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天然气基础知识天然气基础知识 讲课人：高江龙 王陆斌 天然气的简介 天然气广义指埋藏于地层中自然形成的气体的总称。但通常所称的天然气只指贮存于地层较深部的一种富含碳氢化合物的可燃气体，而与石油共生的天然气常称为油田伴生气。天然气由亿万年前的有机物质转化而来，主要成分是甲烷，此外根据不同的地质形成条件，尚含有不同数量的乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷等低碳烷烃以及二氧化碳、氮气、氢气、硫化物等非烃类物质；有的气田中还含有氦气。密度多在0.60.8g/cm3，比空气轻。通常将含甲烷高于90%的称为干气，含甲烷低于90%的称为湿气，爆炸极限为5.015.1%。天然气是一种重要的能源，广泛用作城市煤气和工业燃料；在70年代世界能源消耗中，天然气约占 1819。天然气也是重要的化工原料。液化石油气、人工煤气、天然气的区别 液化石油气（简称液化气）是石油在提炼汽油、煤油、柴油、重油等油品过程中剩下的一种石油尾气，通过一定程序，对石油尾气加以回收利用，采取加压的措施，使其变成液体，装在受压容器内，液化气的名称即由此而来。它的主要成分有乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和丁烷等，在气瓶内呈液态状，一旦流出会汽化成比原体积大约二百五十倍的可燃气体，并极易扩散，遇到明火就会燃烧或爆炸。因此，使用液化气也要特别注意。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。因此，煤气有毒，易于空气形成爆炸性混合物，使用时应引起高度注意。天然气的特性1、相对密度小，比空气轻，易向高处流动。2、具有易燃易爆性，遇到静电火花也会引爆，爆炸极限为5.015.1%。3、热值高，天然气的热值为33.4746.02MJ/NM3(800011000Kcal/NM3)大约是煤气的两倍，是液化石油气的1/3左右。4、具有溶解性，能溶解普通橡胶和石化产品，因此用户必须使用耐油的胶管或棉线纺织的塑料管。5、天然气具有腐蚀性。6、天然气具有麻醉性，在空气中浓度较高时对人体中枢神经具有麻痹性。7、天然气无毒性，不含一氧化碳，但燃烧不完全时，也容易产生一氧化碳有毒气体，造成人身中毒。8、天然气燃烧更完全、更卫生。9、天然气的输送一般经过降压、计量、加臭后直接采用管道输送到用户灶前，因此运输、使用天然气极为方便。天然气的燃烧化学方程式 1、当氧气不足的时候，天然气在氧气中燃烧生成一氧化碳、水、二氧化碳。3CH4+5O2=CO2+2CO+6H2O 2、当氧气充足时，天然气在氧气中燃烧生成二氧化碳和水。2CH4+3O2=2CO2+4H2O 我国天然气的主要分布 我国沉积岩分布面积广，陆相盆地多，形成优越的多种天然气储藏的地质条件。经过十几年的艰苦勘探表明，在我国960万平方公里的土地和300多万平方公里的管辖海域下，蕴藏着十分丰富的天然气资源。主要体现在：东，就是东海盆地。那里已经喷射出天然气的曙光；南，就是莺歌海琼东南及云贵地区。那里也已展现出大气区的雄姿；西，就是新疆的塔里木盆地、吐哈盆地、准噶尔盆地和青海的柴达木盆地。在那古丝绸之路的西端，石油、天然气会战的鼓声越擂越响。它们不但将成为我国石油战略接替的重要地区，而且天然气之火也已熊熊燃起，燎原之势不可阻挡；北，就是东北华北的广大地区。有着众多的大油田、老油田，它们在未来高科技的推动下，不但要保持油气稳产，还将有攀登新的高峰；中，就是鄂尔多斯盆地和四川盆地。鄂尔多斯盆地的天然气勘探战场越扩越大，探明储量年年剧增。四川盆地是我国天然气生产的主力地区，最近又有新的发现，大的突破，天然气的发展将进入一个全新的阶段。我国天然气分布图 我国主要输气管道 1、已建成管道（1）西气东输一线工程（2）西气东输二线工程（3）川气东送工程（4）陕京一二线工程（5）陕京三线（6）涩宁兰输气管线工程（7）忠武输气管线工程（8）淮武输气管线工程（9）冀宁联络线工程（10）中国中亚天然气管道工程 2、在建管道介绍（1）中缅油气管道工程（2）中哈天然气管道工程（3）西气东输三线工程 3、拟建管道介绍（1）陕京四线工程（2）中俄输气管道工程（西气东输四线）天然气的主要应用 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。2、城市燃气及工业生产：广泛用于居民生活及商业燃气灶具、燃气空调、热水器、采暖及制冷，也用于造纸、冶金、采石、陶瓷、玻璃等行业，还可用于废料焚烧及干燥脱水处理。3、化工原料：天然气是非常好的化工原料，具有投资少、成本低、污染少等特点。利用天然气可以生产很多化工产品，如：甲醇等，而甲醇是一种重要的化工原料，可以继而生产甲醛、乙醇、乙醛、乙二醚等。4、汽车燃料：以天然气代替汽车用油，具有价格低、污染少、安全等优点。未来天然气的发展未来天然气的发展 预期：预期2015年达到20002200亿方，进口500700亿方；预期2020年达到28003000亿方，进口8001000亿方。加大天然气的利用是大势所趋，其原因有：（1）必要性 （2）可行性 总体格局：“十二五”期间，我国将形成“西气东输、北气南下、海气登陆、就近外供”的供应格局。天然气安全基本知识天然气安全基本知识天然气的危险特性 天然气是一种易燃、易爆的气体，与空气混合后，当其浓度在5%15%范围内，遇火源即会发生燃烧或爆炸。天然气与空气混合后，只要温度达到650摄氏度左右，即使没有火源也会自行着火。组成天然气的气态烃本身是无毒的，但是如果天然气中含有二氧化硫时就会对人体有毒害作用。当天然气大量泄漏到空气或室内达到一定浓度时，会使空气中的含氧量减少，严重时可使人窒息死亡。此外，天然气燃烧不完全时生成的CO，对人体也有毒害作用。天然气火灾、爆炸的特点1、冲击力强，威力巨大，爆炸破坏性大。2、燃烧速度快。3、火焰温度高。天然气事故的预防1、加强可燃介质系统的密闭性。2、控制着火源。（1）预防明火；（2）预防摩擦与撞击；（3）防止电气火花；（4）防雷电。燃气的管道输送燃气的管道输送 天然气的输送 天然气的输送包括LNG船、LNGCNG槽车、管道输送。管道输送是天然气的主要输送方式之一，从油气井口到最终用户，历经矿场集气、净化、压气站、配气站以及调压计量等，形成了一个统一密闭的输气系统。天然气的输送系统 一、输气管道的分类1.根据用途分类：长距离输气管道 城镇燃气管道 工业企业燃气管道2.根据敷设方式：地下燃气管道 架空燃气管道（沿桥架设，输送压力 0.4MPa）3.根据输气压力：低压燃气管道：P0.01MPa 中压B燃气管道：0.01MPaP0.2MPa 中压A燃气管道：0.2MPaP0.4MPa 次高压B燃气管道：0.4MPaP0.8MPa 次高压A燃气管道：0.8MPaP1.6MPa 高压B燃气管道：1.6MPaP2.5MPa 高压A燃气管道：2.5MPaP4.0MPa二、管道压力的分布长输管线：高压 （1.6MPap4.0 MPa）次高压（0.4 MPap1.6 MPa）城市干线：中压 （0.01 MPap0.4 MPa）城市支线：低压 （p0.01 MPa）低压庭院管网：（2000kPa）低压入户管 ：（2000kPa）高压管道主要功能是输气，并通过调压站向压力较低管网的各环网配气一般由次高压或高压燃气管道构成大城市输配管网系统的外环网中压管道必须通过区域调压站或用户专用调压站才能给城市燃气管网中的低压管道供气三、长距离输气管道1.特点：距离长：一般从几百公里到几千公里 管径大：一般在16英寸以上（最大56英寸）（406.4mm 1422.4mm 1英寸=25.1mm）压力大：大于等于4MPa 目前陆上输气管道最高压力：12MPa 海底输气管道最高压力：15/21MPa （共3条管线，平常15；若停用一条，俩条工作时为21）2.组成1进场 2转气站 3来自气田的输气管 4首站的罐区和泵房 5全线调度中心 6清管器发放室 7首站的锅炉房、机修厂等辅助设施 8微波通讯塔 9线路阀室 10管线维修人员住所 11一中间输气站 12一穿越铁路 13一穿越河流的弯管 14一跨越工程 15一末站 16、17、18城市门站3.我国的著名输气管道西气东输一线（轮南上海）西气东输二线（霍尔果斯南昌）管径1219mm陕京一线、二线、三线（靖边北京）涩北兰州忠县武汉川气东送四、管材的选择 钢管常用（易腐蚀）管材 铸铁管（易断裂）PE管（不耐高温高压，连接成本高）附属设备：阀体、补偿器（防止管线拉断）、排水器、放散管、阀门井 1阀门：阀门是燃气管道中重要的控制设备，用以切断和接通管线，调节燃气的压力和流量。2.补偿器：用于消除因管线胀缩对管道产生应力的设备，常用于架空管道 3.凝水缸（排水器）：为排除燃气管道中的冷凝水或石油伴生气管道中的轻质油。4.放散管：用于排放管道内的空气或燃气，在管道投入运行时，排出管道内的空气，在管道检修时，排放管道内的燃气 5.阀门井：为便于阀门的操作以及管道的放散，通常在阀门和放空管出设阀门井五、管道的泄漏、结冰1.泄漏 1）泄漏原因 (1)燃气管道腐蚀穿孔 (2)违章操作 (3)设施老化或维护不及时 (4)施工不当 腐蚀管道的外部 腐蚀管道的内部 (5)自然灾害 (6)不能及时发现事故隐患 2）防范措施1做好线路的日常巡检工作 2.坚持做好职工的安全培训3.加强工程材料的质量管理 4.管道焊接严格要求 5.加强施工监理工作6.完善SCADA系统，实时地接受遥测点的压力、流量和温度参数，自动的绘出动态的曲线 （SCADA系统时数据采集和监视控制系统）7.建立地理信息系统（GIS）和燃气管道档案2.结冰1）管内结冰 危害：减小当量管径，增加流动摩擦阻力甚至堵塞管道 结冰形式 冰块：管道由高的压力向低的压力流动，流速快，气体迅速膨胀吸 收大量的能量导致温度降低造成结冰 天然气水合物：生成条件：1.存在游离水 2.适当的温度和压力 3.含有杂质、高速、紊流、脉动，急剧转弯等因素 解决方法：1）采用降低压力、升高温度 2）加入可以使水化物分解的反应剂（防冻剂）。3）脱水，使气体中水分含量降低到不致形成水化物 的程度2）管外结冰 通常发生在调压器后面的管道,由于压力的突然降低,导致要从空气中吸收 大量的热量,使管道外的空气中的水蒸气遇冷结冰（节流效应节流效应）危害：阀门堵塞，不能够正常开关城市燃气的输配 一、基础知识1.供气对象：居民用户、工业用户、公服用户（商业用户，采暖、制冷用户，燃气汽车用户）2.不均匀性：城市燃气的需求量在每日、每月、每年 具有波动性，不均匀性 影响因素：居民的生活习惯、季节性的气温变化等3.供需平衡的方法(调峰)1）改变气源的生产能力和设置机动气源 2）利用缓冲用户 3）发挥调度作用 4）利用储气设备（地下储气 、液态储气 管道末端储气、储气罐储气）二、燃气的分类 纯天然气 34.69 MJ/Nm3 常规天然气 石油伴生气 45.47 MJ/Nm3 凝析气田气 48.36 MJ/Nm3 天然气（CN）矿井气 18.84 MJ/Nm3 天然气水合物（可燃冰）非常规天然气 煤层气（瓦斯）36.37 MJ/Nm3 页岩气 干馏煤气（焦炉煤气）燃气 人工煤气（COG）气化煤气（混合煤气、水煤气）油质气 高炉煤气 液化石油气（LPG）：是开采和炼制石油过程中，作为副产品而获得的一部分碳氢化合物。主要组成：丙烷、丙烯、丁烷、丁烯，习惯上又称为有C3、C4 92121MJ/Nm3 沼气（生物气）：CH4 60%CO2 35%21MJ/Nm3 三、城镇燃气输配系统 城镇燃气输配系统有两种基本方式：一种是管道输配系统；一种是液化石油气瓶装系统。管道输配系统一般由气源、输配管网、应用设施共同组成。如图所示：气源 输配管网 应用设施 管网 人工制气场 储气库（站）入 户管 城市门站 储配站 燃气表 调压室 燃具 （等等）（等等）1.城市门站1）概念：为向城镇和工业区供应燃气，在输气干管及其支 管的终端设燃气分配站，这种站亦称为城市门站2）作用：（1）接受气源（2）计量，质量检测（3）调节控制压力、流量（4）净化2.高、中、低压管网系统3.储配站 1）概念：将气源来气储存并分配到城镇中提供用气的站点 2）功能：（1）储气 （2）混合气（使燃气性质均匀）（3）提供点分布合理（减小供气半径，进而减 小管径）（4）加压 3）设置（个数、布局、规模）技术经济比较 原则：供气可靠，安全适用，经济 （1）小城市气源厂或气源厂附近 （2）大城市二个或二个以上，对称布置4.调压站1）功能 （1）按运行要求和设计规定 将输配管网的压力调配到 下一级管网或用户所需压力（2）当系统负荷发生变化时，将调节后的压力保持稳定 在运行或设计要求的范围之内（3）控制燃气的流量2）分类 （1）按调压级别：高中压调压器 高低压调压器 中低压调压器 （2）按用途：区域调压器（管网之间）用户调压器（调压箱）专用调压器3）选址 （1）负荷比较集中或大用户位置减少输配管网 （2）避开繁华地段，远离火灾及一些重要建筑物 （3）个数、布置要求考虑调压室的最佳作用半径R4）组成 调压器 阀门：调压器、过滤器检修或发生事故时切断燃气 过滤器：固体悬浮物积存，妨碍调压器和安全阀的门芯和阀座的配合，压损10kPa 安全阀：安全切断阀和安全放散阀 安全切断阀的作用是当出口压力超过允许值时自动切断燃气通路的阀门；安全放散阀适当出口压力出现异常但尚没超过允许范围前即开始工作，把足够量的燃气放散到大气中 旁通管：保证调压器检修时不间断供气 测量仪表：判断各种装置及设备工作是否正常 进口：指示式压力计 出口：记录式压力计5.计量计量计分类计量计分类容积式流量计是依据流过流量计的液体或气体的体积来测定其流量的。膜式燃气表，湿式流量计、腰轮气体流量计。速度式流量计：涡轮流量计 膜式燃气表 涡轮流量计 超声流量计6.加臭1）加臭的原因 可燃气体是具有一定毒性的爆炸气体，又是在压力下运输。由于管道及设备和施工方面存在问题和使用不当，容易造成漏气，引起爆炸，着火和人身中毒事件当发生漏气被察觉是必不可少的2）加臭的标准 燃气中加臭剂最小量符合无毒燃气泄露达到爆炸下限的20%时应能察觉，有毒的燃气，CO含量达到0.02%时，能被察觉3）加臭剂 常用加臭剂：四氢噻吩THT（我国常用）乙硫醇EM 叔西硫醇TBM四、燃气的供应方式和管网压力级制1）分类 （1）按供应方式分类：低压，中压，高压 （2）按压力级制分类：一级系统（低压）两级系统（低压、中压B、中压A）三级系统（低压、中压、高压）多级系统（低压、中压B、中压A、高压B、甚至高压A）原因：1.管网采用不同压力级制是比较经济的 2.各类用户需要的燃气压力不同 3.消防安全的需要2）压力级制的选择 （1）原则安全可靠，经济合理 （投资、运行、技术合理性）（2）选择系统时需要考虑的因素 1.气源情况 2.城市规划情况 3.原有城市供气、储气设施情况 4.供气方针（确定级制）5.城镇的地理条件 6.设备材料的供应情况五、压缩天然气（CNG）液化天然气（LNG）加气站1LNG罐：存储LNG 2潜液泵：充装LNG瓶、提供LNG给LCNG加气系列3LCNG泵：增压LNG给汽化器后便可进行LCNG加气4汽化器：将高压LNG转化成CNG5CNG罐：存储CNG6加气机：加气到CNG交通工具或LNG交通工具谢谢观赏谢谢观赏