1天然气基本知识.ppt

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1、天然气基本知识天然气的定义和分类天然气的 定义：（a）是埋藏在地下的一种以饱和碳氢化合物为主要成分的可燃气体混合物。（b）从地下油气藏中开采出来的气体，绝大多数以甲烷为主的化合物的混合物，是一种可燃气体。天然气的定义和分类天然气的分类：（一）按油气藏分类：1、气田气：气藏中烃类以单相存在，而戊烷以上组分很少，在开采过程中没有或很少有天然气凝析油产生的天然气，称为气田气。2、凝析气藏气：气藏中戊烷以上组分含量较多，在开采过程中有较多的天然气凝析油析出，但没有或只有较少的原油同时采出来的天然气，称作凝析气藏气。天然气的定义和分类3、油田伴生气：在油藏中，烃类以液相和气相两相共存，在开采过程中伴随原

2、油同时被采出的天然气称作油田伴生气或油田气。（二）按烃类的组分来分1、干气：每一标准立方米天然气中，C5以上重烃液体含量低于13.5立方厘米。2、湿气：每一标准立方米天然气中，C5以上重烃液体含量高于13.5立方厘米。天然气的定义和分类3、富气：每一标准立方米天然气中，C3以上重烃液体含量超过94立方厘米。4、贫气：每一标准立方米天然气中，C3以上重烃液体含量低于94立方厘米。5、酸性气体：含有较多的硫化氢和二氧化碳等酸性气体，需要进行净化处理才能达到管输标准的天然气。就含硫而言，一般将含硫量大于20毫克/标方的天然气称作酸性气体。6、洁气：硫化氢和二氧化碳含量甚微，不需要净化处理就可管输或利

3、用的天然气。天然气的定义和分类陕京输气管道所输送的天然气来自陕甘宁气田。属：气田气干气贫气酸性气体天然气的组分天然气的组分是很复杂的。各类天然气中的组分有100多种。不同油气田的天然气组分不同，同一油气田不同时刻开采出的天然气的组分也不尽相同。1、烷烃类：主要成分。CH4、C2H6、C3H8、C4H102、稀烃：痕量存在。C2H4、C3H6、C4H83、环烷烃：含量很少。环戊烷、环乙烷等4、芳香烃：可能存在。苯、甲苯、二甲苯等5、非烃类气体：N2、CO2、H2S、H2、He2、H2O氩气、硫化物等。天然气中各主要组分的物理性质 名称分子式摩尔质量临界压力(Mpa)临界温度(K)发热量(KJ/m

4、3)甲烷CH416.044.595190.5633356乙烷C2H630.074.871301.3359362丙烷C3H844.094.247369.8584978丁烷C4H1058.123.796425.16110463异丁烷C4H1058.123.634407.85戊烷C5H1272.153.369469.71136034异戊烷C5H1272.153.381460.43氦气He4.000.2275.19水H2O18.0222.064674.14氮气N228.023.4126.20二氧化碳CO244.017.384304.21天然气中各主要组分的物理性质注：详细的数据可从GB/T11062-

5、1998天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法中查找。陕京输气管道气体组分：甲烷乙烷丙烷正丁烷异丁烷正戊烷异戊烷硫化氢二氧化碳氮和氢91.1573.33230.665360.207180.237370.147560.169440.000722.58121.49管输天然气的基本要求1、管输过程中不能出现液态水。要求水汽含量尽可能小于0.2mg/m32、硫化氢和二氧化碳含量少。硫化氢含量应小于20mg/m3，最好小于5 mg/m3；有机硫化物含量应小于250mg/m3，二氧化碳含量应小于2%。3、固体或液体杂质必须清除干净。管输天然气的基本要求管输天然气标准在GB50251-94输气管道

6、工程设计规范中作了明确规定。与上相比，对游离水、凝析烃规定：水露点低于最低输气温度5；烃露点低于或等于最低输气温度。露点：在一定压力下，天然气的含水量刚达到饱和湿度时的温度，称作天然气的水露点，简称露点。商品天然气的基本要求 SY7514-88天然气对天然气产品进行了分类，提出了技术要求。将天然气分为A、B两组和、四个类型。天然气的性质1、可燃性天然气燃烧，生成二氧化碳和水蒸气，对大气污染很少。是一种清洁能源。具有热值高、运输和使用方便、燃烧完全、无烟无渣、价格较为便宜的优点。天然气的一个重要用途就是利用此特性，作为工业及民用燃料。天然气的性质热值比较：气田气：3558841868kJ/m3油

7、田气：3558866989kJ/m3水煤气：10542kJ/m3木 炭：20012kJ/kg褐 煤：20432kJ/kg汽 油：42287kJ/kg天然气的性质2、爆炸性压气站工作人员的一项主要任务就是防止和排除天然气泄露。避免与空气形成爆炸性混合气体。可燃气体和空气的混合物，在封闭系统中遇明火发生爆炸时，其可燃气体在混合气体中的最低浓度称作爆炸下限，最高浓度称作爆炸上限。爆炸会对设备、设施、人员造成损害。天然气的性质常见可燃气体的爆炸极限：名称爆炸下限爆炸上限爆炸区间天然气5%15%10%一氧化碳12.5%75%62.5%氢气4%75%71%乙炔2.3%82%79.7%天然气的性质2003年

8、9月11日乌石化2003年9月12日锦石化发生加热炉闪爆事件。造成3死4伤。天然气的性质3、毒性天然气是无色、无味、比空气轻的可燃气体，基本上没有毒性。但是，在空气中弥漫天然气后，氧含量减少，会造成人员窒息。另外，硫化氢是一种比空气重、可燃、有毒、有臭鸭蛋气味的气体。硫化氢对人体有害。在含量为0.06%的空间停留1小时，就会出现严重中毒症状。含硫化氢的天然气有毒。天然气性质2002年兰州石化分公司“8.27”特大硫化氢中毒事故 1.事故经过：兰州石化分公司为中油股份公司炼油与销售板块所属的地区公司。今年8月27日下午5时10分，位于兰州市西固区环形东路的兰州石化分公司动力厂污水处理车间门前，东

9、西方向约400米长的范围内出现硫化氢气体。此时正值下班时间，道路上行人、车辆较多，导致路上行人及来往车辆司乘人员等53人中毒，其中造成5人死亡，其中一人为兰州晨报的记者。天然气性质2.事故原因：事故发生后甘肃省政府立即组织了事故调查组对该事故进行了调查。经调查，事故原因初步确定为兰州石化分公司一个废弃的烷基罐拆除时将罐底的酸液排入含硫污水处理系统，发生反应，产生大量硫化氢气体。硫化氢气体从厂区围墙外一个距公路仅9米的未封闭的观察井中蔓延出来，导致经过人员中毒。经过认真细致的调查初步确定这起事故的性质为特大责任事故。天然气的性质造成这起特大事故的原因为：1.兰州石化分公司生产运行部在审批该罐的拆

10、除方案时，同意将罐内残留的废油装车来走处理，但未考虑罐底酸液的处理问题和可能引发的问题。2.实施拆除任务时由于该罐废弃时间较长，许多连接管线、阀门都被拆走，无法正常抽油。作业班长、技术员及维修工在实施时，准备从罐顶抽油，但几次都未成功。于是准备从罐底抽油，该班长在明知罐底有酸液，且厂内有明令禁止向含硫污水处理管线排放酸液的情况下，仍然违章操作向含硫污水处理系统内排放酸液15分钟。天然气的性质 3.该公司平时对含硫污水处理系统管理不严格，对厂区内的两口观察井进行了封闭，而恰恰未封闭围墙外的观察井，留下事故隐患。4.该厂污水处理车间对污水系统管理不到位，未及时监测污水中的PH值变化，天然气的性质4

11、、腐蚀性二氧化碳无色、无味、比空气重的不可燃气体。溶于水生成碳酸。对金属设备及管线腐蚀严重。硫化氢的水溶液叫硫氢酸，对金属有强烈的腐蚀作用，硫化氢还会使化工生产过程中的催化剂中毒而失去活性。二氧化碳、硫化氢是酸性气体。硫化氢还能与铁反映，生成硫化铁粉。天然气的性质1998年四川石油管理局 七桥输气站“7.18”爆炸事故 1998年7月18日零时10分,四川石油管理局川东开发公司输气四公司管理的七桥输气站,在用天然气置换管道中天然气、空气混合气的作业过程中,发生了除尘器及其连接管道天然气爆炸,造成3人死亡、1人受重伤住院、2人轻伤的特大事故。现将事故情况通报如下:天然气的性质川东开发公司采输四公

12、司采气十八队,在6月22日发现位于七桥输气站内DN500输气干线出站绝缘法兰O形圈密封漏气,公司决定利用7月12日至18日渡舟厂检修,大天池管线全线停产期间,对七桥输气站泄漏处进行整改,并在7月13日生产会上作出安排。大天池项目组前线指挥部收到川东开发公司采输四公司编制的整改方案并同意执行。7月15日采输四公司按施工方案要求对龙门阀室至七桥、沙坪阀室至七桥长天然气的性质47公里输气干线在七桥站内放空点进行放空。从14:30至16日6:30放空完毕,历时16小时,放空天然气40万立方米。承担管线保修期内维护任务的油建四公司二工程队按方案从8:00至14:30对DN550绝缘法兰密封件和O形圈进行

13、了拆换。7月17日17:30采输四公司调度接川东开发公司总调度室通知后,由采输四户公司生产技术部副主任周兴明、采气十八队副队长李德术和符兆荣、郑建国等同志组织落实七桥输气站内的置换空气工作。19:45,周、符、郑、张四人对站内流程检查后,符、郑两人赶到沙坪阀室去进行置换空气。放空点设在七桥输气站内,21:20经验证进站压力表接头处,有天然气味后,该段置换空气结束,两人于11:50返回采输四公司。天然气的性质李德术带领队上职工陈立建于17日20:20赶至龙门阀室,向采输四公司调度室汇报后,约定22:30准时操作倒气。该段置换空气的放空点仍设在七桥输气站内,22:30打开站内放空阀进行置换空气,2

14、3:00验证干线进站压力表接头处有天然气味后,结束干线置换。1998年7月10日在进行龙门阀室转换空气过程中,于当日23:00左右,操作人员发现龙门阀室至七桥输气站进站裸露管段有升温现象,23:10，DN500干线进站裸露管段明显温升。采输四公司经理陈华勇,主管生产副经理冷一奎闯讯后从家中赶赴现场。组织作业人员采取用消防车喷淋冷却的物理措施,对管段进行表面降温,截止到7月18日0:10,在降温未果的情况下,现场人员决定对七桥输气站内容器管道进行置换空气,同时开启天然气的性质DN500干线进汇管1的球阀和管式除尘器下部的排污阀。几乎与此同时连接除尘器的管道发生了爆炸,爆炸时的压力为2.6Mpa。

15、造成第二套除尘管与汇管联结管线爆裂变形,下部排污阀连结弯头、排污阀与联结管线两处同时爆断;第一套除尘器筒体下端膨胀明显变形,出口处与汇管2273连结管线弯头爆断,DN250平板阀与汇管2连结短节沿螺链下沿撕裂(4断1裂)。工艺区值班室门窗玻璃部分受损,估计经济损失达42.4万元。在现场开闸门的周光明(生产技术部副主任)、七桥站值班女工王利芹和许艳鸣当场死亡;现场组织的副经理冷一奎受重伤,经医院抢救后脱离危险,右尺骨骨折;经理陈华勇、调度员郑建国和消防队员陈银、肖语受轻伤。天然气的性质 1.设计规程到安全管理,对硫化铁自燃产生的危害认识不清。四川局大天池输气管道工程目前采用干含硫气输送工艺,是对

16、原湿含硫气输送工艺的重大改进。它克服了湿气输送时硫化氢与水反应,造成管道腐蚀和氢脆的重大隐患。但是,新的干式输气工艺又产生了硫化铁粉末,而硫化铁在与空气中氧气接触中可以引起自燃,成为间接火源,与天然气、空气混合气接触可以导致爆炸。由于从设计规程到安全管理,缺乏相适应的技术措施和要求,存在漏洞,这是导致事故发生的重要原因。天然气的性质 2.流程存在缺陷O在整改七桥输气站出站559管线绝缘法兰O形图的前后过程中,因DN250旁通阀内漏,不得不在龙门阀室对龙门至七桥22.07公里、沙坪至七桥24.74公里进行放空,历时16小时,放空天然气40万方;处于上游的龙门阀室的放空口比七桥输气站地面标高高38

17、.8米,产生烟囱效应,导致大量空气在更换法兰垫时被吸入七桥输气站(包括站内容器)和DN500管线,暴露了设计缺少在站外设置截止阀所产生的弊端。这是造成此起事故的次要原因天然气的性质 3.违章操作,方案可操作性差。集输四公司及采油十八队有关人员没有认真执行方案中要求的管存天然气转换空气的技术要求。方案要求转换速度小子每秒5米,由于可操作性差(具体是由阀门扣数或压力调幅控制不清),以致沙坪至七桥55922.7km仅用了20分钟,龙门至七桥50824.74lqn仅用了30分钟,推算天然气转换空气的气流速度达每秒20.6米,这就使得管线中的硫化铁粉末在管道中高速气流的携带下碰撞、摩擦产生静电,造成自燃

18、,从而集中在管道终端即进站弯头处,管线表现出温度上升,以致烫手不能接触联结管线和旁通管线的沥青防腐层都熔化流变,温度应不低于400至500摄氏度。这是导致事故发生的直接原因。天然气的性质 4.没有应急的预案,缺乏事前研究,临危处置不当。从当时发现管头温度上升时,现场的生产技术部副主任,以及从家里叫来的四公司经理、副经理和现场操作人员要来了消防车对裸露的管线部分只采取了物理降温的方法喷淋冷水降温,虽然进行了长达60分钟的处理,但没有解决本质问题,留下了引起爆炸事故的隐患。如果采取紧急截断气源和从站上放空的措施,将自燃的硫化铁粉末冲出去,险情是可以排除的。但是,现场的施工人员在降温没有效果的情况下

19、,临危处置不当,仓促中错误打开DN300球阀(进除尘器)和管式除尘器的排污阀,欲对装置区的容器和管道进行置换空气和放空,无疑是把火源引入到装置中,并使天然气和装置区容器内的空气混合比达到5-15%的爆炸极限,从而导致除尘器及工艺联结管线瞬间发生爆炸。这是造成此次事故的根本原因。天然气的状态参数表征气体状态的常用参数有：密度：单位体积的物质的质量。Kg/m3相对密度：在相同的温度、压力条件下，天然气的密度与干空气密度的比值。压力：Mpa、Kpa、kg/cm2、psi等温度：K、F等另外，还有一些其他参数。天然气的状态参数天然气计量的标准状态条件：我国SYL 04-83 天然气流量的标准孔板计量方

20、法规定：201标准大气压(101.325kpa)美国标准：温度是60F（15.5)状态参数的计算在一定的温度、压力条件下，已知天然气的组分（体积百分比），求天然气的密度、发热量、临界压力、临界温度等的计算公式：M=YiMiTc=YiTciPc=YiPciQ=YiQi Yi：组分的体积百分数。天然气输送中的热工学基础一、理想气体状态方程其中：m-气体质量，kg M0气体的摩尔质量 R普通气体常数。8.309J/(mol.K)天然气输送中的热工学基础二、实际气体状态方程pV=ZnRTZ称作气体的压缩系数。含义：一定质量同温同压下的真实气体体积，与理想气体体积的比值。天然气输送中的热工学基础气体压缩

21、系数Z的计算方法：1、计算对比压力、对比温度后，查表或查图得出。2、AGA3、Nx-19给出了不同条件下的计算公式。3、国标中也有公式计算方法。GB/T17747.x-1999天然气压缩因子的计算。4、其他经验公式。天然气输送中的热工学基础三、绝热指数k1、定压比热：Cp2、定容比热：Cv3、绝热指数：k=Cp/CvK值不是定值。对不同组分、不同压力、不同温度等条件下，k值不同。天然气输送中的热工学基础四、工程热力学的热工过程1、定温过程2、定容过程天然气输送中的热工学基础3、定压过程4、定熵过程（绝热）天然气输送中的热工学基础5、多变过程当n=0时，为定压过程当n=1时，为定温过程当n=k时，为定熵过程当n=时，为定容过程在一般情况下，任意一个过程所有状态参数都要发生变化，这就是多变过程。