天然气基础知识课件（终稿）

中油金鸿天然气输送内部职称认证考试培训讲师：授课时间：天然气根底知识目录1第一讲:认识天然气2第二讲：天然气的组成3第三讲：天然气的分类4第四讲：天然气的物理性质5第五讲：天然气的气质6第六讲：天然气开采集输与供给第一讲认识天然气液化石油气是石油加工过程的副产气根据各种燃气的生成原因或来源可以归纳为天然气人工燃气、液化石油气和三大类。天然气是自然生成的人工燃气或是由其它能源转化而成，或是生产工艺的副产品第一讲认识天然气第一讲认识天然气我国利用天然气有着悠久的历史，它是气体燃料中出类拔萃的新秀，具有清洁、无毒、热值高、使用调节方便等优点，广泛用于各行各业，如熬盐、化工、化肥、冶炼、碳黑生产，CNG汽车和城市民用等。

随着城市建设开展，城市天然气事业迅速壮大，公用、民用气用户大量增加，为减轻环境污染，天然气在各行各业不断受到重视，它是二十一世纪一种清洁、高效、优质的环保能源。第一讲认识天然气目录1第一讲:认识天然气2第二讲：天然气的组成3第三讲：天然气的分类4第四讲：天然气的物理性质5第五讲：天然气的气质6第六讲：天然气开采集输与供给对于不同地区、不同类型、不同油气田天然气其所含组分是不同的。同一油气田不同时刻开采出天然气的组分也不相同。加以归纳，按化学组分大致可分为三类：第二讲天然气的组成烃类组分含硫组分其他组分化学组分第二讲天然气的组成

我们知道，只有碳和氢组成的有机化合物，称为碳氢化合物，简称烃类化合物。烃类化合物是天然气的主要组分，大多数天然气中烃类组分含量为60％～90％。而甲烷含量通常为70%～90%，由于天然气的最主要组分为甲烷，故通常将天然气作为甲烷来处理。〔一〕烃类组分甲烷是无色无臭的很好的气体燃料，化学性质稳定，分子式为CH4。通常丙烷以上的重烃组分经加工提取出来，可作为汽油的混合燃料，通过热裂解等反响后，可以制造化肥、橡胶等，是用途广泛的化工原料，有着较高的市场价值。第二讲天然气的组成如：陕京输气管道气体组分：〔一〕烃类组分

一般外输出售的天然气主要是甲烷和乙烷的混合物，含少量丙烷。由于含烷地层中经常存在液态水，因此天然气中也有饱和水蒸气。第二讲天然气的组成〔二〕含硫组分

有的天然气还含有少量的硫化物组分，无机硫指硫化氢，分子式为H2S,，占天然气硫物的90～95%，是一种有毒、有异味、比空气重、可燃的气体。硫化氢的水溶液呈酸性，学名叫氢硫酸，对金属有很强的腐蚀性。如果硫化氢超标，必须脱硫净化才能进行管输。另外，天然气中有时还含有少量的有机硫化物组分，如硫醇、硫醚等。有机硫不仅有腐蚀性，其中大多数还有毒，有臭味，也应净化处理。H2S第二讲天然气的组成〔三〕其他组分

天然气中除烃类和含硫组分外，有的还含有少量的二氧化碳、一氧化碳、氢、氧、氮和水汽以及微量的惰性气体氦、氩等。

二氧化碳是无色无味比空气重的气体，溶于水后生成碳酸，故当管线有水时会溶解碳酸造成金属管线和设备的腐蚀。第二讲天然气的组成目录1第一讲:认识天然气2第二讲：天然气的组成3第三讲：天然气的分类4第四讲：天然气的物理性质5第五讲：天然气的气质6第六讲：天然气开采集输与供给第三讲天然气的分类伴生气非伴生气按矿藏特点分类开采原油时伴随原油同时被采出石油伴生气油田气纯天然气凝析气气井气第三讲天然气的分类按烃类含量分类

干气湿气贫气富气将湿度系数＜5%，或含＞95%甲烷的天然气(大局部气田气都是干气)将湿度系数＞5%，或含＜95%甲烷的天然气〔油田气和凝析气可能是湿气〕每1标准立方米天然气中，丙烷以上重烃液体含量低于94m3/Nm3〔甲烷含量多〕每1标准立方米天然气中，丙烷以上重烃液体含量超过94Cm3/Nm3〔乙烷、丙烷、丁烷含量高，可液化成分多〕第三讲天然气的分类净气/洁气酸气按含硫量分类含硫量低于20mg/m3的天然气，无需净化可管输或供用户使用。含硫量大于20mg/m3的天然气，需要进行净化处理，才能到达管输标准的天然气。

陕京输气管道所输送的天然气来自陕甘宁气田。 属于：

气田气 干气 贫气酸性气体第三讲天然气的分类目录1第一讲:认识天然气2第二讲：天然气的组成3第三讲：天然气的分类4第四讲：天然气的物理性质5第五讲：天然气的气质6第六讲：天然气开采集输与供给第四讲天然气的物理性质〔一〕天然气的密度单位体积天然气的质量称为天然气的密度。常用kg/m3表示。密度可用下面的公式表示：

ρ＝m/V

式中ρ---天然气的密度，kg/m3；

m---天然气的质量，kg；

V---天然气的体积，m3。第四讲天然气的物理性质天然气的相对密度，是指在同温同压条件下，天然气的密度与空气的密度之比。即：

G＝ρ/ρa

式中G---天然气的相对密度；

ρ---天然气的密度，kg/m3；

ρa---同温同压下空气的密度，kg/m3。通常说的天然气相对密度，是指在压力101.325kPa、温度为273.15K时天然气密度与空气密度之比。〔二〕天然气的相对密度天然气的粘度是指气体的内摩擦力，表示气体流动的难易程度。当气体内部有相对运动时，就会因内摩擦力而产生内部阻力，气体粘度越大，阻力就越大，气体流动就越困难。

粘度大，不易流动；粘度小，易流动。粘度分动力粘度和运动粘度，动力粘度的单位是[帕.秒],动力粘度除以流体密度就是运动粘度，它的单位是

平方米/秒。天然气的粘度和压力温度及组分含量都有关系，而且低压和高压下变化规律不一样。第四讲天然气的物理性质〔三〕天然气的粘度第四讲天然气的物理性质天然气粘度变化规律:低压下〔〈0.98MPa〕：〔1〕几乎与压力无关；〔2〕随温度升高而增大；〔3〕随分子量的增大而减小；〔4〕非烃类气体比烃类气体的粘度高。高压下〔〉6.86MPa〕：〔1〕随压力增大而增加；〔2〕随温度的增高而降低；〔3〕随分子量的增加而增加。〔三〕天然气的粘度〔三〕天然气的粘度由于精确测量天然气的粘度比较困难，特别是在高压下更难，所以对甲烷含量很高的天然气一般就取甲烷粘度作为天然气的近似粘度。第四讲天然气的物理性质定义：单位体积/数量的天然气完全燃烧所放出的热量，单位KJ/Nm3。天然气是一种重要的燃料，其热值是一项重要的经济指标。热值分

和

两种。第四讲天然气的物理性质〔四〕天然气的热值高热值天然气的主要组分烃类是由碳和氢构成的，氢在燃烧时生成水并被汽化，由液态变为气态，这样，一局部燃烧热能就消耗于水的汽化。将消耗于水的汽化的热叫汽化潜热。将汽化热计算在内的热值叫全热值〔高热值〕，不计算汽化热的热值叫净热值〔低热值〕。低热值第四讲天然气的物理性质〔五〕天然气的含水量天然气是由地下开采出来的，在地层里长期与水接触，一局部天然气溶解于水之中，一些水蒸气也进入天然气。所以，从地下开采出来的天然气，总是含有水分。天然气的含水量，是指天然气中水蒸气的含量。天然气中水蒸气的含量与天然气的压力、温度有关。当压力不变时，天然气温度越高那么天然气中水蒸气含量就越多；当温度不变时，天然气中水蒸气含量随压力的增高而减少。通常用绝对湿度相对湿度露点来表示天然气的含水量。和、第四讲天然气的物理性质〔五〕天然气的含水量天然气的绝对湿度单位体积或单位质量天然气所含水蒸气的质量。绝对湿度可通过测量得到天然气的相对湿度绝对湿度与相同条件下呈饱和状态的单位体积天然气中所含水蒸气质量之比天然气的露点天然气为水蒸气所饱和时的温度称为天然气的露点。也就是说，露点是一定压力下，天然气中刚有一滴露珠出现时的温度。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。第四讲天然气的物理性质〔五〕天然气的含水量天然气的露点在不同条件下是不同的:第四讲天然气的物理性质〔五〕天然气的含水量天然气在管输过程中，随着天然气不断流动及输送距离的增长，天然气温度逐渐降低。当天然气的温度降低到其露点温度时，就会凝析出液态水。为此，对天然气的输送，必须将水汽脱除，使其露点降低到输送压力条件下的输气温度以下。这样，天然气在输送过程中就不会出现液态水。第四讲天然气的物理性质〔六〕天然气水化物的生成天然气的主要成分是甲烷，还有少量的乙烷、丙烷、丁烷及惰性气体。这些碳氢化合物中的水分超过一定的含量，在一定的温度压力条件下，水与烃类气体生成结晶水化物。水化物在聚集状态下是白色的结晶体，或带铁锈色。依据它的生成条件，一般水化物类似于冰或致密的雪。水化物是不稳定的结合物，在低压或高温的条件下易分解为气体和水。第四讲天然气的物理性质〔六〕天然气水化物的生成

①管道中气体处于水汽的饱和或过饱和状态，并存在游离水;

②有足够高的压力和足够低的温度。形成天然气水化物的必要条件天然气中水汽含量取决于压力、温度和气体的组成。在压力不变的条件下，天然气的温度越高，气中水汽含量越大；在温度不变的条件下，天然气中水汽的含量随压力的升高而减少；天然气的相对分子质量越大，那么单位体积内的水汽含量就越少；当天然气中含有氮气时，水汽含量减少；而含有重烃、二氧化碳和硫化氢时，水汽含量将增大。第四讲天然气的物理性质〔六〕天然气水化物的生成水化物形成的临界温度是水化物可能存在的最高温度，高于此温度，不管压力多高，也不会形成水化物，下表是气体生成水化物的临界温度。形成天然气水化物的必要条件不同气体形成水化物的临界温度第四讲天然气的物理性质〔六〕天然气水化物的生成天然气流速和方向改变是形成天然气水化物的辅助条件，如弯头、阀门、孔板和其他局部阻力大的地方，因压力的脉动、流向的突变，特别是节流阀、别离器入口、阀门关闭不严处及压缩机出口等处气体节流的地方，由于焦耳一汤姆逊效应而使气体温度急剧降低，会加速水合物的形成形成天然气水化物的辅助条件第四讲天然气的物理性质〔七〕天然气水化物的危害当湿天然气中存在液态水分时，在管道中所形成的液滴，由于在阀门、弯头、三通等地方同管壁相碰撞成为粉末而这些液末同气体混在一起并一道流动，黏附在管道的内外表上成为液膜，在高压低温条件下，就在管壁形成一层水化物，水化物便一层层地加厚，使管道内径变小，甚至将管道堵死。从而造成水化物堵塞，影响天然气管道的平安运行和正常输送。第四讲天然气的物理性质〔八〕天然气水化物的防止天然气中饱和着水汽是形成水合物的内因，温度和压力的变化是形成水合物的外因，防止水合物形成主要从形成水合物的内因、外因两方面考虑。

第四讲天然气的物理性质〔八〕天然气水化物的防止①天然气进入输气管道之前应进行充分脱水，使天然气水露点低于管线周围介质最低温度5～7℃，这是预防形成水化物及冰堵的根本方法。

②天然气进入输气管道时应进行必要的监督、检测，由供气方定期提供气质化验单(内容有天然气露点、水分、天然气成分等)，防止水及污物的进入。

③向输气管道中添加化学反响剂，吸收天然气的水分，降低天然气的水露点。

④在输气管道的天然气入口处应安装除液器，并适当缩短除液器、别离器排水、排污周期。

⑤场站的调压阀、别离器、除液器等易产生冰堵部位加电伴热或水加热。第四讲天然气的物理性质〔八〕天然气水化物的防止①除去天然气中携带的水分，使其水蒸气分压降低到不能生成水合物的水平；②去除天然气管道中的存水。目前，高压天然气管道在敷设施工结束后都要采用水压试验，投产前彻底去除管道残留的水并进行枯燥是防止生成水合物和防止管道腐蚀的必要措施。长距离输气管道防止水化物生成的措施第四讲天然气的物理性质〔八〕天然气水化物的防止常用的天然气脱水方法有三类：低温别离、固体枯燥剂吸附和液体吸收。

1.低温别离脱水

高压天然气经过节流膨胀造成低温，使水别离出来。这种方法适于高压气田，高压天然气节流降压后仍高于输气所需的压力，温度降低脱水后不至于生成水合物。

为了彻底防止水化物，对降低露点及除水要求高的情况，有的在低温别离后还要进一步参加甲醇、乙二醇等水化物抑制剂。天然气净化脱水第四讲天然气的物理性质〔八〕天然气水化物的防止天然气净化脱水2.固体枯燥吸附脱水

利用多孔性的固体枯燥吸附天然气中的水蒸气，常用的吸附剂有硅胶、活性氧化铝、分子筛等。枯燥剂吸附饱和后进行再生，然后重复使用。3.液体吸收脱水

常用的吸附剂有二甘醇、三甘醇等。在吸收塔中吸附剂与天然气接触，吸水后稀释，进入再生塔中蒸发出水分，再重复使用。天然气被脱水枯燥。第四讲天然气的物理性质〔八〕天然气水化物的防止输气管道枯燥

用高浓度枯燥剂置换管道中的试压水。用多个清管器形成清管器组(俗称清管列车)，在清管器之间充入高浓度的枯燥剂(甲醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇等)，这些枯燥剂也是良好的水化物抑制剂。依靠后继介质的压力推动清管列车前进，排除管道中的水，并且用枯燥剂置换清管器窜漏的水，以到达枯燥的目的，将除水和枯燥两个环节一次完成。这种枯燥并不是真正意义上的枯燥，而是用枯燥剂置换了残留在管道中的水，置换完成后在管道的沿线残留少量的枯燥剂水溶液，能有效地抑制水合物的生成。1.枯燥剂法第四讲天然气的物理性质〔八〕天然气水化物的防止输气管道枯燥使用这种方法有时还将枯燥剂制成凝胶置于清管列车的前段和后段，增加清管列车的密封性提高除水效果。枯燥剂法的优点是工期短，在管道中预蛊枯燥剂有利于防止水化物。缺点是枯燥剂和凝胶的使用必须到达一定的量，而且收发清管器组和接收凝胶等作业比较复杂，因此对几百公里或更长的作业段施工比较适宜。此方法最经济的方案是利用天然气压力，将除水、枯燥与投产几个环节连续进行。欧洲的ZEE管道和我国的平湖至上海的天然气管道就采用了这种枯燥方法。1.枯燥剂法第四讲天然气的物理性质〔八〕天然气水化物的防止输气管道枯燥此方法有除水和枯燥两个阶段。在除水阶段用空气吹扫或发送清管器置换管道中的存水，在枯燥阶段采用真空泵从管道的一端抽气，在管道内形成负压使水分蒸发并随着气体排出管道。真空枯燥法从管道中抽气使水分蒸发，到一定程度后让管道吸入干空气，再抽气蒸发、再吸气，屡次重复地进行，根据抽出空气的水露点判定管道枯燥的效果。此方法作业简单，但不能连续工作，枯燥的速度慢，效率低。此方法在崖城13-1气田至香港的输气管道投产中应用。2.真空枯燥法

第四讲天然气的物理性质〔八〕天然气水化物的防止输气管道枯燥此方法的除水阶段与真空枯燥法相同，在管道的枯燥阶段将深度脱水的超干空气(水露点在-50～70℃)注入管道，吸收管道中的残水使管道枯燥。超干空气法是在管道的一端注入超干空气，在管道的另一端排气，根据排出气体的水露点判定管道的枯燥效果。此方法能连续作业，枯燥的速度比真空法快。由于陆上管道可以多作业段同时施工。对于陆上管道或枯燥段的长度在150km以内，宜首选超干空气法。西气东输管道就是采用了超干空气法，分假设干作业段进行枯燥。3.超干空气法

第四讲天然气的物理性质〔八〕天然气水化物的防止

天然气管道水化物堵塞的处理在输气管道运行中需经常监控天然气的气质，输气管道的进气口应配备气质监控仪表，包括微水分析、硫化氢和二氧化碳分析仪等。对天然气的水露点、烃露点、硫化氢和二氧化碳含量等进行检测。判断管道内是否出现水合物及可能堵塞的部位，及时采取防治措施。第四讲天然气的物理性质〔八〕天然气水化物的防止1.干线冰堵处理措施

天然气管道水化物堵塞的处理①准确判断冰堵的位置。根据情况通知上游减量供气或是停止供气；下游减量用气或是停止用气。②关断冰堵上下游阀室的截断阀，并进行放空。通常情况下，放空后将解堵。③在冰堵点的高处注缓解剂，如甲醇、丙三醇等。④利用热源加热天然气，提高天然气的温度，破坏水合物形成的条件，对局部管段冰堵进行解堵。第四讲天然气的物理性质〔八〕天然气水化物的防止2.场站冰堵处理措施

天然气管道水化物堵塞的处理①准确判断冰堵的位置，根据情况通知相应用户减量用气或是停止用气，减少冰堵两端的压差。②利用热源对冰堵位置进行加热，破坏水合物形成的条件进行解堵，如浇注热水，增加电伴热等。③在冰堵点上游处注缓解剂，如甲醇、丙三醇等。④关断冰堵位置上下游阀门，并进行放空解堵。燃烧的定义:燃烧是可燃物质(气体、液体或固体)与助燃物(氧或氧化剂)发生的伴有放热和发光的一种剧烈的化学反响。它具有发光、发热、生成新物质三个特征。最常见、最普通的燃烧现象是可燃物在空气或氧气中燃烧。第四讲天然气的物理性质〔九〕天然气的可燃性与爆炸性第四讲天然气的物理性质〔九〕天然气的可燃性与爆炸性第四讲天然气的物理性质〔九〕天然气的可燃性与爆炸性物质由一种状态迅速地转变为另一种状态，并瞬间以机械功的形式放出大量能量的现象，称为爆炸。爆炸现象特征爆炸过程进行的很快爆炸点附近瞬间压力急剧上升发出声响周围介质发生震动或邻近物质遭到破坏第四讲天然气的物理性质〔九〕天然气的可燃性与爆炸性天然气的爆炸极限爆炸下限爆炸上限因此，当可燃气体浓度低于下限或高于上限时，那么混合物是平安的。天然气的爆炸极限是5～15%第四讲天然气的物理性质〔九〕天然气的可燃性与爆炸性第四讲天然气的物理性质〔九〕天然气的可燃性与爆炸性

压力与爆炸极限的关系由图1-3可见，压力低于6.65kPa(50mmHg)时，天然气与空气的混合物不可燃；由图1-4可见，压力高于101.325kPa时，随着压力的增加，爆炸上限也显著增加。第四讲天然气的物理性质〔九〕天然气的可燃性与爆炸性爆炸可能仅在1秒种内爆炸过程已经结束，设备损坏、厂房倒塌、人员伤亡等巨大损失也将在瞬间发生。同时伴随发热、发光、发声、压力上升、真空和电离等现象，具有很大的破坏作用。其破坏作用的大小与爆炸物的数量和性质、爆炸时的条件以及爆炸位置等因素有关。第四讲天然气的物理性质〔九〕天然气的可燃性与爆炸性第四讲天然气的物理性质〔九〕天然气的可燃性与爆炸性目录1第一讲:认识天然气2第二讲：天然气的组成3第三讲：天然气的分类4第四讲：天然气的物理性质5第五讲：天然气的气质6第六讲：天然气开采集输与供给第五讲天然气的气质城市燃气是具有一定毒性和〔或〕窒息性的易燃易爆气体，它是在压力状态下储存、输送和使用的，城市燃气供给中，常由于燃气中的杂质影响燃气的平安供给。

为了高效和经济地使用城市燃气，必须对燃气的热值、压力、适应燃具能力、防止阻塞通道等方面提出质量要求。第五讲天然气的气质〔一〕天然气质量指标项目一类二类三类试验方法高热值（MJ/m3）31.4GB/T11062总硫（以硫计mg/m3）≤100≤200≤460GB/T11061硫化氢（mg/m3）≤6≤20≤460GB/T11060.1二氧化碳（体积%）≤3.0GB/T13610水露点℃天然气交接点的压力和温度条件下，天然气的水露点应比最低环境温度低5℃GB/T17283第五讲天然气的气质〔一〕天然气质量指标天然气发热量，总硫、硫化氢含量、水露点指标应符合一、二类天然气的规定。气体体积的基准参比条件是：101.325kPa，20℃。在天然气交接点的压力和温度条件下，天然气中应无游离水。无游离水是指天然气经机械别离设备分不出游离水。在天然气交接点的压力和温度条件下，天然气的烃露点应比最低环境温度低5℃。天然气中不应有固态、液态或胶状物质。第五讲天然气的气质〔二〕天然气中的杂质及其危害从气井中产生的天然气，往往含有气体、液体和固体杂质。液体杂质有水和油，固体杂质有泥沙和岩石颗粒，气体杂质有H2S、CO2等。这些杂质如不及时除掉，会对采气、输气、脱硫和使用带来很大危害，影响生产的正常进行。增加输气阻力，使管线输送能力下降。使天然气流量测量不准含硫地层水会腐蚀管线和设备天然气中的固体杂质在高速流动时会冲蚀管壁主要危害固体或液体杂质必须去除干净〔二〕天然气的质量要求管输过程中不出现液态水硫化氢和二氧化碳的含量少第五讲天然气的气质〔三〕城市燃气加臭天然气中的甲烷属“单纯窒息性〞气体，高浓度时人会因缺氧而引起中毒，当空气中的甲烷浓度到达25%～30%时人会出现头昏、呼吸加速、运动失调。这就要求燃气必须具有一定的“异味〞或“臭味〞。臭味强度和人的嗅觉能力有关。臭味的强度等级国际上燃气行业一般按嗅觉分级〔通常称为Sales等级〕。嗅觉能力一般的正常人，在空气—燃气混合物臭味强度到达2级时，能觉察空气中存在燃气。嗅觉分级第五讲天然气的气质〔三〕城市燃气加臭臭味强度等级人的嗅觉反应0级没有臭味0.5级极微小的臭味（可感点的开端）1级弱臭味2级臭味一般，可由一个身体健康且嗅觉能力一般的人识别，相当于报警或安全浓度3级臭味强4级臭味非常强5级最强烈的臭味，是感觉的最高极限。超过这一级，嗅觉上臭味不再有增强感觉臭味强度第五讲天然气的气质〔三〕城市燃气加臭第五讲天然气的气质加臭剂要求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。加臭剂气味要强烈、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响，不易被土壤吸收；价廉而不稀缺。〔三〕城市燃气加臭第五讲天然气的气质加臭剂用量规定对于天然气和气态液化石油气的加臭剂用量，一般规定在燃气泄漏到空气中，可燃气体浓度到达爆炸下限的20%时，能被查觉。空气中的四氢噻吩为0.08mg/m3时，可到达臭味强度2级的报警浓度。如天然气的爆炸下限为5%，那么