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LNG基础知识教材基础知识教材目录1LNG基础知识51.1天然气分类51.1.1常规天然气51.1.2非常规天然气61.2天然气组成的表示方法61.2.1烃类表示方法61.2.2组成表示方法71.3名词术语81.3.1压力81.3.2温度81.3.3体积91.3.4热量单位91.3.5比热和潜热91.3.6汽化101.3.7蒸发111.3.8沸腾121.3.9蒸发和沸腾的区别121.3.10临界参数121.3.11平均分子量131.3.12天然气的平均密度和相对密度131.3.13热传递141.3.14热传导141.3.15热对流151.3.16热辐射161.4LNG的技术特性161.4.1液化天然气（LNG）液化煤层气（LCBM）161.4.2生产的工艺特性171.4.3为什么液化？
171.4.4特别提醒171.4.5LNG的基本知识181.4.6LNG的密度181.4.7LNG的温度191.4.8LNG的蒸发191.4.9组成和热值201.4.10组分201.4.11酸气211.4.12干燥与净化211.4.13组成对热值的影响221.4.14BOG返回管线231.4.15LNG与汽油、柴油的热值比较231.4.16蒸汽压与液化231.4.17主要组分的正常泡点和露点241.4.18LNG的优点241.4.19LNG的用途252LNG工业链272.1LNG工业链272.2中国LNG工业链273LNG液化工艺及装置293.1LNG液化工艺流程293.1.1级联式液化流程293.1.2混合制冷剂液化流程323.1.3带膨胀机的液化流程383.2LNG液化装置444LNG汽化工艺及装置454.1LNG汽化工艺流程454.2LNG汽化主要装置465LNG的运输及储存485.1LNG储罐485.2LNG运输船545.3LNG槽车565.4LNG储存中的分层与涡漩595.4.1涡漩现象595.4.2老化605.4.3涡漩预防措施615.4.4LNG储运过程中的分层和涡漩626LNG供应646.1LNG汽化站646.2LNG加注站656.3LNG汽车677LNG安全技术707.1燃烧条件707.2着火温度与燃烧速度727.3LNG低温特性737.4LNG溢出的预防与控制737.5LNG低温危害防止措施74参考文献761LNG基础知识基础知识1.1天然气分类天然气分类天然气指自然生成，在一定压力下蕴藏于地下岩层孔隙或裂缝中的混合气体，其主要成分为甲烷和少量乙烷、丙烷、丁烷、戊烷及其以上的烃类气体，并可能含有氮、氢、二氧化碳、硫化氢及水汽等非烃类气体，以及少量氦、氩等惰性气体。
JB/T7551-1994天然气分离与液化设备的术语给出的标准定义如下：
天然气是以一定压力储集在地下构造中的气体混合物，通常其主要组分是烃类；天然气是油伴生气和非伴生气的总称。
根据目前勘探、开采及开发、应用技术等，天然气分为常规天然气和非常规天然气两大类。
1.1.1常规天然气常规天然气目前技术条件下能够作为资源进行大规模开采和利用的天然气。
1）根据矿藏特点分类：
气田气：
产自天然气气藏的纯天燃气。
凝析气田气：
含有少量石油轻质馏分（如汽油、煤油组分）的天然气。
石油伴生气：
与石油共生、伴随石油一起开采出来的天然气。
2）根据组分分类:
干气：
C5+重烃含量低于13.5cm3/Sm3的天然气。
湿气：
C5+重烃含量超过13.5cm3/Sm3天然气。
富气：
C3+重烃含量超过94cm3/Sm3的天然气。
贫气：
C3+重烃含量低于94cm3/Sm3的天然气。
酸性天然气：
含有较多H2S和CO2等酸气，需要净化处理才能达到管输要求的天然气。
洁气：
指H2S和CO2含量较少，不需要进行净化处理的天然气。
1.1.2非常规天然气非常规天然气现有技术水平下还不能大范围开发、利用的天然气资源。
1）天然气水合物：
俗称“可燃冰”，是天然气与水在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、PH值等）下形成的类似于冰的笼形结晶化合物，遇火即可燃烧。
每立方米水合物可分解每立方米水合物可分解、释放出160180m3立方米天然气。
2）煤层气与矿井气：
煤层气与矿井气也属于天然气，是煤在生成与变质过程中伴生的可燃气体。
3）煤层气：
是成煤过程中产生并在一定地质构造中聚集的可燃气体，其主要成分为甲烷，同时含有二氧化碳、氢气及少量氧气、乙烷、乙烯、一氧化碳、氮气和硫化氢等气体。
4）矿井气：
又称矿井瓦斯，是煤层气与空气混合而成的可燃气体。
1.2天然气组成的表示方法天然气组成的表示方法1.2.1烃类表示方法烃类表示方法天然气中的主要成分为烃类，它可以有名称、分子式或工程缩写来定义。
下表是天然气或煤层气的主要烃类成分。
名称分子式工程缩写甲烷CHC1乙烷C2H6C2丙烷C3H8C3丁烷C4H10C4戊烷C5H12C5丁烷以及更重的烃类（分子量比丁烷重）可以在其符号之前增加“i”或“n”（例如iC5,n-C5）此表明该烃类既可以是“异构i”,也可以是“正构n”.这些烃类具有相同的分子式，但化学结构不同，因此物理性质也不同。
如果使用“”号（例如C2+），表示“C2和比C2更重的烃类”。
在以后的讨论中，“”意味着此烃类含量较少。
1.2.2组成表示方法组成表示方法混合气体的组分有三种表示方法：
容积成分：
指混合气体中各组分的分容积与混合气体的总容积之比。
混合气体的总容积等于各组分的分容积之和。
质量成分：
指混合气体中各组分的分质量与混合气体的总质量之比。
混合气体的总质量等于各组分的分质量之和。
分子成分：
指混合气体中各组分的摩尔数与混合气体的摩尔数之比。
由于在同温同压下，1mol任何气体的容积大致相等，因此，气体的分子成分在数值上近似等于其容积成分。
1.3名词术语名词术语1.3.1压力压力压力的测量单位为N/m2，即Pa；英制单位为Psi。
大气压力约0.101325MPa，该数据主要用于测量和工程计算。
表压是比大气压高的部分压力，与具体的时间和地点相关。
以绝对零压为起点的压力称为绝对压力，简称绝压。
各种压力计量单位换算如下：
1MPa=106Pa1kgf/cm2=98.0665kpa1at=98.0665kpa1atm=101.325kpa1mmHg=133.322Pa1mmH2O=9.80665Pa绝压、表压、真空度三者的关系如下：
绝对压=表压+大气压绝对压=大气压-真空度1.3.2温度温度温度的典型测量单位有华氏温度和摄氏温度。
两者的分度均基于水的冰点与沸点。
水的冰点为32F或0,；水的沸点为212或100。
两者的换算关系为：
=（9/5）32=5/9（-32）热力学温度的绝对零度时，所有分子运动将停止。
绝对温度的测量单位有开氏温度。
oK=+273.151.3.3体积体积在米制单位中，气体的体积单位用立方米（m3），计量条件有两种：
一是压力为1个标准大气压（0.101325MPa）、温度为0的条件下称为标准立方米（简写为Nm3），简称为标方；另一种是压力为一个标准大气压（0.101325MPa）、温度为20的条件下称为基准立方米，（简写为Sm3），简称基方。
在英制单位中，气体的量称为标准立方英尺（scf）。
1scf意味着在1大气压（14.7psia）和华氏温度60下的气体充满1立方英尺的空间。
1.3.4热量单位热量单位热量是物质内部所含热能的数量。
热量可以使物体本身的温度、体积及形态发生变化。
1kg纯水温度升高或降低1，所吸收或放出的热量为1kcal.热量的英制单位为BTU。
1.3.5比热和潜热比热和潜热单位质量的某种物质温度升高1吸收的热量（或降低1释放的热量）叫做这种物质的比热容，简称：
比热，用字母“c”表示。
比热是一个复合单位，是由质量、温度、热量的单位组合而成的。
在国际单位制中，比热的单位是焦耳/（千克摄氏度）读作焦每千克摄时度，即J（kgK）。
比热具有如下特性：
在温度改变时，比热容也会变化。
气体的比热和气体的膨胀有密切关系，在体积恒定与压强恒定时不同，故有定容比热和定压比热两个概念。
但对固体和液体，两者差别很小，一般不再加以区分。
显热是物质不发生相变时吸收或放出的热量，它有一个明显的现象是：
热量转移过程中伴有温度的变化。
潜热是物质发生相变过程中吸收或放出的热量，在这个过程中虽然有热量的变化，但温度一般保持恒定不变，即相变前后的温度是相同的。
蒸发制冷系统是使用制冷剂的显热和潜热来吸收热媒的热量，而使热媒冷却和液化。
1.3.6汽化汽化汽化是物质有液态转变为气态的相变过程。
液体中分子的平均距离比气体中小得多。
汽化时分子平均距离加大，体积急剧增大，需克服分子间引力并反抗大气压力作功。
因此，汽化要吸热。
单位质量液体转变为同温度蒸汽时吸收的热量称为气化潜热，简称汽化热。
汽化热随温度升高而减小，因为在较高温度下液体分子具有较大动能，液相与气相差别减小。
在临界温度下，物质处于临界态，气相与液相差别消失，汽化热为零。
汽化有蒸发和沸腾两种形式。
1.3.7蒸发蒸发蒸发是发生在液体表面的汽化过程。
影响蒸发的主要因素是：
与温度高低有关。
温度越高，蒸发越快。
无论在什么温度，液体中总有一些速度很大的分子能飞出液面而成为汽分子，因此液体在任何温度下度能蒸发。
如果液体的温度升高，蒸发的就越快；2）与液面面积大小有关。
如果液体表面面积增大，处于液体表面附近的分子数目增加，因而在相同的时间里，从液面飞出的分子数就增多，所以液面面积就增大，蒸发就越快。
3）与气体流动有关。
当飞入气体里的汽分子和气体分子或其他汽分子发生碰撞时，有可能被碰回到液体中来。
如果液面气体流动快，分子重新返回液体的机会越小，蒸发就越快。
蒸发的逆过程是凝结，即气相转变为液相。
当两种过程达到动态平衡时，气液两相平衡共存，此时的蒸汽叫饱和蒸汽，其压力叫饱和蒸汽压。
对同一物质，饱和蒸汽压随温度升高而增大，在PT图上其间的关系叫汽化曲线。
汽化曲线是气、液两相的分界线，曲线上各点表示气、液两相平衡共存的各个状态。
1.3.8沸腾沸腾沸腾是在液体表面和内部同时进行的剧烈汽化过程。
液体沸腾的温度叫沸点。
不同液体的沸点不同。
即使同一液体，它的沸点也要随其压力而变。
在一定的压力下，沸腾只能在某一特定温度（沸点）并持续加热下进行。
液体在沸腾时，温度保持不变。
这时的饱和汽压跟系统压力相等。
液体所受系统压力增大时，它的沸点升高；反之沸点降低。
不同液体在相同的压力下沸点不同。
1.3.9蒸发和沸腾的区别蒸发和沸腾的区别
（1）蒸发是液体在任何温度下都能发生的汽化现象，而沸腾是液体在一定温度（沸点）下才能发生的汽化现象；
（2）蒸发是之在液体表面发生的缓慢的汽化现象，而沸腾是在液体表面和内部同时发生的剧烈的汽化现象。
（3）蒸发时液体温度会下降，而沸腾中液体温度保持不变（在液体表面上压强不改变的前提下）。
（4）影响蒸发的因素是：
液体的温度，液体表面上的气流快慢，液体的表面积；影响沸腾的因素是：
液体表面上的气压，液体的纯净程度。
1.3.10临界参数临界参数当温度不超过某一数值时，对气体进行加压可以使其液化；而在该温度以上，无论加多大的压力也不能使气体液化，这一温度就称为该气体的临界温度。
在临界温度下，是气体液化所需要的压力称为临界压力；此时气体的各项参数称为临界参数。
临界参数是气体的重要物理指标，气体临界温度越高，越容易液化。
例如液化石油气中的丙烷、丙烯的临界温度较高，所以只需在常温下加压即可使其液化；而天然气的主要成分甲烷的临界温度低，所以天然气很难液化，在常压下，需将温度降至161.5以下，才能使其液化。
1.3.11平均分子量平均分子量天然气是多组分混合物，不能用一个分子式来表示。
通常将天然气的总质量与天然气的摩尔数之比称为天然气的平均分子量。
M=式中：
Mi：
天然气中单一成分的分子量yi：
天然气中单一成分的摩尔分数1.3.12天然气的平均密度和相对密度天然气的平均密度和相对密度单位体积的物质所具有的质量，叫做这种物质的密度。
单位体积的天然气所具有的质量称为天然气的平均密度。
密度的单位为：
kg/m3气体的密度随温度、压力的变化而改变。
压力升高，体积减小；温度升高，体积增大。
相对密度也称为比密度。
在标准状态下，天然气密度与干燥空气密度的比值称为相对密度。
1.3.13热传递热传递热从温度高的物体传到温度低的物体，或者从物体的高温部分传到低温部分，这种现象叫做热传递。
热传递是自然界普遍存在的一种现象。
只要物体之间或同一物体的不同部分之间存在温度差，就会有热传递现象发生，并且将一直继续到温度相同的时候为止。
发生热传递的唯一条件是存在温度差，与物体的状态，物体间是否接触都无关。
热传递的结果是温度差消失，即发生热传递的物体间或物体的不同部分达到相同的温度。
在热传递过程中，物质并未发生迁移，只是高温物体放出热量，温度降低，内能减小（确切地说是物体里的分子做无规则运动的平均动能减小），低温物体吸收热量，温度升高，内能增加，因此，热传递的实质就是内能从高温物体向低温物体转移的过程，这是能量转移的一种方式。
热传递有三种方式：
传导、对流、辐射。
1.3.14热传导热传导热传导是指物质系统（气体、液体、固体），由于内部各处温度不均匀而引起的热能（内能）从温度较高处向温度较低处传输的现象。
热传导的实质是由大量分子、原子或电子的相互碰撞，而使热能（内能）从物体温度较高部分传到温度较低部分的过程。
热传导是固体中热传递的主要方式，在气体、液体中它往往与对流同时发生。
各种物质的热传导性能不同，善于传热的物质叫做热的良导体，不善于传热的物体叫做热的不良导体。
热传导过程的基本定律是博里叶定律。
1.3.15热对流热对流对流作为热传递的一种途径，是流体中热传递的主要方式。
它是指流体中较热部分和较冷部分在流体本身的有序的循环流动下的相互掺和，使温度趋于均匀从而达到热能（内能）传递的过程。
液体或气体依靠其宏观流动而实现的热传递过程。
其中自然对流是由流体中各处温度不均匀引起压力或密度的差异而形成。
按流体在传热过程中有无相态变化，对流传热分两类：
1无相变对流传热。
流体在换热过程中不发生蒸发、凝结等相的变化，如水的加热或冷却。
根据引起流体质点相对运动的原因，对流传热又分为自然对流和强制对流。
自然对流是由于流体内各部分密度不同而引起的流动（如散热器旁热空气的向上流动）；强制对流是流体在外力（如压力）作用下产生的流动。
强制对流时流体流速高，能加快热量传递，因而工程上广泛应用。
2有相变对流传热。
流体在与壁面换热过程中，本身发生了相态的变化。
这一类对流传热包括冷凝传热和沸腾传热。
1.3.16热辐射热辐射热辐射是指受热物体以电磁辐射的形式向外界发射并传送能量的过程。
物体温度越高，辐射越强。
与热传导、对流不同，热辐射能把热能以光的速度穿过真空，从一个物体传给另一个物体。
任何物体只要温度高于绝对零度，就能辐射电磁波，波长为0.440微米范围内的电磁波（即可见光与红外线）能被物体吸收而变成热能，故称为热辐射。
因为电磁波的传播不需要任何媒质，所以热辐射是真空中唯一的热传递方式。
例如，太阳传给地球的热能就是以热辐射的方式经过宇宙空间而来的。
1.4LNG的技术特性的技术特性1.4.1液化天然气（液化天然气（LNG）液化煤层气（）液化煤层气（LCBM）液化天然气（液化煤层气）是一种液态流体，主要组分是甲烷，含有少量的乙烷、丙烷、氮或天然气中常见的其他组分。
液化天然气是净化天然气被冷却到一定的温度时冷凝成为的液体，在大气压下，该温度约为-162。
LNG是无色、无味、无腐蚀以及无毒的液体。
它同除空气与氧气以外的其他气态物质一样，LNG蒸发后的气体在通风不良时会引起窒息。
LNG即为LiquefiedNaturalGas的首字母的缩写。
LCBM即为LiquefiedCoalBedMethane的首字母的缩写。
1.4.2生产的工艺特性生产的工艺特性LNG的组成和组分性质与天然气无异，特殊之处在于低温，生产LNG的工艺特性为：
LNG是低温液体；约600：
1的比率（15.56的气体与液体之比）；液化过程是物理过程；低温系统的设备结构与材料是特殊的低温材料必须在非常低的温度下保持延展性能；材料的低温性能不能外推。
1.4.3为什么液化？
为什么液化？
液化后其容积约缩小了600倍（取决于天然气的组成），使其能经济地、方便的长距离或跨洋运输，解决了非经济性的长输管线的技术和政治因素的麻烦，因此，LNG技术发展使得天然气能到达世界各地。
1.4.4特别提醒特别提醒所有与处理LNG有关的人员，不但应熟悉液态LNG的特性，而且应熟悉其产生气体的提醒。
在处理LNG时潜在的危险主要来源于其3个重要性质：
1）LNG的温度极低。
其沸点在大气压力下约为157166，并与其组分有关，在这一温度条件下，其蒸发器密度高于周围空气的密度；2）极少量的LNG液体可以转变为很大体积的气体。
1个体积的可以转变为约600个体积的气体；3）类似与其他气态烃类化合物，天然气是易燃的。
在大气环境下，与空气混合时，其体积约占515的情况下就是可燃的。
1.4.5LNG的基本知识的基本知识不同的LNG工厂生产水位产品组成不同，这主要取决于生产工艺和气源气组成。
按照欧洲标准EN1160的规定，LNG的甲烷含量应高于75，氮含量应低于5。
一般商业LNG产品组成如表所示。
由表可见，LNG的主要组分为甲烷，还有少量的乙烷、丙烷、丁烷、及氮等惰性组分。
表2商业LNG的基本组成组分组分甲烷9298丁烷04乙烷16其他烃类化合物01丙烷14惰性组分031.4.6LNG的密度的密度LNG的密度取决于其组分，通常在430/m3470/m3之间，但是在某些情况下可高达520/m3。
密度还是液体温度的函数，其变化梯度约为1.35/m3。
密度可以直接测量，不过通常是用经过气相色谱法分析得到的组分通过计算求得。
推荐使用ISO6578中确定的计算方法，该方法通常称为KlosekMckinley法。
1.4.7LNG的温度的温度LNG的沸腾温度取决于其组分，在大气压力下通常在-166到-157之间。
沸腾温度随蒸汽压力的变化梯度约为1.25104/Pa。
LNG的温度通常用ISO8310中确定的铜/铜镍热店偶或铂电阻温度计测量。
1.4.8LNG的蒸发的蒸发蒸发气的物理性质LNG作为一种沸腾液体大量的储存于绝热储罐中的热量都会导致一些液体蒸发为气体，这种气体称为蒸发气。
其组分与液体的组分有关。
一般情况下，蒸发气包括20的氮，80的甲烷和微量的乙烷。
其含氮量是液体LNG中含氮量的20倍。
当LNG蒸发时，氮和甲烷首先从液体中气化，剩余的液体中较高相对分子质量的烃类蒸发增大。
对于蒸发气体，不论是温度低于-113的纯甲烷，还是温度低于-85含20氮的甲烷，它们都比周围的空气重。
在标准条件下，这些蒸发气体的密度大约是空气密度的0.6倍。
闪蒸如同任何一种液体，当LNG已有的压力降至其沸点压力以下时，例如经过阀门后，部分液体蒸发，而液体温度也将降到此时压力的新沸点，此即为闪蒸。
由于LNG为组分的混合物，闪蒸气体的组分与剩余液体的组分不一样，其原因与上面所述的原因类似。
作为指导性数据，在压力为1105Pa2105Pa时的沸腾温度条件下，压力每下降1103Pa，1m3的液体产生大约0.4的气体。
1.4.9组成和热值组成和热值所有的天然气均不相同，因此，无单一物性可以应用于所有的天然气。
物性和热值之间存在着紧密的关系。
天然气的每种组分都有个热值，热值定义为：
每标准立方米气体燃烧时释放出的热量，单位为Kcal/Nm3，英制单位为BTU/scf。
热值是随天然气的组成而变化的。
在国外，天然气的价格基于它的热值。
通常它的价格以MMBTU来计算。
LNG通常使用高热值（HHV）。
（高热值是把燃烧时水的冷凝热计算在内）。
非烃类组分如二氧化碳和氮，其热值为零。
由于这些组分占据了体积，而不增加天然气的热值。
因此这些组分的存在将降低天然气的热值。
1.4.10组分组分世界上发现的天然气的组分是随地域不同而变化。
天然气的主要组分是甲烷（CH4）.其它少量存在的烃类，包括：
乙烷（C2H6）丙烷（C3H8）丁烷（C4H12）如果存在更重的烃类，一般将会脱除。
在出口状态时，组成会发生改变。
即使脱除了非烃类的管输天然气，少量的非烃组分依然存在，将在低温下冻结的这些非烃组分必须脱除。
非烃组分包括：
不会冻结的组分氮（N2）氦（He）将会冻结的组分二氧化碳（CO2）、水（H2O）、硫化氢（H2S）、加臭剂和汞（Hg）1.4.11酸气酸气天然气中包含的硫化氢（H2S）通常称为“酸气”，在液化前硫化氢必须脱除。
酸气有与众不同的气味，一般叫“臭蛋”味。
即使吸入少量的酸气，也会致命。
1.4.12干燥与净化干燥与净化液化之前，任何在低温液化过程中将产生冻结的物质都必须脱除。
如果不脱除，冻结产生的晶体将会堵塞过滤器、换热器、接管、喷嘴和其他设备部件。
会产生冻结的组分包括：
CO2、H2O、H2S、Hg。
水的脱除称为干燥。
CO2和H2S脱除称为净化。
1.4.13组成对热值的影响组成对热值的影响气体的物性（诸如热值和密度等）取决于组分的组成，国外的买卖都基于热值。
另外，对工艺条件而言：
当系统包括液态和气态时，根据气液平衡，每相有不同的组成；当液态和气态存在于同一系统时，分馏（或老化）将会发生，如果通常气相被分离掉的话。
老化（实质上相当于一级分馏）定义为：
随时间推移，组分组成将发生变化，其结果是贮存的的氮和甲烷优先汽化。
贮槽逐渐吸收外界热量，一部分液体将汽化，即汽化损耗（）。
中的轻组分首先被汽化，液体中重组分的比例将提高。
汽化的气体，即，将回收用作装置的燃料或返回到管线。
初始，由于氮的汽化，气相的热值比液相低的多，在气相中氮的浓度很高；同时，由于氮被汽化，液体的热值将升高。
长时间以后，气相中的氮浓度会降低，甲烷浓度提高，使气相热值提高。
随着甲烷从液相中汽化，液相的重烃比例进一步提高，热值也更高。
原料气体的组成，决定了产品的初始热值。
在天然气液化之前的预处理过程中，脱除了、，热值得到提高；而液化过程中重烃也被脱除，使热值被降低。
随着的老化，氮气和部分甲烷被汽化，这些轻组分的汽化，提高了LNG的热值，而且LNG的密度也提高了。
1.4.14BOG返回管线返回管线原料天然气、再汽化的有着不同的热值。
买卖合同包括了热值范围和极限组成。
作为操作人员，你应该了解进入管线的BOG和再汽化的LNG有着不同的热值。
1.4.15LNG与汽油、柴油的热值比较与汽油、柴油的热值比较每立方米的天然气的热值和密度变化很大，而以质量计时则变化较小。
以质量计时LNG的热值比汽油和柴油高，而以体积计时则较小。
燃料名称热值Kcal/Kcal/lLNG127585439汽油101607802柴油1016085281.4.16蒸汽压与液化蒸汽压与液化任何液体的正常泡点是其气相压力为大气压力（）时的温度。
随液体表面压力的变化，液体沸腾的温度会发生改变。
压力越低，液体的沸点温度也越低。
1.4.17主要组分的正常泡点和露点主要组分的正常泡点和露点LNG中主要组分的正常泡点和露点如下表：
组分温度FN2-320.5-195.8C1-258.7-161.5C2-127.5
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