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天然气基础知识

天

然

气

基

础

知

识

一、天然气的根底知识

1.天然气的特点与组成

天然气泛指自然界的一切气体，狭义那么指采自地层的可燃气体。

石油工业中称采自气田或凝析气田的可燃气体为天然气，又称气田气；在油田中与石油一起开采出来的可燃气体称为石油伴生气。

天然气是一种多组分的混合气体，主要成分是可燃烃类气体，包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等，其中甲烷比例占绝对优势，例如我国四川气田天然气甲烷含量一般不低于90%，而陕甘宁气田那么达95%左右。

此外，还可能含有少量二氧化碳、硫化氢、氮气、水蒸气以及微量的氦、氖、氩等气体。

在标准状况〔0℃及101325Pa〕下,甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液态。

2.天然气的密度

单位体积气体的质量称为密度。

气体的体积和压力与温度有关，说明密度时就必须指明它的压力、温度状态。

例如空气在P=101325pa，t=20℃时，密度ρ＝1.206kg/m3；在P=101325pa，t=0℃时,ρ＝1.2931kg/m3。

如果不指明压力，温度状态，通常就是指标准状态下的参数。

标准状态下，甲烷的密度为0.717kg/m3，空气的密度为1.2931kg/m3，故甲烷的相对密度

　∆

天然气的相对密度一般为0.58～0.62，石油伴生气为0.7～0.85。

3.天然气的粘度

当两层气体相对运动时，气体的分子之间不仅具有与运动方向一致的相对运动而造成的内摩擦，而且由于气体分子无秩序的热运动，两层气体分子之间可以互相扩散和交换。

当流动速度较快的气层分子跑到流速较慢的一层时，这些具有较大动能的气体分子，将使较慢的气层产生加速的作用，反之流动速度较慢的气层分子跑进较快的气层时，那么对气层产生一种阻滞气层运动的作用，结果两层气体之间就产生了内摩擦。

温度升高，气体的无秩序热运功增强，气层之间的加速和阻滞作用跟着增加，内摩擦也就增加。

所以，气体的粘度随着温度的升高而加大。

4.天然气含水量（湿度）

天然气在地层温度和压力条件下含有饱和水汽，天然气的水汽含水量取决于天然气的温度、压力和组成等条件。

天然气含水量，通常用绝对湿度、相对湿度和水露点来表示。

天然气绝对湿度是指一立方米天然气中所含水汽的克数，单位可用g/m3表示。

天然气的饱和含水量是指在一定温度和压力下，天然气中可能含有的最大水汽量，即天然气与液态平衡时的含水汽量。

天然气相对湿度是指在一定温度和压力下，天然气绝对湿度和饱和含水量之比。

天然气水露点是指天然气在一定压力下析出第一滴水时的温度，即天然气饱和水汽量对应的温度。

在GB50251-2003?

输气管道工程设计标准?

中作了明确规定：

进入输气管道的气体水露点应比输送条件下最低环境温度低5℃

5.天然气的热值

天然气作为燃料使用，热值是一项重要的经济指标。

天然气的热值是指单位数量的天然气完全燃烧所放出的热量。

天然气主要组分烃类是由炭和氢构成，氢在燃烧时生成水并被汽化，由液态变为气态，于是一局部燃料热能消耗于水的汽化。

消耗于水的汽化的热叫汽化热〔或蒸汽潜热〕。

将汽化热计算在内的热值叫高热值〔全热值〕，不计汽化的热值叫低热值〔净热值〕。

由于天然气燃烧的汽化无法利用，工程上通常使用低热值即净热值。

每立方米天然气热值在8000-10000大卡。

每立方米煤气的热值3000-4000大卡。

每公斤液化气燃烧热值为11000大卡。

气态液化气的比重为2.5公斤/立方米。

每立方液化气燃烧热值为25200大卡。

每瓶液化气重14.5公斤,总计燃烧热值159500大卡,相当于20立方天然气的燃烧热值。

6.天然气的可燃性限和爆炸极限

可燃气体与空气混合〔空气中的氧为助燃物质〕，遇到火源，可以发生燃烧或爆炸。

可燃气体与空气的混合物，对于敞开系统，遇明火进行稳定燃烧。

可燃气体与空气的混合物进行稳定燃烧时，其可燃气体在混合气体中的最低浓度称为可燃下限，最高浓度称为可燃上限，可燃上限与可燃下限之间的浓度范围，称之可燃性界限，即可燃性限。

可燃气体与空气的混合物，在封闭系统中遇明火可以发生剧烈燃烧，即发生爆炸。

可燃气体与空气的混合物，在封闭系统中遇明火发生爆炸时，其可燃气在混合气体中的最低浓度称为爆炸下限，最高浓度称为爆炸上限，爆炸下限与爆炸上限之间的可燃烧气体浓度范围，称之为爆炸限。

有的可燃气体的可燃性限与爆炸限是一致的，有的可燃气体的爆炸限只是可燃性限内的更小浓度范围。

一般情况下，可将爆炸限与可燃烧性限混用，即用可燃烧性限代替爆炸限，这对于实际工作是适宜的，有利于平安生产。

×107帕时,天然气的爆炸上限为58%。

7.天然气输送过程中的节流效应

假设降低气体的压力而不释放气体的能量，而且气体是理想的，状态是绝热的，那么系统的总能量保持不变。

也就是说，状态变化属于等焓变化，气体的温度也保持不变。

然而假设上述变化的气体是真实气体，那么其容积变化将不同于理想气体的情况，其内能和温度将发生变化。

气体在流道中经过突然缩小的断面〔如管道上的针形阀、孔板等〕，产生强烈的涡流，使压力下降，这种现象称为节流。

节流效应又称为焦耳-汤姆逊效应。

温度下降的数值与压力下降数值的比值称为节流效应系数，又称焦耳-汤姆逊效应系数。

节流效应系数的意义是：

下降单位压力时的温度变化值。

它随压力、温度而变。

在气田上，压力较高，天然气的节流效应系数一般为3～4℃℃/MPa。

从地层中开采出来的天然气往往含有砂和混入的铁锈等固体杂质，以及水、水蒸气、硫化物和二氧化碳等有害物质。

砂、铁等尘粒随气流运动，磨损压缩机、管道和仪表的部件，甚至造成破坏。

有时还会积聚在某些部位，影响输气的正常进行。

水积聚在管道低洼处，减少管道输气截面，增加输气阻力。

水又能在管内壁上形成一层水膜，遇酸性气体〔H2S、CO2〕等形成酸性水溶液，对管内壁腐蚀极为严重，是造成输气管道破坏的重要原因之一。

水在一定温度和压力条件下还能和天然气中的某些组分生成冰雪状水合物〔如CH4.6H2O等〕，造成管路冰堵。

天然气中的硫化物分为无机的和有机的两种。

无机的主要是硫化氢，有机的主要是二硫化碳〔CS2〕、硫氧化碳（COS〕等。

硫化氢及其燃烧产物二氧化硫（SO2）都具有强烈的刺鼻气味，对眼粘膜和呼吸道有破坏作用。

空气中硫化氢含量大于910mg/m3〔约0.06％体积比〕时人呼吸一小时就会严重中毒。

当空气中含有0.05％〔体积比〕二氧化硫时，呼吸短时间就会有生命危险。

硫化氢和二氧化碳还是一种腐蚀剂，尤其有水存在时更是如此。

含有硫化物的天然气作为化工原料很容易使催化剂中毒，生产无法进行，生产的成品质量也不好。

另一方面天然气中的硫化氢又是制造硫、硫酸、化肥的重要原料，不应让它混在天然气中白白浪费掉。

因此，天然气进入输气干管之前必须净化。

除去尘粒、凝析液、水及其它有害组分。

净化的指标和要求目前各国不同。

北美地区输气管道网大致要求为：

每标准立方米气体，含水量不超过95～125mg;硫化氢含量不超过2.3~5.8mg；有机硫含量不超过250mg；二氧化碳含量，视热值不同而要求，允许含量为2～5％。

西欧地区，如西德和法国要求较严，硫化氢含量不得超过1.5～2mg/m3；含水量，西德要求低于80mg/m3，法国要求低于58mg/m3。

我国要求有机硫总含量不超过200mg；硫化氢含量不得超过20mg/m3；二氧化碳含量不得超过3％；水露点在最高操作压力下应比最低输送环境温度低5℃。

上述要求都是对管道输气而言，从中可以看出：

〔1〕对硫化氢的限制远比生活用气的卫生标准高得多，硫化氢含量大都在15～30mg/m3之间，我国生活用气卫生标准规定为20mg/m3以下。

管道输气标准这样高，是为了保证管道、设备、和仪表不被腐蚀。

〔2〕供长输的天然气，其脱水深度以确保在输送过程中水蒸气不致凝析和形成水合物为原那么，所以天然气的露点应比管道输气的最低温度低5～10℃。

天然气根底知识

天然气概述

天然气无色、无味、无毒且无腐蚀性，主要成分为甲烷，也包括一定量的乙烷、丙烷和重质碳氢化合物。

还有少量的氮气、氧气、二氧化碳和硫化物。

另外，在天然气管线中还发现有水分。

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→CO2＋2H2O

与其它化石燃料相比，天然气燃烧时仅排放少量的二氧化碳粉尘和极微量的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物，因此，天然气是一种清洁的能源。

液化天然气链

天然气从气田开采出来，要经过处理、液化、航运、接收和再气化等几个环节，最终送至终端用户。

液化过程能净化天然气，除去其中的氧气、二氧化碳、硫化物和水。

这个处理过程能够使天然气中甲烷的纯度接

近100%。

天然气田开发

天然气田蕴藏在地层内，一般通过地震学数据探测天然气田构造及气田深度，也可用磁力仪，通过测量地球外表磁场的微小变化来寻找天然气和石油。

开采天然气田的技术在现代石油工业中已相当成熟。

天然气液化

天然气被冷却至约-162℃变成液态，这将使其体积减少约600倍，液化天然气的重量仅为同体积水的45%。

便于储存和运输。

天然气的用途

天然气主要可用于发电，以天然气为燃料的燃气轮机电厂的废物排放水平大大低于燃煤与燃油电厂，而且发电效率高，建设本钱低，建设速度快；另外，燃气轮机启停速度快，调峰能力强，耗水量少，占地省。

天然气也可用作化工原料。

以天然气为原料的一次加工产品主要有合成氨、甲醇、炭黑等近20个品种，经二次或三次加工后的重要化工产品那么包括甲醛、醋酸、碳酸二甲酯等50个品种以上。

以天然气为原料的化工生产装置投资省、能耗低、占地少、人员少、环保性好、运营本钱低。

天然气广泛用于民用及商业燃气灶具、热水器、采暖及制冷，也用于造纸、冶金、采石、陶瓷、玻璃等行业，还可用于废料燃烧及枯燥脱水处理。

天然气汽车的一氧化碳、氮氧化物与碳氢化合物排放水平都大大低于汽油、柴油发动机汽车，不积碳，不磨损，运营费用很低，是一种环保型汽车。

液化天然气接收终端

液化天然气的接收终端内建有专用码头，用于运输船的靠泊和卸船作业；储罐用于容纳从LNG船上卸下来的液化天然气；再气化装置那么是将液化天然气加热使其变成气体后，经管道输送到最终用户。

液化天然气在再气化过程中所释放的冷能可被综合利用。

一般而言，约有25%的冷能可被利用。

用天然气会中毒吗？

天然气的主要成分是甲烷〔CH4〕，它本身是一种无毒可燃的气体。

同其它所有燃料一样，天然气的燃烧需要大量氧气〔O2〕。

如果居民用户在使用灶具或热水器时不注意通风，室内的氧气会大量减少，造成天然气的不完全燃烧。

不完全燃烧的后果就是产生有毒的一氧化碳〔CO〕，最终可能导致使用者中毒〔反响式见下〕。

2CH4+3O2→2CO+4H2O

纯天然气的组成以甲烷为主，比空气轻，沸点-160.490c，难易液化。

天然气爆炸极限为5%-15%〔占空气中体积%〕，天然气相对容易爆炸。

天然气既是清洁、优质的民用、商用和工业绿色能源，又是化工产品的原料气。

天然气根底知识

　　1、什么是天然气？

　　答：

天然气是指动、植物通过生物、化学作用及地质变化作用，在不同地质条件下生成、转移，在一定压力下储集，埋藏在深度不同的地层中的优质可燃气体。

　　天然气是由多种可燃和不可燃的气体组成的混合气体。

以低分子饱和烃类气体为主，并含有少量非烃类气体。

在烃类气体中，甲烷占绝大局部，乙烷、丙烷、丁烷和戊烷含量不多，庚烷以上烷烃含量极少。

另外，所含的少量非烃类气体一般有二氧化碳、一氧化碳、氮气、氢气、硫化氢和和水蒸气以及少量的惰性气体。

　　纯天然气的组成以甲烷为主，比空气轻，沸点-160.490c，难易液化。

天然气爆炸极限为5%-15%〔占空气中体积%〕，天然气相对容易爆炸。

天然气既是清洁、优质的民用、商用和工业绿色能源，又是化工产品的原料气。

　　2、天然气按形成条件的不同可分为几种？

　　答：

〔1〕、气田气；〔2〕油田伴生气；〔3〕凝析气田气；〔4〕煤层气；〔5〕矿井气。

　　3、城市天然气为什么要加臭？

　　天然气具有无色无味和易燃易爆之特性，因此，当发生天然气漏气时，为易于被人们觉察，进而消除漏气，要求对没有臭味的天然气加臭。

它对于确保人民生命和财产平安，及时发现并防止事故发生是一项重要的平安措施。

　　4、什么叫热值，热值分几种，有什么区别？

　　单位体积天然气完全燃烧可放出的热量称为天然气的热值，单位KJ/Nm3。

　　热值分高热值和低热值两种天然气的高热值在数值上大于其低热值，区别是高热值指烟气中所含水蒸气以冷凝状态所释放的汽化潜热。

　　甲烷在标准状态下，高热值为39.82MJ/m3，低热值为35.88MJ/m3。

　　5、什么是着火温度，什么是燃烧温度？

　　着火温度指燃气与空气的混合物开始进行燃烧反响的自燃的最低温度，甲烷着火温度为5400c。

燃烧温度指燃气按燃烧反响方程式完全燃烧时产生的理论温度。

实际燃烧温度低于理论燃烧温度，因为燃烧时总有一局部热量要散失掉。

甲烷理论燃烧温度为19700c。

　　6、什么样是天然气爆炸浓度极限？

什么是爆炸上限？

什么是爆炸下限？

　　当空气中含有天然气浓度范围到达爆炸危险的混合物。

该气体与火源接触时，即形成爆炸。

该天然气浓度范围称为天然气爆炸浓度极限。

天然气爆炸浓度极限为5%-15%。

当空气中含有天然气浓度增加到不能引起爆炸浓度点称为爆炸上限，因为由于缺氧也无法维持燃烧爆炸。

　　当空气中含有天然气浓度减少到不能引起爆炸浓度点称为爆炸下限，因为氧化反响产生的热量缺乏以弥补散失的热量，无法维持燃烧爆炸。

　　7、为什么天然气灶具与液化石油气灶具不能互换使用？

　　〔1〕、两种燃气的热值不同，天然气的热值为40   Mpa以上，可以使天然气液化，由气态变为液态，其体积缩小600多倍，便于运输和储存。

　　10、天然气的优点？

　　〔1〕、经济：

天然气的主要成分是甲烷，按照热值换算关系，17立方米的天然气就相当于一罐15公斤液化气的热值，也就是说您使用17立方米的天然气相当于一罐液化气，因此天然气是您节省的选择。

　　〔2〕、清洁：

管道输送的天然气都过滤和枯燥处理，除去了杂质和水分，因此可以充分的燃烧，不会产生任何残留物，能够保持您厨房的清洁卫生。

而液化气成分比拟复杂，燃烧时易产生煤气和碳黑等杂质，会影响您和家人的平安和身体健康，影响灶具的使用寿命，污染厨房环境。

因此，您选择了天然气，就选择了一份平安与洁净。

　　〔3〕、方便：

与液化气相比，天然气使用燃气管道直接输送到您家中，省了灌装、搬运的麻烦，也不会再有饭做到一半液化气用完的烦恼。

因此，选择了天然气，您就有了一份便利。