《LNG基础知识》

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LNGLNG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%N20.10.850.350.050.450.050.200.800.30CH499.891.587.490.091.189.486.083.095.88C2H60.15.648.65.406.656.3011.8011.553.36C3H81.502.43.151.252.901.803.900.34nC4H100.250.51.350.541.300.200.400.05iC4H100.250.730.300.05C5+0.010.020.050.010.050.050.02温度-160-160-160-160-160-160-160-160-146密度Kg/m3液体421451466462451463464479414气体0.670.730.770.760.730.760.760.800.70气液体积比629616604606614606608599595高热值J/Nm336.841.941.441.739.841.641.342.937.9单位质量LNG汽化的体积Nm3 /t149313651297131113621309131012501437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/m3，甲烷含量越高，密度越小。密度还是液体温度的函数，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。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633。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1496Nm3气态甲烷，1吨中原LNG汽化后能生成1437Nm3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Nm3的天然气。不同温度（饱和压力）下单位质量中原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Nm3 /t13001200140015001600温度-145-140-130-125-120-115-1100.20.40.60.81.01.21.41.6压力MPag-135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/Nm3, 低热值为33.36MJ/Nm3，辛烷值ASTM为130（研究法）。中原LNG的高热值为37.94MJ/Nm3, 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，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12×105Pa，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，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。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，此外还应采取措施使罐内液体混合均匀。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4.715%，-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大的液体，任何装有LNG的封闭容器和管道应有泄压阀，以防超压。 在有可能存在天然气的场合，应测量空气中氧含量及烃含量，氧含量小于18%会使人窒息。进入可