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    帶你了解天然氣——天然氣基礎知識簡介

    發布于:02-25 文章來源:個人圖書館

    一、天然氣介紹

    天然氣是指埋藏在地下的可燃氣體,主要成分為甲烷(CH4)。天然氣形式主要有四種:

    氣田氣

    由氣井采出的可燃氣體稱為純天然氣或氣田氣。它的主要成分是 甲烷(CH4),約占90%以上,此外還含有少量的乙烷(C2H6),丙烷(C3H8),硫化氫(H2S),一氧化碳(CO),二氧化碳(CO2)等,熱值約為 38MJ/Nm3。

    凝析氣田氣

    凝析氣田氣是指在開采過程中有較多C5及C5以上的石油輕烴餾分可凝析出來,但是沒有較重的原油同時采出的天然氣。其主要成分除含有大量的甲烷(CH4)外,還含有2%-5%的C5及C5以上碳氫化合物,熱值約46MJ/Nm3。

    石油伴生氣

    石油伴生氣是指在開采過程中與液體石油一起開采出來的天然氣,是采油時的副產品。它的主要成分也是甲烷,約占70%-80%左右,還含有一些其它烷烴類,以及CO2,H2,N2等。熱值約為42MJ/Nm3。

    煤礦礦井氣

    煤礦礦井氣是指從井下煤層中抽出的煤礦礦井氣,是采煤的副產品。實際上它是煤層氣與空氣的混合氣。其主要成分是甲烷(CH4)和氮氣(N2),此外還含有O2和CO等。值得注意的是,礦井氣只有當CH4含量在40%以上才能作為燃氣供應,CH4體積組分在40%—50%時,礦井氣熱值約為17MJ/Nm3。

    生物天然氣

    生物天然氣是指從生物質轉化而來的燃氣,包括沼氣、合成氣和氫氣。目前,僅有沼氣具有技術和成本優勢,因此,一般所說的生物天然氣主要是指沼氣提純后的燃氣,也就是利用畜禽糞便、農作物秸稈、餐余垃圾和工業有機廢水廢渣等有機物作為原料,通過厭氧發酵生產出甲烷含量在55%-65%的沼氣,經過凈化、提純后,使甲烷含量達到90%以上的燃氣。

    沼氣

    沼氣的主要成分是甲烷。沼氣由50%-80%甲烷(CH4)、20%-40%二氧化碳(CO2)、0%-5%氮氣(N2)、小于1%的氫氣(H2)、小于0.4%的氧氣(O2)與0.1%-3%硫化氫(H2S)等氣體組成 。由于沼氣含有少量硫化氫,所以略帶臭味。其特性與天然氣相似??諝庵腥绾?.6-20.8%(按體積計)的沼氣時,就會形成爆炸性的混合氣體。

    沼氣的主要成分甲烷是一種理想的氣體燃料,它無色無味,與適量空氣混合后即會燃燒。每立方米純甲烷的發熱量為 34000千焦,每立方米沼氣的發熱量約為20800-23600千焦。即1立方米沼氣完全燃燒后,能產生相當于0.7千克無煙煤提供的熱量。與其它燃氣相比,其抗爆性能較好,是一種很好的清潔燃料。

    另外,天然氣除了常規的氣態形式存在于管道當中外,還可以經過加工,變成LNG和CNG。

    LNG(液化天然氣)

    當天然氣在大氣壓下,冷卻至約-162℃時,天然氣由氣態轉變成液態,稱為LNG即液化天然氣(Liquefied Natural Gas,縮寫為LNG)。LNG無色.無味.無毒且無腐蝕性,天然氣液化是一個低溫過程,在溫度不超過臨界溫度(-82攝氏度),對氣體進行加壓0.1MPa以上,液化后其體積約為同量氣態天然氣體積的1/600,LNG的重量僅為同體積水的45%左右,熱值為52MMBtu/t,(百萬英熱單位/噸)(.52×108cal)。

    CNG(壓縮天然氣)

    CNG即壓縮天然氣(Compressed Natural Gas,簡稱CNG)是天然氣加壓(超過3,600磅/平方英寸)到20-25MPa,再經過高壓深度脫水并以氣態儲存在容器中。它與管道天然氣的組分相同。CNG可作為車輛燃料利用。

    天然氣的儲存方式:

    (1)地下儲氣庫是將長輸管道輸送來的商品天然氣重新注入地下空間而形成的一種人工氣田或氣藏,一般建設在靠近下游天然氣用戶城市的附近。與地面球罐等方式相比較,地下儲氣庫具有以下優點:儲存量大,機動性強,調峰范圍廣;經濟合理,雖然造價高,但是經久耐用,使用年限長達30~50年或更長;安全系數大,安全性遠遠高于地面設施。

    (2)天然氣儲存方式主要有壓縮天然氣(CNG:15Pa~20MPa).液化天然氣(LNG:沸點-162℃)和吸附天然氣(ANG);CNG是目前車用天然氣燃料的主要儲存方式,缺點是儲氣瓶重量重.占用體積大;與液體燃料相比,天然氣體積能量密度低,20MPa壓力下的CNG燃料僅相當于汽油能量密度的30%。

    (3)國際上天然氣另一儲存方式是液化天然氣,LNG是對地質開采的天然氣通過“三脫”凈化處理.實施低溫液體處理而成,液化后的體積僅是原氣態體積的1/625,LNG的能量密度是CNG的三倍多.能量密度大大提高,但LNG的生產成本相對較高,儲存容器的絕熱性要求高,這些是制約其發展的因素。

    (4)吸附式儲存天然氣(ANG)技術是目前尚處研究階段的一種天然氣儲存方式,它用多孔吸附劑填充在儲存容器中,在中高壓(3.5MPa左右)條件下,利用吸附刑對天然氣高的吸附容量來增加天然氣的儲存密度。ANG作為未來替代CNG的一項新技術將有廣闊的發展前景,但由于技術上的不少難點還有持解決,故在目前還尚難進入實用化階段。

    二、常用燃料的熱值

    天然氣熱值根據產地不同,其熱值也有所不同。對于滄淄線,天然氣熱值約為35590 KJ/Nm3,換成大卡約為8500大卡/立方。

    Nm3為標準立方米,是在溫度為0℃,壓力為101325pa時的體積。

    1卡路里的定義為將1克水在1大氣壓下提升1℃時所需要的熱量。

    1大卡卡卡路里.186KJ

    各種常用燃料的熱值:

    天然氣 /m3大卡/m3

    液化石油氣 /大卡/m3

    煤 /大卡/Kg

    汽油 /大卡/Kg

    柴油 /大卡/Kg

    煤焦煤氣 /m3大卡/m3

    水煤氣 /m3大卡/m3

    重油 —12000cal/m3

    電 /度大卡/度

    三、各種燃料之間的熱值換算

    相同量綱換算

    1 mmbtu= 1.055 GJ

    1 Gallon= 3.7854 升

    1 MJ = 239 Kcarl

    1 Barrel= 42 Gallon(美)

    1 Barrel= 158.9 升

    1 立方米 = 6.3 Barrel

    1 立方米= 35.315立方尺

    1 方LNG(常壓液態)折600-630標方

    1 方LPG(液態) 折250標方

    1 方CNG(25MPa) 折250標方

    1 噸標準油= 1.454噸標煤

    1 海里= 1.852公里

    1 英里 = 1.609公里

    1 盎司= 28.35克

    1平方米 = 10.764平方英尺

    不同量綱折算

    1MMBtu天然氣 約24-29標方

    1噸LNG 1300-1500標方

    1噸LNG51-53MMBtu

    1噸汽油1350-1400升

    1噸柴油 1150-1200升

    1噸原油 6.8-7.8桶

    1立方米LNG(液態) 折0.42-0.46噸

    1立方米天然氣 折0.65-0.75公斤

    1立方米LPG(氣態) 折2.5公斤

    1度電折861大卡

    1千克標準煤 折7000大卡

    1千克輕油 折10300大卡

    1千克標準油折10180大卡

    1千克重油 折10600大卡

    1千克LPG 折11000大卡

    1公斤LNG 折13000大卡

    1噸LNG 折1.3噸原油

    1噸LNG折1.2噸重油

    例:液化石油氣 天然氣

    ****橡膠廠,是一個燒制浮漂的工廠。原先使用的燃料為液化石油氣(俗稱液化氣),每天用液化石油氣600kg,每天工作11小時。那么,換成天然氣后,每天用氣是多少立方?設備小時流量是多少?

    現在讓我們來換算一下:

    液化石油氣的熱值是41.9MJ/ kg ,也就是10000大卡/kg。

    天然氣的熱值是35.6MJ/m3,也就是8500大卡/m3。

    根據熱量守恒,可知600 kgx 41.9MJ/ kg .6MJ/m3因此3.所以,該廠使用天然氣作燃料后,每天用氣量是706立方(理論核算值)。

    如果11小時工作, 則該廠設備小時流量/.1 m3/h。

    例:柴油 天然氣

    ****廠天然氣改造,原先用柴油做燃料,每天用300Kg柴油,每天工作24小時,如果換成天然氣以后,用氣量是多大?

    現在讓我們做一下計算:

    根據熱量守恒:柴油的熱值是11000大卡/kg,天然氣的熱值是8500大卡/m3,若改成天然氣后用量是300KgX11000/3,該廠每天工作24小時,但是加熱設備實際每天加熱時間10小時,則該設備的小時流量是388/.8m3/h

    例: 電 天然氣

    ****天然氣改造,1臺拉絲機用電加熱一天24小時用電109度,問如果有5臺拉絲機用氣量是多大?

    現在讓我們換算一下:

    1臺拉絲機一天24小時用電109度,那么1臺拉絲機一小時用電約4.54度。1度是1kw/h,1度電產生的熱量是,1m3天然氣的熱值是35590KJ,那么1度電約.101m3天然氣。則1臺拉絲機一小時用氣約4.54X0..46立方,則5臺拉絲機一小時用氣量是0..3m3,5臺拉絲機電加熱部分一天用氣量2..2m3(這個計算只是對拉絲機電加熱部分做的計算)

    、 天然氣燃料汽車與成品油燃料汽車比較

    1、LNG與柴油比較

    1)經濟性比較

    以公交車為例,LNG燃料汽車在價格上比柴油車貴8萬左右,但由于LNG和柴油保持一定的價差,車輛價格上價格差主要通過燃料費用來得到補償。

    LNG與柴油性能對比表

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    對單位體積熱值的比較,用LNG取代柴油,1 標準立方米天然氣相當于1.017升柴油,柴油車百公里消耗燃油27.5升,LNG燃料汽車百公里消耗天然氣30標準立方米天然氣。

    柴油和LNG作為燃料經濟效益比較表:(以公交車日行駛300公里計算)

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    LNG燃料汽車與柴油車相比較每天燃料成本減少218元,按年運營時間350天計算,年可以節省燃料成本7.6萬,購車增加的8.0萬元成本可以在運營1年半后收回,按公交車運營壽命為8年,8年內由燃料費用上得到的經濟效益為61萬元,因此采用LNG燃料汽車相對于柴油車大幅度的降低了車輛的運營成本,為公交公司創造較大的經濟利益。

    2續駛里程比較

    LNG燃料汽車采用低溫液態儲存方式,能源密度較高,其液化比為1:625,其配置375L車用LNG儲氣罐,儲存量大約234標準立方米天然氣,扣除LNG的蒸發量,在滿載的情況下可以行駛700公里。柴油車配置280升油箱,在滿載的情況下可以行駛600公里,因此在續駛里程上LNG燃料汽車比柴油車要長些。

    3)車輛尾氣污染物排放

    汽車尾氣排放是造成空氣污染的主要原因之一,據統計汽車尾氣排放占了空氣污染源總量的40%以上,將汽車燃料由燃油改為天然氣后,尾氣污染將會明顯減少。

    2、CNG燃料汽車與汽油車的比較

    下面將針對CNG燃料汽車和柴油汽車幾個方面進行比較。

    1)經濟性比較

    以出租車為例,CNG燃料汽車與汽油的性能比較如下:

    汽油與CNG性能對比表

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    對單位體積熱值的比較,用CNG取代汽油,1 標準立方米天然氣相當于1.03升汽油,出租車百公里消耗燃油8升,LNG燃料汽車百公里消耗天然氣7.76標準立方米天然氣。

    CNG和汽油作為燃料經濟效益比較表:(以出租車日行駛350公里計算)

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    以CNG為燃料替代汽油每天燃料成本減少87元,按年運營時間350天計算,年可以節省燃料成本3.0萬,出租車改裝僅僅需要除超過8500元,因此該車增加的5000元成本可以在運營3個月后收回,按出租車運營壽命為6年,6年內由燃料費用上得到的經濟效益為18萬元,因此采用CNG燃料汽車相對于柴油車大幅度的降低了車輛的運營成本,為出租車用戶創造較大的經濟利益。

    2)運行安全

    天然氣相對密度(空氣為1)小,為0.58~0.68,泄漏后很快升空,易散失,不易著火;汽油蒸氣較重,液態揮發有過程,且不易散失,易著火爆炸。天然氣爆炸極限為4.8%~14.8%,汽油爆炸極限為1%~6%,而且天然氣自燃點(在空氣中)為650℃,比汽油自燃點(510~530℃)高,故天然氣比汽油泄漏著火的危險小。而且天然氣汽車的鋼瓶是高壓容器,其材質及制造、檢驗試驗有嚴格的規程控制,不易因汽車碰撞或翻覆造成失火或爆炸,而汽油汽車的油箱系非壓力容器,著火后容易爆炸。

    3)天然氣汽車綜合比較結論

    通過CNG與汽油的對比,CNG是一種更清潔、更安全、更經濟的替代車用燃料。因此CNG作為車用燃料的市場前景非常廣闊,隨著CNG燃料市場的進一步擴展,必將為社會創造巨大的經濟效益和社會效益。

    五、燃氣輸配

    1.氣管道的分類

    (1)根據用途分

    a.長距離輸氣管線

    b.城市燃氣管道

    c.工業企業燃氣管道

    (2)根據敷射方式分

    a.地下燃氣管道

    b.架空燃氣管道

    (3)根據輸氣壓力分

    a.低壓燃氣管道P <>

    b.中壓燃氣管道 B 0.01≤P≤0.2MPa A 0.2

    c.次高壓燃氣管道 B 0.4

    d.高壓燃氣管道 B 1.6

    (4)根據壓力級制分一級系統一種壓力

    二級系統 二種壓力

    三級系統 三種壓力

    多級系統 四種壓力或以上

    2. 城市燃氣輸配系統的構成:

    城市燃氣輸配系統一般包括門站、高、中、低壓燃氣管網、儲配站、調壓站和調壓計量裝置、監控及數據采集。

    a.門站:接受天然氣長輸管線、CNG高壓鋼瓶組或LNG槽車送來氣源,在站內進行過濾、調壓、計量后,送入城市輸配管網或直接送入用戶,根據氣量情況和長輸管線特點,一般門站內還設有加臭裝置及清管球接受裝置。

    b.儲配站

    ①儲配站的功能:

    在城市燃氣供應中,供氣量和需用量之間的平衡是靠燃氣儲配站來調節的,燃氣儲配站一般由儲氣罐.壓縮機室及輔助設施所構成的。它的調節能力和范圍取決于燃氣的儲存方式。對于高壓天然氣,經長距離管道輸氣到達城市門站的剩余壓力還很高,利用其壓力就可解決城市用氣的儲存和分配。這時儲配站的功能是接受氣源并進行儲存.控制供氣壓力.氣量分配.計量和氣質檢測等。

    ②儲氣設備的主要作用:

    ※解決燃氣生產(氣源供氣)的均衡性和燃氣使用的不均衡性之間的矛盾,保證燃氣的正常供氣;

    ※當輸氣干線,制氣和氣源供應設備發生暫時故障時,保證一定程度的供應;

    ※當儲氣設備均勻分布時,使管網進氣點得到合理分布,可提高管網輸氣能力。

    ※利用儲氣設備還可以用來混合不同組份的燃氣使燃氣性質(成分物理參數.燃燒特性等)均勻。


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