LNG基本知识及安全技术

1目录2一、LNG基本性质二、天然气液化技术三、LNG运输四、LNG产业链五、LNG安全技术一.LNG的基本性质1.LNG的物理性质主要成分：甲烷临界温度：190.58K（℃：—82.25）临界压力：4.59Mpa在常温下，不能通过加压将其液化，而是经过预处理，脱除重烃、硫化物、二氧化碳和水等杂质后，深冷到-162OC，实现液化。主要物理性质如表1-1所示：气体相对密度沸点/°C（常压）液体密度（g/l）（沸点下）高热值（MJ/m3）颜色0.60~0.75约-162°C430~46041.5~45.3无色透明3表1-1LNG无色无味常压下纯甲烷的平均自燃温度650℃LNG爆炸范围5%-15%（体积比）爆炸性混合物最小点火能量为0.28mJ（1cal=4.186J）LNG泄漏到水面会快速发生相变在非受限空间，不会产生爆炸危险一.LNG的基本性质燃烧爆炸性能5建筑设计防火规范GB50016—20061.低温、气液膨胀比大、能效高易于运输和储存，通过气化后，可为用户提供优质高效的清洁能源。一.LNG的基本性质项目一类二类三类高位发热量，MJ/m336.0=31.4总硫（以硫计），mg/m3≤60≤200≤350硫化氢，mg/m3≤6〔4.0ppm(v)〕≤20≤350二氧化碳，％（v/v)2.0≤3.0－水露点，OC在交接点压力及温度条件下，天然气水露点应比最低环境温度低5OC注：1.本标准中气体体积参比条件是101.325kPa,20OC。2.在输送条件下，当管道管顶温度为0时，水露点应不高于-5.OC3.进入输气管道的天然气，水露点的压力应是最高的输气压力。一.LNG的基本性质GB17820-2012《天然气》常压和16℃的环境温度中：甲烷的密度为0.67kg/m3；甲烷蒸气在-107℃，和空气的密度相同。甲烷蒸气在温度低于-107℃时比空气重，所以不能说天然气比空气轻。一.LNG的基本性质天然气的密度很多塑料、橡胶、有机材料浸入LNG后将变得粉碎；低碳钢遇到低温度并受到应力时，将发生脆裂；一些为低温设计的材料会随着温度的降低变得更加坚硬。低温下的不锈钢、铝、黄铜、聚四氟乙烯的拉伸力和曲变力比在室温下更高。一般冷冻液体的相对沸点液体乙烷乙烯LNG氧气氩气氮气氢气氦气沸点℃－88－104－162－183－186－196－253－269一.LNG的基本性质低温性能LNG丙烷正常沸点约-162℃-42℃常压下液态密度约456kg/m3500kg/m3在沸点温度下蒸气的比重1.5约1.9液体：蒸气膨胀1：6251：275气化热511kJ/kg356kJ/kg一.LNG的基本性质物理性能对照组分江苏东营（卡塔尔珠海液化厂福建莆田（印尼）广东大鹏（澳+卡）东莞九丰（不详）哈纳斯（国内气田气甲烷93.3292.76596.47390.2392.9995.791乙烷6.43.3122.4577.383.42.966丙烷0.020.1240.5551.792.340.544异丁烷0.000.0050.0980.210.530.106正丁烷0.000.0040.1130.250.020.119异戊烷0.000.0020.0170.010.020.030正戊烷0.000.0010.0030.000.010.020己烷及以上0.000.0000.0000.000.010.007氮0.263.7840.2800.130.680.417氧GB18047≤0.50.00000二氧化碳0.000.0030.00400气相密度0.7640.72900.7140.6994液相密度0.439540.43850.44770.4382体积高热值MJ/m339.3436.7238.2140.5240.4438.35GB18047-200031.4MJ/m3一.LNG的基本性质LNG组分范围LNG组分对贸易、使用、操作影响组分甲烷乙烷丙烷异丁烷氮气含量85％～99％0.1％～5%0％～3％0%～1%0.5%～3%贸易影响热值随组分变化，计量的同时要计质（值）使用影响使用效率随热值变化，价格影响用户的效益；对发动机有较大影响。操作影响密度和组分相关，是确定从灌顶或底充装的依据之一一.LNG的基本性质组分及影响一.LNG的基本性质2.LNG的性质特点温度低在大气压力下，LNG沸点都在-162°C左右。液态与气态密度比大1体积液化天然气的密度大约是1体积气态天然气的625倍，即1体积LNG大致转化为625体积的气体。可燃性一般环境条件下，天然气和空气混合的云团中，天然气含量在5%~15%（体积）范围内可以引起着火。13一.LNG的基本性质3.LNG的安全特性1）燃烧特性燃烧范围：5%~15%，即体积分数低于5%和高于15%都不会燃烧；自燃温度：可燃气体与空气混合物，在没有火源的情况下，达到某一温度后，能够自动点燃着火的最低温度称为自燃温度。甲烷性质比较稳定，在大气压力条件下，纯甲烷的平均自燃温度为650°C。以甲烷为主要成分的天然气自燃温度较高，LNG的自燃温度随着组份的变化而变化。燃烧速度：是火焰在空气-燃气的混合物中的传递速度。天然气的燃烧速度较低，其最高燃烧速度只有0.3m/s。14一.LNG的基本性质2）低温特性隔热保冷：LNG系统的保冷隔热材料应满足导热系数低，密度低，吸湿率和吸水率小，抗冻性强，并在低温下不开裂，耐火性好，无气味，不易霉烂，对人体无害，机械强度高，经久耐用，价格低廉，方便施工等。蒸发特性：LNG作为沸腾液体储存在绝热储罐中，外界任何传入的热量都会引起一定量液体蒸发成气体，这就是蒸发气（BOG）。标准状况下蒸发气密度是空气60%。当LNG压力降到沸点压力以下时，将有一定量的液体蒸发成为气体，同时液体温度也随之降低到其在该压力下的沸点，这就是LNG闪蒸。由于压力/温度变化引起的LNG蒸发产生的蒸发气处理是液化天然气储存运输中经常遇到的问题。15一.LNG的基本性质泄漏特性：LNG泄漏到地面，起初迅速蒸发，当热量平衡后便降到某一固定的蒸发速度。当LNG泄漏到水中会产生强烈的对流传热，在一定的面积内蒸发速度保持不变，随着LNG流动泄漏面积逐渐增大，直到气体蒸发量等于漏出液体所能产生的气体量为止。泄漏的LNG以喷射形式进入大气，同时进行膨胀和蒸发，与空气进行剧烈的混合。储存特性：分层：LNG是多组分混合物，因温度和组分的变化引起密度变化，液体密度的差异使储罐内的LNG发生分层。16一.LNG的基本性质翻滚：若LNG已经分层，上层液体吸收的热量一部分消耗于液体表面蒸发所需的潜能，其余热量使上层液体温度升高。随着蒸发的持续，上层液体密度增大，下层液体密度减小，当上下两层液体密度接近相等时，分界面消失，液层迅速混合并伴有大量液体蒸发，此时蒸发率远高于正常蒸发率，出现翻滚。快速相态转变（RPT）：两种温差极大的液体接触，若热液体温度比冷液体温度沸点温度高1.1倍，则冷液体温度上升极快，表层温度超过自发成核温度（当液体中出现气泡），此过程冷液体能在极短时间内通过复杂的链式反应机理以爆炸速度产生大量蒸气，这就是LNG或液氮与水接触时出现的RPT现象的原因。17一.LNG的基本性质3）生理影响LNG蒸气是无毒的，但如果吸进纯LNG蒸气，会迅速失去知觉，几分钟后死亡；人员暴露在体积分数为9%的甲烷含量的环境中没有什么不良反应，如果吸入过量天然气会引起缺氧窒息，当天然气的体积分数达到50%以上，会对人体产生永久性伤害。18二.天然气液化技术1.概述天然气液化，一般包括天然气净化和天然气液化两个过程。常压下，甲烷液化需要降低温度到-162oC，为此必须脱除天然气中的硫化氢、二氧化碳、重烃、水和汞等腐蚀介质和在低温过程中会使设备和管道冻堵的杂质，然后进入循环制冷系统，逐级冷凝分离丁烷、丙烷和乙烷，得到液化天然气产品。19二.天然气液化技术2.天然气的净化液化天然气工程的原料气来自油气田生产的天然气，凝析气或油田伴生气，其不同程度的含有硫化氢、二氧化碳、重烃、水和汞等杂质，在液化前必须进行预处理，以避免在液化过程中由于二氧化碳、重烃、水等的存在而产生冻结堵塞设备及管道。表3-1列出了LNG生产要求原料气中最大允许杂质的含量。杂质组分允许含量杂质组分允许含量H2OCO2H2SCOS0.1x10-6(50~100)x10-63.5mg/m30.1x10-6总硫汞芳烃类C5+10~50mg/m30.01mg/m3(1~10)x10-670mmg/m320表3-1二.天然气液化技术1）酸性气体脱除天然气中常见的酸性气体：H2S、CO2、COS危害：H2S微量会对人的眼睛鼻喉有刺激性，若体积百分数达到0.6%的空气中停留2分钟，危及生命；酸性气体对管道设备腐蚀；酸性气体的临界温度较高，在降温下容易析出固体，堵塞设备管道；CO2不会燃烧，无热值，若参与气体处理和运输不经济.方法：化学吸收法，物理吸收法，化学-物理吸收法，直接转化法，膜分离法。其中以醇胺法为主的化学吸收法和以砜胺法为代表的化学-物理吸收法是采用最多的方法。21二.天然气液化技术2）化学吸收法化学吸收法是以碱性溶液为吸收溶剂，与天然气中的酸性气体（主要H2S、CO2）反应生成化合物。当吸收了酸性气体的溶液温度升高，压力降低时，该化合物又分解释放出酸性气体。化学吸收法具有代表性的是醇胺（烷醇胺）法和碱性盐溶液法。醇胺法胺类溶剂：一乙醇胺（MEA），二乙醇胺（DEA），二异丙醇胺（DIPA），二甘醇胺（DGA），甲基二乙醇胺（MDEA）醇胺类化合物分子结构特点是其中至少有一个羟基和一个胺基。羟基可降低化合物的蒸气压，并能增加化合物在水中的溶解度，可以配成水溶液；而胺基则使化合物水溶液呈碱性，以促进其对酸性组分的吸收。醇胺与H2S、CO2的反应均为可逆反应。醇胺法特别适用于酸性组分分压低、重烃含量高的天然气脱硫22二.天然气液化技术醇胺的腐蚀性较高，对设备会造成腐蚀；需要能耗高，溶剂损耗大。MEA常用于酸性组分分压低的场合，属于伯醇胺，其反应能力，挥发度和腐蚀性最强，可很容易将H2S含量降低到5mg/m3以下，但MEA既可脱除H2S，也可脱除CO2，一般无选择性。DEA与MEA相比，与H2S和CO2的反应热较小，碱性和腐蚀性较弱，蒸发损失较小，投资和操作费用相对较低，但DEA对H2S也没有选择性。MDEA是叔醇胺，再生能耗低，腐蚀性小，可选择性吸收H2S。活性热钾法无机溶剂：加有活化剂的碳酸钾溶液具有代表性的是BENFIELD法和CATACARD法适合脱除CO2的场合23二.天然气液化技术3）物理吸收法利用H2S和CO2等酸性组分与甲烷等烃类在溶剂中的溶解度不同而完成脱硫任务。工业应用的物理溶剂有：甲醇，多乙二醇二甲醚，碳酸丙烯醋等。物理吸收法一般在高压，低温下进行，溶剂不易变质，腐蚀性小，能脱除有机硫；适合酸性气体分压高的天然气。常用的方法有SELEXOL法（聚乙二醇二甲醚）和RECTISO法（冷甲醇）。4）化学-物理吸收法（联合吸收法）使用的溶剂是醇胺、物理溶剂和水的混合液；砜胺法:烷醇胺和环丁砜；净化程度高，能耗低，腐蚀小，可脱除有机硫化合物。24二.天然气液化技术5）净化方法的选择常用的方法：醇胺法，砜胺法，热钾法对于酸性气体含量低，酸气分压小于350KPa的原料气，适宜采用醇胺法；砜胺法对中高酸性气体分压的天然气有广泛的应用，而且有良好的脱除有机硫的能力；热钾碱法的BENFIELD溶剂，可同时脱除H2S和CO2，该法吸收温度高，净化程度好，特别适合含有大量CO2的原料气的处理。25二.天然气液化技术3.脱水按照现行标准，进入液化天然气工厂的管输天然气的水露点，在交接点的压力和温度条件下，应比最低环境温度低5oC，此时不满足深冷液化的要求，为防止低温液化过程中产生水合物，堵塞设备和管道，在液化前，必须将原料气中的水份含量降低到小于0.1X10-6（体积分数）。常用的天然气脱水方法有冷