LNG基础知识要点.pdf
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1、1 LNG知识问答 1、天然气的组成 天然气是由烃类和非烃类组成的复杂混合物。天然气中的烃类基本上是烷烃,通常以 甲烷为主,还有乙烷、丙烷、丁烷、戊烷以及少量的己烷以上烃类(C + 6) ,在 C + 6中有时还 含有及少量的环烷烃(如甲基环戊烷、环己烷)及芳香烃(如苯、甲苯)。天然气中的非 烃类气体,一般为少量的氮气、氧气、氢气、二氧化碳、水蒸气、硫化氢,以及微量的惰 性气体如氦、氩、疝等。 2、何谓 LNG LNG是液化天然气英文名称(Liquefied natural gas)的缩写。它是将天然气净化后 通过冷却而成的低温液体, 主要成份为甲烷,另外还含有少量的乙烷、丙烷、N2或其它天
2、然气中通常含有的物质。LNG是由天然气转变的另一种能源形式。 3、 LNG的原料气 1、管道天然气 2、煤层气 3、焦炉煤气 4、煤制气 4、 LNG的主要组份 LNG 的主要成分是甲烷,并可能含有少量乙烷、丙烷、氮和通常存在于天然气中的 其它组分。不同工厂生产的LNG具有不同的组份 , 主要取决于生产工艺和气源组份, 按照欧 洲标准 EN1160的规定, LNG的甲烷含量应高于75% ,氮含量应低于5% 。表 1 所示为几个 LNG工厂的组份数据,由此可以看出它们的各项性质有较大差别,因此,尽管LNG的主要 组成是甲烷,但不能认为LNG等同于纯甲烷,对它的特性的分析和判断,在工程实践中大 都
3、要用气体处理软件进行计算,以得出符合实际的结果。常用的计算软件有HYSIM 和 PROCESS等。 表 1 LNG 的组份和部分物性 液化厂 阿拉 斯加 阿尔及利亚 SKIKDA 阿尔及利亚 ARZEW GL2L 印尼 BADAK 马来 西亚 文莱 阿布 扎伊 利比 亚 中原 油田 组份 mol% N20.1 0.85 0.35 0.05 0.45 0.05 0.20 0.80 0.30 CH499.8 91.5 87.4 90.0 91.1 89.4 86.0 83.0 95.88 C2H6 0.1 5.64 8.6 5.40 6.65 6.30 11.80 11.55 3.36 C3H81
4、.50 2.4 3.15 1.25 2.90 1.80 3.90 0.34 nC4H10 0.25 0.5 1.35 0.54 1.30 0.20 0.40 0.05 iC4H100.25 0.73 0.30 0.05 C5 + 0.01 0.02 0.05 0.01 0.05 0.05 0.02 温度-160 -160 -160 -160 -160 -160 -160 -160 -146 密度 Kg/m 3 液体421 451 466 462 451 463 464 479 414 气体0.67 0.73 0.77 0.76 0.73 0.76 0.76 0.80 0.70 气液体积比629
5、 616 604 606 614 606 608 599 595 高热值J/Nm 3 36.8 41.9 41.4 41.7 39.8 41.6 41.3 42.9 37.9 单位质量LNG 汽化的体积 Nm 3 /t 1493 1365 1297 1311 1362 1309 1310 1250 1437 注:气液体积比指LNG变为气体(标态:101.325kPa 、20)时体积增长的倍数。 5、LNG的密度 LNG的密度取决于其组份,通常为430470kg/m 3,甲烷含量越高,密度越小。密度还 3 是液体温度的函数,温度越高,密度越小,变化的梯度为1.35Kg/ 3。LNG的密度可直接
6、测量,但一般都是通过气体色谱仪分析的组份结果计算出密度。 6、LNG的温度 LNG的沸腾温度也取决于它的组份,在大气压力下通常为-166 -157 ,一般资料上 介绍的 -162.15 是指纯甲烷的沸腾温度。沸腾温度随蒸气压力升高而升高,变化梯度为 1.25 10 -4 /Pa,LNG的温度通常是用铜/ 铜镍热电偶或铂电阻温度计进行测量。 4 7、LNG的气液体积比 LNG的气液体积比是指LNG汽化为标准状态的天然气体积与LNG体积之比,通常所 说的 LNG气液体积比为625 是纯甲烷的气液体积比,且其标准状态为欧美标准(温度为 15.5 ) ,按国内标准(温度为20)纯甲烷的气液体积比应为6
7、33。LNG的气液体积比 也取决于它的组份,甲烷含量越高,气液体积比越大,气液体积比还是液体温度的函数, 温度越高,气液体积比越小。 8、单位质量LNG汽化的体积 单位质量LNG汽化后的气体体积(标态)取决于它的组份,甲烷含量越高,单位质 量 LNG汽化后的气体体积越大,其与液体的温度、饱和压力无关。1 吨液态甲烷汽化后能 生成 1496Nm 3 气态甲烷, 1 吨中原 LNG汽化后能生成1437Nm 3 天然气。目前国内 LNG的交接 计量通常采用称重法,先用磅秤称出LNG的重量, 然后根据单位质量LNG汽化后的气体体 积数(标态)计算出其相当于多少Nm 3 的天然气。不同温度(饱和压力)下
8、单位质量中原 LNG汽化后的气体体积见表2 和图 4。 单位质量LNG汽化的体积Nm 3 /t 1300 1200 1400 1500 1600 温度 -145 -140 -130 -125 -120 -115 -110 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 压力 MPag -135 5 图 4 单位质量 LNG汽化的体积 -温度关系曲线 9、LNG的汽化潜热 LNG (纯甲烷)的汽化潜热为122Kcal/kg ,LNG的汽化潜热也取决于它的组份,汽化 潜热还是液体温度的函数,温度越高,汽化潜热越小。 10、LNG的热值、辛烷值 热值是表示燃料质量的重要指标之一,可分
9、为高热值和低热值,辛烷值是表示车用燃 料抗爆性的重要指标之一,可分为研究法辛烷值和马达法辛烷值。LNG的热值、辛烷值与 LNG的组分有关,纯甲烷的高热值为37.03MJ/Nm 3, 低热值为33.36MJ/Nm 3,辛烷值 ASTM 为 130(研究法)。中原 LNG的高热值为37.94MJ/Nm 3, 低热值为 34.36kcal/Nm3,辛烷值 ASTM 约为 130(研究法)。 11 毒性 LNG 和天然气是无毒的。 12 气味 LNG蒸气是无气味的。 13、LNG的蒸发特性 当 LNG从已有的压力降低至沸点对应压力以下时,例如流经阀门,部分液体蒸发,同 时温度也将降低到该压力下的新沸点
10、,这种现象称为闪蒸。 闪蒸气的组成与液相的组成有 较大差别,闪蒸气中低沸点组分的比例较多,例如氮的沸点为-196 ,比甲烷沸点 -162 低,比甲烷更易汽化进入气相。有人对储罐中气液两相的组成进行过测定,在液相中氮的 浓度为 0.3%、甲烷的浓度为87.7%(mol) ,而在气相中氮的浓度达9.7%、甲烷的浓度为 90.3%(mol) ,氮在气相中的浓度为液相中浓度的32 倍。若 LNG压力为 1210 5Pa,温 度为其沸点,估算时可认为压力每降低1kPa,1m3液体由于闪蒸能产生0.4kg 的气体。 这些蒸发气外泄时,由于温度很低,常在-100 左右,气体密度大于空气。从环境吸 热升温后,
11、密度减少。在标准状态下,蒸发气的密度约为空气密度的0.6 倍。 6 14、LNG的泄露特性 发生泄露时, LNG将与环境迅速换热、发生快速相变而汽化, 单位体积的LNG能产生 约 600 倍体积的气体。 LNG泄露至地面上时,最初会猛烈沸腾,然后蒸发速率将迅速衰减 至某个固定值。 如果 LNG泄露至大量的水中,水与LNG之间的热传递速率非常高,LNG将激烈地沸腾 并伴随巨大的爆炸声、喷出水雾, 这种现象称为冷爆炸。如果 LNG泄露至少量的水中, LNG 下面的水就会结成冰,蒸发速率下降至某个固定值。 LNG一旦发生泄漏,最初汽化的气体温度与LNG的温度相同,其密度大于空气的密度。 这样,气体就
12、会首先在地面上形成一个层流,并从环境中吸收热量。 当温度上升到 -113 (对 纯甲烷而言)或 -80(对 LNG而言,由其组份决定)时,它就比周围空气密度小。该气体 空气混合物就会整体上升。对于少量的LNG泄漏,气体云团将很快随空气扩散掉,而对于大 量的泄漏,气体云团的泄漏膨胀及扩散是比较复杂的过程,通常得应用计算机模式进行分析 预测。 LNG发生泄漏之后,大气中的水蒸气被冷凝而形成云雾,当这团云雾能看见时,可 以作为蒸发气体移动方向的指南。同时,云雾也可作为气体空气混合物可燃性的指示。 天然气 / 空气云团中天然气的体积浓度达到515% 时,就能被点燃。因为LNG装置一 般都设置在一个围堰
13、中,即使着火,其燃烧范围也可控制在围堰范围内。如果在封闭空间 内着火,就会发生爆炸。 15、LNG的储存 LNG的储存方式 LNG在储罐内会出现分层现象,即密度不同的LNG占有不同的层位。分层的原因可能 是新装入储罐的LNG和残留在储罐内的LNG密度不同,或LNG中氮含量较高(如3% ) , 对流使氮组分移动至储罐液体表层,形成含氮量高的液体表层。储罐受热产生的自然对流 又力求使罐内LNG密度均匀,这就产生了所谓的“翻滚”现象。翻滚使LNG在短时间内产 生大量蒸气,导致储罐压力增高,有时造成安全阀开启。经验说明,控制LNG的含氮量使 之不超过 1% 是防止罐内 LNG翻滚的有效措施,此外还应采
14、取措施使罐内液体混合均匀。 7 翻滚现象可通过优良的储存管理克服。来自不同工厂的LNG组份各不相同,应考虑 分别贮存在不同的罐里,如果条件不允许,则需在罐充装时对它们进行充分的混合。LNG 罐中 N2的含量高, 也可导致在罐充装间歇后产生翻滚,经验表明, 这种类型的翻滚可通过 将 LNG中 N2的含量保持在1% 以下以及密切监控汽化率来控制。 16、低温容器的蒸发率 低温容器的蒸发率是指在标准状态(101.3kPa,0 )下,储存适量的低温液体,在达 到热平衡后的蒸发速率。一般以24hr 计,故又称日蒸发率,它指一天(24hr )内蒸发的 数量与储液容器的公称容器之比。目前常用于测量低温容器蒸
15、发率的有称重法和蒸气流量 测量法两种。 17、LNG的安全特性 对 LNG也许会有许多错误的观点,事实上LNG是非常安全的燃料,这主要表现在以 下几个方面: LNG的燃点为650,比汽、柴油的燃点高,点火能也高于汽柴油,所以比 汽柴油更难点燃; LNG的爆炸极限为4.7 15% ,-106.7 以上的 LNG蒸汽比空气轻,因而 稍有泄漏立即挥发飞散,很难形成遇火燃烧爆炸的浓度。无论是 LNG还是它的蒸汽都不会 在一个不封闭的环境下爆炸。 从 LNG的基本特性可以看出,LNG 的潜在危险主要来源于以下三个方面:(1) 在大气压 力下 ,LNG 的沸腾温度约为 -160 , 在这一温度下 , 其蒸
16、气密度高于周围空气的密度;(2) 少 量的液体可转换为大量的气体,1 个体积的 LNG液体大约可转换为600 个体积的气体 ;(3) 天然气与空气混合时, 其体积浓度为515% 时是易燃易爆的。 LNG是一种易燃物品,安全生产始终应放在首要地位。在大气环境下,与空气混合 时,天然气体积浓度在515% 范围内是可燃的。 LNG失火时,火焰表面的辐射功率很高, 应防止消防人员灼伤。可以用高膨胀泡沫材料或泡沫玻璃块覆盖着火表面,降低火焰的辐 射作用。推荐用干粉(最好是碳酸钙)灭火器处理LNG火灾,不能用水灭火。水只能用于 冷却火灾周围的建、构筑物及泡沫的产生。 LNG又是极易汽化并且汽化后体积急剧增
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