天然气相关知识2005-01-14.

西气东送-天然气应用及相关知识•一概述•⒈什么是天然气•⒉LNG与CNG•⒊可燃冰•⒋天然气的特性•⒌天然气的用途•⒍世界各国油气资源、产量、消费情况及比例•⒎中国天然气资源分布、生产情况及能源形势•⒏全国城市燃气情况•二天然气与苏州•⒈苏州的燃气史•⒉苏州管道燃气的应用现状与未来•⒊燃气公司及用户状况•⒋西气东输的影响•⒌西气东输的供气安全问题•三天然气的使用知识•⒈天然气燃器具及管道的安全使用常识•⒉燃气事故、煤气中毒等及相关资料•序言•煤、石油、天然气都属于化石燃料，是世界三大一次能源，其中煤和天然气的发现和应用历史都在2600年以上，成书于春秋战国时期的《山海经》（山经）是我国最早记载天然气和煤炭的书籍。南山经曰“又东四百里，曰令丘之山，无草木，多火。”这里的火就是天然气。•虽然我国是最早发现使用天然气的国家之一，但和造纸术等其它的发明创造一样，我国的天然气实际应用远远落在了欧美国家的后面，当前世界能源消费结构中，石油平均占３７.４５％、天然气平均占２４.２６％，煤炭平均占２５.４９％。世界主要能源消费国的能源消费结构中，石油一般占４０.５％左右，天然气一般占２２％左右。２００２年我国能源消费结构中，石油所占比例为２３.４％，天然气所占比例仅为２.７％，均低于世界平均水平和主要能源消费国的一般水平。而煤炭所占比例为６６.１％，远远高于世界平均水平。⒈什么是天然气？从地矿角度讲主要指油层气、煤层气和气田气，以及近年来在海洋考察中发现的“可燃冰”四类可燃性气体。四类气的共同特点是以甲烷为主要成分，根据不同的形成地质条件，含有不同比例的乙烷、丙烷等低碳烷烃和二氧化碳、氮气、硫化氢等成分。其中煤层气俗称“瓦斯”，而瓦斯这个词是从英文gas衍变而来，是造成我国一系列煤矿爆炸事故的元凶,我国工业化开发利用瓦斯的历史非常短，上个世纪80年代已经在我国的东北、四川、重庆、河南等地投入民用。我们目前使用的液化天然气（LNG）实际上是压缩净化并冷却到零下160℃的油层气和部分气田气，是目前单位热值最高、最纯净的化石燃料，苏州目前使用的人工煤气中含有少量的LNG，教育园区等部分管道燃气暂时不方便接入的地区已经在使用LNG。这几年大家听的最多的“西气”主要是新疆和陕西的气田气,2003年12月23日发生井喷事故，造成243人死亡的重庆川东北天然气矿16号井产出也是气田气。“可燃冰”数量巨大但尚不具开采条件。甲烷的完全燃烧反应式：CH4+3O2=CO2+2H2O甲烷的不完全燃烧反应式：CH4+2.5O2=CO+2H2OCH4+2O2=C+2H2O⒉LNG与CNG•CNG是压缩天然气的英文缩写,主要用于短途汽车和市郊小区供气。常见的车载CNG是采用高强度储罐存储的，天然气的储存压力为20MPa。由于这种高压压缩方案导致储气率不高，所存储的压缩天然气的质量只有储罐本身质量的1/5～1/10，并且会给行车安全带来一定的隐患，其使用有较大的局限性。•LNG即液化天然气，是一种低温液态燃料，可常压存储运输。大气压下，液化天然气的沸点为-160℃，体积缩小到原来的1/600，相当天然气被以60MPa以上的压力压缩，从而增大了能量密度；此外液化天然气的单位质量仅为汽油的一半，单位热值比汽油高出12%，因此提高了车载燃料系统的供气效率，所携带的有效燃料将比压缩气罐式天然气加注车高出2～3倍。同时减小了燃料系统的尺寸及质量，增大了车辆有效载荷及一次加气后的续驶程长。由于加气次数减少，还减少了汽车往返加气站的时间，从而降低了汽车的运营成本，提高了车主的盈利率。近年来，世界各国积极展开了对液化天然气的研究，把它用作汽车、铁路机车、船舶甚至航空飞行器的燃料。澳洲礁层天然气公司海上天然气钻井平台⒊可燃冰•可燃冰又称天然气水合物（NaturalGasHydrate，简称GasHydrate），或笼形包合物（Clathrate），它是在一定条件（合适的温度、压力、气体饱和度、水的盐度、pH值等）下由水和天然气组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物，其遇火即可燃烧。它可用M·nH2O来表示，M代表水合物中的气体分子，n为水合指数（也就是水分子数）。组成天然气的成分如CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系物以及CO2、N2、H2S等可形成单种或多种天然气水合物。形成天然气水合物的主要气体为甲烷，对甲烷分子含量超过99％的天然气水合物通常称为甲烷水合物（MethaneHydrate）。•天然气水合物在广泛分布在大陆、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起区、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境。在标准状况下，一单位体积的天然气水合物分解最多可产生164单位体积的甲烷气体，因而其是一种重要的潜在未来资源。⒋天然气的特性A易燃易爆性：天然气和空气混合后，温度达到550℃左右就会燃烧；其混合物浓度达到5%－15%时，遇到火种就会爆炸。B单位热值较高：低热值约7800－9000kCal/m3，天然气燃烧后发出的热量是同体积城市人工煤气的2.4倍左右，是液化石油气的一半左右。经过天然气加工厂净化后的天然气本身无色无臭，但输送到终端用户的天然气中通常带有明显的臭味，原因是为了便于及时察觉泄露而添加了加臭剂。C安全性：（这里说的安全性是相对人工煤气和液化石油气而言。）天然气比空气轻，易挥发，不易在低洼处聚积，发生泄露后引发火灾爆炸事故的危险性远低于液化石油气；民用天然气不含CO，在户内的轻微泄露不会引起煤气中毒。D清洁环保：天然气中各组分均可彻底燃烧，燃烧后不产生灰粉等固体杂质，是完全清洁的燃料；同时天然气燃烧后的生成物主要是水蒸汽，CO2的产生量远低于等热值的煤炭或石油。E易泄露：相对人工煤气而言，天然气不含水分，供气压力也比人工煤气高1倍以上，老的人工煤气管线中普遍存在不易泄露人工煤气的微小的缝隙，但通了天然气不久就会泄露，切换后冬季必须更加注意。F不易运输存储：相对煤和石油而言，天然气对运输存储的条件要求非常苛刻，这点严重影响了天然气早期的推广应用，现代随着低温液化、管输等相关技术的进步发展，才在经济相对发达地区规模化应用。⒌天然气的用途•天然气经过开采、收集、分离、净化、加压或液化后供给城镇作为燃气气源，目前天然气的利用已经进入各国经济的许多领域，主要用于化工生产、发电、居民燃气、商业供气、市区供热以及汽车燃料等。天然气资源丰富，在环保上具有其它能源不可替代的优势，所以天然气的应用越来越受到人们的重视。作为能源目前凡是能用煤用油用液化气的地方都能用天然气替代，天然气最具有发展潜力的应用领域是天然气空调和天然气汽车。•A照明：1792年,英国的默克多发明了煤气灯，1807年本生发明了著名的本生灯并迅速普及，开启了燃气的照明时代，直到爱迪生的电灯。至今还有部分地区和领域仍在使用本生灯。•B发电：天然气发电具有清洁环保低污染、可热电连产、能源利用率高等特点，在产地附近有较高的推广价值，远距离输配后发电成本比煤炭高出1倍，缺乏经济性。国家为西气东输工程投资了10个天然气发电项目（如望亭电厂、张家港电厂），更是占了整个计划用气量的近40％。但价格因素制约了发电计划的推广。（沪英）天然气发电机组以家用管道天然气为燃料，燃料成本只有汽油发电机组的三分之一。•B燃气汽车：上个世纪早期的天然气汽车只是一种尝试，在车用燃油量产后，行程短、体积庞大、外型差、安全系数低等明显缺陷导致天然气汽车迅速被市场淘汰。•无论是上世纪５０年代公共汽车顶上的大煤气包，还是９０年代末出租车后备厢里的燃气瓶，都在提醒着人们：中国缺油！中国油贵。危险系数明显大于燃油、使用局限性较大的燃气汽车实际上是一种缺油或油价高涨大环境下无奈的选择，统计资料表明：燃气汽车的死灰复燃与油气差价变化成正比。在燃油充分的前提下，燃气汽车生存的理由很有限。环保在某种程度上只是一个宣传借口。•（右下图为新型燃料电池汽车，右上图为早期的天然气汽车，左上图以天然气为能源的国产爱丽舍轿车）C天然气制合成油(GTL)：石油基产品因其高效、安全、方便，仍将是今后20年甚至更长时期内的主要运输燃料。主要原油产区的动荡局势、原油探明储量的增加幅度远低于消费量的增加幅度、原油价格的大幅度波动以及天然气探明储量的高速增长为天然气制合成油提供了足够的理由。预期到2015年这些燃料替代品将比目前现有量增加2.5倍。其他替代品包括压缩CNG、LPG、LNG、燃料电池等，也将有一定的发展。天然气制合成油(GTL)技术是两段工艺过程：第一段由天然气生产合成气；第二段由合成气在费-托(F-T)催化剂上转化至液体烃。D燃气空调：以燃气为能源的空调设备简称燃气空调。广义上的燃气空调有燃气直燃型吸收式机组、燃气锅炉结合蒸气／热水型吸收式机组、燃气发动机热泵、燃气冷热电联供系统等几种方式，其中燃气直燃机采用可燃气体直接燃烧同时提供制冷、采暖和生活热水。燃气直燃机能源转换途径少、技术成熟且行业发展迅速、应用普及，常规意义的燃气空调专指燃气直燃机。各种可燃气体中天然气储量最为丰富且清洁高效，固此燃气直燃机普遍燃用天然气。采用燃气空调替换电空调，既可填补夏季天然气利用低谷，又可有效避免夏季用电高峰，从而起到环保、节能、优化能源结构的三重效果。为此发达国家、尤其是电力紧缺国家普遍青睐燃气空调——目前燃气空调占据日本中央空调市场的85％左右；韩国在日本经验基础上推动了燃气空调的生产与应用，如今其燃气空调在国内市场的占有率比日本还高；美国由于早期电力基础设施雄厚，燃气空调的发展在相当长的时间内受到了制约，1998年以前，燃气空调市场份额不足1％。但燃气空调发展缓慢的恶果逐渐显现，1999年7月，连续高温导致空调用电剧增，纽约地区14个电网中有6个陷于瘫痪，数十座城市拉闸限电。从此以后，美国政府开始推广燃气空调，仅一年时间，美国中央空调销售市场中燃气空调的份额就提高到7％。我国上海、天津、重庆、深圳等城市都已开始积极推广燃气空调。•左图：燃气空调右图：户式燃气空调（远大1992年开发成功中国第一台直燃机,1996年成为全球最大的直燃机制造企业。远大直燃机是一种以燃气为动力的大型空调设备，制冷量从170～23000千瓦。家用燃气空调：16～115千瓦）•E燃气热水器和燃气灶（俗称煤气灶）：是应用最广的领域，天然气和液化气、人工煤气燃烧工况差别较大，必须改造后才能切换气源，不改造直接烧其它气种会引起严重后果。•F燃气洗衣机、烘干机、烧烤炉和其它：在燃气资源非常丰富并且价格低廉的地区，燃气可以代替电能用于洗衣机和其它耗能的机器。在香港，近50％的居民家庭使用燃气洗衣机和烘干机，日本、香港使用燃气的其它日用品•电力虽然比天然气更清洁，但属于二次能源，需要煤炭、水力、核能等其它能源转化而来，转化过程中要向环境中排放比同等热值天然气更多的污染物，为此从对环境的影响角度考虑，天然气是常规能源中最清洁的。⒍世界各国油气资源、产量、消费情况及比例10972003年全球十大天然气消费国一览表(单位：亿立方米)：产量：近十年来，世界天然气工业持续高速发展，与十年前相比天然气产量已从21758亿立方米／年增长到24981亿立方米／年，年平均增长率约为1.57%（图略）。近5年来增幅最大的是2001年，增幅达到3.85%。天然气消费同步变化。在连续几年高速增长后，天然气工业进入一个稳定期。2002年世界天然气总产量为24981.15亿立方米，在2001年的基础上略有增幅，共增长178.33亿立方米。欧佩克组织天然气产量有所下降，全年共生产天然气3205.40亿立方米，比2001年下降3.54%；北海地区天然气产量增幅较大，达2019.83亿立方米，增长3.75%。从各地区天然气发展来看，西欧、东欧、中东及亚太地区天然气产量均略有增长。其中，西欧地区增长了2.49%，东欧及独联体地区增长1.49%，中东地区增长1.91%，亚太地区增长1.44%，它们的增长弥补了非洲及南北美洲地区的产量下降。西欧地区天然气产量增幅最大的国家是挪威，净增天然气114.85亿立方米，增长率达21.45%。而东欧及独联体