天然气常识及热力中应用

天然气常识及热力中应用第一页，共31页。一、燃气的定义二、燃气的种类第一部分燃气简介第二页，共31页。5

一、燃气的定义

燃气是气体燃料的总称，它能燃烧而放出热量，供城市居民和商业用户使用。

二、燃气的种类按燃气的来源，通常可以把燃气分为天然气、人工煤气、液化石油气和生物质气。具体见下图：第三页，共31页。51、天然气（naturalgas）

①定义一种主要由甲烷组成的气态化石燃料。主要存在于油田和天然气田，也有少量出产于煤层。

②优点

天然气燃烧后无废渣、废水产生，相较煤炭、石油等能源有使用安全、热值高、洁净等优势。第四页，共31页。5一、天然气的概述二、天然气的基本性质三、天然气的主要参数四、天然气的节流效应五、天然气中的水化物第二部分天然气简介第五页，共31页。5一、天然气的概述

1、天然气生成

天然气是有机物生成的，即古代生物在一定环境下生成的。古代动植物死亡后，尸体被泥沙等沉积物埋藏而与空气隔绝，在缺氧的沉积环境中，加之受地层压力、温度、放射线、催化剂等复杂物理化学作用和细菌发酵分解作用，逐步转化为天然气和石油。

2、天然气的组成

天然气是由碳氢化合物和其他成分组成的混合物，它主要由甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷组成，其次还有微量的重碳氢化合物和少量的其他气体，如：氮气、氢气、硫化氢、一氧化碳、二氧化碳、水、有机硫等。

第六页，共31页。53、天然气的分类①按照来源分：a.油田伴生气，自油田产生，含甲烷80%-90%；

b.气田气：自气田产生，含甲烷90%以上；

c.凝析气田气：这种气田气，在地层中以气态存在，开采出来常温下为液态。②按照甲烷含量分类：a.干气：甲烷含量在90%以上；

b.湿气：甲烷含量在90%以下。③按照含硫量分类：a.低含硫天然气：硫化氢含量约0.01-1%（体积比）；

b.中含硫天然气：硫化氢含量约1-2%（体积比）；

c.高含硫天然气：硫化氢含量约2-7%（体积比）；第七页，共31页。5

二、天然气的基本性质1、天然气化学性质

1）天然气的化学性质比较稳定，一般条件下不与氧气发生反应，也不与浓酸，浓碱溶液及氧化剂反应，但与氯气只要在阳光照射或加热时就能发生反应。2）天然气的燃烧天然气的主要成分是甲烷CH4.

CH4+2O2=点燃=CO2+2H2O.同时由于天然气的成分复杂，燃烧后会产生氮氧化物，二氧化硫，二氧化碳等物质。第八页，共31页。2、天然气的物理性质天然气主要成分为甲烷（其分子式为CH4），是一种无色、无味、无毒且无腐蚀性的气体。在标准状况下：密度为0.717kg/m3(对空气比重为0.5544)，沸点为-161.45℃，熔点为-182.5℃，临界温度为-82.45℃。因天然气密度比空气小，如遇容器泄露，天然气很容易扩散，使用较为安全。但天然气聚集在密闭建筑物的顶部时，则易形成爆鸣性气体，天然气在空气中的爆炸极限为5%—15%。天然气是一种碳氢化合物,它与空气或氧气混合，都能形成爆鸣性气体。第九页，共31页。5三、天然气的主要参数1、压力

①在工程应用中习惯把压强称为压力。②概念：垂直作用于物体的单位面积上的力。

③单位：Pa、bar、MPa、Kpa、Kgf/cm2、Psi④常用压力的单位换算：1MPa=10bar=103KPa=106Pa10MPa=10.197Kgf/cm21Psi=0.006895Mpa1atm（atmosphere）=0.101325MPa

⑤绝压、表压、真空度的概念：绝压：以绝对真空为准的压力；表压；压力表测出的压力；真空度：低于大气压力的那部分压力值。⑥绝压、表压、真空度三者之间的关系：P表=P绝-P大气压P真空度=P大气压-P绝第十页，共31页。52、温度①摄氏温标：以纯水的冰点为0℃，沸点为100℃，进行定位，这样的温标称为摄氏温标。②绝对温标：以摄氏温度的领袖273.15为起点，即为绝对零度，这种温标称为绝对温标。③华式温标：以摄氏零度定位32F，100℃定位212F，这种温标称为华氏温标。④三种温度的关系：T=273.15+tF=9/5*t+32

式中：T表示绝对温度K；

t表示摄氏温度℃；F表示华氏温标F。

第十一页，共31页。5⑤着火温度：燃气与空气混合物开始燃烧反应的自燃的最低温度。⑥燃烧温度：燃气按燃烧反应方程式完全燃烧时产生的理论温度。⑦甲烷的理论燃烧温度是1970℃。甲烷的着火温度是540℃。⑧临界温度和临界压力：当温度不超过某一数值时，对气体进行加压，可以使之液化，当超过这一数值时加多大的压力都不能时使它液化，这一温度为该气体的临界温度;在临界温度下，使其液化的最低压力为临界压力。3、粘度①概念：表示气体流动的难易程度，粘度大，不易流动，粘度小，易流动。②温度的影响：气体的粘度随温度的升高而增大，随温度的降低而减小；液体的粘度随温度的升高而降低，在气体压力很高时（10MPa以上），粘度随温度的升高而降低。第十二页，共31页。54、含水量①绝对湿度：单位体积或单位重量天然气中所含水蒸气的重量称为天然气的绝对湿度或含水量。②相对湿度：单位体积天然气的含水量与相同条件（温度、压力）下饱和状态天然气的含水量的比值。③露点：在压力一定时，天然气中水蒸气达到饱和时的温度就叫做天然气在这种压力下的露点（水露点）。压力越大露点越高，压力越小露点越低。5、密度①定义：物理学中，把某种物质单位体积的质量叫做这种物质的密度。

②天然气密度大约是。空气的密度大约是1.29Kg/Nm3。③相对密度：物质的密度与参考物质的密度在各自规定的条件下之比。（一般来说，气体的密度是指其密度与空气密度之比）④密度与压力、温度的关系第十三页，共31页。56、热值①定义：单位质量或体积的燃料完全燃烧所释放出的热量。②热值单位转换：1卡=4.1868焦耳1大卡=4.1868KJ=4.1868×10-3MJ③热值比较名称热值天然气一般在35~40MJ/Nm3人工煤气一般在16~24MJ/Nm3液化石油气气态一般为108MJ/Nm3

液态为45~46MJ/kg沼气约为：22MJ/Nm3第十四页，共31页。57、天然气的爆炸性①爆炸条件：

a.必须有天然气和空气的混合物；

b.混合物的浓度必须在爆炸范围内；

c.必须满足爆炸所需的温度。②爆炸极限：可燃气体和空气的混合物遇明火而引起爆炸时的可燃气体浓度范围称为爆炸极限。比较纯天然气液化石油气爆炸极限5-15%1.5-9.5%第十五页，共31页。5③影响爆炸范围的因素：a.温度越高，天然气的爆炸范围越大；b.压力增大，天然气的爆炸下限变化不大，而上限明显增加；c.含惰性气体越多，天然气的爆炸范围越小；

第十六页，共31页。5天然气115~130汽油81~988、抗爆性和辛烷值①抗爆性：燃料的抗爆性是指燃料在发动机汽缸内被点燃、燃烧时，避免产生爆燃的能力，即抗自燃能力，是燃料的一个重要指标。燃料的抗爆性用辛烷值表示，燃料的辛烷值越大，表示抗爆性越好。

②辛烷值：标准燃料由异辛烷和正庚烷的混合物组成。异辛烷用作抗爆性优良的标准，辛烷值定为100；正庚烷用作抗爆性低劣的标准，辛烷值为0。将这两种烃按不同体积比例混合，可配制成辛烷值由0到100的标准燃料。③辛烷值比较第十七页，共31页。59、天然气质量要求按照《天然气》GB17820-1999①天然气的高热值大于31.4MJ/m3；②总硫含量小于270mg/m3；③硫化氢含量小于20mg/m3；④CO2含量小于3%（体积）；⑤无游离水。第十八页，共31页。5一、输送方式的分类

二、各方式的具体介绍第三部分天然气的输送方式第十九页，共31页。5

一、输送方式的分类1、管道输送：

①概述：天然气的管道输送方式，是将油气井采出的天然气通过与油气井相连接的各种管道输送到不同地区的不同用户。②特点：输送气量大，向用户供应的气源稳定，用户多、距离长、供应连续不断，是目前天然气输送的主要方式。发展主要始于50-60年代。但输送成本高，沿线需要加设加压站和调节站。2、液化输送：①概述：天然气的液化输送方式，是将油气井开采出的天然气在液化厂中进行降温压缩升压，使之液化，即平常所说的液化天然气（LNG），然后分装于特别的绝热容器内，用交通工具运至用户。具有灵活性和适应性。②特点：运输量较大，但基础设备的费用很高且易遭受破坏。3、高压瓶装：即压缩天然气（CNG），一般用于民用。量小，成本高。第二十页，共31页。5二、具体介绍1、管道输送

①概述：天然气管输系统是一个联系采气井与用户间的复杂而庞大的管道及设备组成的采、输、供网络。一般而言，天然气从气井猜出至输送到用户，其基本输送过程（即输送流程）是：气井（或油井）油气田矿场集输管网天然气净化及增压输气干线城镇配气管网用户②输气站的工艺流程a.所谓工艺流程，是为达到某种生产目标，将各种设备、仪器以及相应管线等按照不同方案进行布置，这种布置方案就是工艺流程。

b.分输站的任务的进行天然气的分离、调压、计量、收发清管装置、在事故状态对输气干线进行防空，以及给用户进行供气。第二十一页，共31页。c.正（反）输流程：天然气从进站阀（出站阀）进站，经分离器分离、调压计量后向下游供气。

d.越站流程：进出站阀门关闭，天然气通过越站阀直接向下游供气。

e.收发球流程：接受上一站清管器，向下站发送清管器。③长输管线举例管道运输是用管道作为运输工具的一种长距离输送天然气的运输方式。目前主要是中海石油、中海石化、中海海油、中国中化的长输管线。举例:西气东输管线见下图：第二十二页，共31页。5第二十三页，共31页。②天然气管道输配系统的组成

长输管线气源门站中压管线储配站中压管线调压站低压管线用户储存第二十四页，共31页。5②加臭一般情况下，城市燃气是无色无味、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。它对于确保人民生命和财产安全，及时发现并防止事故发生是一项重要的安全措施。加臭剂为四氢噻酚，对天然气，用量为16~25mg/m3。城镇燃气加臭剂的最小量：燃气泄漏到空气中，达到爆炸下限的20%时，应能察觉。第二十五页，共31页。52、压缩天然气（compressednaturalgas）

①概念：该技术利用气体的可压缩性，将常规天然气施以高压进行储存，其存储压力通常为20MPa～25MPa，天然气可压缩至原来体积的1/200～1／250，大大降低了储存容积。CNG的输配技术压缩天然气(CNG)输配技术，是利用压缩天然气汽车加气、储运技术，同城市燃气调压、储配技术相结合的产物。它充分利用了压缩天然气汽车成熟的加压工艺，经多级减压后输送到城市燃气管网，供给不同的燃气用户使用。CNG城镇燃气供应系统主要由取气点加压站、CNG钢瓶拖车、城镇卸气站（减压站）、城镇输配管网组成。

第二十六页，共31页。5②CNG的理化性质压缩天然气是以甲烷为主的高压状态下的气态混合物，伴有少量的水蒸气，正常情况下压力为20MPa，常压下的沸点温度约为-162度，密度大约为426kg/m3。CNG是高压气体，需要在特制容器中存放，一旦泄漏，会在泄露处产生明显的结霜现象，结霜现象是压缩天然气快速卸压，造成泄露口处空气中的水蒸汽被泄露的CNG冷却所致。气态天然气密度比空气小，易在空气中扩散，天然气无毒、无色、无味，漏泄到空气中不易发觉。CNG的高压特性：CNG既有可燃的特性，又有高压的特性，因此在安全方面，主要是在高压情况下不易操作，同时要求设备、容器应具有相应的特殊性能，避免引起CNG的泄漏。操作及抢险时主要考虑高压及燃烧特性对人体的危害。第二十七页，共31页。52、液化天然气（LiquefiedNaturalGas）

①概念：LNG，即液化天然气，是天然气的液态形式，它充分利用了天然气在常压、-162℃下液化，体积缩小约600倍的性质，为天然气的高效输送提