天然气有关知识简介2013.7PPT课件.ppt

1 天然气在能源中的地位天然气作为一种安全 清洁 高效 蕴藏丰富的低碳能源 是国际上现代化城市的主要能源 2040年天然气在全球能源消费结构中所占比例有可能达到51 超过石油成为世界第一大能源 历史上 每次能源革命都得益于能源利用技术的进步 近年来世界能源发展体现了高效 清洁 使用方便和环境保护的特点 燃气蒸汽联合循环技术等天然气利用技术的逐步发展成熟 带动了天然气产业的迅速发展 环境问题使天然气成为最重要的能源选择之一 天然气是石油的重要替代能源之一 2 我国是世界上最早使用管道输送天然气的国家之一 1600年左右 竹管输气已有很大发展 但第一条现代意义的输气管道是l963年在四川建成的管径426mm 长度55km的巴渝管线 从全世界来看18世纪以前主要是用木竹管道输送 1880年首次出现蒸汽机驱动的压气机 19世纪90年代钢管出现后 管道运输进入工业性发展阶段 到20世纪80年代 全世界的输气管道约近90万km 美国 西欧 加拿大及前苏联国家均建成了规模较大的输气管网甚至跨国输气管道 3 输气管道系统主要由矿场集气管网 干线输气管道 网 城市配气管网以及与此相关的站 场等设备组成 这些设备从气田的井口装置开始 经矿场集气 净化及干线输送 再经配气管网送到用户 形成一个统一的 密闭的输气系统 4 管道输气工艺管道输气工艺是指实现天然气管道输送的技术和方法 即根据气源条件及天然气成分 确定输气方式 流程和运行方案 确定管材 管径 设备 沿线设站的类型及站距等 早期的天然气管道输送 全靠气井的自然压力 而且天然气在输送过程中不经过处理直接进入管道 现代天然气管道输送则普遍采用压气机提供压力能 对所输送的天然气的质量也有严格的要求 5 输气管道沿线各压气站与管道串联构成统一的密闭输气系统 任何一个压气站工作参数发生改变都会影响全线 因此 必须采取措施统一协调全系统各站的输量和压力 如调节各站原动机的转速 改变压气机工作特性和采用局部回流循环等 以保持压气机出口压力处于定值 并保障管道 管件和设备处于安全运行状态 6 管道生产管理概述管道生产管理是指管道运行过程中利用技术手段对管道运输实行统一指挥和调度 以保证管道在最优化状态下长期安全而平稳地运行 从而获得最佳经济效益的生产组织工作 它包括管道输送计划管理 管道输送技术管理 管道输送设备管理和管道线路管理 前两项又统称管道运行管理 是生产管理的中心 管道输送计划管理是指根据管道所承担的运输任务和管道设备状况编制合理的运行计划 以便有计划地运行生产 管道输送计划管理首先是编制管道输送的年度计划 根据年度计划安排管道输送的月计划 批次计划 周期计划等 然后 根据这些计划安排管道全线的运行计划 编制管道站 库的输入和输出计划 以及分输或配气计划 7 管道输送技术管理是指根据管道输送的货物特性 确定输送方式 工艺流程和管道运行的基本参数等 以实现管道生产最优化 管道输送技术管理的内容包括随时检测管道运行状况参数 分析输送条件的变化 采取各种适当的控制和调节措施调整运行参数 以充分发挥输送设备的效能 尽可能地减少能耗 对输送过程中出现的技术问题 要随时予以解决或提出来研究 8 管道输送设备管理是指对管道站 库的设备进行维护和修理 以保证管道的正常运行 管理的内容主要包括 对设备状况进行分级 并进行登记 记录各种设备的运行状况 制定设备日常维修和大修计划 改造和更新陈旧 低效能的设备 维护在线设备 管道线路管理是指对管道线路进行管理 以防止线路受到自然灾害或其他因素的破坏管理内容主要包括 日常的巡线检查 线路构筑物和穿越 跨越工程设施的维修 管道防腐层的检漏和维修 管道的渗漏检查和维修 清管作业和管道沿线的放气 排液作业 管道线路设备的改造和更换 管道线路的抗震管理等 9 管道运输的发展趋势目前输气管道运输正朝大口径 1400mm以上 高压力方向发展 并不断研制采用新材料 新技术 新工艺 国外研究的新技术还包括新的输气工艺 目前国内采用的大部分是微波 光纤等通讯技术 10 西气东输一线示意图 11 12 获得同等热值的前提下 煤炭与天然气排放的灰粉的148 1 排放二氧化硫比例为700 1 排放氮氧化物的比例为29 1 天然气煤气价格比2 31热植比2 51 13 天然气基础知识燃气的定义燃气是由多种气体组成的混合气体 由于生产所用的原料不同及生产工艺不同 各种燃气的组成也不相同 燃气主要由低级烃 甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 乙烯 丙烯 丁烯 氢气和一氧化碳等可燃组分 以及氨 硫化物 水蒸气 焦油 萘和灰尘等杂质所组成 14 燃气的分类燃气可分为天然气 液化石油气 人工煤气 沼气等 天然气一般可分为气田气 油田伴生气 凝析气田气 煤层气 矿井气 人工煤气可分为 固体燃料干馏煤气 固体燃料气化煤气 油制气等 国内作为城市燃气的有天然气 液化石油气 人工煤气 15 天然气 NaturalGas 气田气 从地下开采出来的气田气为纯天然气 石油伴生气 伴随石油开采一块出来的气体称为石油伴生气 凝析气田气 含石油轻质馏分的气体 为方便运输 天然气经过加工还可形成 煤层气 从井下煤层抽出的矿井气 矿井气 开采煤炭 盐等矿产时采集的体称为矿井气 16 燃气的爆炸极限当空气中含有燃气浓度增加到不能引起爆炸的浓度点称为爆炸上限 当空气中含有燃气浓度减少到不能引起爆炸的浓度点称为爆炸下限 爆炸极限范围之外 因为燃烧产生的热量不足以弥补散失的热量 无法维持继续燃烧 天然气的爆炸极限是5 15 液化石油气的爆炸极限是1 5 9 5 17 城镇燃气的加臭一般情况下 城镇燃气是无色无味 易燃易爆的气体 在燃气泄露时 为了易于被人们发现 要求对燃气进行加臭 常用的加臭剂有乙硫醇 四氢噻酚等 城镇燃气的加臭标准 空气中的可燃气体浓度达到爆炸下限的20 前能被查觉 含有毒性气体成分的城镇燃气 空气中的毒性气体浓度达到使人中毒下限的20 前能被查觉 18 加臭剂的要求气味要强烈 独特 有刺激性 还应该持久且不易被其他气味所掩盖 加臭剂及其燃烧产物对人体无害 不腐蚀管线及设备 沸点不高且易于挥发 在运行条件下有足够的蒸气压 其蒸汽不溶于水和凝析液 不与燃气组分发生反应 不易被土壤吸收 价廉而不稀缺 经常使用的加臭剂是四氢噻吩 THT 乙硫醇 C2H5SH 三丁基硫醇 TBM 等 19 天然气的主要成分 天然气的主要成分以饱和烃为主 主要是甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 戊烷含量不多 庚烷以上含量极少 另外还有少量非烃类气体一氧化碳 二氧化碳 氮气 氢气 硫化氢 水蒸气及微量的惰性气体氦 He 氩 Ar 20 天然气的沸点 沸点是指101 325Pa压力下液体沸腾时的温度 天然气中主要成分甲烷的沸点是 162 6oC 天然气的沸点是 162 49oC 由于天然气的沸点很低 天然气很难被液化 天然气一般以气态储存和运输 21 液化天然气 天然气在1标准大气压下 冷却至约 162 时 天然气由气态转变成液态 称为液化天然气 LiquefiedNaturalGas 缩写为LNG LNG无色 无味 无毒且无腐蚀性 其体积约为同量气态天然气体积的1 600 LNG的重量仅为同体积水的45 左右 22 液化天然气流程图 23 CNG运输车 24 压缩天然气 压缩天然气 CompressedNaturalGas 简称CNG 是天然气加压到20MPa以上并以气态储存在容器中 CNG与管道天然气的组分相同 CNG可作为车辆燃料使用 以CNG为燃料的车辆叫做NGV NaturalGasVehicle 25 燃气的燃烧 一些物质与氧气强烈氧化后发出大量光和热的现象叫燃烧 燃气燃烧应具备的三个条件 1 有可能与空气中的氧和氧化剂起强烈反应的物质 即可燃烧物 如H2 CH4 CO等 2 有能帮助和支持燃烧的物质 如氧气 3 有能导致燃烧的火源和温度 26 燃气的闪点 着火点 自燃点 1 在一定温度下 当火焰接触到燃气与空气的混合物时 即闪出火花 这种短暂的燃烧现象叫闪燃 能够维持闪燃的最低温度叫闪点 2 着火点 又称燃点 燃烧温度超过闪点温度时 能维持连续燃烧的最低温度 3 自然点 混合气体在没有外界火源的条件下自行燃烧的最低温度 27 第一章天然气输送工艺 天然气管道输送 天然气从气井开采出来以后 经过矿场集输管道集中到净化厂处理后 由长输管道输送至城市管网 供给工业和民用的用户 由气井到用户 天然气都在密闭的状态下输送 形成一个输气系统 长输管道是连接气田净化处理厂与城市之间的干线输气管道 它具有输气量大 压力高 运距长的特点 28 输气管道由输气站场 干线线路工程及其附属设施组成 根据用户情况和管线距离条件 输气管道设有压气站 分输站 计量站及清管站 通过分输站或计量站将天然气调压后输往城镇配气管网或直接输往用户 首站是输气干线的起点 它接受气田处理场来的天然气 经过升压 计量后输往下一站 在气田开发初期 地层压力较高而输气量较小 当地层压力足以输气至下一站时 首站不设压缩机组 输气过程中沿程压力不断下降 一定距离后需设中间压气站增压 末站为终点配气站 将天然气计量 调压后供给城市配气管网及广大用户 29 由于一天 一月和一年内天然气的消费量有很大的不均衡性 特别城市居民用气量 而干线的输量却应维持在其设计输量范围附近才能安全 经济运营 为了季节性调峰的需要 常在大城市附近设有储气库 夏季天然气供气过剩时 管道向储气库供气 冬季供气高峰时 再抽出补充供气 长距离输气干线连接由多个地下储气库及一系列输入 输出支线 形成统一的供气系统 30 国外天然气管道有近120年的历史 二十世纪七 八十年代是全球输气管道建设高峰时期 世界上几条最著名的输气管道都是在这一时期建成的 北美 欧洲天然气管道已形成地区性 全国性乃至跨国性大型供气系统 全球输气管道总长超过120万公里 其中直径1米以上的管道超过12万公里 1963年 我国第一条现代输气管线 巴渝线 到20世纪80年代中期 我国输气管道主要分布在川渝地区 从上世纪末开始 我国输气管道开始进入快速发展阶段 近几年已建成陕京输气管道 涩北 西宁 兰州输气管道 西气东输输气管道 陕京二线输气管道等重要管道 31 第二章天然气的物性1天然气的组成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 其中甲烷占绝对优势 例如 四川气田天然气甲烷含量不低于90 陕甘宁气田则达95 左右 此外可能含有少量二氧化碳 硫化氢 氮气 水蒸汽以及少量的氦 氖 氩等气体 2天然气的可燃烧性限性和爆炸性限可燃气体与空气混合 对于敞口系统 遇到明火进行稳定燃烧 可燃气体在混合气体中的最低浓度称可燃下限 最高浓度称可燃上限 可燃上限和可燃下限的浓度范围称可燃性界限 32 可燃气体与空气的混合物 在封闭系统中遇到明火可发生剧烈燃烧 即发生爆炸 最低浓度称爆炸下限 最高浓度称爆炸上限 两者的之间的范围称爆炸限 3天然气输送过程中的节流效应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 使压力降低 这种现象称为节流 如果在节流过程中气体与外界没有热量交换 就称为绝热节流 33 第三章天然气的输送要求及天然气的净化1天然气的输送要求从地层中开采出来的天气然往往含有砂和混入的铁锈等固体物质 以及水蒸汽 硫化物和二氧化碳等有害物 砂和铁等尘粒随气流运动 磨损压缩机 管道和仪表部件 甚至造成破坏 有时沉积在某些部位 影响输气正常运行 水积聚在管道低洼处 减少管道输气面积 增加输气阻力 水在管壁上形成水膜 遇到酸性气体形成酸性水溶液 对管内壁腐蚀极为严重 是造成管道破坏的主要原因 水在一定温度和条件下还能和天然气中的某些组分生成冰雪状水合物 造成管路冰阻 净化的指标和要求的目的目前各国不同 34 2天然气的净化除尘和分离天然气输送系统中的液体和固体主要来自三方面 1 采气时井下带来的凝析油 凝析水 岩屑粉尘 2 管道施工时留下的赃物和焊渣 3 管内的锈屑和腐蚀产物 为减少粉尘和防止仪表 调压阀的指挥机构等因为堵塞失灵 常采取措施 1 脱出天然气中的水蒸汽 氧 硫化氢 二氧化碳等组分 减少管内腐蚀 2 采用管内壁防腐层 保护管材 3 定期清管扫线 35 4 在允许的情况下 采用所能达到的最低流速输气 减少气流冲击腐蚀和携尘能力 5 在集气站 压气站 配气站 调压计量站等处安设分离器 除尘器和过滤器 脱出各类固 液 体杂质 天然气脱水 1 低温分离一种方法高压天然气经节流高温 让水分离出来 适用于高压气田 另一种方法是将压力较低的天然气加压后 冷却脱水 2 固体干燥剂吸附脱水利用多孔性的干燥剂吸附天然气中的水蒸汽 36 常见的固体干燥剂有 硅胶 活性氧化铝 铝矾土和分子筛等 3 液体吸收脱水最早用的液体脱水剂是甘油 随后是氯化钙溶液 这两种脱水剂已经被淘汰 目前用于脱水的有二甘醇 三甘醇 四甘醇 37 第五章清管工艺 清管的目的 1 清除管内积液和杂物 减少摩阻损失 提高管道的输送效率 2 避免低洼处积水 3 扫除管内的沉积物 腐蚀产物 4 进行管道内检测和隔离液体作业 38 清管器从结构上可分为 1 清管球 由氯丁橡胶制成 中空 壁吼30 50mm 球上有一个可以密封的注水排水气孔 主要用途清除管道积液和分隔介质 2 皮碗清管器 由一个钢性骨架和前后两个或多个皮碗构成 在管内运行时 能保持固定方向 能携带各种检测仪器和装置 3 泡塑料清管器 表面有聚氨脂外壳的圆柱形塑料制品 是一种经济的清管工具 有很好的变形能力和弹性 在压力作用下可以与管壁形成良好的密封 能够顺利通过各种弯头 阀门和管道变形处 它不会对管道形成损伤 尤其适用清扫带有内壁涂层的管道 39 皮碗清管器 40 第三篇输气工艺设备工艺阀门 导通 截断流体流动 改变流体流动方向 阀门执行机构 阀门执行装置 个别具备检测管道工艺参数 实现自动操作以保护管线的功能 分离 过滤设备 除去天然气中的固体杂质和液体杂质 收发球设备 发送 接收清管器 清管球 调压设备 调节输送压力 控制输送流量 紧急截断设备 在事故状态下切断流体流通 41 第四篇天然气的输气计量1天然气流量测量常用的流体参数流量 单位时间内通过某一横截面的流体量 1 流体的密度 2 相对密度 3 流体的粘度 4 流体的压力 5 雷诺数和流态 6 比热比 2天然气的主要物性参数 1 天然气的视相对分子量 天然气摩尔分子量的数值 2 气体压缩因子 相同温度及相同压力下 一定量实际气体的体积与理想气体的体积之比 3 烃露点 在规定的压力下 高于此温度时无烃类冷凝现象出现 42 3天然气密度和压缩因子的确定国际上主要采用通过气相色谱仪分析出天然气的组分 在按国家标准 GB T11062 1998 计算出天然气密度等相关参数 按国家标准 GB T18603 2001 计算出天然气的压缩因子 4输气计量手段 1 超声波流量计 利用超声波脉冲在气流中传播的速度与气流速度有对应关系 2 流量计算机 完成流量信息处理为主要任务的专用计算机 3 压差式流量计 根据安装于管道中流量检测件产生的压差 已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来测量流量的仪表 孔板流量计 4 涡轮流量计 5 涡街流量计 43 第五篇管道腐蚀与防护1管道腐蚀的防护每年管道 储罐 电缆和其他埋地或水下金属结构腐蚀造成巨大的损失 随着经济发展的需要 在全球范围内长输管道已经成为一种不可替代的能源输送手段 由于长输管道输送的介质通常具有一定的危险性 同时由于公众对安全环保的要求日益提高 对管道的腐蚀防护提出了进一步的要求 44 外涂层系统 在金属表面上形成一层绝缘材料的连续覆盖层将金属与其直接接触的电解质之间进行绝缘 也就是设置一个高电阻使电化学反应无法进行 外涂层漏点 空洞 在涂敷 运输或者安装过程中产生的 使用过程中漏点由于涂层老化 土壤应力或管道在土壤中移动而产生的 有时可能是因为第三方破坏 涂层剥离 金属暴露在地下环境中 阴极保护 在涂层漏点处 有阴极保护 通过金属表面成为电化学电池的阴极而减少腐蚀速率的措施 通过外电源施加电流或牺牲阳极 使金属的电位向负方向移动来实现的 45 第六篇管道管理 我国计划在不久的将来建成七个大的区域性管网 东北三省 京津冀鲁晋 苏浙沪豫皖 两湖及江西 西北的陕甘宁 西南的川黔渝和东南沿海管网 这些输气管道对改善我国能源结构将发挥重大作用 输气管道若天然气泄漏 极易引起火灾爆炸事故 不但输气系统造成破坏 会造成生命和财产的重大损失 还由于停止供气 使用气的工矿企业停工停产 造成很大的间接影响和损失 输气管道的安全运行与国民经济发展和城市居民生活息息相关 加强安全管理 保障运行安全意义重大 46 1气质监控管道天然气中有害成分及含量的多少 对管道的工作状况 经济效果和使用寿命有重大影响 天然气中有害杂质的危害 输气管道中天然气的流速很高 如果夹带砂 石 铁锈等 可能造成管道或设备磨蚀 也有可能打坏仪表 有害气体如H2S CO2 H2O引起管道腐蚀 液态烃在管道低洼处会降低管道输气能力 天然气气质应在输气管道输出 输入点进行监测和控制 主要包括 天然气的水露点 烃露点和排污量 气体温度 含硫量 天然气热值 47 2线路维护 1 管道的防洪和越冬准备 防洪工作 越冬工作 2 输气管道线路截断阀的维护 3 管线的检查 应当定期的测量和检查 用各种仪器 4 发现日常巡逻中不易发现或不能发现的隐患 管道微小的裂纹 腐蚀应力 应力异常 埋管线防腐绝缘层损坏 管道变形等 3站场的安全管理 1 减少潜在的危险因素 2 减少潜在危险因素的强度 48 3 联锁保护 4 隔离操作或远离操作 5 设置薄弱环节预防设备损坏 6 提高设备强度 增加安全裕量 4输气管道运行管理 1 输气管道调度管理是生产运行的指挥 a 根据输气 供气合同 指定合理的供气计划和运行方案 当供气量发生变化时 及时调整 协调 做好气量调配工作 b 根据管道储气设施情况 全线运行工况及季节 昼夜用气量的特点 做好供气调峰 保障安全供气 49 3 定期分析输气管道的运行参数 使运行方案最优化 从水力 热力及气质参数的变化中 及时发现输气管道泄漏或堵塞等异常现象 并采取相应措施 4 调整运行参数由值班调度统一下达指令 5 在输气管道发生事故或受到事故威胁的情况下 由值班调度决定和传达进行调度指令 由现场人员采取应急措施 防止事态扩大 同时向上级汇报情况 2输气管道的运行管理应遵循有关规范 如天然气管道运行规范 输气管道仪表及自动化设施管理规定 输气管道电气设备管理规定等 50 第七篇液化天然气 LNG LNG是一种清洁 高效的能源 由于进口LNG有助于能源消费国实现能源供应多元化 保障能源安全 而出口LNG有助于天然气生产国有效开发天然气资源 增加外汇收入 促进国民经济发展 因而LNG贸易正成为全球能源市