1、天然氣基礎知識天然氣基本知識第一部分 基本理論一、一次能源概念及分類一次能源是指直接取自自然界，沒有經過加工轉換的各種能量和資源，它包括：原煤、原油、天然氣、油頁巖、核能、太陽能、水力、風力、波浪能、潮汐能、地熱、生物質能和海洋溫差能等等。一次能源根據它們是否能夠再生而分成再生能源和非再生能源。再生能源：可再生能源是清潔能源，是指在自然界中可以不斷再生、永續(xù)利用、取之不盡、用之不竭的資源，它對環(huán)境無害或危害極小，而且資源分布廣泛，適宜就地開發(fā)利用，主要包括：太陽能、水能、風能、海洋能、潮汐能等。非再生能源：煤炭、石油、天然氣、油頁巖和核燃料鈾等。其中煤炭、石油、天然氣和油頁巖等非再生能源又叫化

2、石燃料、燃料礦石和礦物燃料。二、天然氣概念廣義：自然界一切天然因素形成的氣體，都可稱為天然氣。如大氣、地下氣、宇宙氣等。狹義：是指存在于地下巖層中的各種氣體，天然氣的成分不是單一的，而是由多種氣態(tài)物質組成的混合物，如氣層氣、油田氣、煤層氣等。三、天然氣分類1按重烴氣含量分類a、干氣 甲烷含量在氣體成分中占95%以上，重烴氣含量很少，不超過1%4%。它不與石油伴生，可單獨形成純氣藏。b、濕氣 氣體成分中含重烴氣超過5%，即為濕氣，濕氣常與石油伴生。如我國大慶、遼河、大港等油田所產天然氣多為濕氣。c、富氣是指含C3、C4、C5等重碳成分較高的天然氣，一般占10%以上；d、貧氣是指含C3、C4、C5

3、等重碳成分較少的天然氣，一般占10%以下；2、按產出分類a、氣田氣 從氣井中開采出來的天然氣，不與油藏伴生的單一天然氣聚集的氣體，氣體成分以甲烷為主，其含量達到95%以上，重烴氣含量極少，不超過1%4% ,屬于干氣；b、油田氣 主要指與石油共存的天然氣。可溶于油內或在油氣藏中呈游離氣態(tài)，也可以單獨氣藏與油藏共處于同一油氣田中，一般油田氣除以甲烷為主外還含有較多的重烴氣，重烴含量可達百分之幾至幾十，屬于濕氣。c、凝析氣 當地下溫度、壓力超過臨界溫度單一氣體都有一特定溫度，高于此溫度時不管加多大壓力都不能使該氣體轉化為液體，該特定溫度成為臨界溫度。甲烷的臨界溫度為-82.5后液態(tài)烴逆蒸發(fā)作用而形成

4、的氣體。d、煤層氣 指煤層中的游離氣和吸附氣，主要成分是甲烷，此外還伴生有氮氣、二氧化碳、氫氣等。3、按狀態(tài)分類a、普通天然氣 是指常溫常壓下的天然氣，相對密度為0.59，在標準狀況（101325Pa，0）下，天然氣混合物的密度為0.71 Kg/m3，空氣密度為1.29 Kg/m3，相對密度就是二者的比值； b、壓縮天然氣（CNG） 是指壓力達到20MPa以上的天燃氣，一般壓力為25MPa，體積是標準狀態(tài)下的1/300，是理想的汽車燃料;c、液化天然氣（LNG） 是指轉變?yōu)橐簯B(tài)的天然氣，一般在常壓下，溫度冷卻到-162天然氣由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，體積縮小為原來的1/600，密度為0.42-0.46t

5、/m3；如果在20MP下，冷卻至-140則由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài).d、可燃冰 可燃冰的學名為“天然氣水合物”，是天然氣在0和30個大氣壓的作用下結晶而成的“冰塊”。“冰塊”里甲烷占80%99.9%，可直接點燃，燃燒后幾乎不產生任何殘渣，污染比煤、石油、天然氣都要小得多。1立方米可燃冰可轉化為164立方米的天然氣和0.8立方米的水。目前，全世界擁有的常規(guī)石油天然氣資源，將在40年或50年后逐漸枯竭。而科學家估計，海底可燃冰分布的范圍約4000萬平方公里，占海洋總面積的10%，海底可燃冰的儲量夠人類使用1000年，因而被科學家譽為“未來能源”、“21世紀能源”。 2007年5月1日凌晨，我國在南海北部成功

6、鉆獲天然氣水合物實物樣品“可燃冰”，從而成為繼美國、日本、印度之后第4個通過國家級研發(fā)計劃采到水合物實物樣品的國家。 四、天然氣化學組成a、烴類氣體 主要是甲烷（CH4）一般占80%以上，其次為乙烷（C3H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）、戊烷（C5H12）等；b、非烴氣體 二氧化碳（CO2）、硫化氫（H2S）、一氧化碳（CO）、氮氣（N2）等；c、稀有氣體 氦氣（Ne）、氬氣（Ar）等。五、天然氣主要成分a、可燃氣體 主要是甲烷（CH4）等烴類氣體；b、酸性氣體 如二氧化碳（CO2）、硫化氫（H2S）等；c、水蒸氣六、天然氣的物理性質未處理的可有汽油味，有時有硫化氫味。經處理過的天

7、然氣是無色、無味、無毒和無腐蝕性的氣體，主要物理性質是具有可燃性。c、溶解性 天然氣溶于水和石油，甲烷在石油中的溶解度約等于水中的九倍。d、可燃性 每立方米天燃氣燃燒時所放出的熱量稱為熱值，甲烷的熱值為35-38兆焦/標準立方米；約8500大卡/立方米e、可壓縮性 七、天然氣爆炸極限天然氣在空氣中的爆炸極限是上限為15%，下限為5% 。八、天然氣的化學反應甲烷的分子結構是由一個碳原子和四個氫原子組成，燃燒主要產物是二氧化碳和水。CH4+2O2 CO2+2H2O甲烷與水蒸氣作用 將甲烷和水蒸氣通過貯有鎳或三氧化二鋁催化劑的反應器在850左右就發(fā)生轉化作用生成一氧化碳和氫氣。一氧化碳和氫氣可用來合

8、成甲醇、合成氨等等，工業(yè)上叫做合成氣。十二、天然氣重要性質1、低相對密度 天然氣（絕對密度0.71kg/m3）相對密度為0.59.因此比空氣輕，易擴散，安全性高。2、可燃性 天然氣是一種可燃氣體，且具有很高的熱值，其熱值一般為35-38MJ/方，即8500大卡左右，比普通煤氣大2.5倍（煤氣的熱值為15-17MJ/方），是理想的高效燃料。3、可壓縮性 增壓20-25MPa體積縮小為240-300分之一。天然氣是高壓、易燃、易爆的危險化學品十三、天然氣、汽油、液化石油氣和人工煤氣熱值比較 天然氣 35-38.6MJ/m3 油田伴生氣45.46MJ/m3 汽 油 36-38.8MJ/L 液化石油氣

9、 45-46MJ/kg3 人工煤氣 16.5-17.6 MJ/m3 熱效率關系是1m3天然氣相當于1升汽油、相當于0.78kg液化石油氣、相當于2.2 m3人工煤氣。1卡=4.2J，1MJ=240大卡，1大卡=4.2KJ=4Btu，1Btu=250卡，1MBtu=29方，1方=8500大卡=35.5MJ十五、壓縮天然氣與液化天然氣的異同點相同點：二者均為天然氣，只是狀態(tài)不同，不同點：壓縮天然氣是氣態(tài)，高壓常溫，壓力一般為20MPa以上；而液化天然氣是液態(tài)，常壓低溫，溫度一般低于-162.十六、天然氣占一次能源比例一次能源消費以石油、天然氣、煤炭、核電和水利發(fā)電為基礎，天然氣在一次能源消費結構中

10、世界平均水平的25%，其中，前蘇聯(lián)、中東和北美洲已經超過世界平均水平達40%以上，而亞洲和大洋洲最低，只有12%，我國半個世紀以來天然氣在一次能源消費中一直維持在3.8%，遠低于亞洲水平。目前全國天然氣消費量超過10億方的省市區(qū)有22個，超過20億方的有13個，其中四川、北京、江蘇和廣東均接近70億方。而遼寧僅有8億方，只占1.8%，不及國家平均水平的也一半。目前國家規(guī)劃到2010年力爭達到10%，因此天然氣有著巨大的發(fā)展空間。目前，遼河油田全年可生產8億立方米天然氣，西氣東輸項目每年通過管線輸給遼河油田60億立方米天然氣。遼河油田正在籌建中的錦采儲氣庫，預計投產后可以提供35億立方米的天然氣

11、儲備。十七、天然氣的優(yōu)越性1、天然氣是高熱值的能源；2、天然氣是環(huán)境污染小的能源；3、天然氣利用效率高的能源；4、天然氣是安全可靠的能源；5、天然氣是資源豐富的能源。十八、天然氣汽車優(yōu)勢天然氣作為汽車燃料有兩種形式：壓縮天然氣（CNG）和液化天然氣（LNG），以天然氣為燃料的汽車以下優(yōu)點：1、經濟效益高在相同的當量熱值時，1立方米天然氣的價格為1升汽油柴油的一半。如果各類發(fā)動機的熱效率比較近，則天然氣汽車的燃料費用大約是汽油車或柴油車的一半。這不僅彌補了由于汽車數量不斷增加而引起的液體燃料供應不足，而且使用汽車的運行費用大幅度降低。2、運行安全可靠 CNG、LNG和LPG汽車的氣瓶或氣罐等都很

12、結實可靠。 由于天然氣密度遠遠小于空氣，當天然氣從輸氣管線或儲氣容器中泄漏到空氣中，天然氣將向上移動，迅速擴散到空氣中。由于這一特點，天然氣的安全性優(yōu)于汽油等大多數燃料。氣體燃料系統(tǒng)的各個部件，特別是密封部分，都經過嚴格的檢查。因此，天然氣作為汽車燃料是比較安全的；3、營運成本低 天然氣容易擴散，在發(fā)動機中容易和空氣均勻混合，燃燒比較完全、干凈、不容易產生積碳，抗爆性能好，不會稀釋潤滑油，因而使發(fā)動機汽缸內的零件磨損大大減少，使發(fā)動機的壽命和潤滑油的使用期限大幅度增長。這些都會降低汽車的保養(yǎng)和運行費用，提高汽車使用的經濟性。4、環(huán)境污染小與石油燃料相比，天然氣燃燒比較完全、干凈，可以大量地降低

13、發(fā)動機廢氣排入中的各種有害成分，這也是工業(yè)發(fā)達國家使用天然氣作為汽車燃料的一個最主要的原因。另外氣體燃料在制備過程中能量損失較小，對大氣的有害排放污染物少。從燃料來源考慮，對環(huán)境保護是更有利的；十九、LNG物化性質 1）LNG的主要成分是甲烷，化學名稱為CH4，還有少量的乙烷C2H6，丙烷C3H8以及氮氣N2等，其他成份組成。2）臨界溫度為-82.3。3）沸點為-162.5，著火點為650。4）液態(tài)密度為0.42-0.46T/m3，氣態(tài)密度為0.688kg/Nm3。5）氣態(tài)熱值38.2MJ/m3，液態(tài)熱值52MJ/kg。6）爆炸范圍：上限為15%，下限為5%。7）辛烷值ASTM：130（研究法

14、）。8）無色、無味、無毒且無腐蝕性。9）體積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/625。二十五、天然氣計量采用國家法定計量單位，保證計量器具量值與計量標準 量值的一致，是天然氣流量測量的基本準則。天然氣計量主要是流量測量，其單位以體積表示稱“體積流量”，以質量表示稱“質量計量”。體積流量計量單位，符號為m3/h，體積總量計量單位符號為m3 ；質量流量計量單位，符號為kg/h，質量總量計量單位符號為kg或t。上述體積單位按GB1314-77和SY/T6143-96規(guī)定，天然氣的體積流量計量是在壓力為101.325kPa、溫度為20 這一基本狀態(tài)下的體積。 在國際天然氣貿易的情況下，由于各地區(qū)氣質不同，采

15、用體積單位引起不少糾紛。所以國際上天然氣計量是按照能量輸送原則，即體積測量和體積發(fā)熱量的測量合成，計算出天然氣的輸送能量，計量單位熱值，符號為MJ或Mbtu。3、天然氣輸送方法a、液化運輸：LNG是天然氣凈化處理后，通過低溫冷卻而成的液化產物，溫度為-162，體積縮小1/600，用專用輪船或槽車運輸的方式。目前LNG槽車的最大充裝量為52.8 m3，重量23噸，折合氣態(tài)天然氣3.3萬N m3。b、壓縮運輸：LNG是將凈化處理后天然氣壓縮增壓到20Mpa以上，用撬車或瓶裝的運輸方式；通常CNG撬車管束有8個瓶，單瓶容積為2.25 m3,總容積為18 m3最大充裝量為4550 m3 經濟運輸半徑為

16、150200公里。出租車用鋼瓶容積換算關系：1升=0.2m3 ， 1方=5升。出租車鋼瓶一般容積為65升，所以可裝天然氣13 m3。c、管道輸送：用管道把凈化處理后天然氣輸送到目的地的運輸方式。4、長距離輸氣管道是連接天然氣產地與消費地的運輸通道，所輸送的介質一般經過凈化處理的符合管輸氣質要求的商品天然氣，又叫干線輸氣管道。我國的西氣東輸工程，世界上第一條工業(yè)規(guī)模的長距離輸氣管道是美國在1886年建成的。5、長距離輸氣管道特點 距離長、管徑大、壓力高、輸量大；6、長距離輸氣管道組成 一般由干線輸氣管段、首站、壓氣站、中間接收站、中間分輸站、清管站、截閥室、城市門站等組成。其主要功能如下 首站：

17、是對進入管線的天然氣進行分離調壓和計量，同時還具有氣質檢測控制和發(fā)送清管球的功能。 壓氣站：是給氣體增壓，從而維持所要求的輸氣流量。 中間接收站：是收集管道沿線或氣源的來氣，設有天燃氣調壓計量裝置。 中間分輸站：是向管道沿線的支線或用戶供氣。設有天然氣調壓計量裝置。 清管站：是發(fā)送、接收清管器，一般兩個清管站在100-150Km左右，設有分離器及排污裝置。 截閥室：是為了及時進行事故搶修、防止事故擴大而設置的，我國的國家標準輸氣管道工程設計規(guī)范（GB50251-91）規(guī)定：截閥室間距小于32Km。 城市門站：也叫末站，具有分離、調壓、計量的功能，可直接向城市輸配氣管網供氣。7、其他輔助設施通信

18、系統(tǒng)和儀表系統(tǒng)是構成管道運行SCADA系統(tǒng)的基礎，其功能是對管道的運行過程進行實時監(jiān)測、控制遠動操作，從而保證管道安全、可靠、高效、經濟地運行。8、城市輸配氣管道的分類(1) 按管道的功能分類a、分配管道 將燃氣分配給工業(yè)用戶、公共設施和居民用戶的管道，它包括從城市門站或者其他氣源接收燃氣的管道、通過街區(qū)的配氣管道以及居民小區(qū)內部的配氣管道；b、用戶引入管道 將燃氣從分配管道引到用戶室內管道引入口處的總閥門；C、室內燃氣管道 通過燃氣引入口處的總閥門將燃氣引入室內，并分配到每一件燃氣用具；d、企業(yè)燃氣管道 通常包括工廠引入管、廠區(qū)分配管、車間燃氣管和爐前燃氣管道。(2）按燃氣壓力分類 根據我國

19、的城市燃氣設計規(guī)范，城市燃氣輸配管道劃分為5個壓力等級： 高壓A級 8p16Kg 高壓B級 4p8Kg 中壓A級 2p4Kg 中壓B級 0.05p2Kg 低壓 p0.05Kg 氣體從高壓力等級的管道進入低壓力等級的管道必須經過調壓。9、天然氣加氣站概念天然氣加氣站是指以壓縮天然氣（CNG）形式向天然氣汽車（Natural Gas Vihicle）和大型CNG子站車提供燃料的場所。天然氣管線中的氣體一般先經過前置凈化處理，處去其中的硫份和水分，在由壓縮機組將壓力由0.1-1.0Mpa壓縮到20Mpa，最后通過售氣機給車輛加氣。10、加氣站分類 一般根據站區(qū)現(xiàn)場或附近是否有管線天然氣，可分為常規(guī)站

20、、母站和子站。1）常規(guī)站：常規(guī)站是建在有天然氣管線能過的地方，從天然氣管線直接取氣，進站壓力0.4Mpa，天然氣經過脫硫、脫水等工藝，進入壓縮機進行壓縮，經過壓縮后壓力為20Mpa.然后進售氣機給汽車加氣。通常常規(guī)加氣量在600-1000m3/h之間。 2）母站：母站是尚未鋪設輸氣管道或者雖有管道但見常規(guī)站困難的地方，從天然氣管線直接取氣，進站壓力1-1.5Mpa，經過脫硫、脫水等工藝，進入壓縮機進行壓縮，然后經過儲氣罐（20Mpa）的拖車運輸到子站給汽車加氣，母站多建在城市門站附近，母站加氣量在2500-4000m3/h之間。3）子站：子站是建在加氣站周圍沒有天然氣管線的地方，通過子站運轉車

21、從母站運來的天然氣給天然氣汽車加氣，一般還需培訓小型壓縮機和儲氣瓶組，為提高運轉車的取氣率，用壓縮機將運轉車內的低壓氣體升壓后，轉存在儲氣瓶組內或直接給天然氣汽車加氣。第三部分 天然氣安全知識 1、天然氣常見的火災原因 1.1埋在地下的管線或室外管線受腐蝕、震動或冷凍等，使管道破裂漏氣，氣體通過土層或下水管線竄入室內，接觸明火而著火或爆炸。1.2由于進戶管線上的室內閥門關閉不嚴，閥桿、絲扣損壞失靈，閥門不符合安全質量要求，或誤開閥門，使天然氣逸出，遇到明火燃燒或爆炸。1.3天然氣金屬爐或爐筒與可燃建筑物、可燃物品的距離不足，閥門調整不當，以致燒紅爐子、煙筒，烤著可燃建筑物或物品而引起火災事故。1.4用天然氣取暖的火炕、火墻，用火時間過長，炕表面過熱烤著被褥、衣物或其它物品引起火災。2、天然氣防火措施2.1天然氣管道不宜埋入地下，最好是架空敷設。管線的安裝要由專業(yè)人員進行，非專業(yè)人員不得亂拉亂接。2.2管線的閥門必須完整好用，各部門不得泄漏。嚴禁用其它閥門代替針形閥門。2.3天然氣裝導管的兩