液化天然氣知識

1、液化天然氣知識一、前言天然氣是一種潔凈、環(huán)保、使用方便的能源，在發(fā)達國家的能源結構中天然氣已占25%以上，并有繼續(xù)增長的趨勢。在我國的能源結構中天然氣僅占2%，與世界先進水平相差很大。近年來，隨著人們生活質(zhì)量的迅速提高、環(huán)保意識的提高，對天然氣的需求日益增加，“西氣東輸”就是在上述背景下國家做出的重大決策。天然氣是烴類與非烴類組成的復雜混合物。大多數(shù)天然氣的主要成分是氣態(tài)烴類，此外還含有少量的非烴類氣體。天然氣中含有的烴類通常以甲烷為主，還有乙烷、丙烷、丁烷、戊烷以及少量的己烷以上烴類。天然氣中含有的非烴類氣體，一般為少量的、數(shù)量不等的氮氣、二氧化碳、水蒸汽、硫化氫以及微量的惰性氣體如氦、氬、

2、氙等。天然氣中的水蒸氣一般呈飽和狀態(tài)。天然氣的組成并非固定不變，不僅儲集層中采出的天然氣組成往往差別很大，甚至同一儲集層中不同生產(chǎn)井采出的天然氣組成也會不同。LNG是英文Liquefied Natural Gas的簡稱，即液化天然氣：氣田開采出來的天然氣，經(jīng)過脫水、脫酸性氣體和重烴，然后壓縮、膨脹、液化而成的低溫液體。LNG的體積約為其氣態(tài)體積的1/600，也就是說1立方米LNG液化后可得600立方米天然氣，故液化了的天然氣更有利于遠距離運輸、儲存，使天然氣的應用方式更靈活、范圍更廣。LNG從六十年代開始商業(yè)化至今已有30多年的歷史，隨著天然氣液化技術不斷進步，液化成本比20年前降低了50%，

3、大大增加了LNG與其他能源的競爭力，使LNG在國際天然氣貿(mào)易總量中比例上升至25%，是當今世界能源供應增長速度最快的領域。國內(nèi)LNG產(chǎn)業(yè)起步于90年代末，先后有上海LNG調(diào)峰站、中原油田LNG工廠投產(chǎn)，一批與中原LNG相配套的LNG應用工程也相繼投入運行。而一批規(guī)模更大的LNG工廠和廣東、福建、青島等進口LNG接受終端都在緊鑼密鼓地籌建中?？梢灶A見，未來數(shù)年內(nèi)，LNG將廣泛應用于我國國民經(jīng)濟的各個領域。二、液化天然氣的性質(zhì)1.物性（1）主要組份LNG是一種無色、無味、無毒、無腐蝕性的低溫液體，主要由甲烷組成，另外還含有少量的乙烷、丙烷、氮和其它天然氣中常見的物質(zhì)，其原料氣是天然氣、煤層氣。不同

4、工廠生產(chǎn)的LNG具有不同的組份,主要取決于生產(chǎn)工藝和氣源組份,按照歐洲標準EN1160的規(guī)定，LNG的甲烷含量應高于75%，氮的含量應低于5%。（2）密度 LNG的密度取決于其組份，通常為430470kg/m3，甲烷含量越高，密度越小。密度還是液體溫度的函數(shù)，溫度越高，密度越小，變化的梯度為1.35Kg/m3。LNG的密度可直接測量，但一般都是通過氣體色譜儀分析的組份結果計算出密度。（3）溫度LNG的沸騰溫度也取決于它的組份，在大氣壓力下通常為-166-157，一般資料上介紹的-162.15是指純甲烷的沸騰溫度。沸騰溫度隨蒸氣壓力升高而升高，變化梯度為1.25×10-4/Pa，LNG

5、的溫度通常是用銅/銅鎳熱電偶或鉑電阻溫度計進行測量。（4）LNG的氣液體積比LNG的氣液體積比是指LNG汽化為標準狀態(tài)的天然氣體積與LNG體積之比，通常所說的LNG氣液體積比為625是純甲烷的氣液體積比，且其標準狀態(tài)為歐美標準（溫度為-15.5），按國內(nèi)標準（溫度為20）純甲烷的氣液體積比應為633。LNG的氣液體積比也取決于它的組份，甲烷含量越高，氣液體積比越大，氣液體積比還是液體溫度的函數(shù)，溫度越高，氣液體積比越小。（5）LNG的汽化潛熱汽化潛熱是指溫度不變時，單位質(zhì)量的某種液體物質(zhì)在汽化過程中所吸收的熱量。LNG（純甲烷）的汽化潛熱為122Kcal/kg，LNG的汽化潛熱也取決于它的組份

6、，汽化潛熱還是液體溫度的函數(shù)，溫度越高，汽化潛熱越小。（6）LNG的熱值、辛烷值熱值又稱卡值或發(fā)熱量，即1g某固體或氣體燃料完全燃燒釋放出的熱量。高熱值是燃料的燃燒熱和水蒸氣冷凝熱的總和，即燃料完全燃燒所放出的熱量。低熱值僅是燃料的燃燒熱，即總熱量減去冷凝熱的差值。LNG的高熱值（中原LNG,狀態(tài)為101.325KPa、20）為9068kcal/ Nm3, 低熱值為8213kcal/ Nm3,辛烷值ASTM為130（研究法）。2.特性（1）蒸發(fā)特性當LNG從已有的壓力降低至沸點對應壓力以下時，例如流經(jīng)閥門，部分液體蒸發(fā)，同時溫度也將降低到該壓力下的新沸點，這種現(xiàn)象稱為閃蒸。閃蒸氣的組成與液相的

7、組成有較大差別，閃蒸氣中低沸點組分的比例較多，例如氮的沸點為-196，比甲烷沸點-162低，比甲烷更易汽化進入氣相。有人對儲罐中氣液兩相的組成進行過測定，在液相中氮的濃度為0.3%、甲烷的濃度為87.7%（mol），而在氣相中氮的濃度達9.7%、甲烷的濃度為90.3%（mol），氮在氣相中的濃度為液相中濃度的32倍。若LNG壓力為12×105Pa，溫度為其沸點，估算時可認為壓力每降低1kPa，1m3液體由于閃蒸能產(chǎn)生0.4kg的氣體。這些蒸發(fā)氣外泄時，由于溫度很低，常在-100左右，氣體密度大于空氣。從環(huán)境吸熱升溫后，密度減小。在標準狀態(tài)下，蒸發(fā)氣的密度約為空氣密度的0.6倍。（2）

8、泄露特性發(fā)生泄露時，LNG將與環(huán)境迅速換熱、發(fā)生快速相變而汽化,單位體積的LNG能產(chǎn)生約600倍體積的氣體。LNG泄露至地面上時，最初會猛烈沸騰，然后蒸發(fā)速率將迅速衰減至某個固定值。如果LNG泄露至大量的水中，水與LNG之間的熱傳遞速率非常高，LNG將激烈地沸騰并伴隨巨大的爆炸聲、噴出水霧，這種現(xiàn)象稱為冷爆炸。如果LNG泄露至少量的水中，LNG下面的水就會結成冰，蒸發(fā)速率下降至某個固定值。泄露并迅速汽化的LNG，最初的溫度與LNG相近，其密度比空氣大，沿地面流動。當LNG氣體溫度上升至約-80（與組分有關）以上時，密度將小于空氣，向上運動。由于低溫，空氣中的水蒸氣凝結產(chǎn)生霧云，霧云能擴散至很遠

9、距離，它的流動方向直接表明了LNG氣體的運動方向。（3）儲存特性LNG在儲罐內(nèi)會出現(xiàn)分層現(xiàn)象，即密度不同的LNG占有不同的層位。分層的原因可能是新裝入儲罐的LNG和殘留在儲罐內(nèi)的LNG密度不同，或LNG中氮含量較高（如3%），對流使氮組分移動至儲罐液體表層，形成含氮量高的液體表層。儲罐受熱產(chǎn)生的自然對流又力求使罐內(nèi)LNG密度均勻，這就產(chǎn)生了所謂的“翻滾”現(xiàn)象。翻滾使LNG在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量蒸氣，導致儲罐壓力增高，有時造成安全閥開啟。經(jīng)驗說明，控制LNG的含氮量使之不超過1%是防止罐內(nèi)LNG翻滾的有效措施，此外還應采取措施使罐內(nèi)液體混合均勻。（4）LNG的安全特性LNG是一種易燃物品，安全生產(chǎn)始

10、終應放在首要地位。在大氣環(huán)境下，與空氣混合時，天然氣體積濃度在515%范圍內(nèi)是可燃的。LNG失火時，火焰表面的輻射功率很高，應防止消防人員灼傷?？梢杂酶吲蛎浥菽牧匣蚺菽ＡK覆蓋著火表面，降低火焰的輻射作用。推薦用干粉（最好是碳酸鈣）滅火器處理LNG火災，不能用水滅火。水只能用于冷卻火災周圍的建、構筑物及泡沫的產(chǎn)生。LNG是一種溫度極低的液體，與皮膚接觸可造成類似燒傷的起皰灼傷。不得接觸隔熱層損壞的裝有LNG的裸露容器和管道，否則極冷的金屬會粘住皮肉。LNG又是極易汽化并且汽化后體積急劇增大的液體，任何裝有LNG的封閉容器和管道應有泄壓閥，以防超壓。在有可能存在天然氣的場合，應測量空氣中氧含

11、量及烴含量，氧含量小于18%會使人窒息。進入可能含天然氣區(qū)域的人員應佩帶面罩、護目鏡、防護服和手套等。三、液化天然氣的優(yōu)點1. LNG體積比同質(zhì)量的天然氣小625倍，極大的節(jié)省了運輸、儲存成本。2. LNG儲存效率高，占地少，投資省。3. LNG是一種清潔能源，組份較純，燃燒完全，燃燒后生成二氧化碳和水，基本不產(chǎn)生污染，有利于保護環(huán)境，減少城市污染。4. LNG做為優(yōu)質(zhì)的車用燃料，與汽油相比，它具有辛烷值高、抗爆性能好、發(fā)動機壽命長、燃料費用低、環(huán)保性能好等優(yōu)點LNG。使用LNG的車輛尾氣排放很小，國家還有一定的補貼。燃燒類型汽車尾氣污染物相對量/%(以汽油各項指標排放為標準)一氧化碳碳氫化合

12、物氮氧化物顆粒懸浮物氧化鉛其它有害物質(zhì)汽油100100100100100100柴油20-4010-2045-60>1000無50LPG10-2020-4050-7060/細化無3-10CNG2-1010-2030-40少量無無LNG1-48-1825-35無無無同燃油汽車相比，應用LNG作為汽車燃料，可以綜合降低廢棄污染排放量70%以上，可以降低PM2.5值90%左右。5. 供氣平穩(wěn)：LNG作為氣源供氣時，一是建設氣化站采用點對點方式供氣；二是以氣化站為氣源建立局域網(wǎng)方式供氣，與管道氣相比，氣源獨立，可根據(jù)用戶用量設定LNG儲罐儲量，不受上下游用戶的影響，供氣平穩(wěn)性好。6. 熱效率高：L

13、NG與管道氣相比，在液化前需要去除水分、二氧化碳、氮氣、硫化物和其它雜質(zhì)，組分純，熱值高，是管道天然氣的1.25倍，應用于工業(yè)燃氣，無過多的氮氣、水分和其它雜質(zhì)參加燃燒，熱效率高。7. 安全性好：LNG燃點高（650），爆炸極限窄（5-15%），汽化后相對密度為0.47-0.55，只有空氣的一半左右。即使稍有泄漏，也會立即揮發(fā)擴散，在非受限空間內(nèi)不存在爆炸的可能。且由于LNG的低溫特性，一旦發(fā)生不安全事故，保溫罐體漏熱，液體會急劇蒸發(fā)向外部噴射氣體，即使燃燒，也不會回燃，不存在爆炸的可能，安全性好。燃料類型燃點爆炸極限擴散性汽油4271.0%-7.6%不易擴散柴油2600.5%-4.1%不易擴

14、散LPG4662.4%-9.5%不易擴散CNG5955%-15%易擴散LNG6505%-15%易擴散四、液化天然氣的用途1. 做為清潔燃料汽化后供城市居民使用，具有安全、方便、快捷、污染小的特點。2. 作代用汽車燃料使用。采用LNG作為汽車發(fā)動機燃料，發(fā)動機僅需作適當變動，運行又安全可靠，而且噪聲低污染小，特別是在排放法規(guī)日益嚴格的今天，以LNG作為燃料的汽車，排氣明顯改善，尤其是致癌的碳煙微粒。3. 做為冷源用于生產(chǎn)速凍食品，以及塑料、橡膠的低溫粉碎等，也可用于海水淡化和電纜冷卻等。4. 做為工業(yè)氣體燃料，用于玻殼廠、工藝玻璃廠、電廠、陶瓷廠等。五、液化天然氣產(chǎn)業(yè)鏈天然氣液化系統(tǒng)主要包括天然

15、氣的預處理、液化、儲存、運輸、利用這5個子系統(tǒng)。一般生產(chǎn)工藝過程是,將含甲烷90%以上的天然氣,經(jīng)過“三脫”(即脫水、脫烴、脫酸性氣體等)凈化處理后,采取先進的膨脹制冷工藝或外部冷源,使甲烷變?yōu)?-162的低溫液體。1.天然氣凈化指脫水、脫酸、脫重烴的工藝過程。天然氣中水分、苯及C6+重烴的存在會造成嚴重的后果：水分與天然氣在一定條件下形成水合物阻塞管路，影響冷卻液化過程；另外由于水分的存在也會造成不必要的動力消耗；由于天然氣液化溫度低，水、苯及重烴的存在還會導致設備凍堵，故必須脫水、脫苯和重烴。天然氣中CO2和H2S在水存在的情況下會嚴重腐蝕管線和設備，縮短使用壽命。在液化天然氣裝置中，CO

16、2易成為固體析出，凍堵設備，同時CO2不燃燒、無熱值，所以運輸和液化都是不經(jīng)濟的。天然氣中極少量的汞成分 ( 包括單質(zhì)汞、汞離子及有機汞化合物) 的存在 , 就會造成鋁合金材料設備的腐蝕。它還會引起催化劑中毒 ,造成環(huán)境污染以及檢修過程中對人員的危害等不良后果。2.天然氣的液化流程有不同的形式，以制冷方式不同，可分為階式制冷工藝、混合制冷工藝、帶膨脹機的液化工藝。本廠采用混合制冷工藝中的閉式循環(huán)制冷工藝，制冷劑由CH4、N2、C2H4、C3H8、C5H12組成，冷劑經(jīng)過壓縮、冷卻、冷凝、節(jié)流汽化，然后給天然氣液化及自身提供冷量。3.LNG的儲存和運輸在整個LNG鏈從生產(chǎn)到銷售，都是十分重要的環(huán)

17、節(jié)和基礎設施。LNG的溫度在-160以下，為了保冷，工廠儲罐和運輸油輪儲罐都必須采用特殊材料建造。LNG的儲存方式有儲罐儲存和巖腔中儲存，儲罐儲存是最主要的儲存方式。LNG儲罐分地面儲罐和地下儲罐兩種，LNG儲罐形式的選擇取決于投資費用、安全因素、工廠位置、地震、土壤沉降、設備材料等諸多因素。液態(tài)天然氣在低溫、常壓下儲存，低溫儲罐通常是由內(nèi)罐和外罐構成，中間填充隔熱材料。（1） 內(nèi)罐 內(nèi)罐又稱為“薄膜罐”，是由薄低溫鋼板制成的具有液密性、可撓性的容器。用作薄膜的材料必須具有在低溫條件下不脆化的特性，并具有足夠的韌性與良好的加工性能，通常采用鎳鋼、不銹鋼或鋁合金。（2） 隔熱層 隔熱層起著減少汽

18、化量縮小罐體內(nèi)外壁溫差、減輕由此產(chǎn)生的溫差應力的作用，還具有固定“薄膜”的功能。因此要求隔熱層的熱導率小、而且具有足夠的強度。能滿足這些條件的材料有硬質(zhì)泡沫氨基甲酸乙酯、泡沫玻璃、珍珠巖以及硬質(zhì)泡沫酚醛樹脂等。液化天然氣注入罐內(nèi)后，內(nèi)罐壁就會收縮，反之液化天然氣完全被排出后，罐內(nèi)溫度逐步上升，內(nèi)罐壁隨之升張。填充在內(nèi)外罐之間的粉末狀隔熱材料，由于內(nèi)罐壁的反復脹縮變得嚴實。因此在靠近內(nèi)罐處必須敷設一層伸縮性強的隔熱層，此隔熱層的壁厚與內(nèi)罐壁的脹縮相適應，并在內(nèi)罐壁脹縮時起緩沖作用，保證儲罐安全運行。（3）外罐 外罐又稱罐體，能承受各種負荷的外殼，它必須具有足夠的強度。根據(jù)所用材料不同可以分為凍土壁、鋼制壁、鋼筋混凝土壁及預應力混凝土壁幾種。關于天然氣的運輸，從經(jīng)濟性考慮，供需兩地之間的距離在40007000km范圍內(nèi)，管道能直達的地區(qū)，以管道輸送為好；在超過上述距離、管道難以直達的情況下，則采用液化天然氣形式由LNG槽船運輸。關于LNG的運輸，概括