置。放散管设在阀门井中时，在环网中阀门的前后都应安装，而在单向供气的管道上则安装在阀门之前。阀门井为保证管网的安全与操作方便，地下燃气管道上的阀门一般都设置在阀门井中。阀门井应坚固耐久，有良好的防水性能，并保证检修时有必要的空间。考虑到人员的安全，井筒不宜过深。阀门井100mm单管阀门井构造图单管阀门井构造图1阀门；阀门；2补偿器；补偿器；3井盖；井盖；4防水层；防水层；5浸沥青麻；浸沥青麻；6沥青砂浆；沥青砂浆；7集水坑；集水坑；8爬梯；爬梯；9放散管放散管