天然气、原油基础知识

油气集输公司南堡联合站原油、天然气基础知识制作人：李东升1第1页，共22页。石油和天然气基础知识

天然石油即原油，一般情况下呈棕色、褐色，含轻馏分量大的原油呈绿色，含重馏分大的原油呈黑色，也有的地方原油是其它颜色的；在常温下是一种呈流动或半流动的液体。它常与天然气并存，相对密度小于1，是一种多组分的复杂混合物。原油经过加工炼制，能得到汽油、煤油、柴油、润滑油等各种石油产品。原油是一种重要的能源，在现代生活中，原油及其产品已成为国防、科技、工农业、交通、人民生活等各个方面必不可少的资源。2第2页，共22页。石油的组成与分类一、石油的组成石油是一种粘稠液体，具有可燃性，在一定温度条件下，可以从液态变为固态。从化学组成来说，原油主要由碳、氢两种元素构成，碳、氢两种元素约占石油总量的95%—99%，其中碳占84%—85%，氢占12%—14%，此外，还含有少量的硫、氧及微量的磷、钒、钾、镍、硅、钙、镁、钠等元素。原油中的这些无际元素不是呈游离态，而结合成不同的化合物而存在，多以烃类为主。我们把由碳和氢组成的化合物称为烃，原油95%以上都是由碳和氢组成的，所以说原油主要是烃类组成的。3第3页，共22页。二、石油的分类1、按石油的相对密度大小分类2、按含硫量分类3、按含氮量分4、按含蜡量分5、按胶质含量分石油的组成与分类⑴轻质原油：d415.6<0.830⑵中质原油：d415.6=0.830—0.904⑶重质原油：d415.6=0.904—0.966⑷特重质原油：d415.6>0.966⑴低硫石油：含硫量小于0.5%⑵含硫石油：含硫量为0.5%—2.0%⑶高硫石油：含硫量大于2.0%⑴低氮石油：含氮量小于0.25%⑵高氮石油：含氮量大于0.25%⑴低蜡石油：含蜡量为0.5%—2.5%⑵含蜡石油：含蜡量为2.5%—10%⑶高蜡石油：含蜡量大于10%⑴低胶石油：胶质含量小于5%⑵含胶石油：胶质含量为5%—15%⑶多胶石油：胶质含量大于15%4第4页，共22页。石油的主要性质石油的物理性质包括颜色、气味、沸点范围、相对密度、粘度、凝点、闪点、含碳量、含硫量等。一、表观特性⑴颜色：棕色、暗绿色、黄褐色或黑色，常有蓝色荧光。⑵气味：具有特殊气味，含胶质和沥青越多的石油，颜色越深，气味越浓；含硫和氮化合物越多，气味越臭。⑶流动性：随温度的变化而变化，在一定温度条件下，可以由液态变为固态。⑷相对密度：一般小于1，多数在0.8—0.98之间，能漂浮在水面上，并能与水形成不同类型的油水乳化液。⑸其它：具有可燃性和挥发性。5第5页，共22页。二、密度与相对密度1、密度物体单位体积内所具有的质量，称为密度，以ρ表示；式中：m—物体的质量，kg；V—物体的体积，m3；ρ—物体的密度，kg/m3。原油随温度的升高体积变大，密度减小。但温度不变压力升高时，原油的密度变化却很小。石油的主要性质6第6页，共22页。石油的主要性质2、相对密度某物体的密度ρ与4℃纯水的密度之比称为物体的相对密度，用符号d4t表示。因为原油的密度是随温度的变化而变化的，所以常把20℃时原油的相对密度作为标准相对密度，再由以下公式换算成其它温度下的相对联密度。d4t=d420-βt(t-20)式中：d4t——需要换算的相对密度d420——20℃油的密度与同体积下4℃水的密度之比；t——需要换算的油温；βt——原油体积膨胀系数。7第7页，共22页。三、粘度液体分子间作相对运动时与固体作相对运动时一样，会产生摩擦阻力。这种液体的内摩擦现象，通常用粘度表示。粘度的大小直接影响管道输送原油（天然气）时所需的动力。特别是石油运动速度较低，液体处于层流状态时，管线压降与石油粘度成正比，若采取必要的降粘措施（如升高温度），对集输石油是十分有利的。流体的粘度有三种表示方法：绝对粘度（动力粘度）、运动粘度及相对粘度。在实际生产中，较多地使用运动粘度。石油的主要性质8第8页，共22页。四、凝固点石油在一定条件下，停止流动的最高温度称为石油的凝固点。一般含蜡量越高，凝固点越高；含蜡量越低，凝固点越低。凝固的主要原因是蜡的结晶。由于不同石油含蜡量不同，其凝固点也有所不同，有的高达30℃以上。石油的主要性质9第9页，共22页。五、闪点、燃点、自燃点和爆炸极限1、闪点闪点是表示油品蒸发倾向和安全性能的指标。油品试样，在规定的条件下加热，油品的蒸气与周围空气混合后的浓度达到一定量时，以火焰接近能自行闪火并又立即熄灭的最低温度为该油品的闪点。不同原油有不同的闪点。一般在20-100℃之间。根据油品闪点的高低可以鉴别油品的易燃着火程度。按油品组别不同，在储存及运输过程中应采取不同的防火安全措施。2、燃点油品在规定条件下加热到一定温度，当火焰接近时，即发生燃烧，且着火时间不少于5秒的最低温度称为该油品的燃点。3、自燃点外界无火焰，油品在空气中开始自行燃烧的最低温度，称为该油品的自燃点。4、爆炸极限当石油蒸气或可燃气体与空气混合，达到一定的浓度范围时，一旦接触火源，这种混合气体就会剧烈燃烧，发生爆炸，混合气产生爆炸时油品蒸气或可燃气体在混合气中的最低比例称为爆炸下限，其最高比例称为爆炸上限。爆炸上限和下限间的浓度范围称为石油蒸气或可燃气体的爆炸极限。为了安全起见，油品库存和运输时所生成的油气混合物应在爆炸极限以外，这样接触火苗时才不至发生闪火爆炸。石油的主要性质10第10页，共22页。六、蒸气压油品的蒸气压是衡量其挥发性的重要指标。它是在一定温度下，该油品蒸气与液相成平衡状态时所产生的压力，单位帕（Pa），油品饱和蒸气压的大小决定于油品性质和温度，与气体空间大小以及是否存在空气无关。原油是各种碳氢化合物组成的混合物，它的某一条件下的蒸气压，等于该条件下它的组分饱和分压之和。原油中含有大量易挥发的低分子碳氢化合物，由于这些组分的蒸发损失，将使原油的数量减少，质量变差。因此，在油气集输过程中，应防止原油的蒸发损耗。石油的主要性质11第11页，共22页。七、毒性原油及油品蒸气对人的机体产生的有害作用，称为毒性。石油及石油产品毒性，因其化学结构、蒸发快慢不同而不同。不饱和烃、芳香烃和易蒸发的油品比饱和烃和不易蒸发的油品的毒害程度大。油品对人体的毒害主要表现在蒸发气体上。它通过人体呼吸道、消化道、皮肤三个途径进入体内造成人体中毒。中毒程度与蒸气浓度、作用时间长短有关，浓度小、时间短则轻，反之则重。在清洗和检修油罐、上罐量油、取样、装收油作业时，应按有关操作规定去做，防止中毒。石油的主要性质12第12页，共22页。八、易蒸发性物体受热由液态变为气态的现象称为蒸发。石油及液体石油产品，尤其是原油和轻质成品油，具有强烈的蒸发性质。油品蒸发速度与下列因素有关：⑴温度：温度高蒸发快，温度低蒸发慢。⑵蒸发面积：面积大蒸发快，面积小蒸发慢。⑶液体表面空气流动速度：空气流动速度快，蒸发快；空气流动速度慢，蒸发慢。⑷液体表面承受的压力：压力大蒸发慢，压力小蒸发快。⑸密度：密度大蒸发慢，密度小蒸发快。石油及液体石油产品的易蒸发性容易引起火灾、爆炸事故，造成轻质油损耗，发生数量短缺，降低了油品的品质。石油的主要性质13第13页，共22页。九、易产生静电摩擦产生静电。石油及液体石油产品是导电率极低的绝缘非极性物质。在油品的收发、传输和装卸过程中，当油料沿管道流动与管壁摩擦和运输过程中，由于油流的喷射、冲击，都会产生静电。而静电电压随着摩擦的加剧而增大，当静电电位高于4V时，所产生的静电火花就达到蒸气点燃能量，足以使汽油着火、爆炸。静电电压越高，越容易放电。静电的积聚程度主要同下列因素有关：流动速度。油品在管线中的流动速度越快，摩擦越剧烈，产生静电电压越高。因此，油品在管线内流速不宜超过4m/s。油品的灌装方式。进出油管与油面距离越大，油品与空气的摩擦越剧烈，油流对油面的搅动和冲击越厉害，产生静电电压越高。管道的材质。非金属管道（如橡胶、塑料等管道）比金属管道要容易产生静电。周围空气和湿度。湿度越小，静电积聚程度越大，湿度越大，静电积聚程度越小。当空气湿度为47%-48%时，接地设备电位达到1100V，空气湿度为56%时，电位为300V；空气湿度接近72%时，带电现象基本中止。油品的含水量和导电性。含水率较高的油品比不含水的纯净油料产生的电压要高几倍至几十倍。也就是说，油品的导电性越好，产生静电电压越高。为了防止静电积聚，各类储运油设备都要按规定设有导电接地装置，按期测定，保持良好的导电性能。石油的主要性质14第14页，共22页。天然气的组成及性质

一、天然气的组成天然气组成成分是甲烷、乙烷、丙烷、丁烷（包括正丁烷和异丁烷）以及戊烷和微量的重碳氢化合物及少量气体，如氮、硫化氢、二氧化碳、一氧化碳、氦气等。天然气分为油田伴生气和气田气。一般气田气中甲烷含量约占天然气总体积的90%以上，而油田伴生气中甲烷的含量占天然气总体积的80%-90%。一般来说，经过处理的油田伴生气或气井气中出来的天然气，甲烷含量达90%以上的天然气称为干气。而对甲烷、丙烷等重气体烷烃和水分含量在10%以上的天然气称为湿气。油田伴生气大部分是湿气，只有经过多级分离和净化才能变为干气。15第15页，共22页。二、天然气的密度和相对密度1、天然气密度单位体积的天然气质量称为天然气密度。不同温度和压力下，单位体积天然气的质量也是不同的。密度可以用下列公式表示：ρ

=m/v式中ρ——天然气密度，kg/m3；m——天然气质量，kg；v——天然气体积，m3。2、天然气相对密度标准状态下天然气的密度与干燥空气密度之比，称为天然气的相对密度。用下列公式表示：γ

=ρ气/ρ空式中γ——天然气的相对密度，；ρ气——天然气密度，kg/m3；ρ空——空气密度，kg/m3。所谓标准状态，是指在空气压力为1个大气压（0.1MPa），绝对温度在293K（20℃）情况下。天然气的组成及性质

16第16页，共22页。三、天然气膨胀与压缩性质天然气在不同的温度和压力下，密度是不同的，从而呈现出膨胀性和压缩性。⑴天然气膨胀性天然气分子间内聚力不大，分子做不规则运动，有多大容器天然气分子就占有多大体积，所以天然气具有膨胀性。⑵天然气压缩性天然气分子间距离很大，随外界压力的增加，气体体积可以缩小，所以天然气具有可压缩性。天然气的组成及性质

17第17页，共22页。天然气的组成及性质

四、天然气的粘度和湿度1、天然气粘度天然气粘度是表示天然气流动难易程度的一种参数。气体粘度大小与压力、温度有关。一般来说，在相同温度下，压力不大时，气体粘度与压力无关，压力较大时，气体的粘度随压力增加而增加。在低压时粘度随着温度升高而增大。但压力很高时，气体粘度随温度升高而降低。18第18页，共22页。2、天然气湿度

天然气中含水量的多少称为天然气的湿度。天然气中含水量多少用绝对湿度、相对湿度和露点3个参数来表示。⑴绝对湿度：单位体积或单位质量天然气所含水蒸气的质量称为天然气的绝对湿度或含水量，单位为g/m3。⑵相对湿度：单位体积天然气所含水蒸气的质量与相同条件下呈饱和状态的单位体积天然气中所含水蒸汽的质量之比，称为天然气的相对湿度。⑶露点：天然气中含有一定量的水蒸汽，当温度下降或压力升高到一定数值时，天然气中水蒸汽开始冷凝析出，此时该天然气为水蒸汽所饱和，此时的温度称为天然气的露点。天然气中的水蒸汽含量与天然气所具有的压力、温度及分子质量有关。压力不变，天然气温度越高则天然气中的饱和水蒸气含量就越多；当温度不变时，天然气中饱和水蒸汽的含量随压力的增高而减少，天然气分子质量越大，水蒸汽含量就越多。从井口出来的天然气都是饱和着水蒸气的。天然气的组成及性质

19第19页，共22页。天然气的组成及性质

五、天然气的可燃性和爆炸性天然气与空气中氧发生强烈的化合作用，放出大量的热和光的现象称为燃烧。实际上，石油产品蒸发变成蒸气后与氧发生化学作用才可能燃烧。单纯石油液体内部是不能产生燃烧的。天然气与氧混合，可能形成有很大爆炸力的混合物。但天然气与空