天然氣知識(shí)讀本

天然氣基礎(chǔ)知識(shí)讀本引言天然氣最主要的成分是甲烷，基本不含硫，無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)毒、無(wú)腐蝕性，清潔、安全、通用、便宜，熱值高、應(yīng)用廣泛的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展天然氣產(chǎn)業(yè)不僅具有重大的環(huán)境效益，而且還具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益，這不僅包括因環(huán)境改善給生態(tài)和人類健康帶來(lái)的間接的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)天然氣開發(fā)生產(chǎn)和使用者來(lái)說(shuō)，更具有直接的經(jīng)濟(jì)效益，這便是近年來(lái)天然氣在全球超過(guò)所有能源增長(zhǎng)速度快速發(fā)展的主要原因，成為眾多發(fā)達(dá)國(guó)家的城市必選燃?xì)鈿庠?。我?guó)的主要能源仍是煤炭，由燃煤引起的大氣污染物占大氣污染物排放總量的90%以上，構(gòu)成煤炭支柱型城市典型的煤煙型大氣污染，每年造成直接經(jīng)濟(jì)損失200多億元；嚴(yán)重的大氣污染不僅使呼吸道疾病發(fā)病率顯著增加，因呼吸道疾病死亡人數(shù)逐年上升；還使農(nóng)作物生產(chǎn)減弱、糧食蔬菜減產(chǎn)、病蟲害加重，農(nóng)畜產(chǎn)品污染物含量增加，人民的生活環(huán)境質(zhì)量明顯降低。從保護(hù)大氣環(huán)境方面看，天然氣是一種高效、清潔的燃料，可以有效地改善城區(qū)大氣質(zhì)量，具有良好的環(huán)境效益，同時(shí)還有利于平衡利用能源資源，預(yù)防未來(lái)世界性石油危機(jī)可能給國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全帶來(lái)的不利影響；從天然氣的使用節(jié)能效益來(lái)看，對(duì)一個(gè)工業(yè)國(guó)來(lái)說(shuō)，天然氣使用量越多，其經(jīng)濟(jì)效益越顯著。根據(jù)應(yīng)用種類，使用天然氣可節(jié)約5-40%的能源；而且，天然氣工業(yè)自身就是一個(gè)具有極大經(jīng)濟(jì)效益的產(chǎn)業(yè)。燃?xì)獍l(fā)電有燃煤發(fā)電不可比擬的優(yōu)勢(shì)。天然氣采用聯(lián)合循環(huán)裝置系統(tǒng)發(fā)電，其轉(zhuǎn)換率超過(guò)煤炭一倍，建廠投資只需煤發(fā)電廠的一半多一點(diǎn)，占地面積只有燃煤發(fā)電的1/4，沒(méi)有對(duì)周圍環(huán)境的粉塵污染，顯然，無(wú)論是環(huán)境效益，還是經(jīng)濟(jì)效益均很可觀。天然氣代替燃油發(fā)展CNG汽車，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益也極其顯著。燃油汽車尾氣排放是城市大氣污染中的HC、NO2和CO的主要來(lái)源，不論是低硫煤還是石油產(chǎn)品，其污染程度大大高于天然氣，不大力發(fā)展利用的清潔的天然氣資源，無(wú)異于花錢買污染。CNG汽車操作方便，排放也非常好，大客車節(jié)約燃料費(fèi)35——40%,貨車、翻斗車節(jié)約燃料費(fèi)50％。對(duì)城市公共客運(yùn)車輛油改氣的經(jīng)濟(jì)效益就特別突出，并對(duì)改善城市空氣質(zhì)量有極大的貢獻(xiàn)。天然氣工程的建成投產(chǎn)對(duì)于改善中山市、珠海市的投資環(huán)境，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，推動(dòng)城市建設(shè)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，具有深遠(yuǎn)的歷史意義和現(xiàn)實(shí)意義。

目錄一、燃?xì)獬ＷR(shí)二、天然氣的特點(diǎn)三、天然氣利用的歷史四、含鉛車用汽油五、天然氣的用途六、液化天然氣接收終端七、什么是CNG和LPG?八、用天然氣會(huì)中毒嗎？九、天然氣液化十、十一、LNG船液化天然氣鏈?zhǔn)⑻烊粴獾墓芫€輸送十三、天然氣的置換十四、燃?xì)饩叩霓D(zhuǎn)換十五、十六、燃?xì)饩叩氖褂媚晗奕绾畏乐挂夯瘹饣馂?zāi)一、燃?xì)獬ＷR(shí)1、人口密度指數(shù)一種與人口密度大致成正比的數(shù)字，用于某特定長(zhǎng)度的管道根據(jù)人口密度所制定的地區(qū)等級(jí)。我國(guó)輸氣管道設(shè)計(jì)中，沿管道中線長(zhǎng)2公里，兩側(cè)200米范圍內(nèi)有20戶以下為一級(jí)區(qū)；20戶至100戶為二級(jí)區(qū)；100戶以上為三級(jí)區(qū)；有4層樓建筑為四級(jí)區(qū)。分區(qū)的目的是設(shè)計(jì)管道時(shí)對(duì)不同地區(qū)采用不同設(shè)計(jì)系數(shù)。2、燃燒極限可燃蒸汽在空氣中都有兩個(gè)可燃極限。下限是可燃蒸汽在空氣中進(jìn)行燃燒所需要燃?xì)馀c空氣的最小比例；上限是空氣與蒸汽最大濃度。比上限更富的蒸汽濃度只有與額外的空氣保持接觸才會(huì)燃燒。如：甲烷在空氣中5.3%---14.0%；丙烷為2.2%---9.5%；汽油為1.4%---7.6%。3、爆炸極限可燃?xì)怏w（或粉塵）與空氣或其他氣體混合后，在點(diǎn)火時(shí)能發(fā)生爆炸的濃度的上限和下限。在上下限之間的范圍稱爆炸范圍。常用混合物中可燃?xì)怏w（或粉塵）含量的百分?jǐn)?shù)（或每立方米的克數(shù)）表示。氫氣：18.3%---59%；氣田天然氣：1.6% 9.3%，此數(shù)由天然氣的組份而定。4、閃點(diǎn)將石油加熱到一定溫度時(shí)，才能產(chǎn)生與空氣混合成有足夠的蒸汽。只要遇火會(huì)瞬時(shí)引燃，火種一離去即熄滅。這一最低溫度為油品的閃點(diǎn)。任何一種低揮發(fā)性的石油液體在容器中被加熱到他的閃點(diǎn)溫度以上時(shí)，都可以產(chǎn)生能夠引燃的氣體。揮發(fā)性強(qiáng)的可燃液體閃點(diǎn)低，揮發(fā)性弱可燃性液體則閃點(diǎn)高。防火規(guī)范中，按石油的閃點(diǎn)分級(jí)，閃點(diǎn)低于22.8°C為A級(jí)，閃點(diǎn)在22.8°C――65.6°C為B級(jí)，閃點(diǎn)在65.6C以上為C級(jí)。5、 臭氧是氧的三原子同素異形體。氣態(tài)臭氧顯淺蘭色，不穩(wěn)定，有特殊臭味，是強(qiáng)氧化劑?？衫闷鋸?qiáng)氧化作用凈化空氣、處理污水等。微量臭氧對(duì)人體無(wú)害，但當(dāng)大氣中含0.1---0.3ppm時(shí)則對(duì)人體產(chǎn)生危害；含0.03ppm時(shí)，植物葉在8小時(shí)內(nèi)即會(huì)出現(xiàn)斑紋和斑點(diǎn)。6、 臭氧層在大氣上層光解作用使氧分子分解，并因復(fù)合作用而產(chǎn)生臭氧，在距地面20---50公里的高空形成臭氧層。臭氧能大量的吸收對(duì)生命物質(zhì)有害的紫外線，并對(duì)大氣層的輻射平衡起著重要的作用，是生物得以生存發(fā)展的重要條件。7、危險(xiǎn)區(qū)在一定地區(qū)內(nèi)，可燃?xì)饣蛘羝?jīng)常處于可能引燃濃度下的地區(qū)，按該區(qū)出現(xiàn)危險(xiǎn)的頻率分別規(guī)定危險(xiǎn)區(qū)的級(jí)別。共分三級(jí)：0級(jí)危險(xiǎn)區(qū)是區(qū)內(nèi)危險(xiǎn)的可燃?xì)怏w經(jīng)常存在；1級(jí)危險(xiǎn)區(qū)是正常操作時(shí)很容易出現(xiàn)可燃?xì)怏w；2級(jí)危險(xiǎn)區(qū)是只在不正常操作條件下才能出現(xiàn)可燃?xì)怏w。8、液化天然氣主要成分是甲、乙烷，將天然氣冷卻到-161°C時(shí)，天然氣即成為液態(tài)。熱值等于51.91MJ/Kg。體積可縮小634倍，有利于運(yùn)輸，液化過(guò)程很復(fù)雜。液化石油氣：主要成分是丙、丁烷，液化過(guò)程較為簡(jiǎn)單。我們平時(shí)使用的罐裝氣，一般為液化石油氣，不是液化天然氣。二、 天然氣的特點(diǎn)天然氣主要成分為甲烷，也包括一定量的乙烷、丙烷和重質(zhì)碳?xì)浠衔?，還有少量的氮?dú)狻⒀鯕?、二氧化碳和硫化物，天然氣本身是無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒且無(wú)腐蝕性，為了用戶安全，在給城市供應(yīng)的天然氣中加入了微量的四氫噻酚，有淡汽油味，少量吸入天然氣對(duì)人體組織影響微小或沒(méi)有影響。甲烷的分子結(jié)構(gòu)是由一個(gè)碳原子和四個(gè)氫原子組成，燃燒產(chǎn)物主要是二氧化碳和水。CH4+202—C02+2H20天然氣是安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的燃?xì)鈿庠?，天然氣比空氣輕，容易揮發(fā)并逸散，相對(duì)液化石油氣更安全；天然氣燃燒后只產(chǎn)生二氧化碳和水，基本無(wú)其它雜質(zhì)，燃燒效率更高，更清潔；相同熱值的天然氣比液化石油氣價(jià)格更便宜。三、 天然氣利用的歷史天然氣的發(fā)現(xiàn)和早期應(yīng)用在公元前6000年到公元前2000年間，伊朗首先發(fā)現(xiàn)了從地表滲出的天然氣。許多早期的作家都曾描述過(guò)中東有原油從地表滲出的現(xiàn)象，特別是在今日阿塞拜疆的巴庫(kù)地區(qū)。滲出的天然氣剛開始可能用作照明，崇拜火的古代波斯人因而有了"永不熄滅的火炬"。中國(guó)利用天然氣是在約公元前900年。中國(guó)在公元前211年鉆了第一個(gè)天然氣氣井，據(jù)有關(guān)資料記載深度為150米（500英尺）。在今日重慶的西部，人們通過(guò)用竹竿不斷的撞擊來(lái)找到天然氣。天然氣用作燃料來(lái)干燥巖鹽。后來(lái)鉆井深度達(dá)到1000米，至1900年已有超過(guò)1100口鉆井。直到1659年在英國(guó)發(fā)現(xiàn)了天然氣，歐洲人才對(duì)它有所了解，然而它并沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。從1790年開始，煤氣成為歐洲街道和房屋照明的主要燃料。在北美，石油產(chǎn)品的第一次商業(yè)應(yīng)用是1821年紐約弗洛德尼亞地區(qū)對(duì)天然氣的應(yīng)用。他們通過(guò)一根小口徑導(dǎo)管將天然氣輸送至用戶，用于照明和烹調(diào)。四、含鉛車用汽油為提高車用汽油的辛烷值，改善車用汽油的抗爆性能，過(guò)去，人們采取了很多辦法，如改變汽油組分，加添加劑等。1921年人們發(fā)現(xiàn)了一種添加劑，叫四乙基鉛。我們所說(shuō)的含鉛汽油就是在車用汽油中加入一定量的四乙基鉛。在車用汽油中加入一定量的四乙基鉛，對(duì)提高車用汽油的辛烷值，改善車用汽油的抗爆性，能起到一定作用。但使用含鉛汽油的汽車會(huì)排放鉛化合物等有害氣體，污染環(huán)境，直接危害人體健康，如損害人的神經(jīng)、造血、生殖系統(tǒng)等。所以，這種方法已被廢止。五、天然氣的用途天然氣主要可用于發(fā)電，以天然氣為燃料的燃?xì)廨啓C(jī)電廠的廢物排放水平大大低于燃煤與燃油電廠，而且發(fā)電效率高，建設(shè)成本低，建設(shè)速度快；另外，燃?xì)廨啓C(jī)啟停速度快，調(diào)峰能力強(qiáng)，耗水量少，占地省。天然氣也可用作化工原料。以天然氣為原料的一次加工產(chǎn)品主要有合成氨、甲醇、炭黑等近20個(gè)品種，經(jīng)二次或三次加工后的重要化工產(chǎn)品則包括甲醛、醋酸、碳酸二甲酯等50個(gè)品種以上。以天然氣為原料的化工生產(chǎn)裝置投資省、能耗低、占地少、人員少、環(huán)保性好、運(yùn)營(yíng)成本低。天然氣廣泛用于民用及商業(yè)燃?xì)庠罹?、熱水器、采暖及制冷，也用于造紙、冶金、采石、陶瓷、玻璃等行業(yè)，還可用于廢料焚燒及干燥脫水處理。天然氣汽車的一氧化碳、氮氧化物與碳?xì)浠衔锱欧潘蕉即蟠蟮陀谄?、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車，不積碳，不磨損，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用很低，是一種環(huán)保型汽車。六、液化天然氣接收終端液化天然氣的接收終端內(nèi)建有專用碼頭，用于運(yùn)輸船的靠泊和卸船作業(yè)；儲(chǔ)罐用于容納從LNG船上卸下來(lái)的液化天然氣；再氣化裝置則是將液化天然氣加熱使其變成氣體后，經(jīng)管道輸送到最終用戶。液化天然氣在再氣化過(guò)程中所釋放的冷能可被綜合利用。一般而言，約有25%的冷能可被利用。七、什么是CNG和LPG?壓縮天然氣（CompressedNaturalGas，簡(jiǎn)稱CNG）是天然氣加壓（超過(guò)3,600磅/平方英寸）并以氣態(tài)儲(chǔ)存在容器中。它與管道天然氣的組分相同。CNG可作為車輛燃料利用。LNG可以用來(lái)制作CNG，這種以CNG為燃料的車輛叫做NGV（NaturalGasVehicle）。與生產(chǎn)CNG的傳統(tǒng)方法相比，這套工藝要求的精密設(shè)備費(fèi)用更低，只需要約15%的運(yùn)作和維護(hù)費(fèi)用。液化石油氣（LiquefiedPetroleumGas,簡(jiǎn)稱LPG）經(jīng)常容易與LNG混淆，其實(shí)它們有明顯區(qū)別。LPG的主要組分是丙烷（超過(guò)95%）,還有少量的丁烷。LPG在適當(dāng)?shù)膲毫ο乱砸簯B(tài)儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐容器中，常被用作炊事燃料。在國(guó)外，LPG被用作輕型車輛燃料已有許多年。八、用天然氣會(huì)中毒嗎？天然氣的主要成分是甲烷（CH4），它本身是一種無(wú)毒可燃的氣體。同其它所有燃料一樣，天然氣的燃燒需要大量氧氣（02）。如果居民用戶在使用灶具或熱水器時(shí)不注意通風(fēng)，室內(nèi)的氧氣會(huì)大量減少，造成天然氣的不完全燃燒。不完全燃燒的后果就是產(chǎn)生有毒的一氧化碳（C0），最終可能導(dǎo)致使用者中毒（反應(yīng)式見(jiàn)下）。2CH4+302—2C0+4H20九、天然氣液化天然氣被冷卻至約-162°C變成液態(tài)，這將使其體積減少約600倍，便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸。十、LNG船LNG船是指將LNG從液化廠運(yùn)往接收站的專用船舶。LNG船的儲(chǔ)罐是獨(dú)立于船體的特殊構(gòu)造。在該船舶的設(shè)計(jì)中，考慮的主要因素是能適應(yīng)低溫介質(zhì)的材料，對(duì)易揮發(fā)/易燃物的處理。船只尺寸通常受到港口碼頭和接收站條件的限制目前125000m3是最常用的尺寸，138000m3是現(xiàn)有船只中最大的尺寸。LNG船的使用壽命一般為35年-40年。目前世界液化天然氣船的儲(chǔ)罐系統(tǒng)有自撐式和薄膜式兩種。自撐式有A型和B型兩種，A型為棱形或稱為IHISPB,B型為球形。十一、液化天然氣鏈天然氣從氣田開采出來(lái)，要經(jīng)過(guò)處理、液化、航運(yùn)、接收和再氣化等幾個(gè)環(huán)節(jié)，最終送至終端用戶。液化過(guò)程能凈化天然氣，除去其中的氧氣、二氧化碳、硫化物和水。這個(gè)處理過(guò)程能夠使天然氣中甲烷的純度接近100%。十二、天然氣的管線輸送由于還沒(méi)有合適的方法長(zhǎng)距離輸送大量天然氣，天然氣在整個(gè)十九世紀(jì)只應(yīng)用于局部地區(qū)。工業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用能源主要還是煤和石油。1890年，燃?xì)廨斔图夹g(shù)發(fā)生了重大的突破，發(fā)明了防漏管線連接技術(shù)。然而，材料和施工技術(shù)依然較復(fù)雜，以至于在離氣源地160公里（100英里）的地方，天然氣仍無(wú)法得以利用。因而，當(dāng)生產(chǎn)城市煤氣時(shí)，伴生氣通常燒掉（即在井口燃燒掉），非伴生氣則留在地下。由于管線技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，十九世紀(jì)二十年代長(zhǎng)距離天然氣輸送成為可能。1927年至1931年，美國(guó)建設(shè)了十幾條大型燃?xì)廨斔拖到y(tǒng)。每一個(gè)系統(tǒng)都配備了直徑約為51厘米（20英寸）的管道，并且距離超過(guò)320公里。在二戰(zhàn)之后，建造了許多輸送距離更遠(yuǎn)、更長(zhǎng)的管線。管道直徑甚至可以達(dá)到142厘米。十九世紀(jì)七十年代初，最長(zhǎng)的一條天然氣輸送管線在前蘇聯(lián)誕生。例如，將位于北極圈的西西伯利亞氣田的天然氣輸送到東歐的管線，全長(zhǎng)5470公里，途經(jīng)烏拉爾山和700條大小河流。結(jié)果，世界最大的Urengoy氣田的天然氣輸送到東歐，然后再送到歐洲消費(fèi)。另外一條管線是從阿爾及利亞到西西里島，雖然距離較短，但施工難度也很大，該管線管徑為51厘米，沿途要穿越地中海，所經(jīng)過(guò)的海域有時(shí)深度超過(guò)600米。當(dāng)天然氣在大氣壓下，冷卻至約-162°C時(shí)，天然氣由氣態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)，稱為液化天然氣（LiquefiedNaturalGas，縮寫為L(zhǎng)NG）。LNG無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒且無(wú)腐蝕性，其體積約為同量氣態(tài)天然氣體積的1/600,LNG的重量?jī)H為同體積水的45%左右，熱值為52MMBtu/t（1MMBtu=2.52X108cal）。十三、天然氣的置換天然氣一般是干氣，組份以甲烷為主，基本不含雜質(zhì)，熱值高，火焰?zhèn)鞑ニ俣嚷斔蛪毫^高。天然氣與人工煤氣是不同性質(zhì)的兩種燃?xì)?，其熱值、火焰?zhèn)鞑ニ俣取⒐鈮毫?，組成等均有較大差異。人工煤氣是多種氣體的混合物，含有水份、焦油塵、氨、萘、硫化氫等雜質(zhì)，輸送壓力較低。從燃燒特性上講，天然氣與人工煤氣不具備互換性。因而，人工煤氣向天然氣轉(zhuǎn)換時(shí)必須對(duì)燃?xì)?、輸配管網(wǎng)、計(jì)量器具、燃燒器具等進(jìn)行改造。天然氣置換一般有兩種方案，一是在不影響非轉(zhuǎn)換區(qū)域供氣的情況下，切斷轉(zhuǎn)換區(qū)域的管網(wǎng)系統(tǒng)與人工煤氣管網(wǎng)系統(tǒng)的聯(lián)系，然后降低轉(zhuǎn)換區(qū)域內(nèi)人工煤氣管網(wǎng)的壓力。壓力降低后，開始向轉(zhuǎn)換區(qū)域輸入天然氣，人工煤氣在預(yù)先設(shè)定的放散點(diǎn)放散，直至煤氣取樣濃度達(dá)到要求。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是置換速度快，用戶安全性好，但有大量的燃?xì)夥派?，浪費(fèi)大，有一定程度的污染，并有數(shù)小時(shí)的停氣時(shí)間。另一種方案是在隔斷人工煤氣轉(zhuǎn)換低壓管網(wǎng)時(shí)，不在放散點(diǎn)放散煤氣，而是在用戶轉(zhuǎn)換后的灶具上燒盡，直至燃燒正常。這種方案轉(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng)，用戶安全性差，但能連續(xù)供氣。十四、燃?xì)饩叩霓D(zhuǎn)換由于人工煤氣與天然氣的燃燒特性不同，燃?xì)饩弑仨毟脑臁Ｈ斯っ簹馊季吒臑樘烊粴馊季撸杭矣迷罹咄ㄟ^(guò)更換噴嘴、火孔蓋改制成天然氣灶具；家用熱水器通過(guò)更換噴嘴（主火、長(zhǎng)明火等）、燃燒器改制成天然氣熱水器。對(duì)于居民用戶灶具的轉(zhuǎn)換一般有兩種方法，一是每一個(gè)專業(yè)灶具替換人員負(fù)責(zé)一定數(shù)量居民用戶的灶具替換，若干個(gè)替換人員組成小組完成某個(gè)小區(qū)灶具的替換工作。給居民用戶每戶發(fā)一臺(tái)周轉(zhuǎn)灶，待用戶原灶具改造完成后再收回，用于下一個(gè)轉(zhuǎn)換小區(qū)。二是在供應(yīng)天然氣前，完成居民用戶雙眼灶中一側(cè)灶具的改造，保留另一個(gè)灶具仍然使用人工煤氣，待使用天然氣后再改造另一側(cè)，要求單側(cè)灶具使用時(shí)間不超過(guò)二周。此方法的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快，一次轉(zhuǎn)換戶數(shù)多，但應(yīng)轉(zhuǎn)換前后一段時(shí)間內(nèi)用戶只能單側(cè)使用灶具，給用戶帶來(lái)不便。燃?xì)夤緫?yīng)對(duì)于用戶應(yīng)事先制定專門的轉(zhuǎn)換方案，針對(duì)不同用氣狀況采取相應(yīng)