天然气基本知识

四、天然气的爆炸性 （一）概念 1、 燃烧 物质发生激烈氧化，是连续稳定的氧 化过程并发出光和热叫燃烧。 2、爆炸 物质在极短的时间内激烈氧化，瞬间 向外传播发光、发热并产生冲击波，是不 连续、不稳定的氧化过程。 3、爆炸低限 当空气中含有天然气时，其含量一直 减小到不能形成爆炸混合物的那个量。
4、爆炸高限
（二）天然气的比重 １、概念 单位体积天然气的重量与相同条件 (压 力、温度)下单位体积空气重量的比值。 计算公式为： S=γg/γa 式中: γg－－天然气的重度; γa－－空气的重度. ２、影响因素 天然气的比重只要是在相同条件下,天然 气与空气重度之比,其值是定值.
三、天然气的含水量（湿度） 天然气的含水量指在湿天然气中，标准 单位体积干气所分摊到水蒸气的质量称为含 3 水量，单位为Kg/Nm 。 1、研究含水量的意义 天然气从地层中开采出来，如果处理不 干净，将含有水和酸性离子，形成一种电解 质，对金属设备产生电化腐蚀和化学腐蚀。 天然气中含有水时，天然气中的烃成分
当空气中含有天然气时，其含量一直 增加到不能形成爆炸混合物的那个量。
5、天然气的爆炸范围 常温常压下，一般在5%----15%（体积） 范围内。不同的天然气成分不同，爆炸范 围有所变化，但变化不大。
第三节 天然气的压力、温度及单位换算
一、压力 1、 概念 垂直作用在器壁单位面积上的力。单位： Kg/cm2 、 Mpa、Kpa、Pa、物理大气压等。 2、常用压力的单位换算 1Mpa=103Kpa=106Pa =146.96 1Psi（磅/平方英寸） 1Mpa=10.197 Kg/cm2≈10 Kg/cm2 1Psi（磅/平方英寸）=0.070307 Kg/cm2 1atm（标准大气压）=1.033 Kg/cm2
在一定条件下，将与水结合形成水化物，堵 塞管道、仪表、阀门。 天然气中含有液态水时，将在管道低洼 处分离出来减小流通面积，增大输气阻力。 天然气中含有液态水燃烧时，水将汽化 吸热，降低天然气的燃烧值。 由于上述问题，将增加许多维修管理的 工作量，因此会增加许多管理费用。
2、影响天然气含水量的因素 1)温度和压力的影响 在天然气中含有液态（或游离态）水 时，温度一定，压力越高，天然气中含水 量（水汽量）越少；压力越低，天然气中 含水量（水汽量）越多。压力一定，温度 越高，天然气中含水量（水汽量） 越多； 温度越低，天然气中含水量（水汽量）越 少。 2)天然气的分子量越大，天然气中含水 量（水汽量）就越多。
第五节 天然气中的水化物
一、水化物的特点 1、水化物是一种白色结晶物质，类似冰和微 密的雪。 2、水化物是由碳氢化和物和几分子水组成的 水合物。 例如：CH4.6H2O、C3H8.7H2O、C4H10.7H2O 等。 3、水化物是一种不稳定的化合物，当其所处 的温度升高或压力降低至适当值时，会分 解为碳氢化合物和水。
第四节 天然气的节流效应
一、节流效应的概念 又称焦耳-汤姆逊效应，气体遇到压力突 变（如调压阀）引起温度急剧降低，甚至产 生冰冻，这种现象叫做节流效应。 对于理想气体，节流效应是不存在的， 只发生在真实气体上。 气体通过弯头、变径管等，都会引起节 流。
二、产生节流降温现象的原因 气体在节流处急剧产生压降，使气体 很快膨胀，对外做功而气体在极短的时间 内又来不及与外界发生热交换，近似可以 看成为绝热膨胀，因此只能消耗气体自己 的内能，对外做功，而内能与气体的温度 成正比，因此气体的温度也急剧降低。 对于气田内部管道，节流效应系数为 3.5～4℃/MPa，对于干线输气管道，节流 效应系数为2.5～3℃/MPa.
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=1.0133bar(巴）
3、绝压、表压、真空度 a)绝压 以绝对真空为准的压力。 b)表压 压力表测出的压力，以大气压为基准的压力。 c)绝压、表压两者关系 P表=P绝- P大气压
二、温度 1、概念 (1)温度 表示物体的冷热程度，是分子平均平动动能 的标志。单位：摄氏温标℃。绝对温标 K 。华氏 温标F。 (2)摄氏温标 以纯水的冰点定为0℃，沸点定为100℃。然 后进行定分，这样的温标称为摄氏温标。 (3)绝对温标 以摄氏温度的零下273.15为起点,即为绝对零 度,这种温标称为绝对温标.
除甲烷外，还有乙烷、丙烷、丁烷，在 常温下是气体。丙烷、丁烷通过加压或降温 而液化，即为液化石油气，简称液化气。
天然气中还含有一定量的含碳量较多的 烷烃，简称碳五以上组分，它们在常温常压 下是液体，是汽油的主要成分。在天然气开 采中，上述组分凝析成液态被收回，称为凝 析油。
2、含硫组分 天然气中的含硫组分，可分为无机硫化物 和有机硫化物两类。 无机硫化物为硫化氢，硫化氢是一种比空 气重、可燃、有毒、有臭鸭蛋气味的气体。硫 化氢的水溶液呈酸性，对金属有强烈的腐蚀作 用。所以天然气含硫化氢时，必须经过脱硫净 化处理，才能进行管输和利用。 天然气中有时也含有少量的有机硫。
二、形成水化物的条件 1、天然气处于水汽过饱和状态或有液态水 存在。 2、天然气有足够高的压力和足够低的温度。 3、其次还要有辅助条件： 〈1〉压力波动， 〈2〉流向突变产生扰动， 〈3〉有晶体存在。
四、天然气的特点 a) 是一种清洁能源； b) 资源丰富（煤层气、水合物气、水溶气）； c) 热值远高于人工煤气； d) 燃烧效率高； e) 市场竞争加强，价格较稳定； f) 最佳运输方式－管道运输（LNG、水合物）。
第二节:天然气的主要性质
一、摩尔质量 天然气是一种混合气体，它的摩尔质 量是由各组分的摩尔质量和体积百分比的 乘积加权平均计算出来的。计算公式如下： M=M1V1+ M2V2+ M3V3+……+ MnVn 式中:M表示:天然气的摩尔质量, V1 、 V2 、 V3…… Vn 表示 : 天然气各组 分的体积百分比. M1、M2、M3…… Mn表示: 天然气各 组分的摩尔质量.
(4)华氏温标 以摄氏零度定为32F,100℃定为212F,这种温 标称为华氏温标.
2、三种温标之间换算关系
T = 273.15 + t F = 9t/5 + 32
式中:T－－绝对温度K. t－－摄氏温度℃. F－－华氏温标F.
三、天然气体积单位换算 1、我国天然气的计量标准（基方） 1个大气压（760mmHg）， 20℃为标 准条件。 2、国际物理学界的标准条件（标方） 1 个大气压（ 760mmHg ）， 0℃为标 准条件。 3、1基方天然气=0.931784标方天然气 1标方天然气=1.07321基方天然气
0.36 0.050.22 Nhomakorabea0.27
0.89
4.48
0.12 0.00
0.09
0.002
0.10
0.60 0.049
卧龙河 石炭系 四 川 盆 地 相国寺 石炭系
97.07
0.81
0.08
0.20 0.17
1
0.001
1.74
0.096
0.004
五百梯
石炭系 须二
97.38 90.97 84.01 95.22 95.94
三、节流前后压力、温度的关系式
P T1 1 T2 P 2
k 1
k
式中：P1、T1－－节流前的压力、温度。 P2、T2－－节流后的压力、温度。 k－－绝热指数，一般天然气为1.2—1.4, 干气取1.3,湿气取1.2.
四、节流效应的危害和用途 危害：产生水化物甚至结冰，堵塞管路、 设备、仪表。 用途：用节流降温可以除去天然气中的 水和凝析油。 节流效应适用于一切真实气体。
3、 天然气含水量的表示方法
天然气的含水量用绝对湿度、相对湿 度、露点来表示。 1)绝对湿度 单位体积或单位重量天然气中所含水 蒸气的重量称为天然气的绝对湿度或含水 量。 2)相对湿度 单位体积天然气的含水量与相同条件 （温度、压力）下饱和状态天然气的含水 量的比值。
3) 露点 a)天然气的饱和状态 在一定的温度和压力下，天然气达到最 多容纳水蒸汽量时的状态，就称为天然气 的饱和状态。在天然气达到饱和状态时， 其多余的水蒸气将凝析出来。 b)露点 在压力一定时，天然气中水蒸气达到 饱和时的温度就叫做天然气在这种压力下 的露点（水露点)。不同的压力下天然气有 不同的露点。压力越大露点越低，压力越 小露点越高。
表1-1 我国某些气田天然气的组成
天然气组成 %（体积） 气田名称 产层 甲烷 乙烷 丙烷 正丁 烷 异丁 烷 正戊 烷 异戊 烷 己烷及 以 上 二 硫 氧 化 碳
1.09
化 氢
氢
氮
氦
氩
威远
震旦系 嘉五
86.80
0.11
0
4.466
1
7.26
0.236
92.44
97.89
1.01
0.40
0.56
3、其它组分 天然气除了含以上成分外，还含有二氧 化碳和一氧化碳、氧和氮、氢等以及水分。 二氧化碳溶于水呈酸性，对金属设备腐 蚀严重，通常在天然气脱硫工艺中，将二氧 化碳同硫化氢一起尽量脱除（脱硫、脱碳）。 天然气中含水分，温度降低会不断冷凝 为液态水，会影响管输工作。一般采用吸收 法、低温分离法和吸附法等将水和烃的露点 降低到规定值。
这种气田气在地层中以气态存在，开 采出来常温下为液态。
煤层伴生气 通常存在于煤层中，即通常所说的瓦斯 气。 此外还有水溶天然气、水合物天然气。
2、按照含凝析油量来分类 • 干气 这种天然气含甲烷在90%以上，含其它成分 较少。 • 湿气 这种天然气含甲烷在90%以下，含其它成分 10%以上。 3、按照含硫量的多少来分类 • 无硫和微硫天然气 : 这种天然气中硫化氢的 含量符合管输要求。 • 低含硫天然气:天然气中硫化氢的含量约 0.01%--1%(体积比). • 中含硫天然气 : 天然气中硫化氢的含量约 1%--2%(体积比).
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