安全使用天然气综述

1、天然气安全知识培训 一、天然气及其组分的物理化学性质 天然气的主要成分为甲烷，此外还含有乙烷、丙烷、丁 烷等烃类气体，氮、 CO2 、 H2S 及微量氢、氦、氩等非烃类 气体，一般气藏天然气的甲烷含量在 90% 以上。油田伴生气 中甲烷含量占 65% 80% ，此外还含有相当数量的乙烷、 丙 烷、丁烷等烃类气体。 1、天然气主要组分的物理化学性质 天然气主要组分的物理化学性质见下表 天然气主要组分在标准状态下的物理化学性质 名称 分子式 相对分 子质量 摩尔体积 Vm/(m 3/kmol) 气体常数 R(J/k gK) 密度 /(kg/m ) 临界温度 Tc/K 临界压力 Pc/MPa 高热值

2、 Hh/(MJ/m 3) 高热值 Hh/(MJ/kg) 低热值 H1/(MJ/m 3) 甲烷 CH4 16.043 22.362 518.75 0.7174 190.58 4.544 39.842 35.906 乙烷 C2H6 30.07 22.187 276.64 1.3553 305.42 4.816 70.351 55.367 64.397 丙烷 C3H8 44.097 21.936 188.65 2.0102 369.82 4.194 101.266 51.908 93.240 正丁烷 n- C 4H10 58.124 21.504 143.130 2.703 425.18 3.747

3、 133.886 50.376 123.649 异丁烷 i-C 4H10 58.124 21.598 143.13 2.6912 408.14 3.600 133.048 49.532 122.853 正戊烷 C15H12 72.151 20.891 115.27 3.4537 46.965 3.325 169.377 49.438 156.733 氢 H2 2.016 22.427 412.67 O.0898 33.25 1.280 12.745 49.042 10.786 氧 O2 31.999 22.392 259.97 1.4289 154.33 4.971 141.926 氮 N2

4、23.013 22.403 296.95 1.2507 125.97 3.349 氦 He 3.016 22.42 281.17 0.1345 3.35 0.118 二氧化 磺 CO2 44.010 22.26 189.04 1.9768 304.25 7.290 硫化氢 H2S 34.076 22.18 244.17 1.5392 373.55 8.890 25.364 23.383 空气 28.066 22.40 287.24 1.2931 132.4 3.725 16.488 水蒸气 H2O 18.015 21.629 461.76 0.8330 647.00 21.830 名称 低热值

5、 H1/(MJ/kg) 爆炸极限（体 积分数）/% 动力黏度 106/(Pa s) 运动黏度 106/(m 2 /s) 沸点/ 定压比热容 Cp/(kJ/m 3K) 绝热指数 K 导热系数 /W/(m K) 偏心因子 上限 下限 甲烷 5.0 15.0 10.60 14.50 -161.49 1.545 1.309 0.03024 0.0104 乙烷 50.05 2.9 13.0 8.77 6.41 -88.00 2.244 1.198 0.01861 0.0986 丙烷 47.515 2.1 9.5 7.65 3.81 -42.05 2.960 1.161 0.01512 0.1524 正丁

6、烷 46.383 1.5 8.5 6.97 2.53 -0.05 3.710 1.144 0.01349 0.2010 异丁烷 45.745 1.8 8.5 -11.72 1.144 0.1848 正戊烷 45.65 1.4 8.3 6.48 1.85 36.06 1.121 0.2539 氢 45.381 4.0 75.9 8.52 93.00 -252.75 1.298 1.407 0.2163 0 氧 120.111 19.86 13.60 -182.98 1.315 1.400 0.0250 0.0213 氮 17.00 13.30 -195.78 1.302 1.402 0.0248

7、9 0.04 氦 -269.95 1.640 二氧化 碳 14.30 7.09 -78.20 0.620 1.304 0.01372 0.225 硫化氢 4.3 45.5 11.90 7.63 -60.20 1.557 1.320 0.01314 0.100 空气 15.192 17.50 13.40 -192.50 1.306 1.401 0.02489 水蒸气 8.60 10.12 1.491 1.335 0.01617 0.3480 2、天然气中有机硫化合物的主要性质 硫醚 天然气中除含有 H2S 外，还含有数量不等的硫醇、 以及微量的二硫化碳、硫化羰。有机硫化物多数具有特殊的 臭味，只

8、要有很少量存在就能凭嗅觉察到。因此，甲硫醇和 噻吩被用作为天然气加臭剂，当输配气管道发生泄漏时能够 及时察觉。 天然气中有机硫化物的主要性质见下表 天然气中有机硫化合物的主要性质 名称 分子式 相对分 相对密度 熔点 / 沸点 / 临界温度 临界压力 临界密度 溶解性能 子质量 / /MPa /(kg/L) 水 醇 醚 甲硫醇 CH 3SH 48.1 d 0=0.896 -121 5.8 196.8 7.14 0.323 溶 极易溶 极易溶 乙硫醇 C2H5SH 62.13 d420=0.839 -121 3637 225.25 5.42 0.301 1.5g/100 g 溶 溶 正丙硫醇 C

9、3H7SH 76.15 25 d425=0.836 -112 6768 难溶 溶 溶 异丙硫醇 (CH 3)2CHSH 76.15 d425=0.809 -130.7 58 60 极难溶 无限溶 无限溶 正丁硫醇 C4H9SH 90.18 25 d425=0.837 -116 9798 微溶 易溶 易溶 2-甲基丙硫醇 (CH 3)2CHCH 2SH 90.18 20 d420=0.836 -79 88 极微深 易溶 易溶 叔丁硫醇 (CH 2)2CSH 90.18 6567 甲硫醚 (CH 3)2S 62.13 21 d421=0.846 -83.2 37.3 229.9 0.306 0.3

10、06 不溶 溶 溶 乙硫醚 (C2H5)2S 90.18 20 d420=0.837 -99.5 9293 283.8 .0279 0.279 0.31g/100g 无限溶 无限溶 硫化羰 COS 60.07 2.79g/L -138.2 -50.2 105.0 800mg/100mg 溶 溶 噻吩 C4H4S 84.13 d415=1.070 -30 84 317.0 不溶 溶 硫 S 32.06 120 444.6 1040.0 3、天然气中其他组分的性质 氦：氦是少数气藏天然气中可能存在的微量组分。天然 气中氦含量一般在 0.01% 1.3% ，但个别气藏中氦含量达到 8% 9% 。如美

11、国维尔得克特气田 Santaffe8 号井，天然气 中氦含量高达 9.5% ，我国四川盆地威远气田震旦系气藏天 然气中氦含量在 0.25% 0.35% 。行业标准将天然气组分中 含氦量达到 0.1% 以上者称为含氦气藏。由于氦气的特殊性 质 ， 沸 点 极 低 3.2K(- 269.8 )， 临 界 温 度 为 3.35K(- 269.95 ) ，是无色、无臭的化学惰性气体，在工业 和国防上具有特殊的用途，如作低温致冷剂、潜艇中的人造 空气，用于氦气球、氦飞船等。含氦气藏开发利用已得到高 度重视。 氡：氡是一种放射性元素，也称为镭射气，相对分子质 量为 222 ，半衰期为 3.8d ，为无色气

12、体，凝点 -71、沸点 -61.8 、密度 9.73kg/m3 。由于氡的沸点靠近丙烷，因此， 它趋向于在丙烷气流中富集。 当氡含量高于 2000Bq/m3 时， 存在放射性危害。 荷兰某天然气井的氡含量达到 167Bq/m3 。 我国少数气井的天然气中也有氡的显示，但含量极低。 水蒸气或凝析水：天然气中常含有一定量的水蒸气或凝 析水，其含量高低取决于天然气的压力和温度。当天然气被 水饱和时，会析出水滴，即凝析水。凝析水往往是造成腐蚀 和形成水化物的主要因素。 汞： 某些天然气中含有微量汞，在 1 1000ng/m3 之 间，荷兰某天然气井中汞含量为 4ng/m3 ，我国松辽盆地中 央坳陷北部

13、三肇凹陷北部汪家屯气田下白垩统扶、杨气藏天 然气中汞蒸气含量高达 2027ng/m3 。汞是一种重金属元素， 俗称水银，常温下呈液态，银白色，易流动，密度 13.596g/cm3 ，凝点 -39，沸点 356。在常温下能与硫化 合生成硫化汞。汞不溶于水，能溶于硝酸，不被盐酸和冷硫 酸侵蚀，汞蒸气对人体有毒。阈限值 (TLV) 为 50ng/m3 时， 汞蒸气会导致铝热交换器和管道产生严重腐蚀。 粉尘：由于天然气在开采、输送和分配管网的腐蚀所夹 带的固体粒子，主要成分是携入的泥沙、矿物粉尘、因腐蚀 形成的氧化铁等。 这些粉尘的粒度为 1 50 m。粉尘会导致 压缩机、控制系统和计量装置出现故障。

14、 二、天然气的定义和分类 广义的天然气：指地壳中一切天然生成的气体，包括油 田气、气田气、泥火山气、煤成气和生物生成气等。 狭义的天然气：指自然生成的，以饱和烃类为主的烃类 气体以及少量的非烃类气体组成的混合气体，其主要成份为 甲烷及少量乙烷、丙烷、丁烷、戊烷及以上烃类气体，并可 能含有氮、氢、二氧化碳、硫化氢及水蒸气等非烃类气体及 少量氦、氩等惰性气体 石油工业定义的天然气：通常指从气田采出的气及油田 采油过程同时采出的伴生气。 我国是开发和利用天然气最早的国家，古代把天然气叫 做“火气”。 存在形式： 天然气由有机物质经生物化学作用分解而成，或与石油 共存于岩石的裂缝和空洞中，或以溶解状态

15、存在于地下水 中。 按烃类组分关系分类 :干气、湿气、贫气、富气 干气和湿气：天然气中含天然气油（戊烷以上组分）的 多少来分为干气和湿气。 干气：指在 1N m3 的井口流出物中， C5 以上烃液含量 低于 13.5cm3 的天然气 另外的定义：指在 1N m3 的气体中， C5 以上液烃小于 10mL 的天然气。 湿气：指在 1N m3 的井口流出物中， C5 以上烃液含量 高于 13.5 cm3 的天然气。 另外的定义：指在 1N m3 的气体中， C5 以上液烃大于 10mL 的天然气。 贫气和富气：天然气中含有 C3 以上的多少来分贫气、 富气 贫气：指在 1N m3 的井口流出物中，

16、 C3 以上烃液含量 低于 94 cm3 的天然气。 另外的定义：指在 1N m3 的气体中， C5 以上液烃小于 100mL 的天然气。 富气 :指在 1N m3 的井口流出物中， C3 以上烃液含量高 于 94 cm3 的天然气。 另外的定义：指在 1N m3 的气体中， C5 以上液烃大于 100mL 的天然气。 按酸气含量分类：酸体（主要为 CO2 、硫化物）含量：酸性 天然气和洁气。 酸气（sour gas ）指含有显著的硫化物和 CO2 等酸性气 体，这类气体必须经过处理后才能达到管道外输标准或商业 气气质指标。 洁气（ sweet gas ）是指含有少量的的硫化物和 CO2 等

17、酸性气体或者根本不含的气体，它不需净化就外输标准。 天然气按矿藏特点分类：纯气藏天然气、凝析 气藏天然气、油田伴生天然气 ; 天然气按成因一般分为三类： 与石油共生的叫油田气 （石油伴 生气 ）；与煤共生的叫煤田气 （煤型气 ）；有机质被细菌分解发 酵生成的叫沼气。 按硫化氢、二氧化碳含量分类： 酸性天然气指含有显著量的硫化氢甚至有可能含有有 机硫化物、二氧化碳，需经处理才能达到管输商品气气质要 求的天然气。 名词解释： 气田气是指从天然气井直接开采出来的气体，未与石油 伴生的气田气， 主要成分是甲烷和少量的乙烷， 不容易液化， 所以又称为干天然气。 油田气亦称油田伴生气，是指在开采石油的同时

18、所采出 的天然气。石油伴生气的产量很大，每采出一吨石油，就伴 生几十立方米到几百立方米的油田气。新开采的油田，油田 气的产量更多。油田气含有石油蒸汽，亦称油性天然气。油 田气中主要成分是甲烷，并含有少量的乙烷、丙烷、丁烷、 戊烷和己烷。含有戊烷和己烷这类烷烃在较低温度下又可变 成液态的轻质油。液化石油和轻质油是十分宝贵的石油化工 原料。 煤田气亦称煤成气，即生成煤炭过程中逸出的天然气， 一部分吸附在煤层上成为煤矿瓦斯气；一部分经地层裂隙转 移到空隙处被岩石盖住，聚储起来，成为聚煤气；另一部分 则经过地层缝隙跑出地面失散。 、天然气含水量和露点概念 天然气含水量：天然气在地层中与地下水长期接触，

19、在 高温、高压下，一部分天然气溶解于水，一些水蒸气也进入 天然气中，开采出来的天然气含有一定量的水分。天然气的 水分含量与天然气的压力、温度、分子量有关。 天然气的露点：是指在在一定的条件下，天然气析出第 一滴液体的温度。 天然气的水露点： 是指在在一定的条件下，天然气析出 第一滴水的温度。 天然气的烃露点： 是指在在一定的条件下，天然气析出 第一滴烃的温度。 天然气的露点在不同条件下是不同的 : 与环境温度有关系， 一般天然气的露点夏天高， 冬天低 ; 与天然气的组分有关系，含重烃多的气体露点高，含重 烃少的气体露点低。 四、天然气水化物及其危害 水化物形成的主要条件： 1 、在适宜的温度和

20、压力下存 在的天然气有自由水存在，且天然气的温度低于或等于水化 物生成温度； 2、流的速度和方向发生改变的地方，如弯头、 阀门和其他局部有阻力的地方，是形成水化物的辅助因素。 水化物产生的危害： 水化物的存在常造成管道、 节流器、 阀及仪器的堵塞，减少管线的输送能力，或导致设备的物理 损坏。天然气水化物在天然气加工中有不良的作用，对设备 和系统影响比较大，所以天然气脱水是天然气加工处理的首 要工作。 1. 控制节流压降： 天然气在节流过程中， 导致气体降压膨胀， 温度下降。压降越大，温降就越大，控制节流压降，就可以 保证温降不太大，并使温度高于水化物生成的温度。 2. 提高天然气流动温度：可以

21、通过加热方式保持一定的天然 气流动温度，使任何管线段内的温度高于水化物形成。 3. 天然气中注入水化物抑制剂：向天然气中注入各种能降低 水化物生成温度的抑制剂。一般常用的抑制剂有：甲醇 （MeOH ）、乙二醇（ MEG ）、二甘醇（ DEG ）。这几种物 质都可以回收并循环使用，但是在许多情况下，回收甲醇不 经济 。 五、天然气的用途 1、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，建设成本低，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。 2、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则包括甲醛、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、运营成本低。 3、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， 还可用于废料焚烧及干燥脱水处理。 4、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