天然气基本知识

天然气是一种高效优质清洁能源，用途越来越广泛，需求不断增加。20世纪90年代以来，天然气开发利用在世界能源结构中稳步上升。我国利用天然气也不断增加。天然气是指通过生物化学作用和地质变质作用，在不同的地质条件下生成、运移，并于一定压力下储集在地质构造中的可燃气体。天然气是由有机物质生成的，这些有机物质是海洋和湖泊中的动、植物遗体，在特定的环境中经物理和生物化学作用而形成的分散的碳氢化合物。

天然气主要由烷烃类气体、硫化氢、二氧化碳、氮气、水蒸气及部分稀有气体组成。

一、天然气分类

1. 按生成条件分类

见第1章。

2. 按烃组分含量分类

(1) 干气  压力为0.1MPa，20℃条件下，1m³井口天然气中戊烷重烃液体含量小于13.5×1O^-3m³的天然气。

(2) 湿气  同等条件下，戊烷重烃含量大于13.5×10^-3m³的天然气。

(3) 富气  每1m³(标准状态下)井口流出物中，C₃以上重烃液体含量超过9.4×1O^-5m³的天然气。

(4) 贫气  每1m³(标准状态下)井口流出物中，C₃以上重烃液体含量不超过9.4×10^-5m3的天然气。

(5) 酸性天然气  含有显著的H₂S和CO₂等酸性气体，需要进行净化处理才能达到管输标准的天然气。

(6) 洁气(净气)  H₂S和CO₂含量甚微，不需要进行净化处理的天然气。

    (7)油井天然气  气:油(体积比)＜3000的天然气。

    (8)油气井天然气  气:油(体积LL)≥3000的天然气。

    3. 按华白数(W)及燃烧势(C_p)分类

见表5-1。

表5-1 按华白数及燃烧势对天然气分类

天然气类别号	华白数(W)		燃烧势(Cp)
	标准/(MJ/m3)	范围/(MJ/m3)	标准	范围
4T	18.0	16.7～19.3	25	22～57
6T	26.4	24.5～28.2	29	2～65
10T	43.8	41.2～47.3	33	31～34
12T	53.5	48.1～57.8	40	36～88
13T	56.5	54.3～58.8	41	40～94

二、天然气的质量标准

    根据中华人民共和国石油工业部标准《天然气》(SY 7514—88)，要求各组、各类天然气技术应符合有关规定，见表5-2。

表5-2 各组、各类天然气技术要求

项目		质量指标				试验方法
		Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ注
高位发热量/(MJ/m3)	A组	＞31.4(＞7500kcal/m3)
	B组	14.65～31.4(3500～7500kcal/m3)				GB待批
总硫(以硫计)含量＜mg/m3		150	270	480	＞480	GB待批
		6	20			GB待批
硫化氢含量＜mg/m3						GB待批
				实测	实测	GB待批
二氧化碳含量(体积百分比) ＜		3				SY 7506
水露点/℃		在天然气交接点的温度和压力条件下，天然气的水露点应比最低环境温度低5℃

注：1. 本标准中气体体积的参比条件是101.325kPa，20℃。

    2. 本标准实施之前建立的天然气输送管道，在天然气交接点'的压力温度条件下，天然气中应无游离水。无游离水是指天然气经机械分离设备分不出游离水。

天然气作为民用燃料，总硫和硫化氢含量应符合一类气或二类气的技术指标。该标准是参照各国对民用天然气中硫化氢含量范围，同时考虑用户的安全以及设备管线的防腐而做出的。

天然气的用途不同，对总硫含量要求不同。主要依据燃烧生成二氧化硫对环境以及人体的危害程度而确定的。

三、主要物化特性

1. 密度与相对密度

在标准状态下，天然气相对密度一般为0.58～0.62；油田伴生气因重组分含量较高，为0.7～0.85，均比空气轻。

2. 含水量和水露点

单位体积的天然气中所含水蒸气的质量称为天然气的含水量，单位为g/m³(标准状态下)。在一定的温度和压力下，一定体积的天然气所含的水蒸气量存在一个最大值。当含水量等于最大值时，天然气中的水蒸气达到饱和状态。饱和状态时的含水量称为天然气的饱和含水量。

在一定条件下，与天然气的饱和含水量对应的温度值称为天然气的水露点。

含水量与温度和压力有关，在一定条件下，当含水量超过一定值(饱和)时，则形成水化物或液相水，堵塞管道，加快管线腐蚀，故必须控制含水量。

商品天然气已脱水，使其含水量低于-30℃时的饱和状态[＜0.3g/m³(标准状态下)]，输送时可看作等温降压或升温降压，因此不析出凝结水，故可不设排水装置。

天然气的热值是其重要的热力学特性，广泛应用于科技及工程领域，在经营管理方面，同样具有十分重要的作用。一些发达国家均以燃气的高热值作为销售定价的基础数据。政府通过立法监督燃气的高热值，确保各类品种的燃气热值稳定。另一方面各类用户都以燃气的高热值作为生产成本计算的依据。因此，各发达国家在燃气应用方面都精确的控制燃气的高热值，其政府也相应制定和颁布了该国的燃气热值标准计算方法。

我国由于历史原因一直以低热值作为燃气应用和计算的指标，城市燃气销售长久以来则一直以流量为基础，气价基本以低热值作参照制定。各类企业和商业行业用户，在成本管理的过程中也没有引入或建立以高热值为基准的热平衡模式。

4. 着火温度

可燃气体与空气混合物在没有火源作用下被加热而引起自燃的最低温度。按照谢苗诺夫(Semenow N.)的理论，着火温度不是可燃混合物的物理常数，它与混合物和外部介质的换热条件有关。可燃气体在氧气中的着火温度一般比空气中的着火温度低50～100℃。天然气在空气中的最低着火温度约为530℃，天然气的着火温度取决于其在空气中的浓度，也和天然气与空气的混合程度、压力、炉膛的尺寸以及天然气、空气的温度等因素有关。

5. 爆炸浓度极限(着火浓度极限)

可燃气体在空气中浓度达到一定比例范围时会发生燃烧或爆炸。天然气也有爆炸上限和爆炸下限。

当天然气中CH₄＞95%时，天然气的爆炸浓度极限可直接选取CH₄爆炸极限5.0%～15.0%。