LNG的基础知识.docx

1、什么是液化天然气LNG
LNG是英文Liquefied Natural Gas的简称，即液化天然气。
它是天然气（甲烷CH4）在经净化及超低温状态下（-162℃、一个大气压）冷却液化的产物。液化后的天然气其体积大大减少，约为0℃、1个大气压时天然气体积的1/600，也就是说1立方米LNG气化后可得600立方米天然气。
无色无味，主要成份是甲烷，很少有其它杂质，是一种非常清洁的能源。爆炸极限为5%-15%（体积%），燃点约450℃。
2、LNG的主要组分
LNG的主要成分是甲烷，并可能含有少量乙烷、丙烷、氮和通常存在于天然气中的其它组分。
不同工厂生产的LNG具有不同的组份,主要取决于生产工艺和气源组份,按照欧洲标准EN1160的规定，LNG的甲烷含量应高于75%，氮含量应低于5%。
3、LNG的原料气
1）管道天然气
2）煤层气
3）焦炉煤气
4）煤制气
4、LNG的密度
LNG的密度取决于其组份，通常为430～470kg/m3，甲烷含量越高，密度越小。
密度还是液体温度的函数，温度越高，密度越小，变化的梯度为1.35Kg/3℃。
LNG的密度可直接测量，但一般都是通过气体色谱仪分析的组份结果计算出密度。
5、LNG的温度
LNG的沸腾温度也取决于它的组份，在大气压力下通常为-166-157℃，一般资料上介绍的-162.15℃是指纯甲烷的沸腾温度。
沸腾温度随蒸气压力升高而升高，变化梯度为1.25×10-4℃/Pa，LNG的温度通常是用铜/铜镍热电偶或铂电阻温度计进行测量。
6、LNG的气液体积比
LNG的气液体积比是指LNG汽化为标准状态的天然气体积与LNG体积之比。
通常所说的LNG气液体积比为625是纯甲烷的气液体积比，且其标准状态为欧美标准（温度为15.5℃），按国内标准（温度为20℃）纯甲烷的气液体积比应为633。
LNG的气液体积比也取决于它的组份，甲烷含量越高，气液体积比越大，气液体积比还是液体温度的函数，温度越高，气液体积比越小。
7、单位质量LNG汽化的体积
单位质量LNG汽化后的气体体积（标态）取决于它的组份，甲烷含量越高，单位质量LNG汽化后的气体体积越大，其与液体的温度、饱和压力无关。
1吨液态甲烷汽化后能生成1496Nm3气态甲烷。
目前国内LNG的交接计量通常采用称重法，先用磅秤称出LNG的重量，然后根据单位质量LNG汽化后的气体体积数（标态）计算出其相当于多少Nm3的天然气。
8、LNG的泄漏特性
发生泄漏时，LNG将与环境迅速换热、发生快速相变而汽化，单位体积的LNG能产生约600倍体积的气体。
LNG泄漏至地面上时，最初会猛烈沸腾，然后蒸发将迅速衰减至某个固定值。
如果LNG泄漏至大量的水中，水与LNG之间的热传递速率非常高，LNG将激烈地沸腾并伴随巨大的爆炸声、喷出水雾，这种现象称为冷爆炸。
LNG发生泄漏之后，大气中的水蒸气被冷凝而形成云雾，当这团云雾能看见时，可以作为蒸发气体移动方向的指南。同时，云雾也可作为气体空气混合物可燃性的指示。
天然气/空气云团中天然气的体积浓度达到5～15%时，就能被点燃。因为LNG装置一般都设置在一个围堰中，即使着火，其燃烧范围也可控制在围堰范围内。如果在封闭空间内着火，就会发生爆炸。
9、LNG的汽化潜热
LNG（纯甲烷）的汽化潜热为122Kcal/kg，LNG的汽化潜热也取决于它的组份，汽化潜热还是液体温度的函数，温度越高，汽化潜热越小。
10、LNG的蒸发特性
当LNG从已有的压力降低至沸点对应压力以下时，例如流经阀门，部分液体蒸发，同时温度也将降低到该压力下的新沸点，这种现象称为闪蒸。
闪蒸气的组成与液相的组成有较大差别，闪蒸气中低沸点组分的比例较多，例如氮的沸点为-196℃，比甲烷沸点-162℃低，比甲烷更易汽化进入气相。
有人对储罐中气液两相的组成进行过测定，在液相中氮的浓度为0.3%、甲烷的浓度为87.7%（mol），而在气相中氮的浓度达9.7%、甲烷的浓度为90.3%（mol），氮在气相中的浓度为液相中浓度的32倍。
若LNG压力为1～2×105Pa，温度为其沸点，估算时可认为压力每降低1kPa，1m3液体由于闪蒸能产生0.4kg的气体。
这些蒸发气外泄时，由于温度很低，常在-100℃左右，气体密度大于空气。从环境吸热升温后，密度减少。在标准状态下，蒸发气的密度约为空气密度的0.6倍。
11、LNG的热值、辛烷值
热值是表示燃料质量的重要指标之一，可分为高热值和低热值，辛烷值是表示车用燃料抗爆性的重要指标之一，可分为研究法辛烷值和马达法辛烷值。
LNG的热值、辛烷值与LNG的组分有关，纯甲烷的高热值为37.03MJ/Nm3, 低热值为33.36MJ/Nm3，辛烷值ASTM为130（研究法）。
12、LNG的储存
LNG在储罐内会出现分层现象，即密度不同的LNG占有不同的层位。
分层的原因可能是新装入储罐的LNG和残留在储罐内的LNG密度不同，或LNG中氮含量较高（如≥3%），对流使氮组分移动至储罐液体表层，形成含氮量高的液体表层。
储罐受热产生的自然对流又力求使罐内LNG密度均匀，这就产生了所谓的“翻滚”现象。
翻滚使LNG在短时间内产生大量蒸气，导致储罐压力增高，有时造成安全阀开启。
经验说明，控制LNG的含氮量使之不超过1%是防止罐内LNG翻滚的有效措施，此外还应采取措施使罐内液体混合均匀。
13、低温容器的蒸发率
低温容器的蒸发率是指在标准状态（101.3kPa,0℃）下，储存适量的低温液体，在达到热平衡后的蒸发速率。
一般以24hr计，故又称日蒸发率，它指一天（24hr）内蒸发的数量与储液容器的公称容器之比。目前常用于测量低温容器蒸发率的有称重法和蒸气流量测量法两种。
14、LNG的安全特性
LNG是非常安全的燃料，这主要表现在以下几个方面：
LNG的燃点为650℃，比汽、柴油的燃点高，点火能也高于汽柴油，所以比汽柴油更难点燃；
LNG的爆炸极限为4.7～15%，-106.7℃以上的LNG蒸汽比空气轻，因而稍有泄漏立即挥发飞散，很难形成遇火燃烧爆炸的浓度。
无论是LNG还是它的蒸汽都不会在一个不封闭的环境下爆炸。
从LNG的基本特性可以看出,LNG的潜在危险主要来源于以下三个方面:
(1)在大气压力下,LNG的沸腾温度约为-160℃,在这一温度下,其蒸气密度高于周围空气的密度;
(2)少量的液体可转换为大量的气体，1个体积的LNG液体大约可转换为600个体积的气体;
(3)天然气与空气混合时,其体积浓度为5～15%时是易燃易爆的。
LNG又是极易汽化并且汽化后体积急剧增大的液体，任何装有LNG的封闭容器和管道应有泄压阀，以防超压。
在有可能存在天然气的场合，应测量空气中氧含量及烃含量，氧含量小于18%会使人窒息。进入可能含天然气区域的人员应佩带面罩、护目镜、防护服和手套等。
15、LNG冷灼伤的危害
与LNG、低温蒸气、低温管线及设备接触对皮肤可造成类似于烧伤的水泡伤害。
LNG汽化后的气体仍然是绝对的低温，会灼伤象眼睛等敏感组织。
身体未被保护的部分不允许与未保冷的LNG管线或容器接触，低温金属会将它们粘附住，如试图拿下，则会导致皮肉撕裂。
16、LNG设施工作人员的穿戴劳保服装
与LNG接触时，应戴上合适的面罩或护目镜，与低温液体或气体接触，必须一直戴上皮手套，手套要宽松一点，便于液体喷溅到上面快速脱下，即使戴着手套，也只能与低温设备接触一小会儿。
应穿工装裤或类似的工作服，最好没有口袋或翻卷部分。裤子应套穿在靴子的外面。
如果工作服上粘上了低温液体或蒸气，在工作人员进入密闭空间之前，应对工作服进行通风。
17、窒息
虽然LNG蒸气没有毒性，但其中的氧含量较低，易使人窒息。
如果吸入纯的LNG蒸气而不迅速撤离，很快就会失去知觉，几分钟就可致人死亡。
通常情况下，空气中氧的体积含量为20.9%，大气中氧的含量低于18%则有窒息性，对于气体浓度较高的情况，由于缺氧会导致恶心或晕眩，转移后，症状会很快消失。
在进入LNG的某个区域之前，应对大气中氧含量及烃含量进行测量。即使氧含量结果显示处于不会导致窒息的范围内，在进入区域前，应进行可燃性测试。
18、LNG组份的采样
对LNG的组份采样应注意方式，不能因为蒸发作用的影响，导致对样品分析的错误结论。
最常用的方法是使用一种特别的装置对一小股连续气化的产品进行分析。
另外一种方法是从产品气化器的出口采样，通过气体色谱仪进行分析。
19、LNG的运输方式
LNG的运输有三种方式，即轮船运输、汽车运输、火车运输。
轮船运输用于国际间大宗贸易,一次运量10×104m3以上；
汽车运输用于陆地200-1000Km的运输,一次运量一般为10-50m3；
火车运输一般采用集装箱，适于陆地长途运输。
20、与LNG直接接触不发生脆裂的金属材料
与LNG直接接触不发生脆裂的金属材料包括不锈钢、镍合金、铝合金、铜及铜合金。
不锈钢可用于LNG的储罐、管道及附件、换热器、泵、螺栓螺母；
镍合金可用于储罐和螺栓螺母；
铝合金可用于储罐和换热器；
铜及铜合金可用作密封件。
在工程实际中，含镍9%的不锈钢是应用最广的耐低温材料，常用牌号有0Cr18Ni9Ti和00Cr18Ni9Ti，相当于国外的SS304L和SS304LL。由于铜、黄铜及铝的熔点低，当LNG出现泄漏并着火时会失效，因此应用不多。
21、与LNG直接接触不发生脆裂的非金属材料
与LNG直接接触不发生脆裂的非金属材料包括混凝土、石棉、玻璃钢环氧树脂、石墨、聚四氟乙稀等。
预应力混凝土可用于建造大型LNG储罐，而聚四氟乙稀是最常用的低温密封材料。
22、火灾的预防和保护
LNG蒸气燃烧的条件是火源、可燃物及空气三者同时出现，因此，重要的是要防火。
一般地说，LNG设施区域禁止吸烟和使用明火，防止硬质物体相互碰撞、静电及电器设备可能产生的火花，防止机动车辆尾气中的火花。
在处理LNG失火时，推荐使用干粉(最好是碳酸钾)灭火器。与处理LNG有关的人员应经过对液体引发的火灾使用干粉灭火器的训练。
高倍数泡沫材料或泡沫玻璃块可用于覆盖LNG池火并能极大地降低其辐射作用。
必须保证水的供应以用于冷却目的，或在设备允许的情况下用于泡沫的产生。但是水不可用于灭此类火。
23、LNG常用的消防设施
LNG消防设施的作用是扑灭火灾及控制火势、保护未着火的结构和设施。
用于LNG的灭火剂有干粉、CO2及卤代烃、泡沫等。
大型LNG设施中设有喷水系统，用于着火情况下对相邻设施的冷却保护。水不能用于LNG的灭火，尤其是LNG的池火，用水将使LNG的气化率增大，火焰高度及辐射强度大大增加。
24、如何防止LNG的泄漏
防止泄漏是通过系统的选择、安装质量控制及制定规范的操作规程来达到的。
对于储罐，防止泄漏的主要方式有：设置防过量充装系统、设置液位报警装置、经常检查阀门、防止超压等。
对LNG槽车，在管线的每一个独立段上都安装紧急关闭阀。
25、LNG的泄漏检测系统包括哪几个系统
尽管有保护措施，还是不能避免LNG泄漏以及发生火灾的可能性，这时就要安装检测系统，它包括泄漏检测系统、冷量检测系统、可燃气体检测系统和火焰检测系统。
26、LNG装置的保护系统由哪几部分组成
LNG装置的保护系统包括冷量保护、气体保护及防火保护。
冷量保护系统是抑制、转移、收集泄漏LNG的消极保护系统，通过防止泄漏的LNG与钢结构和其它设备接触而起到保护作用；
气体保护是通过减少LNG与大气的热交换而限制LNG气化的一种消极安全措施；
火灾保护可以采取积极保护措施，如冷却水和泡沫系统、干粉灭火系统等，也可采用消极防火系统，通过合理的设备布局，安装收集槽及绝热保护层等起到防火作用。
27、LNG有哪些优点
1）LNG体积比同质量的天然气小625倍，所以可用汽车轮船很方便地将LNG运到没有天然气的地方使用。
2）LNG储存效率高，占地少，投资省。
3）LNG做为优质的车用燃料，与汽油相比，它具有辛烷值高、抗爆性能好、发动机寿命长、燃料费用低、环保性能好等优点。它可将汽油汽车尾气中HC减少72%，NOx减少39%，CO减少90%，SOx、Pb降为零。
4）LNG汽化潜热高，汽化过程中的冷量可回收利用。
5）由于LNG汽化后密度很低，只有空气的60%左右，稍有泄漏立即飞散开来，不致引起爆炸。
6）由于LNG组分较纯，燃烧完全，燃烧后生成二氧化碳和水，所以它是很好的清洁燃料，有利于保护环境，减少城市污染。
28、LNG的主要用途
1）做为清洁燃料汽化后供城市居民使用，具有安全、方便、快捷、污染小的特点。
2）作代用汽车燃料使用。采用LNG作为汽车发动机燃料，发动机仅需作适当变动，运行又安全可靠，而且噪声低污染小，特别是在排放法规日益严格的今天，以LNG作为燃料的汽车，排气明显改善，尤其是致癌的碳烟微粒。
3）做为工业气体燃料，用于玻壳厂、工艺玻璃厂、电厂、陶瓷厂等。
4）做为冷源用于生产速冻食品，以及塑料、橡胶的低温粉碎等，也可用于海水淡化和电缆冷却等。
29、天然气液化包括哪几部分
天然气液化一般包括天然气净化（也称预处理）过程和天然气液化过程两部分组成。
先将原料天然气经过予处理，脱除液化过程中的不利组分（酸性组分、水分、较重烃类及汞等），之后再进入制冷系统的高效换热器不断降温，并将丁烷、丙烷、乙烷等逐级冷却分离，最后在常压下使温度降到-162℃左右，即可得到LNG产品。
将LNG送入保冷良好的绝热容器，可以在常压下储存、运输、使用。
30、天然气液化前为何要进行予处理
因为天然气中含有CO2、H2O、H2S、COS、Hg、芳香族化合物及其它重烃等杂质，这些杂质如果不在进液化单元前除去，就会在液化单元凝结成固体，或者腐蚀铝制设备，从而造成设备、管道堵塞或铝制设备泄漏，因而天然气液化前要进行予处理。
一般来说，CO2的含量应低于50PPm，H2O的含量应低于1PPm，H2S应低于3.5PPm，COS应低于1PPm，Hg应低于0.01mmg/l, 芳香族化合物应低于10PPm。