1、岗前培训教案1、 基础知识(一)、天然气定义：天然气是指动、植物通过生物、化学作用及地质变化作用，在不同地质条件下生成、转移，在一定压力下储集，埋藏在深度不同的地层中的优质可燃气体。天然气是一种混和物，其组分随气田不同而异，主要成分有甲烷、氮及C2C5 的饱和烷烃、微量的氦、二氧化碳及硫化氢等。我们平常所说的天然气是指天然蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物，主要成分烷烃，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般有硫化氢、二氧化碳、氮和水气及微量的惰性气体。在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。天然气的组成并非固定不变，不仅不同地区油、气田中采出的天然气组成差别很大，甚至同一油
2、、气藏的不同生产井采出的天然气组成也会有很大的区别。1、根据化学组成的不同分类（1 ）干性天然气：含甲烷 90%以上的天然气。（2 ）湿性天然气：除主要含甲烷外，还有较多的乙烷、丙烷、丁烷等气体。2、根据天然气的来源分类（1 ）纯天然气：气藏中通过采气井开采出来的天然气称为气井气。这种气体属于干性气体，主要成分是甲烷。（2 ）油田伴生气：系指在油藏中与原油呈平衡接触的气体，包括游离气和溶解在原油中的溶解气两种。油田气是与石油伴生的，是天然气的一种，从化学组成来说属于湿性天然气。开采时与原油一起打出，气油比（m3/t）一般在 20-500 范围内。这种气体中含有 60%-90%的甲烷，10%-4
3、0%的乙烷、丙烷、丁烷和高碳烷烃。（3 ）凝析气田气：是含有容易液化的丙烷和丁烷成分的富天然气。这种气体通常含有甲烷 85%90%，碳三到碳五约2%5%。可采用压缩法、吸附法或低温分离法，将后者分离出去制液化石油气。（4 ）矿井气口从井下煤层抽出的矿井气，习惯称为矿井瓦斯气。另外一种分类法：伴生气、非伴生气。伴随原油共生，与原油同时被采出的油田气叫伴生气；非伴生气包括纯气田天然气和凝析气田天然气两种。（二）天然气的储运（天然气应用分类）天然气是以气态燃用，但储运方式有管输天然气、压缩天然气、液化天然气等多种形式。另外，目前还在发展天然气水合物。1. 压缩天然气（CNG）压缩天然气（CNG）是通
4、过压缩机加压的方式，将天然气压缩至容器，增加容器存储体积的天然气运输方式。一般情况下，天然气经过几级压缩，达到 20MPa 的高压，在用气时在经减压阀降压使用。在 20MPa 高压下，天然气的压缩比可以达到 276。CNG 在生产和利用过程中成本相对较低，能耗低。但是由于采用笨重的高压气瓶，导致 CNG 单车运输量比较小，运输成本高。因此，一般认为该种方式只适合为距离气源地近、用气量小的城市供应燃气。CNG 项目的特点：与 LNG 相比，设备相对简单、投资少；与管道天然气相比要灵活，因为管道一旦建设好以后，无法根据市场的需要发生转移。2. 液化天然气（LNG）当天然气在大气压下，冷却至约-16
5、2时，天然气由气态转变成液态，称为液化天然气（Liquefied Natural Gas，缩写为 LNG） 。LNG 体积约为同量气态天然气体积的 1/625，密度在 450kg/m3 左右。可见液化天然气具有较大的气液比，便于运输。另外，由于 LNG 的燃点及爆炸极限高于汽油，所以不易发生爆炸，安全性能好。LNG 项目包括液化工厂、低温储槽加气站和再气化工厂（气化站）的建设。液化和再气化工厂的经济可行性由年产量和最高供气量决定。由于 LNG 所以低温液体，其生产、储运及利用过程中都需要相应的液化、保温和气化设备，投资额高。这种运输形式只有在规模发展较大时才具有合理的经济性能。3. 管输天然气
6、（PNG） piping natural gas 管输天然气是通过管道直接将天然气输运到用户点的一种运输方式，主要针对气源地用户或与气源地通过陆地相连的国家之间天然气管道运送。管道长度对于 PNG 方式有一定要求。对于距离气源地较远的地区，只有当用气量较大时才会具有较好经济性。由于海底管道的建造和维护费用高，当天然气的海上运输距离较长时，将会倾向于采用LNG 船运输。与 LNG 项目不同，PNG 项目既不需要液化工厂也不需要再气化工厂。管道基本建设投资是影响项目经济可行性的主要决定因素。基本建设投资额随着管线距离、管线走向、地理环境和负荷系数的变化而变化。天然气井口价格也对PNG 项目的经济可
7、行性有较大影响。当天然气的进口价格一定时，运输距离是决定其贸易方式的主要因素。如果输送距离高于临界点，LNG 项目将更加可行。据英国 BP 公司提供数据，管道天然气和液化天然气运输成本运输距离的临界值大致在 40005000 公里间。4. 其他技术除了上述三种已经成熟的天然气存储技术，各国还在积极探寻其他更经济有效方式。其中包括天然气水合物（NGH ，Natural Gas Hydrate，简称 Gas Hydrate）和吸附天然气（ANG，Adsorption Natural Gas）等。（三） 、LNGLNG 是液化天然气(Liquefied Natural Gas)的简称。天然气原料经过
8、脱水、脱硫、去除杂质及重烃类等净化处理，在常压（大气压）下，冷却至约-162时，天然气由气态转变成低温液体混合物，称为液化天然气。 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场的新热点。1、 LNG 物理性质：1） LNG的主要成份为甲烷，化学分子式为 CH4，分子量为16，还有少量的乙烷 C2H6、丙烷 C3H8 以及氮 N2 等其他成份组成。2） LNG 气液之间的临界温度是-82.5，液固之间的临界温度是-1863
9、）沸点取决于其组分，在 0.1MPa 下，通常为-166-157。还是蒸气压力函数，变化梯度为 1.2510-4Pa。 一般商业 LNG 甲烷体积含量高达 9298% ，所以 LNG 沸点主要取决于甲烷，纯甲烷的沸点-162.15。临界温度为-83 ，必须采用低温手段才能实现液化。4）着火点即燃点，取决于组分，随重烃含量的增加而降低。纯甲烷着火点为 650。5）密度主要取决于 LNG 的组分，通常为430470kgm3。甲烷含量越高，密度越小；还是温度的函数，变化梯度为 1.35kg(m3)。密度可直接测量，一般通过气体色谱仪分析的组分计算。气化后 0密度约为：0.715 kg/m3, 20密
10、度约为：0.6642 kg/m3 。相对密度为0.47-0.55，只有空气的一半左右。6）热值取决于组分，气态热值为 9100Kcal/m3，液态热值为 12000-15400 Kcal/kg。1 卡4.19 焦耳；商业 LNG 热值为 37.62MJ/m3 7）爆炸范围：上限为 15%，下限为 5%。8）辛烷值 ASTM： 130（研究法） 。9）无色、无味、无毒且无腐蚀性。10）体积约为同量气态天然气体积的 1/625。11) 气态与空气的相对密度为 0.55,液化天然气的重量仅为同体积水的 45%左右12）燃烧温度：燃烧范围为 6%-13%（体积百分比）一般为 1850-2540 ，作为
11、工业焊割气，加增效剂后火焰温度可达 3120-3315 ，与乙炔相当。13）燃烧速度：天然气最高燃烧速度只有 0.3m/s。 火焰在可燃气体混合物中的传递速度，也称为点燃速度或火焰传播速度。 14）压缩系数：一般 0.7400.820。2、 LNG 主要优点：与其他燃料相比，天然气具有能在空气中迅速扩散（在常温常压下密度仅为空气的 55%） 、可燃范围窄（在空气中的浓度低于 5%时，由于浓度不足而不能燃烧；大于 15%时，由于氧气量不足而不能燃烧） 、热值高（是人工管道煤气的2.5 倍） 、燃烧过程中产生有害物质（主要是氮化物、一氧化碳、可吸入悬浮微粒等）少、温室效应低（如果将天然气的温室效应
12、系数假定为 1，则石油为 1.85，煤为 2.08）等特点，因此，LNG 是公认的绿色能源和石化原料，具有安全、环保、经济、高效等特点，分别介绍如下：1、安全：LNG 属于低温常压储存，气瓶内部压力非常低，气态饱和后气压为 0.5-1MPa,而 LPG 为 0.8-1.8MPa，CNG 为 20 MPa 高压存储；LNG 的燃点比较高，LNG 燃点高于 650，而 LPG 为 466，汽油为 427，柴油为 260；LNG 的爆炸极限为 515%，且气化后密度很低，只有空气的 55%左右，泄漏后挥发较快，不容易积聚。而 LPG 的爆炸极限为 2.49.5%，且气化后密度大于空气，泄漏后不易挥发
13、；汽油爆炸极限为 1.07.6%，柴油爆炸极限为 0.54.1%。由此可见， LNG 汽车比LPG、CNG、汽油、柴油汽车更安全可靠。2、环保：组分纯，排放性能好，有利于减少污染，保护环境。LNG 由于脱除了硫和水分，其组成比 CNG 更纯净，燃烧后生成二氧化碳和水，燃烧完全，因而 LNG 汽车的排放性能要优于 CNG 汽车。与燃油车相比，LNG 汽车的有害排放降低约 85%左右，被称为真正的环保汽车。3、经济：投资少，经济性强.LNG 作为优质的车用燃料，与汽油相比，天然气抗爆性能好，辛烷值高达 130，可增大发动机的压缩比，充分发挥其热值，增加动力性。而且LNG 成分稳定，燃气装置容易调试
14、，发动机性能稳定。LNG 不含有硫化物、水分等腐蚀性物质，发动机和装置的寿命较长。燃料费用低。目前，LNG 重卡比柴油重卡可节约燃料费 25%，LNG 公交车比柴油客车节约燃料费 35%。且 LNG 价格相对稳定，LNG 汽车维修费比汽柴油机汽车维修费用少，故障率低。成品油价格随国际油价的不断上涨将会不断攀升，更加凸显了使用 LNG 的经济性。4、高效：液化天然气占用空间远小于天然气。在不适合发展地下储存设施的地理条件下，液化天然气为高需求的天然气储存提供了机会。625立方米的天然气能够转换成一立方米的液化天然气。利用特殊设计的储罐能够实现液化天然气的长途运输，储存、运输方便，可以实现天然气进
15、口，利于我国天然气供应的扩大化和多样化。LNG储存效率高，占地少。投资省，10立方米的LNG 储存量就可供1 万户居民1天的生活用气。LNG汽化潜热高，液化过程中的冷量可回收利用。LNG 汽车续驶里程长，同样容积的LNG 车用储罐装载的天然气是CNG储气瓶的2.5倍。目前国外大型LNG货车一次加气可连续行驶10001300km，非常适合长途运输的需要。国内410升钢瓶加气一次在市区可连续行驶约400km，在高速公路加气一次可连续行驶约700Km 以上。由于是液态，LNG便于经济可靠地远距离运输，建设LNG汽车加气站不受天然气管网的制约。在陆上，通常用2050m 3(相当于1200030000N
16、m 3天然气)的汽车槽车象运输汽油，柴油那样将LNG远送到LNG汽车加气站，也可根据需要用火车槽车。在海上，通常用大至1213万m 3的LNG轮船，进行长途运输。3、 LNG 主要用途：（1）作代用汽车燃料使用。采用 LNG 作为汽车发动机燃料，发动机仅需作适当变动，运行不仅安全可靠，而且噪声低污染小，特别是在排放法规日益严格的今天，以 LNG作为燃料的汽车，排气明显改善。据资料报道：与压缩天然气（CNG） 比较，在相同的行程和运行时间条件下，对于中型和中重型车辆而言，LNG 汽车燃料成本要低 20%，重量要轻 2/3，同时，供燃系统装置的成本也至少低 2/3。可以证明，将天然气液化并以液态储
17、运是促使它在运输燃料中应用的最经济有效的方法。2） LNG 用作清洁燃料还可以汽化后供城市居民使用，具有安全、方便、快捷、污染小的特点。3） LNG 冷量回收利用，作为冷源用于生产速冷食品，以及塑料，橡胶的低温粉碎等，也可用于海水淡化和电缆冷却等。4） 作为工业气体燃料，用于玻壳厂，工艺玻璃厂等。5）解决边远地区的能源供应和能源回收问题6）天然气管网调峰和事故调峰7）生产 LNG 副产品4、 LNG 的生产、运输、储存LNG 的生产工艺一般分以下三种：一是阶式混和制冷工艺，二是混和阶式制冷工艺，三是压缩、膨胀制冷工艺。LNG 工厂主要设备有压缩机、膨胀机、换热器、分离器、低温储罐、低温泵、低温槽车等。LNG 的运输方式主要有轮船、火车。汽车槽车等方式。在 500800 公里经济运输半径范围内，采用汽车槽车运输LNG 是比较理想的方式。槽车罐体采用双壁真空粉未绝热，配有操作阀安全系统及输液软管等。国内低温液体槽车的制造技术比较成熟，槽车使用安全。
