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        油氣常識

        天然氣相關知識

        添加時間:2013-01-04 14:11:50  瀏覽次數: 次  :

        一、天然氣綜述:
        Ⅰ、天然氣概述:
        天然氣是指在地表以下、孔隙性地層中天然存在的烴類和非烴類混合物,通常所稱的天然氣只指貯存于地層較深部的一種富含碳氫化合物的可燃氣體。
        Ⅱ、天然氣的主要性質:
        ①相對密度低 天然氣是一種相對密度低的無色氣體,其相對密度為0.6-0.7,因此比空氣輕。
        ②可燃性 天然氣是一種可燃氣體,且發熱量高和含碳量低,其熱值為37260千焦耳/立方米,正是此性質,人們把天然氣作為清潔、高效的燃料來使用。
        ③可壓縮性 在高溫高壓的地層條件下,天然氣的體積被壓縮。在地面條件下,天然氣體積大約是儲層條件下體積的200-240倍左右。
        Ⅲ、天然氣的優點:
        天然氣是較為安全的燃氣之一,它不含一氧化碳 ,無毒,由其相對密度低的特性,一旦泄露,向上擴散,不易積聚形成爆炸性氣體,安全性較高。采用天然氣作為能源,可減少煤和石油的用量,因而大大改善環境污染問題;天然氣作為一種清潔能源,能減少二氧化硫和粉塵排放量近100%,減少二氧化碳排放量60%和氮氧化合物排放量50%,并有助于減少酸雨形成,舒緩地球溫室效應,從根本上改善環境質量。天然氣與人工煤氣相比,同比熱值價格相當,并且天然氣清潔干凈,延長灶具的使用壽命,也有利于用戶減少維修費用的支出。
        Ⅳ、天然氣的不足:
        由于天然氣產業屬于新興產業,很難打破幾十年的原煤能源結構,加上天然氣開采與儲運技術的不足,難以形成大規模的天然氣開采,燃氣價格相對于煤能源較高,但天然氣技術的迅速發展,很快能補充不足之處,形成新的廉價能源產業結構。
        Ⅴ、天然氣分類:
        (1)按油氣藏分類:
        ①氣田氣 在開采過程中沒有或只有較少天然氣汽油凝析出來的天然氣。其特點:該天然氣在氣藏中,烴類以單項存在,天然氣中甲烷含量較高(約80%-90%),而戊烷以上烴類組分含量很少,開采過程中一般沒有凝析油同時采出。
        ②凝析氣田氣 在開采過程中有較多天然氣汽油凝析出來的天然氣。其特點:天然氣戊烷以上烴類組分含量較多,在開采中沒有較重組分的原油同時采出,只有凝析油同時采出。
        ③油田伴生氣 在開采過程中與液體石油一起開采出來的天然氣。其特點:天然氣在氣藏中,烴類以液相或氣相兩相共存,采油時與石油同時被采出,天然氣中重烴組分較多。
        注:凝析油是指從凝析氣田或者油田伴生天然氣凝析出來的液相組分,又稱天然汽油。其主要成分是C5至C11+烴類的混合物,并含有少量的大于C8的烴類以及二氧化硫、噻吩類、硫醇類、硫醚類和多硫化物等雜質,其餾分多在20 ℃ -200 ℃ 之間,揮發性好,是生產溶劑油優質的原料。
        (2) 按運輸方式分類:
        ①液化、壓縮輸送氣 此類型天然氣是將從油氣井采出的天然氣進行降溫壓縮升壓,形成壓縮天然氣或者進一步液化形成液化天然氣。
        缺點:與石油液化氣相比,液化、壓縮天然氣本身就含有大量甲烷,甲烷是造成溫室效應的氣體之一,同時也會破壞臭氧(O3,也是溫室效應氣體之一),如果泄露危害也是極大的。甲烷燃燒生成水和二氧化碳,水雖然無害,但從化學式上看生成的二氧化碳數量相當可觀,二氧化碳又是溫室效應氣體之一。與管輸天然氣相比,此種運輸氣工藝設備復雜,技術條件嚴格,投資大。。
        優點:與石油液化氣相比,天然氣每立方燃燒熱值為8000大卡至8500大卡,壓縮天然氣的比重為2.5公斤/立方米,液化天然氣比重為420公斤/立方米,每立方壓縮天然氣燃燒熱值為20000大卡,液化天然氣燃燒熱值更甚。每公斤液化氣燃燒熱值為11000大卡。這樣可看出一立方天氣燃燒熱值是石油液化氣的2倍。每瓶石油液化氣重14.5公斤,總計燃燒熱值159500大卡,相當于20立方天然氣的燃燒熱值。所以,天然氣比石油液化氣更具有經濟優勢。與管輸天然氣相比,此種輸送氣靈活性與適應性強
        ②管道輸送氣 將油氣井采出的天然氣通過管道的方式及相應的設施、設備網絡輸送到不同用戶。
        缺點:與液化石油氣相比,其具有壓縮氣同樣的缺點,與液化壓縮輸送氣相比,此類型氣靈活性差,不能供應到高寒山區,適應性低。
        優點:與液化石油氣相比,其具有壓縮氣同樣的優點,熱值高,廉價。與液化、壓縮天然氣相比,此類型氣給用戶供應的天然氣穩定,供應連續不斷,輸送量大。

        二、天然氣與其他能源的比較
        Ⅰ.天然氣與石油液化氣安全系數及價格比較
        天然氣主要成分是甲烷,本身無雜質、無毒、完全燃燒后只生成水和二氧化碳,對人體無害,對居住環境無污染;液化石油氣本身含碳量較高,且燃燒不充分,燃燒后產生一氧化碳等危害性較大的有毒氣體,對人體有嚴重的損害性。
        天然氣的相對密度(設空氣S空=1)為0.5548,約比空氣輕一半,如發生泄漏后,天然氣會聚在空間上部,只要打開窗戶就可以排出。液化石油氣的密度比空氣大,也就是比空氣重,一旦泄漏后,會聚積在地面低處,甚至會存積在下水道內,一旦遇到如煙頭之類的明火極易產生爆炸。液化石油氣鋼瓶氣壓一般在16公斤,而天然氣引到居民灶前使用壓力僅為0.02公斤。
        天然氣售價約為2.65元/立方,天然氣熱值為8500大卡/Nm左右,則每千卡售價為0.31元;液化石油氣現行市場價按6元/千克,液化石油氣熱值為11000大卡/千克,則每千卡售價為0.55元,而液化石油氣市場最高價已達到9.5元/千克。所以使用天然氣比使用液化石油氣價格最少便宜2倍。
        液化石油氣價格隨著市場變化近來已是水漲船高,但是為保障民生大計,天然氣價格是由國家統一管理,任何人都無權干預調整,天然氣價格將在長期一段時間內相對穩定,變化不大。
        所以,無論氣體成份、密度、安全還是價格方面進行比較,使用天然氣都要比使用液化氣安全經濟。
        Ⅱ.天然氣與煤的比較
        我國是以煤炭作為主要燃料的世界上為數不多的國家之一。面對煤炭,石油等能源日益增大的需求和能源存量不斷下降,以及世界范圍內對環保的要求,為進一步優化我國能源,天然氣作為一種清潔、方便、高效的新型能源正迅速走進千家萬戶,被各行業加以利用,作為國家重點建設項目的西氣東輸工程起到了巨大的推動作用,如陜西省也將在2013年實現全省所有市、縣全部氣化。
        從環保角度考慮,按單位熱值比較,天然氣使用硫化物的排放量僅為煙煤排放量的1/1200;二氧化碳排放量是煤炭的一半;每噸煤在燃燒中排放2.1公斤煙塵,而天然氣不排放煙塵。
        從價格方面考慮,隨著大量開采,煤價逐年攀升 ,每天做飯燒水按消耗6塊計算,一個月需63元,而天然氣價格則一直平穩,一家三口每月用天然氣做飯、洗澡最多花費30元,所以用煤比用天然氣貴了2倍多。
        從人體健康考慮,煙煤造成的危害很大。近年來,住戶及企事業單位每年都因燒煤引起發多起煤氣中毒事故;同時由于煤氣中含有焦油、硫化物、大量煙塵和其他有害氣體,致使腦血管發病逐年增多,長期使用還會引發其它方面許多疾病。
        因此,無論是從清潔、環保方面比較,還是從健康方面考慮都應盡快普及使用天然氣。
        Ⅲ.用電與用氣的比較
        ①熱值比較
        1立方米的天然氣的熱值為8500大卡,1度電的熱值為860大卡。
        對鍋爐
        燃氣鍋爐熱效一般按熱值的90%計算,則每立方米天然氣有效熱值為7650大卡。電鍋爐熱效按最高98%(一般為96%)計算,則每度電有效熱值為842.8大卡。
        7650÷842.8=9.1度電,也就是1立方天然氣=9.1度電。
        對居民家庭
        天然氣的熱效應為55%,則每立方米天然氣的有效熱值為4675大卡。
        電的熱效率為85%,則每度電的有效熱值為731大卡,4675÷731=6.4度電,也就是1立方天然氣=6.4度電。
        ②費用比較(天然氣暫按每立方米2.65元計算)
        對鍋爐
        鑒于實際情況,工業用戶每度電在0.6元,1立方天然氣=9.1度電,耗電5.46元,所以用電比用氣貴了近3倍。
        對居民家庭
        一般三口家庭使用2000W的電磁爐一天做三頓飯約消耗4度電,用電熱水器洗澡每次消耗約3度電,按目前城鄉統一電價每度0.49計算,一個月做飯、洗澡需耗電64.68元,而使用天然氣做飯、洗澡一個月最多使用30元,相比之下比用電便宜2倍多。

        三、天然氣市場基本參數
        基本燃料熱值表
        燃料
        燃燒值
        熱效率(約)
        天然氣
        38931 千焦(8000-8500 千卡)/m3
        75%以上
        20908 千焦(5000 千卡)/千克
        40%-60%
        860千卡/千瓦時
        96%
        液化氣
        45998 千焦(11000 千卡)/千克
        50%
        1大卡(千卡)=4185.85焦
        我國把每公斤含熱7000大卡(29306J)的煤定為標準煤,將不同品種、不同含量的能源按各自不同的平均熱值換算成標準煤。折算系數:
        1Kg原煤=0.7143Kg標準煤
        1萬m3天然氣=12.143噸標準煤
        1KWh電=0.404Kg標準煤
        一噸煤約537立方天然氣(熱值) 一噸煤約286立方天然氣(熱效率)→工業
        氣態液化氣的比重2.5公斤/立方米
        熔煉常用數據(約):熔煉一噸鋁需81-110立方的天然氣
        熔煉一噸銅需150立方天然氣
        熔煉一噸鉛需120立方天然氣

        四、天然氣燃氣管道的分類
        低壓燃氣管道:P≦0.005MPa
        中壓B燃氣管道:0.005MPa<P≦0.2MPa
        中壓A燃氣管道:0.2MPa<P≦0.4MPa
        次高壓B燃氣管道:0.4MPa<P≦0.8MPa
        次高壓A燃氣管道:0.8MPa<P≦1.6MPa
        高壓B燃氣管道:1.6MPa<P≦2.5MPa
        高壓A燃氣管道:2.5MPa<P≦4MPa

        五、調壓站、燃氣管線的設計規范
        Ⅰ、調壓站(含調壓柜)與其他建筑物、構建物的水平凈距應符合下表
        設置形式
        調壓裝置入口燃氣壓力級制
        建筑物外墻面
        重要公共建筑、一類高層民用建筑
        鐵路
        (中心線)
        城鎮道路
        公共電力
        變配電柜
        地上單獨建筑
        高壓(A)
        18.0
        30.0
        25.0
        5.0
        6.0
        高壓(B)
        13.0
        25.0
        20.0
        4.0
        6.0
        次高壓(A)
        9.0
        18.0
        15.0
        3.0
        4.0
        次高壓(B)
        6.0
        12.0
        10.0
        3.0
        4.0
        中壓(A)
        6.0
        12.0
        10.0
        2.0
        4.0
        中壓(B)
        6.0
        12.0
        10.0
        2.0
        4.0
        調壓柜
        次高壓(A)
        7.0
        14.0
        12.0
        2.0
        4.0
        次高壓(B)
        4.0
        8.0
        8.0
        2.0
        4.0
        中壓(A)
        4.0
        8.0
        8.0
        1.0
        4.0
        中壓(B)
        4.0
        8.0
        8.0
        1.0
        4.0
        地下單獨建筑
        中壓(A)
        3.0
        6.0
        6.0
        3.0
        中壓(B)
        3.0
        6.0
        6.0
        3.0
        地下
        調壓箱
        中壓(A)
        3.0
        6.0
        6.0
        3.0
        中壓(B)
        3.0
        6.0
        6.0
        3.0

        注:1、當調壓裝置露天設置時,則指距離裝置的邊緣;
        2、當建筑物(含重要公共建筑)的某外墻為無門、窗洞口的實體墻,且建筑物耐火等級不低于二級時,燃氣進口壓力級別為中壓A或中壓B的調壓柜一側或兩側(非平行),可貼靠上述外墻設置;
        3、當達不到上表凈距要求時,采取有效措施,可適當縮小凈距。
        Ⅱ、室內燃氣管道的最高壓力(MPa)

        燃 氣 用 戶
        最 高 壓 力
        工業用戶
        獨立、單層建筑
        0.8
        其他
        0.4
        商業用戶
        0.4
        居民用戶(中壓進戶)
        0.2
        居民用戶(低壓進戶)
        0.01

        注:1、液化石油氣管道的最高壓力不應大于0.14Mpa;
        2、管道井內的燃氣管道的最高壓力不應大于0.2Mpa;
        3、室內燃氣管道壓力大于0.8Mpa的特殊用戶設計應按有關專業規范執行。
        Ⅲ、燃氣管道與建筑物、構筑物或相鄰管道之間的水平凈距

        表一
              
        地下燃氣管道壓力(MPa)
        低壓
        0.01
         壓
        次高壓
        B
        0.2
        A
        0.4
        B
        0.8
        A
        1.6
        建筑物
        基礎
        0.7
        1.0
        1.5
        外墻面(出地面處)
        5.0
        13.5
        給水管
        0.5
        0.5
        0.5
        1.0
        1.5
        污水、雨水排水管
        1.0
        1.2
        1.2
        1.5
        2.0
        電力電纜(含電車電纜)
        直埋
        0.5
        0.5
        0.5
        1.0
        1.5
        在導管內
        1.0
        1.0
        1.0
        1.0
        1.5
        通信電纜
        直埋
        0.5
        0.5
        0.5
        1.0
        1.5
        在導管內
        1.0
        1.0
        1.0
        1.0
        1.5
        其他燃氣管道
        DN≤300mm
        0.4
        0.4
        0.4
        0.4
        0.4
        DN>300mm
        0.5
        0.5
        0.5
        0.5
        0.5
        熱力管
        直埋
        1.0
        1.0
        1.0
        1.5
        2.0
        在管溝內(至外壁)
        1.0
        1.5
        1.5
        2.0
        4.0
        電桿(塔)的基礎
        35kv
        1.0
        1.0
        1.0
        1.0
        1.0
        35kv
        2.0
        2.0
        2.0
        5.0
        5.0
        通信照明電桿(至電桿中心)
        1.0
        1.0
        1.0
        1.0
        1.0
        鐵路路堤坡腳
        5.0
        5.0
        5.0
        5.0
        5.0
        有軌電車鋼軌
        2.0
        2.0
        2.0
        2.0
        2.0
        街樹(至樹中心)
        0.75
        0.75
        0.75
        1.2
        1.2

        表二
             
        地下燃氣管道(當有套管時,以套管計)
        給水管、排水管或其他燃氣管道
        0.15
        熱力管、熱力管的管溝溝底(或頂)
        0.15
        電 纜
          
        0.50
        在導管內
        0.15
        鐵路(軌底)
        1.20
        有軌電車(軌底)
        1.00

        注: 1. 當次高壓燃氣管道壓力與表中數不相同時,可采用直線方程內插法確定水平凈距。
        2. 如受地形限制不能滿足表一和表二時,經與有關部門協商,采取有效的安全防護措施后,表一和表二規定的凈距,均可適當縮小,但低壓管道不應影響建(構)筑物和相鄰管道基礎的穩固性,中壓管道距建筑物基礎不應小于0.5m且距建筑物外墻面不應小于1m,次高壓燃氣管道距建筑物外墻面不應小于3.0m。其中當對次高壓A燃氣管道采取有效的安全防護措施或當管道壁厚不小于9.5mm時,管道距建筑物外墻面不應小于6.5m;當管壁厚不小于11.9mm時,管道距建筑外墻面不應小于3.0m。
        3. 表一和表二規定除地下燃氣管道與熱力管的凈距不適于聚乙烯燃氣管道和鋼骨架聚乙烯塑料復合管外,其他規定均適用于聚乙烯燃氣管道和鋼骨架聚乙烯塑料復合管道。聚乙烯燃氣管道與熱力管道的凈距應按國家現行標準《聚乙烯燃氣管道工程技術規程》CJJ 63執行。

        六、天然氣燃燒技術:
        目前我國燃氣燃燒的方式主要有三種:擴散式燃燒、大氣式燃燒、預混式燃燒。
        (1)、擴散式燃燒
        將管口噴出的燃氣進行燃燒,如果燃氣中不含氧化劑,則燃燒所需的氧氣將依靠擴散作用從周圍大氣獲得。這種燃燒方式稱為擴散式燃燒
        在層流狀態下,擴散燃燒依靠分子擴散作用是周圍氧氣進入燃燒區;在紊流狀態下,則依靠紊流擴散作用來獲得燃燒所需要的氧氣。由于分子擴散進行的比較緩慢,因此層流擴散燃燒的速度取決于氧的擴散速度。燃燒的化學反應進行得很快,因此火焰焰面厚度很小
        (2)、大氣式燃燒
        1855年本生創造出一種燃燒器,他能從周圍大氣中吸入一些空氣與燃氣預混,在燃燒時形成不發光的藍色火焰,這就是實驗室常用的本生燈。預混式燃燒的出現使燃燒技術得到很大的發展。
        擴散式燃燒容易產生煤煙,燃燒溫度也相當低,但當預先混入一部分燃燒所需空氣后,火焰就變得清潔,燃燒得以強化,火焰溫度也提高了。因此部分預混式燃燒得到了廣泛的應用。在習慣上又稱大氣式燃燒
        本生火焰是部分預混層流火焰的經典例子,它由內錐和外錐組成。在內錐表面火焰向內傳播,而未燃的燃氣空氣混合物則不斷地從錐內向外流出。在氣流的法向分速度等于法向火焰傳播速度之初便出現一個穩定的焰面,其形狀近似于一個圓錐面,顏面內側有一層很薄的淺藍色燃燒層,因此內錐又稱藍色錐體
        由于一次空氣量小于燃燒所需要的空氣量,因此在藍色椎體上僅僅進行一部分燃燒過程。所得的中間產物穿過內錐面,其外部按擴散方式與空氣混合面燃燒。一次空氣系數越小,外錐就越大
        (3)預混式燃燒
        完全預混式燃燒是在部分預混式燃燒的基礎上發展起
        來的,它雖然出現的較晚。但因為在技術上比較合理,很快便得到了廣泛的應用
        進行完全預混式燃燒的條件是:
        第一、 燃氣和空氣在著火前預先按化學當量比混合均勻
        第二、 設置專門的火道,使燃燒區內保持穩定的高溫
        在以上條件下,燃氣-空氣混合物到達燃燒區后在瞬間燃燒完畢?;鹧婧芏躺踔量床灰?,所以又稱無焰燃燒
        完全預混式燃燒火道的容積熱強度很高,并且能在很小的過??諝庀禂迪逻_到完全燃燒,因此燃燒溫度較高
        完全預混式可燃物的燃燒速度極快,但火焰穩定性差。
        完全預混式燃燒過程的熱強度與火道有很大的關系。正確設計的貨到不僅提高了燃燒穩定性,增加了燃燒強度,而且高溫火道對迅速燃盡也起了很大的作
        Ⅰ、氧氣燃燒
        1.氧氣燃燒原理簡介:傳統的燃料燃燒反應所需的氧氣來自于空氣,通過鼓風機吹入爐膛。當空氣中只有20.9%的氧氣,其它大部分(79.1%)為氮氣等惰性氣體。這部分惰性氣體不但參與燃燒反應,而且會吸收大部分燃料所釋放的熱量,造成燃料的浪費。
        氧氣燃燒是將純氧替代空氣,避免惰性氣體的引入,不但可以節約燃料,還將帶來一系列的收益。
        2、氧氣燃燒系統的特點:
        安全可靠、不需要對原有系統進行改造、操作簡單穩定控制精確
        3、氧氣燃燒系統帶來的收益:
        降低天然氣消耗、化料時間縮短、操作環境改善、煙塵帶走金屬量(鉛)降低。

        七、天然氣燃燒設備:
        Ⅰ、天然氣燒嘴:
        平焰燒嘴,高速燒嘴,蓄熱式燒嘴等燒嘴的介紹:
        高速燒嘴的基本原理是:燃料在燃燒室內即實現完全燃燒。由于燃燒室是密閉的,并保持足夠的正壓力,使高溫燃燒產物以高速噴出,因而強化了對流傳熱,促進爐內氣流循環,均勻了記溫。如果增大一、二次風的過剩量,還可以調節出口氣體的溫度,使之接近于工件的加熱溫度,防止工件過燒,保證加熱質量,這種燒嘴又稱高速調溫燒嘴。
        高速燒嘴的特點是:
        1) 燃燒室體積很小,熱負荷很大,一般在(107~108)kJ/(m3•h)。要選擇優質耐火材料以提高其內襯壽命。
        2) 燃燒后熱氣體以100m/s~300m/s的速度噴出。
        3) 燒嘴調節比大,一般為1:15。
        4) 由于空氣過剩量可以很大,氣流噴出速度高,應注意防止噪聲過大。同時需配備自動點火裝置及火焰監測器。
        平焰燒嘴 結構及原理: 平焰燒嘴是以進入到燒嘴的煤氣和燃燒所需的空氣,在旋流器的作用下,煤氣和空氣強烈的旋轉,沿垂直于燒嘴磚中心線的爐墻表面展開,并在緊靠爐墻的一層空間內燒盡,形成園盤型火焰,其直徑在1~3m,其厚度在100~200mm。 采用平焰燒嘴后,由于熱輻射能力加強,溫度場均勻,故升溫速度快,金屬氧化燒損率低,對實現鋼材均勻加熱,快速加熱,節約燃料具有顯著的效果

          蓄熱式燒嘴(RCB)的簡介 蓄熱式燒嘴是一種通過蓄熱球從窯爐煙氣中回收熱量來預熱空氣以此達到交替燃燒均勻加熱目的的燒嘴。蓄熱式燒嘴主要應用于工業燃氣加熱領域,以低NOx排放,很高的燃燒熱效率著稱。它是繼自身預熱式燒嘴后的又一大技術進步。近年來,在英國,西歐,北美,澳洲和日本等地作為節能技術核心廣泛傳播和示范推廣,應用于鍛造爐,熱處理爐,金屬熔化爐和玻璃池窯等。 蓄熱式燒嘴的結構 RCB是由耐高溫的全陶瓷燒嘴和蓄熱式陶瓷換熱器兩大部分構成。將換熱系統與燒嘴相連后并安裝在爐窯側壁上,再通過換向滑閥,成對操作。蓄熱式燒嘴的工作原理 一套蓄熱式燒嘴系統至少包括兩個燒嘴,兩個蓄熱器,一個熱能回收系統以及相應的控制裝置。燒嘴和蓄熱器可根據現場實際情況直接連接在一起或選擇用耐火材料澆注的管道連接在一起。 當一個燒嘴利用蓄熱器里的熱空氣進行燃燒時,另一個燒嘴起到一個排煙口的功能,利用抽煙風機抽出爐子里的熱空氣通過燒嘴到蓄熱器里進行蓄熱。當熱量蓄足后,蝶閥動作,轉換兩個燒嘴的功能。每當一個燒嘴在燃燒時,則另一個在幫助蓄熱器蓄熱。在熱交換中,管道中的廢氣溫度通常在150-200℃,因而不管是蝶閥還是抽煙風機均能長期安全可靠的工作。
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        冀公網安備 13060202000529號

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