LNG组成与特性

液化天然气（LNG）的组成

1.1.1 液化天然气（LNG）的概念

液化天然气简单地说就是液化了的天然气，它是天然气经脱水、脱除酸性气体等净化处理后，经节流膨胀及外加冷源的方法逐级冷却，在约-1620C液化而得到。

液化天然气的英文为：liquefied natural gas，缩写为LNG。

1.1.2 液化天然气（LNG）的组成

液化天然气是一种液态状况下的无色流体，主要由甲烷组成，组分可能含有少量的乙烷、丙烷、氮或通常存在于天然气中的其他组分。

某些典型液化天然气（LNG）气源组分见表2-4、2-5。

表2-4 我国生产和进口的典型液化天然气组成

表2-5 世界主要基本负荷型LNG工厂产品组成（mol%）

资料来源：World LNG Outlook, 1999 Edition, Cedigaz.

1.1.3 甲烷的基本性质

作为液化天然气主要组分的甲烷，其分子式为CH4，分子结构是正四面体空间构型，是最简单的烷烃，常温常压下为无色无味的极难溶于水的可燃气体。

甲烷基本无毒，但浓度过高时，能使空气中的含氧量明显降低，使人窒息。当空气中甲烷含量达25％～30％时，可引起头痛、头晕、乏力、注意力不集中、呼吸和心

跳加速，若不及时脱离，可致窒息死亡。

气态甲烷在不同温度压力下的密度、液态甲烷的密度、液态甲烷的气化潜热、液态甲烷的蒸气压分别见表2-6、2-7、2-8、2-9 [2]。

表2-6 气态甲烷在不同温度压力下的密度

表2-7 液态甲烷的密度

表2-8 液态甲烷的气化潜热

表2-9 液态甲烷的蒸气压

1.1.4 液化天然气（LNG）中常见组分的基本性质

液化天然气（LNG）中常见组分的某些基本性质，见表2-10。

表2-10 液化天然气常见组分的基本性质[273.15K、101325Pa]

C

)

压比

Cp[kJ/(m3·K)]

绝热指数k

系数

液化天然气（LNG）的热物理特性

1.2.1 低温特性

常压下LNG的沸点为-166～-157℃（一般取-162℃），与组分有关。LNG沸腾温度随蒸气压力的变化梯度约为1.25⨯10-4℃/Pa，即蒸气压力每上升1 Pa，温度约上升

1.25⨯10-4℃。对于LNG的密度，通常为430～470 kg/ m3，密度随液体温度的变化梯

度约为1.35kg/(m3•℃)，即液体温度每上升1℃，LNG密度约降低1.35kg。同时，LNG

的气液体积比约为620：1（与组分有关），即标准状况下1个体积的LNG气化后转变

为约620个体积的气体。

因此，液化天然气（LNG）的低温特性使得：LNG设施的设计、制造必须考虑LNG

低温的技术要求；LNG在生产、运输、储存、气化过程中，相关的设备设施必须能耐-162℃的低温，且机械性能不降低；操作人员必须做好LNG低温风险的防护等。

1.2.2 蒸发气特性

1. LNG能产生蒸发气体

由于LNG的储存温度很低，尽管它储存于绝热的储罐中，但外界的热量都会传导

至储罐中，LNG接收这些热量后将导致一些液体蒸发为气体，这种气体叫蒸发气（BOG，boil off gas）。蒸发的过程为：氮（沸点-195.78℃）和甲烷首先从液体中气化，剩余的液体中较高相对分子质量的烃类组分增大，即密度增大。因此，LNG的储存设备设

施（含两截断阀门间的低温管道）应安装蒸发气体泄放装置，且该装置应保证有足够

的泄放能力。

2.LNG溢出后气体云团的膨胀和扩散特征明显

当LNG溢出（泄漏）后，最初会猛烈沸腾气化，然后蒸发速率迅速衰至一个固定值，该值的大小取决于地面的热性质和周围空气供热的情况。开始蒸发时其气体密度

大于空气密度（约是空气密度的1.5倍），由于LNG泄漏时的温度很低，其周围大气

中的水蒸气被冷凝成“雾团”，在地面形成一个流动层，低温的重气云团将会发挥重

力沉降。从“雾团”的运动范围可以显示气体与空气混合物的可燃性范围。同时，由于大气湍流的作用，空气将被卷吸入云团内部，重气云团会被加热，当温度上升至约-113℃（与LNG的组分有关）以上时，蒸气与空气的混合物在温度上升过程中其密度将小于空气的密度。同时， LNG再进一步与空气混合完全气化，直至体积扩大为液体时

的约620倍。

因此，操作人员或抢修人员在此环境中存有由于缺氧产生窒息的危险。

1.2.3 “翻滚”特性

“翻滚”是LNG大量气体在短时间内从LNG容器中释放的过程。其形成机理是：在向储存LNG的容器中注入新的LNG后，新的LNG和原来容器中的LNG密度不同，可能

存在两个稳定的分层或单元，这是由于新注入的LNG与密度不同的容器底部LNG混合

不充分造成的。虽然在每个单元内部液体密度是均匀的，但是两个单元之间底部单元

液体的密度大于上部单元液体的密度。随后，由于热量输入到容器中而产生单元间的

传热、传质及液体表面的蒸发，单元之间的密度将达到均衡并且最终混为一体，这种

自然的混合形成“翻滚”。“翻滚”发生时将快速的产生大量的蒸发气体，将使容器受到超压的危害

来源不同、密度不同的LNG以及长期静止储存的LNG都有可能引起“翻滚”，“翻滚”发生前，通常容器内LNG的气化速率比往常低，应引起重视。

1.2.4 着火和爆炸特性

LNG气化后，变成常温的天然气，形成天然气/空气混合物。当天然气的浓度达到5%～15%（体积分数，与组分有关）时遇明火就会发生爆炸，高于或低于这个浓度范围，遇明火时会发生着火燃烧。没有约束的天然气云以低速燃烧时，在气体云团内部产生

小于3

Pa的超低压，而在拥挤的或受限制的区域（如密集的设备和建筑物区），510

则可以产生较高的压力。5%～15%（体积分数）是天然气的爆炸极限。