LNG基础知识要点.docx

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LNG基础知识要点

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（Liquefiednaturalgas）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PROCESSⅡ等。

表1LNG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

ARZEWGL2L

印尼

BADAK

马来

西亚

文莱

阿布

扎伊

利比

亚

中原

油田

组份mol%

N2

0.1

0.85

0.35

0.05

0.45

0.05

0.20

0.80

0.30

CH4

99.8

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

C3H8

1.50

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

iC4H10

0.25

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/m3

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

616

604

606

614

606

608

599

595

高热值J/Nm3

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Nm3/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430～470kg/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。

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1～2×105Pa，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5～15%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4.7～15%，-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5～15%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5～15%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。

进入可能含天然气区域的人员应佩带面罩、护目镜、防护服和手套等。

18、LNG冷灼伤的危害

与LNG、低温蒸气、低温管线及设备接触对皮肤可造成类似于烧伤的水泡伤害。

LNG汽化后的气体仍然是绝对的低温，会灼伤象眼睛等敏感组织。

身体未被保护的部分不允许与未保冷的LNG管线或容器接触，低温金属会将它们粘附住，如试图拿下，则会导致皮肉撕裂。

19、长时间暴露在低温蒸气和气体中的危害?

长时间暴露在低温蒸气和气体中会导致冻伤，局部疼痛表明有冻伤产生，但有时在无痛的情况下也会产生冻伤。

因此，在没有良好防护的情况下不要进入低温气体中。

对于设备及构件，也尽量避免直接与低温蒸汽接触，以防脆裂。

20、低温麻醉的处理

在10℃时就会有低温麻醉危险产生。

由于低温麻醉受到影响的人员应立即从低温环境中转移，并用温水（40-42℃）浴。

不可使用干热来采暖。

21、LNG设施工作人员的穿戴劳保服装

与LNG接触时，应戴上合适的面罩或护目镜，与低温液体或气体接触，必须一直戴上皮手套，手套要宽松一点，便于液体喷溅到上面快速脱下，即使戴着手套，也只能与低温设备接触一小会儿。

应穿工装裤或类似的工作服，最好没有口袋或翻卷部分。

裤子应套穿在靴子的外面，如果工作服上粘上了低温液体或蒸气，在工作人员进入密闭空间之前，应对工作服进行通风。

22窒息

虽然LNG蒸气没有毒性，但其中的氧含量较低，易使人窒息。

如果吸入纯的LNG蒸气而不迅速撤离，很快就会失去知觉，几分钟就可致人死亡。

通常情况下，空气中氧的体积含量为20.9%，大气中氧的含量低于18%则有窒息性，对于气体浓度较高的情况，由于缺氧会导致恶心或晕眩，转移后，症状会很快消失。

在进入LNG的某个区域之前，应对大气中氧含量及烃含量进行测量。

即使氧含量结果显示处于不会导致窒息的范围内，在进入区域前，应进行可燃性测试。

23、LNG组份的采样

对LNG的组份采样应注意方式，不能因为蒸发作用的影响，导致对样品分析的错误结论。

最常用的方法是使用一种特别的装置对一小股连续气化的产品进行分析。

另外一种方法是从产品气化器的出口采样，通过气体色谱仪进行分析。

24、LNG的运输方式

LNG的运输有三种方式，即轮船运输、汽车运输、火车运输。

轮船运输用于国际间大宗贸易,一次运量10×104m3以上；汽车运输用于陆地200-1000Km的运输,一次运量一般为10-50m3；火车运输一般采用集装箱，适于陆地长途运输。

25、与LNG直接接触不发生脆裂的金属材料

与LNG直接接触不发生脆裂的金属材料包括不锈钢、镍合金、铝合金、铜及铜合金，不锈钢可用于LNG的储罐、管道及附件、换热器、泵、螺栓螺母；镍合金可用于储罐和螺栓螺母；铝合金可用于储罐和换热器；铜及铜合金可用作密封件。

在工程实际中，含镍9%的不锈钢是应用最广的耐低温材料，常用牌号有0Cr18Ni9Ti和00Cr18Ni9Ti，相当于国外的SS304L和SS304LL。

由于铜、黄铜及铝的熔点低，当LNG出现泄漏并着火时会失效，因此应用不多。

26、与LNG直接接触不发生脆裂的非金属材料

与LNG直接接触不发生脆裂的非金属材料包括混凝土、石棉、玻璃钢环氧树脂、石墨、聚四氟乙稀等。

预应力混凝土可用于建造大型LNG储罐，而聚四氟乙稀是最常用的低温密封材料。

27火灾的预防和保护

LNG蒸气燃烧的条件是火源、可燃物及空气三者同时出现，因此，重要的是要防火。

一般地说，LNG设施区域禁止吸烟和使用明火，防止硬质物体相互碰撞、静电及电器设备可能产生的火花，防止机动车辆尾气中的火花。

在处理LNG失火时，推荐使用干粉（最好是碳酸钾）灭火器。

与处理LNG有关的人员应经过对液体引发的火灾使用干粉灭火器的训练。

高倍数泡沫材料或泡沫玻璃块可用于覆盖LNG池火并能极大地降低其辐射作用。

必须保证水的供应以用于冷却目的，或在设备允许的情况下用于泡沫的产生。

但是水不可用于灭此类火。

28、LNG常用的消防设施

LNG消防设施的作用是扑灭火灾及控制火势、保护未着火的结构和设施。

用于LNG的灭火剂有干粉、CO2及卤代烃、泡沫等。

大型LNG设施中设有喷水系统，用于着火情况下对相邻设施的冷却保护。

水不能用于LNG的灭火，尤其是LNG的池火，用水将使LNG的气化率增大，火焰高度及辐射强度大大增加。

28、LNG安全系统分类

LNG安全系统有两种模式，即消极安全方式和积极安全方式。

消极安全方式是假设事故经常发生,安全系统必须保证工厂中一部分发生事故时，对另一部分没有影响。

因此，这种安全系统是这样考虑的：

（1）不同设施间具有足够的安全距离；

（2）泄漏的LNG用收集槽收集，防止泄漏的LNG蔓延到附近区域。

积极安全方式是采取安装齐全的检测装置和保护装置来保证系统的安全，LNG设施发生任何危险，安全系统可以以多种方式检测到，并发出警报,积极保护系统就会自动起动，采取相应的保护措施。

对于小型的LNG设施，一般采取消极安全系统。

29、安全系统的组成

安全系统用以预防、检测、保护LNG的泄漏。

因此，LNG装置的安全系统也是由预防、检测和保护三个系统组成。

30、如何防止LNG的泄漏?

防止泄漏是通过系统的选择、安装质量控制及制定规范的操作规程来达到的。

对于储罐，防止泄漏的主要方式有：

设置防过量充装系统、设置液位报警装置、经常检查阀门、防止超压等。

对LNG槽车，在管线的每一个独立段上都安装紧急关闭阀。

31、LNG的泄漏检测系统包括哪几个系统?

尽管有保护措施，还是不能避免LNG泄漏以及发生火灾的可能性，这时就要安装检测系统，它包括泄漏检测系统、冷量检测系统、可燃气体检测系统和火焰检测系统。

32、LNG装置的保护系统由哪几部分组成?

LNG装置的保护系统包括冷量保护、气体保护及防火保护。

冷量保护系统是抑制、转移、收集泄漏LNG的消极保护系统，通过防止泄漏的LNG与钢结构和其它设备接触而起到保护作用；气体保护是通过减少LNG与大气的热交换而限制LNG气化的一种消极安全措施；火灾保护可以采取积极保护措施，如冷却水和泡沫系统、干粉灭火系统等，也可采用消极防火系统，通过合理的设备布局，安装收集槽及绝热保护层等起到防火作用。

33、LNG有哪些优点

1）、LNG体积比同质量的天然气小625倍，所以可用汽车轮船很方便地将LNG运到没有天然气的地方使用。

2）、LNG储存效率高，占地少，投资省。

3）、LNG做为优质的车用燃料，与汽油相比，它具有辛烷值高、抗爆性能好、发动机寿命长、燃料费用低、环保性能好等优点。

它可将汽油汽车尾气中HC减少72%，NOx减少39%，CO减少90%，SOx、Pb降为零。

4）、LNG汽化潜热高，汽化过程中的冷量可回收利用。

5）、由于LNG汽化后密度很低，只有空气的60%左右，稍有泄漏立即飞散开来，不致引起爆炸。

6）、由于LNG组分较纯，燃烧完全，燃烧后生成二氧化碳和水，所以它是很好的清洁燃料，有利于保护环境，减少城市污染。

34、LNG的主要用途

1）、做为清洁燃料汽化后供城市居民使用，具有安全、方便、快捷、污染小的特点。

2）、作代用汽车燃料使用。

采用LNG作为汽车发动机燃料，发动机仅需作适当变动，运行又安全可靠，而且噪声低污染小，特别是在排放法规日益严格的今天，以LNG作为燃料的汽车，排气明显改善，尤其是致癌的碳烟微粒。

3）、做为工业气体燃料，用于玻壳厂、工艺玻璃厂、电厂、陶瓷厂等。

4）、做为冷源用于生产速冻食品，以及塑料、橡胶的低温粉碎等，也可用于海水淡化和电缆冷却等。

35、LNG作为车用燃料有哪些优势?

1）、经济：

LNG比汽、柴油便宜30～40%,作为车用燃料具有良好经济效益.

2）、安全：

LNG低压储存压力容器按ASME和DOT标准生产、检验,比CNG汽车安全

3）、环保：

LNG组份纯,燃烧彻底,排放清洁,比燃油车辆减少有害排放90%以上.

4）、适用：

LNG能量密度大,一次充液行驶里程长,适合长途运输的需要.

5）、方便：

LNG充装如同加油一样方便快捷,操作上与加油基本相同.

6）、机动：

LNG易于运输,建设加气站不受天然气管网制约

7）、兼容：

LNG储存效率高,加气站占地少,投资小,无大型动力设备,运行成本低,无噪音，可与加油站合建.

8）、扩展：

LNG可直接汽化为CNG（LCNG）,直接对CNG汽车充气.

各种车用燃料性能比较

CNG

LNG

汽油

柴油

状态

气态

液态

液态

液态

储存压力（MPa）

20～25

0～1.1

常压

常压

储存温度（℃）

常温

-162～-120

常温

常温

密度（kg/l）

0.16～0.2

0.425

0.744

0.855

热值（MJ/l）

8.49～10.83

22.85～23.69

32.61～34.84

35.68～37.63

爆炸极限（%）

5～15

5～15

1.0～7.6

0.5～4.1

着火点（℃）

650

650

427

260

点火能（kJ）

0.29

0.29

0.24

0.24

辛烷值

130

130

90～99

36、天然气液化包括哪几部分?

天然气液化一般包括天然气净化（也称予处理）过程和天然气液化过程两部分组成。

先将原料天然气经过予处理，脱除液化过程中的不利组分（酸性组分、水分、较重烃类及汞等），之后再进入制冷系统的高效换热器不断降温，并将丁烷、丙烷、乙烷等逐级冷却分离，最后在常压下使温度降到-162℃左右，即可得到LNG产品。

将LNG送入保冷良好的绝热容器，可以在常压下储存、运输、使用。

37、天然气液化的实质及核心是什么?

天然气液化的实质就是通过换热不断从天然气中取走热量最后达到液化的过程。

因此天然气液化过程的核心则是制冷系统。

38、天然气液化前为何要进行予处理?

因为天然气中含有CO2、H2O、H2S、COS、Hg、芳香族化合物及其它重烃等杂质，这些杂质如果不在进液化单元前除去，就会在液化单元凝结成固体，或者腐蚀铝制设备，从而造成设备、管道堵塞或铝制设备泄漏，因而天然气液化前要进行予处理。

一般来说，CO2的含量应低于50PPm，H2O的含量应低于1PPm，H2S应低于3.5PPm，COS应低于1PPm，Hg应低于0.01mmg/l,芳香族化合物应低于10PPm。

39、天然气液化工艺分哪几种?

LNG液化工艺一般分以下三种：

一是经典阶式制冷循环工艺，二是混合冷冻制冷循环工艺，三是膨胀机制冷循环工艺。

40、国外LNG发展情况如何?

LNG是天然气资源应用的一种重要形式，目前LNG占国际天然气贸易量的25%，至今已达11040万吨/年（折合1490亿立方米天然气）。

LNG主要产地分布在印度尼西亚、马来西亚、澳大利亚、阿尔及利亚、文莱等地，消费国主要是日本、法国、西班牙、美国、韩国和我国台湾省等。

LNG自六十年代开始应用以来，年产量平均以23%的速度持续增加，进入90年代后，由于供需基本平衡、海湾战争等因素影响，LNG每年以6～8%的速度递增，这个速度仍高于同期其它能源的增长速度。

41、国内LNG概况如何?

国内LNG产业起步于九十年代，先后有上海LNG调峰站和中原油田LNG工厂投产，一批与中原LNG相配套的LNG应用工程也在相继投入运行.而一批规模更大的LNG工厂和广东、福建、青岛等进口LNG终端都在紧锣密鼓地筹建或规划之中。

因此可以预见，在未来数年内LNG将广泛应用于我国国民经济的各个领域。