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,天然气在能源中的地位天然气作为一种安全、清洁、高效、蕴藏丰富的低碳能源,是国际上现代化城市的主要能源。
2040年天然气在全球能源消费结构中所占比例有可能达到51%,超过石油成为世界第一大能源。
历史上,每次能源革命都得益于能源利用技术的进步。
近年来世界能源发展体现了高效、清洁、使用方便和环境保护的特点,燃气蒸汽联合循环技术等天然气利用技术的逐步发展成熟,带动了天然气产业的迅速发展。
环境问题使天然气成为最重要的能源选择之一。
天然气是石油的重要替代能源之一。
我国是世界上最早使用管道输送天然气的国家之一。
1600年左右,竹管输气已有很大发展。
但第一条现代意义的输气管道是l963年在四川建成的管径426mm、长度55km的巴渝管线。
从全世界来看18世纪以前主要是用木竹管道输送,1880年首次出现蒸汽机驱动的压气机,19世纪90年代钢管出现后,管道运输进入工业性发展阶段。
到20世纪80年代,全世界的输气管道约近90万km。
美国、西欧、加拿大及前苏联国家均建成了规模较大的输气管网甚至跨国输气管道。
输气管道系统主要由矿场集气管网、干线输气管道(网)、城市配气管网以及与此相关的站、场等设备组成。
这些设备从气田的井口装置开始,经矿场集气、净化及干线输送,再经配气管网送到用户,形成一个统一的、密闭的输气系统。
管道输气工艺管道输气工艺是指实现天然气管道输送的技术和方法,即根据气源条件及天然气成分,确定输气方式、流程和运行方案;确定管材、管径、设备、沿线设站的类型及站距等。
早期的天然气管道输送,全靠气井的自然压力,而且天然气在输送过程中不经过处理直接进入管道。
现代天然气管道输送则普遍采用压气机提供压力能,对所输送的天然气的质量也有严格的要求。
输气管道沿线各压气站与管道串联构成统一的密闭输气系统,任何一个压气站工作参数发生改变都会影响全线。
因此,必须采取措施统一协调全系统各站的输量和压力,如调节各站原动机的转速,改变压气机工作特性和采用局部回流循环等,以保持压气机出口压力处于定值,并保障管道、管件和设备处于安全运行状态。
管道生产管理概述管道生产管理是指管道运行过程中利用技术手段对管道运输实行统一指挥和调度,以保证管道在最优化状态下长期安全而平稳地运行,从而获得最佳经济效益的生产组织工作。
它包括管道输送计划管理、管道输送技术管理、管道输送设备管理和管道线路管理,前两项又统称管道运行管理,是生产管理的中心。
管道输送计划管理是指根据管道所承担的运输任务和管道设备状况编制合理的运行计划,以便有计划地运行生产。
管道输送计划管理首先是编制管道输送的年度计划,根据年度计划安排管道输送的月计划、批次计划、周期计划等。
然后,根据这些计划安排管道全线的运行计划,编制管道站、库的输入和输出计划,以及分输或配气计划。
管道输送技术管理是指根据管道输送的货物特性,确定输送方式、工艺流程和管道运行的基本参数等,以实现管道生产最优化。
管道输送技术管理的内容包括随时检测管道运行状况参数,分析输送条件的变化,采取各种适当的控制和调节措施调整运行参数,以充分发挥输送设备的效能,尽可能地减少能耗。
对输送过程中出现的技术问题,要随时予以解决或提出来研究。
管道输送设备管理是指对管道站、库的设备进行维护和修理,以保证管道的正常运行。
管理的内容主要包括:
对设备状况进行分级,并进行登记;记录各种设备的运行状况;制定设备日常维修和大修计划;改造和更新陈旧、低效能的设备;维护在线设备。
管道线路管理是指对管道线路进行管理,以防止线路受到自然灾害或其他因素的破坏管理内容主要包括:
日常的巡线检查;线路构筑物和穿越、跨越工程设施的维修;管道防腐层的检漏和维修;管道的渗漏检查和维修;清管作业和管道沿线的放气、排液作业;管道线路设备的改造和更换;管道线路的抗震管理等;,管道运输的发展趋势目前输气管道运输正朝大口径(1400mm以上)、高压力方向发展,并不断研制采用新材料、新技术、新工艺。
国外研究的新技术还包括新的输气工艺。
目前国内采用的大部分是微波、光纤等通讯技术。
西气东输一线示意图,获得同等热值的前提下,煤炭与天然气排放的灰粉的148:
1,排放二氧化硫比例为700:
1,排放氮氧化物的比例为29:
1。
天然气煤气价格比2.31热植比2.51,天然气基础知识燃气的定义燃气是由多种气体组成的混合气体。
由于生产所用的原料不同及生产工艺不同,各种燃气的组成也不相同。
燃气主要由低级烃(甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯、丁烯),氢气和一氧化碳等可燃组分,以及氨、硫化物、水蒸气、焦油、萘和灰尘等杂质所组成。
燃气的分类燃气可分为天然气、液化石油气、人工煤气、沼气等。
天然气一般可分为气田气、油田伴生气、凝析气田气、煤层气、矿井气。
人工煤气可分为:
固体燃料干馏煤气、固体燃料气化煤气、油制气等。
国内作为城市燃气的有天然气、液化石油气、人工煤气。
天然气(NaturalGas)气田气:
从地下开采出来的气田气为纯天然气。
石油伴生气:
伴随石油开采一块出来的气体称为石油伴生气。
凝析气田气:
含石油轻质馏分的气体。
为方便运输,天然气经过加工还可形成。
煤层气:
从井下煤层抽出的矿井气。
矿井气:
开采煤炭、盐等矿产时采集的体称为矿井气。
燃气的爆炸极限当空气中含有燃气浓度增加到不能引起爆炸的浓度点称为爆炸上限;当空气中含有燃气浓度减少到不能引起爆炸的浓度点称为爆炸下限。
爆炸极限范围之外,因为燃烧产生的热量不足以弥补散失的热量,无法维持继续燃烧。
天然气的爆炸极限是515%;液化石油气的爆炸极限是1.59.5%。
城镇燃气的加臭一般情况下,城镇燃气是无色无味、易燃易爆的气体。
在燃气泄露时,为了易于被人们发现,要求对燃气进行加臭。
常用的加臭剂有乙硫醇、四氢噻酚等。
城镇燃气的加臭标准:
空气中的可燃气体浓度达到爆炸下限的20%前能被查觉;含有毒性气体成分的城镇燃气,空气中的毒性气体浓度达到使人中毒下限的20%前能被查觉。
加臭剂的要求气味要强烈、独特、有刺激性,还应该持久且不易被其他气味所掩盖;加臭剂及其燃烧产物对人体无害;不腐蚀管线及设备;沸点不高且易于挥发,在运行条件下有足够的蒸气压;其蒸汽不溶于水和凝析液,不与燃气组分发生反应,不易被土壤吸收;价廉而不稀缺。
经常使用的加臭剂是四氢噻吩(THT)、乙硫醇(C2H5SH)、三丁基硫醇(TBM)等。
天然气的主要成分:
天然气的主要成分以饱和烃为主,主要是甲烷,乙烷、丙烷、丁烷、戊烷含量不多,庚烷以上含量极少。
另外还有少量非烃类气体一氧化碳、二氧化碳、氮气、氢气、硫化氢、水蒸气及微量的惰性气体氦(He)、氩(Ar)。
天然气的沸点:
沸点是指101,325Pa压力下液体沸腾时的温度。
天然气中主要成分甲烷的沸点是-162.6oC。
天然气的沸点是-162.49oC。
由于天然气的沸点很低,天然气很难被液化。
天然气一般以气态储存和运输。
液化天然气:
天然气在1标准大气压下,冷却至约-162时,天然气由气态转变成液态,称为液化天然气(LiquefiedNaturalGas,缩写为LNG)。
LNG无色、无味、无毒且无腐蚀性,其体积约为同量气态天然气体积的1/600,LNG的重量仅为同体积水的45%左右。
液化天然气流程图,CNG运输车,压缩天然气:
压缩天然气(CompressedNaturalGas,简称CNG)是天然气加压到20MPa以上并以气态储存在容器中。
CNG与管道天然气的组分相同。
CNG可作为车辆燃料使用,以CNG为燃料的车辆叫做NGV(NaturalGasVehicle)。
燃气的燃烧:
一些物质与氧气强烈氧化后发出大量光和热的现象叫燃烧。
燃气燃烧应具备的三个条件:
(1)有可能与空气中的氧和氧化剂起强烈反应的物质,即可燃烧物,如H2,CH4,CO等。
(2)有能帮助和支持燃烧的物质,如氧气。
(3)有能导致燃烧的火源和温度。
燃气的闪点,着火点,自燃点:
(1)在一定温度下,当火焰接触到燃气与空气的混合物时,即闪出火花。
这种短暂的燃烧现象叫闪燃,能够维持闪燃的最低温度叫闪点。
(2)着火点:
又称燃点。
燃烧温度超过闪点温度时,能维持连续燃烧的最低温度。
(3)自然点:
混合气体在没有外界火源的条件下自行燃烧的最低温度。
第一章天然气输送工艺,天然气管道输送:
天然气从气井开采出来以后,经过矿场集输管道集中到净化厂处理后,由长输管道输送至城市管网,供给工业和民用的用户。
由气井到用户,天然气都在密闭的状态下输送,形成一个输气系统。
长输管道是连接气田净化处理厂与城市之间的干线输气管道,它具有输气量大,压力高,运距长的特点。
输气管道由输气站场,干线线路工程及其附属设施组成,根据用户情况和管线距离条件,输气管道设有压气站,分输站,计量站及清管站,通过分输站或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。
首站是输气干线的起点,它接受气田处理场来的天然气,经过升压,计量后输往下一站。
在气田开发初期,地层压力较高而输气量较小,当地层压力足以输气至下一站时,首站不设压缩机组。
输气过程中沿程压力不断下降,一定距离后需设中间压气站增压。
末站为终点配气站,将天然气计量,调压后供给城市配气管网及广大用户,由于一天、一月和一年内天然气的消费量有很大的不均衡性,特别城市居民用气量。
而干线的输量却应维持在其设计输量范围附近才能安全,经济运营。
为了季节性调峰的需要,常在大城市附近设有储气库,夏季天然气供气过剩时,管道向储气库供气,冬季供气高峰时,再抽出补充供气。
长距离输气干线连接由多个地下储气库及一系列输入、输出支线,形成统一的供气系统。
国外天然气管道有近120年的历史,二十世纪七、八十年代是全球输气管道建设高峰时期,世界上几条最著名的输气管道都是在这一时期建成的。
北美、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,全球输气管道总长超过120万公里,其中直径1米以上的管道超过12万公里。
1963年,我国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,我国输气管道开始进入快速发展阶段,近几年已建成陕京输气管道,涩北-西宁-兰州输气管道,西气东输输气管道,陕京二线输气管道等重要管道。
第二章天然气的物性1天然气的组成天然气是一种多组分的混合气体,主要成分是可燃烃类气体,包括甲烷,乙烷,丙烷,丁烷等,其中甲烷占绝对优势。
例如:
四川气田天然气甲烷含量不低于90%,陕甘宁气田则达95%左右。
此外可能含有少量二氧化碳,硫化氢,氮气,水蒸汽以及少量的氦,氖,氩等气体。
2天然气的可燃烧性限性和爆炸性限可燃气体与空气混合,对于敞口系统,遇到明火进行稳定燃烧。
可燃气体在混合气体中的最低浓度称可燃下限,最高浓度称可燃上限。
可燃上限和可燃下限的浓度范围称可燃性界限。
可燃气体与空气的混合物,在封闭系统中遇到明火可发生剧烈燃烧,即发生爆炸。
最低浓度称爆炸下限,最高浓度称爆炸上限。
两者的之间的范围称爆炸限。
3天然气输送过程中的节流效应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,使压力降低,这种现象称为节流。
如果在节流过程中气体与外界没有热量交换,就称为绝热节流。
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气然往往含有砂和混入的铁锈等固体物质,以及水蒸汽,硫化物和二氧化碳等有害物。
砂和铁等尘粒随气流运动,磨损压缩机,管道和仪表部件,甚至造成破坏,有时沉积在某些部位,影响输气正常运行,水积聚在管道低洼处,减少管道输气面积,增加输气阻力。
水在管壁上形成水膜,遇到酸性气体形成酸性水溶液,对管内壁腐蚀极为严重,是造成管道破坏的主要原因,水在一定温度和条件下还能和天然气中的某些组分生成冰雪状水合物,造成管路冰阻。
净化的指标和要求的目的目前各国不同,2天然气的净化除尘和分离天然气输送系统中的液体和固体主要来自三方面:
(1)采气时井下带来的凝析油,凝析水,岩屑粉尘;
(2)管道施工时留下的赃物和焊渣;(3)管内的锈屑和腐蚀产物。
为减少粉尘和防止仪表、调压阀的指挥机构等因为堵塞失灵,常采取措施:
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