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第一篇 　输气工艺基础知识天然气是一种易燃易爆的混合气体，其主要成分为甲烷在进入长输管道输送之前，必须对天然气进行脱水、脱硫等净化处理，以达到管输和下游用户的需求.在管道运行期间，需要进行清管、天然气加压、储存等工作，并应做好工艺设备、仪表、自控、计量、电气、通讯、线路、防腐等各专业的设备和设施的检查、维护工作，以确保输气管道安全、平稳运行.本篇主要介绍天然气的物性与净化、清管工艺、压缩机、地下储气库以及液化天然气（LNG)第一章 天然气输送简介1　天然气输送方式正常状态下的天然气以气体状态存在于自然界中,对于气态物质而言，管道输送是最有效的输送方式自从天然气被开采利用以来，一直是利用管道从开采地输送到用户由于天然气的广泛使用以及开采地与用户距离越来越远,有的甚至要越洋过海才能将天然气送到用户，这样就给管道建造带来了极大的困难2０世纪70年代以后，由于深冷技术的发展，天然气的液化输送得以实现，这就是把天然气在低温和一定压力下变成液体，然后用特殊的船舶或槽车进行运输因此，到目前为止,大量的天然气的主要运输方式有两种,即管道运输和液化气船(车）运输从运输的地理环境分，天然气运输又可分为陆上运输和水路运输。

陆上运输主要采用管道运输,这是最大量、最普遍的运输方式;此外,也采用压缩天然气槽罐车运输，这是少量的、短距离的运输压缩天然气并无严格的定义,通常指高压的天然气（最高压力达2５MPa)陆上运输还可以采用液化运输方式天然气水路运输主要指海路运输,有两种运输方式：（1） 液化气船运,这是长距离海路运输的主要方式，如从中东、东南亚运送到欧洲、亚洲各地均用此方式；（2） 海底管道，这是海上气田和近海大陆架气田输送到陆上的最主要方式，如我国从崖－13气田到香港、从东海春晓气田到上海等天然气管道可分为矿场集输管道、长输管道和城市输配管网本书主要介绍天然气长输管道和城市输配管网的各种技术 天然气长距离管道输送2.１ 天然气长输管道的概念和特点天然气从地层开采出来，经过矿场集输管道集中输送到净化厂处理后,由长输管道输送至城市管网,供给工业用户或民用由气井至用户，天然气都在密闭状态下输送，形成一个输送系统天然气长输管道是连接气田净化处理厂与城市门站之间的干线输气管道.它在我国压力管道分类中属GA类,它的设计应遵循国标《输气管道工程设计规范》（GB5０２51)天然气长输管道具有口径大、压力高、输气量大、运距长等特点。

以西气东输管道为例,从新疆轮南至上海市，全长4００0多公里,管径Φ1０１6mm,最高设计输送压力１0ＭPａ,年设计输量１２0亿立方米,相当于我国目前天然气总输量的４０%左右.2.2 天然气长输管道的组成和功能输气管道工程由输气管道、输气站场、管道穿(跨)越及辅助生产设施组成根据用户情况和管线距离,输气管道设有压气站、分输站、计量站及清管站等,通过分输站（计量站）将天然气调压后输往城镇配气管网或直接输往用户输气首站是输气管道的起点站,一般具有分离、调压、计量、清管等功能.它接受气田净化厂来气，经过升压、计量后输往下一站在气田开发初期，由于地层压力较高而输气量较小，地层压力足以输送至下一站，因此,首站一般不设压缩机组 输气过程中沿程压力会不断下降,为了提高输气量,必须在一定距离后设置中间压气站增压输气末站为输气管道的终点站，一般具有分离、调压、计量、清管、配气等功能.输气末站将天然气计量、调压后供给城市配气管网及大工业用户为满足沿线地区用气,常在中间压气站或分输站引出支线分输,也可以接受其它气田(或管道）的进气.　天然气的消耗在一天、一个月或一年之内有很大的不均衡性,特别是城市居民用气量更是如此,如北京市日高峰用气量是低谷用气量的几倍至十几倍。

而干线的输量应维持在其设计输量范围附近才能安全、经济地运营.为了季节性调峰的需要，常在大城市附近设有储气库,夏季天然气供应过剩时，管道向储气库注气，冬季用气高峰时，再采出用以调峰.长距离输气干线和一个或多个地下储气库及一系列输入、输出支线，形成一个统一的供气系统2.3 天然气长输管道的发展国外天然气管道有近120年的发展历史.二十世纪七、八十年代是全球输气管道建设高峰期,世界上几条最著名的输气管道几乎都是这一时期建成的北美、俄罗斯、欧洲天然气管道已形成地区性、全国性乃至跨国性大型供气系统目前，全球输气管道总长度超过１40万公里，其中直径1米以上的管道超过12万公里　1963年,我国建成第一条现代输气管线—巴渝线.到２0世纪80年代中期,我国输气管道主要分布在川渝地区从上世纪末开始，我国输气管道建设进入快速发展阶段，近年已建成陕京输气管道（见图１-1．1)、涩北—西宁-兰州输气管道、西气东输管道、忠县—武汉输气管道、陕京二线输气管道等重要管道 / 榆林压气站府谷压气站应县压气站灵丘压气站二站村阀室琉璃河站永清站通州站小卞庄站大港站储气库储气库北京市天津市沧化、沧淄线天津市河北省燕山石化大同市进气进气靖边站朔州分输站朔州市石景山站图1—1．１ 　陕京一线输气管道结构图第二章 天然气的物性　１.天然气的特点与组成 石油工业中称采自气田或凝析气田的可燃气体为天然气，又称气田气；在油田中与石油一起开采出来的可燃气体称为石油伴生气.含硫化氢的天然气略带臭鸡蛋味,石油伴生气带汽油味.天然气一般无色，比空气轻,其相对密度一般为0．58~0。

6２，石油伴生气为0．7~０.８５天然气是一种易燃易爆混合性气体，与空气混合后，在空气中浓度达到5％～１5％时，遇到火源会发生燃烧或爆炸天然气的主要成分为烷烃气体，烷烃气体本身无毒，若含有硫化氢，则对人体有毒害性;如天然气未完全燃烧，会产生一氧化碳等有毒气体.我国管道天然气经过净化处理后，含硫量已大大降低,符合国家卫生环保标准,因此，我国管道天然气的毒害性极小.天然气是一种多组分的混合气体，主要成份包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等，其中甲烷含量占绝对比例例如我国四川气田天然气甲烷含量一般不低于90％,而陕甘宁气田则达9５%左右.此外，天然气中还含有少量二氧化碳、硫化氢、氮气、水蒸气以及微量的氦、氖、氩等气体.在标准状况下,甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液态　2.天然气的热值 天然气作为燃料使用,热值是一项重要的经济指标天然气的热值是指单位数量的天然气完全燃烧所放出的热量天然气主要组分烃类由炭和氢构成，氢在燃烧时生成水并被汽化，由液态变为气态，于是一部分燃料热能消耗于水的汽化消耗于水的汽化的热叫汽化热(或蒸汽潜热)将汽化热计算在内的热值叫高热值（全热值）,不计汽化的热值叫低热值(净热值)。

由于天然气燃烧的汽化热无法利用,工程上通常使用低热值即净热值３．天然气的可燃性限和爆炸极限 可燃气体与空气混合（空气中的氧为助燃物质）,遇到火源,可以发生燃烧或爆炸 可燃气体与空气的混合物，对于敞开系统,遇明火进行稳定燃烧.可燃气体与空气的混合物进行稳定燃烧时，其可燃气体在混合气体中的最低浓度称为可燃下限，最高浓度称为可燃上限，可燃上限与可燃下限之间的浓度范围，称之可燃性界限，即可燃性限 可燃气体与空气的混合物，在封闭系统中遇明火可以发生剧烈燃烧，即发生爆炸 可燃气体与空气的混合物，在封闭系统中遇明火发生爆炸时，其可燃气在混合气体中的最低浓度称为爆炸下限，最高浓度称为爆炸上限，爆炸下限与爆炸上限之间的可燃烧气体浓度范围,称为爆炸极限 有的可燃气体的可燃性限与爆炸极限是一致的,有的可燃气体的爆炸限只是可燃性限内的更小浓度范围一般情况下，可将爆炸极限与可燃性限混用，即用可燃烧性限代替爆炸极限，这对于实际工作是适宜的，有利于安全生产　 压力对于可燃烧气体的爆炸极限有很大影响，例如当压力低于 ６6６5 帕时，天然气与空气的混合物，遇明火不会发生爆炸;而在常温常压下,天然气的爆炸限为 ５%~15％.随着压力的升高，爆炸极限急剧上升,压力为 1。

5×１07帕时,天然气的爆炸上限为　5８％ ４.天然气输送过程中的节流效应假如降低气体的压力而不释放气体的能量，而且气体是理想的，状态是绝热的，那么系统的总能量保持不变也就是说，状态变化属于等焓变化，气体的温度也保持不变然而假如上述变化的气体是真实气体，那么其容积变化将不同于理想气体的情况,其内能和温度将发生变化如图　1—21 所示,气体在流道中经过突然缩小的断面（如管道上的针形阀、孔板等）,产生强烈的涡流，使压力下降，这种现象称为节流.如果在节流过程中气体与外界没有热交换,就称为绝热节流.图1—２.1 绝热节流效应示意图节流过程是不可逆过程，在过程中流体处于非平衡状态，没有确定的状态参数.但可以研究节流前流体处于平衡状态的情况.例如离节流足够远的两个截面1、2处，那里的气体已为平衡状态：压力 P1＞P2;比容v1＜v２；流速w１〈ｗ２节流以后，流速增大,但总的来说，动能变化不大，可近似认为节流前后气体的焓不变,即ｈ1= ｈ２真实气体的焓不但与温度有关，也与压力有关所以对于真实气体,节流以后压力下降，通常也造成温度下降,这称为节流的正效应当气体节流前的温度超过最大转变温度（约为临界温度的 4．85～6。

2）时,节流后压力下降,会造成温度上升,这称为节流负效应节流效应又称为焦耳—汤姆逊效应温度下降的数值与压力下降数值的比值称为节流效应系数，又称焦耳-汤姆逊效应系数.第三章 天然气的输送要求及天然气的净化1.天然气的输送要求 从地层中开采出来的天然气往往含有砂和混入的铁锈等固体杂质，以及水、水蒸气、 硫化物和二氧化碳等有害物质. 砂、铁等尘粒随气流运动,磨损压缩机、管道和仪表的部件，甚至造成破坏有时还会积聚在某些部位，影响输气的正常进行.水积聚在管道低洼处，减少管道输气截面，增加输气阻力水还能在管内壁上形成一层水膜,遇酸性气体（Ｈ2S、CO2)）等形成酸性水溶液,对管内壁形成腐蚀，是造成输气管道破坏的重要原因之一水在一定温度和压力条件下还能和天然气中的某些组分生成冰雪状水合物(如ＣH４·６H2Ｏ等），造成管道冰堵天然气中的硫化物分为无机的和有机的两种无机的主要为硫化氢,有机的主要是二硫化碳(ＣS2)、硫氧化碳(COS）等硫化氢及其燃烧产物二氧化硫(SO2）都具有强烈的刺鼻气味,对眼粘膜和呼吸道有破坏作用空气中硫化氢含量大于910mｇ／m３（约0.06％体积比）时,人呼吸1小时就会严重中毒.当空气中含有0．０５％体积比二氧化硫时，呼吸短时间就会有生命危险。

硫化氢和二氧化硫还是一种腐蚀剂,尤其有水存在时更是如此.含有硫化物的天然气作为化工原料,很容易造成催化剂中毒,使生产无法进行，生产的产品质量也无法保证另一方面,天然气中的硫化氢又是制造硫、硫酸、化肥的重要原料,不应让它混在天然气中白白浪费掉因此，天然气进入输气干线之前必须净化，除去尘粒、凝析液、水及其它有害组分 目前，净化的指标和要求各国有所不同北美地区输气管网大致要求为：每标准立方米气体，含水量不超过　9５～12５mg;硫化氢含量不超过 2.３~5.8mg；有机硫含量不超过２50mg；二氧化碳含量,视热值不同而要求允许含量为 2～5％(体积比)西欧地区,如德国和法国要求较严,硫化氢含量不得超过 1.5~ 2ｍg／m3 ;含水量,德国要求低于 80ｍg/ m３,法国要求低于58 mg/　m3我国要求有机硫总含量不超过200mg/　m3；硫化氢含量不得超过20 ｍｇ/ ｍ3；二氧化碳含量不得超过3%；水露点在最高操作压力下应比最低输送环境温度低５℃.上述要求都是对管道输气而言，从中可以看出：（1)对硫化氢的限制远比生活用气的卫生标准高得多，硫化氢含量大都在1５～。