〔液化天然气密度〕液化天然气密度是标准状态下甲烷的多少倍

文|刘洋，来自公众号石油观察

一、天然气介绍

天然气是指埋藏在地下的可燃气体，主要成分为甲烷(CH4)。天然气形式主要有四种：

气田气

由气井采出的可燃气体称为纯天然气或气田气。它的主要成分是：甲烷（CH4），约占90%以上，此外还含有少量的乙烷（C2H6），丙烷（C3H8），硫化氢（H2S）,一氧化碳（CO），二氧化碳（CO2）等，热值约为38MJ/Nm³。

凝析气田气

凝析气田气是指在开采过程中有较多C5及C5以上的石油轻烃馏分可凝析出来，但是没有较重的原油同时采出的天然气。其主要成分除含有大量的甲烷（CH4）外，还含有2%-5%的C5及C5以上碳氢化合物，热值约46MJ/Nm³。

石油伴生气

石油伴生气是指在开采过程中与液体石油一起开采出来的天然气，是采油时的副产品。它的主要成分也是甲烷，约占70%-80%左右，还含有一些其它烷烃类，以及CO2，H2，N2等。热值约为42MJ/Nm³。

煤矿矿井气

煤矿矿井气是指从井下煤层中抽出的煤矿矿井气，是采煤的副产品。实际上它是煤层气与空气的混合气。其主要成分是甲烷（CH4）和氮气（N2），此外还含有O2和CO等。值得注意的是，矿井气只有当CH4含量在40%以上才能作为燃气供应，CH4体积组分在40%—50%时，矿井气热值约为17MJ/Nm³。

另外，天然气除了常规的气态形式存在于管道当中外，还可以经过加工，变成LNG和CNG。

LNG

当天然气在大气压下，冷却至约-162℃时，天然气由气态转变成液态，称为液化天然气（Liquefied Natural Gas，缩写为LNG）。LNG无色、无味、无毒且无腐蚀性，天然气液化是一个低温过程，在温度不超过临界温度（-82摄氏度），对气体进行加压0.1MPa以上，液化后其体积约为同量气态天然气体积的1/600，LNG的重量仅为同体积水的45%左右，热值为52MMBtu/t，（百万英热单位/吨）（1MMBtu=2.52×108cal）。

CNG

压缩天然气(Compressed Natural Gas,简称CNG)是天然气加压(超过3,600磅/平方英寸)到20-25MPa，再经过高压深度脱水并以气态储存在容器中。它与管道天然气的组分相同。CNG可作为车辆燃料利用。

天然气的储存方式:

（1）地下储气库是将长输管道输送来的商品天然气重新注入地下空间而形成的一种人工气田或气藏，一般建设在靠近下游天然气用户城市的附近。与地面球罐等方式相比较，地下储气库具有以下优点：储存量大，机动性强，调峰范围广；经济合理，虽然造价高，但是经久耐用，使用年限长达30～50年或更长；安全系数大，安全性远远高于地面设施。

（2）天然气储存方式主要有压缩天然气(CNG：15Pa～20MPa).液化天然气(LNG：沸点-162℃)和吸附天然气(ANG)；CNG是目前车用天然气燃料的主要储存方式，缺点是储气瓶重量重.占用体积大；与液体燃料相比，天然气体积能量密度低，20MPa压力下的CNG燃料仅相当于汽油能量密度的30％。

（3）国际上天然气另一储存方式是液化天然气，LNG是对地质开采的天然气通过“三脱”净化处理.实施低温液体处理而成，液化后的体积仅是原气态体积的1/625，LNG的能量密度是CNG的三倍多.能量密度大大提高，但LNG的生产成本相对较高，储存容器的绝热性要求高，这些是制约其发展的因素。

（4）吸附式储存天然气(ANG)技术是目前尚处研究阶段的一种天然气储存方式，它用多孔吸附剂填充在储存容器中，在中高压左右)条件下，利用吸附刑对天然气高的吸附容量来增加天然气的储存密度。ANG作为未来替代CNG的一项新技术将有广阔的发展前景，但由于技术上的不少难点还有持解决，故在目前还尚难进入实用化阶段。

二、常用燃料的热值

天然气热值根据产地不同，其热值也有所不同。对于沧淄线，天然气热值约为35590 KJ/Nm³，换成大卡约为8500大卡/立方。

Nm³为标准立方米，是在温度为0℃，压力为101325pa时的体积。

1卡路里的定义为将1克水在1大气压下提升1℃时所需要的热量。

1大卡=1000卡=1000卡路里=4186J=4.186KJ

各种常用燃料的热值：

天然气 Q=35590KJ /m³=8500大卡/m³

液化石油气 Q=41870KJ/Kg=10000大卡/m3

煤 Q=20834KJ/Kg=5000大卡/Kg

汽油 Q=43120KJ/Kg=10300大卡/Kg

柴油 Q=46050KJ/Kg=11000大卡/Kg

煤焦煤气 Q=17580KJ/m3=4200大卡/m3

水煤气 Q=11000KJ/m³ =2600大卡/m³

重油 Q=9000—12000cal/m3

电 Q=3600KJ/度=860大卡/度

三、各种燃料之间的热值换算

例：液化石油气天然气

****橡胶厂，是一个烧制浮漂的工厂。原先使用的燃料为液化石油气（俗称液化气），每天用液化石油气600kg，每天工作11小时。那么，换成天然气后，每天用气是多少立方？设备小时流量是多少？

现在让我们来换算一下：

液化石油气的热值是41.9MJ/ kg ，也就是10000大卡/kg。

天然气的热值是35.6MJ/m³，也就是8500大卡/m³。

根据热量守恒，可知600 kgx 41.9MJ/ kg =Vx35.6MJ/m3因此V=706m3.所以，该厂使用天然气作燃料后，每天用气量是706立方（理论核算值）。

如果11小时工作，则该厂设备小时流量Q=706/11=64.1m³/h。

例：柴油天然气

****厂天然气改造，原先用柴油做燃料，每天用300Kg柴油，每天工作24小时，如果换成天然气以后，用气量是多大？

现在让我们做一下计算：

根据热量守恒：柴油的热值是11000大卡/kg，天然气的热值是8500大卡/m³，若改成天然气后用量是300Kg X 11000/8500=388m³，该厂每天工作24小时，但是加热设备实际每天加热时间10小时，则该设备的小时流量是388/10=38.8m³/h

例：电天然气

****天然气改造，1台拉丝机用电加热一天24小时用电109度，问如果有5台拉丝机用气量是多大？

现在让我们换算一下：

1台拉丝机一天24小时用电109度，那么1台拉丝机一小时用电约4.54度。1度是1kw/h,1度电产生的热量是1kwX3600s=3600KJ,1m3天然气的热值是35590KJ，那么1度电约=0.101m3天然气。则1台拉丝机一小时用气约4.54X0.101=0.46立方，则5台拉丝机一小时用气量是0.46X5=2.3m3，5台拉丝机电加热部分一天用气量2.3X24=55.2m3（这个计算只是对拉丝机电加热部分做的计算）

四、天然气燃料汽车与成品油燃料汽车比较

1、LNG与柴油比较

1）经济性比较

以公交车为例，LNG燃料汽车在价格上比柴油车贵8万左右，但由于LNG和柴油保持一定的价差，车辆价格上价格差主要通过燃料费用来得到补偿。

LNG与柴油性能对比表

对单位体积热值的比较,用LNG取代柴油，1 标准立方米天然气相当于1.017升柴油，柴油车百公里消耗燃油27.5升,LNG燃料汽车百公里消耗天然气30标准立方米天然气。

柴油和LNG作为燃料经济效益比较表：（以公交车日行驶300公里计算）

LNG燃料汽车与柴油车相比较每天燃料成本减少218元，按年运营时间350天计算，年可以节省燃料成本7.6万，购车增加的8.0万元成本可以在运营1年半后收回，按公交车运营寿命为8年，8年内由燃料费用上得到的经济效益为61万元，因此采用LNG燃料汽车相对于柴油车大幅度的降低了车辆的运营成本，为公交公司创造较大的经济利益。

2）续驶里程比较

LNG燃料汽车采用低温液态储存方式，能源密度较高，其液化比为1：625，其配置375L车用LNG储气罐，储存量大约234标准立方米天然气，扣除LNG的蒸发量，在满载的情况下可以行驶700公里。柴油车配置280升油箱，在满载的情况下可以行驶600公里，因此在续驶里程上LNG燃料汽车比柴油车要长些。

3）车辆尾气污染物排放

汽车尾气排放是造成空气污染的主要原因之一，据统计汽车尾气排放占了空气污染源总量的40％以上，将汽车燃料由燃油改为天然气后，尾气污染将会明显减少。

2、CNG燃料汽车与汽油车的比较

下面将针对CNG燃料汽车和柴油汽车几个方面进行比较。

1）经济性比较

以出租车为例，CNG燃料汽车与汽油的性能比较如下：

汽油与CNG性能对比表

对单位体积热值的比较,用CNG取代汽油，1 标准立方米天然气相当于1.03升汽油，出租车百公里消耗燃油8升,LNG燃料汽车百公里消耗天然气7.76标准立方米天然气。

CNG和汽油作为燃料经济效益比较表：（以出租车日行驶350公里计算）

以CNG为燃料替代汽油每天燃料成本减少87元，按年运营时间350天计算，年可以节省燃料成本3.0万，出租车改装仅仅需要除超过8500元，因此该车增加的5000元成本可以在运营3个月后收回，按出租车运营寿命为6年，6年内由燃料费用上得到的经济效益为18万元，因此采用CNG燃料汽车相对于柴油车大幅度的降低了车辆的运营成本，为出租车用户创造较大的经济利益。

2）运行安全

天然气相对密度（空气为1）小，为0.58～0.68，泄漏后很快升空，易散失，不易着火；汽油蒸气较重，液态挥发有过程，且不易散失，易着火爆炸。天然气爆炸极限为4.8%～14.8%，汽油爆炸极限为1%～6%，而且天然气自燃点（在空气中）为650℃，比汽油自燃点（510～530℃）高，故天然气比汽油泄漏着火的危险小。而且天然气汽车的钢瓶是高压容器，其材质及制造、检验试验有严格的规程控制，不易因汽车碰撞或翻覆造成失火或爆炸，而汽油汽车的油箱系非压力容器，着火后容易爆炸。

3）天然气汽车综合比较结论

通过CNG与汽油的对比,CNG是一种更清洁、更安全、更经济的替代车用燃料。因此CNG作为车用燃料的市场前景非常广阔，随着CNG燃料市场的进一步扩展，必将为社会创造巨大的经济效益和社会效益。

五、燃气输配

1.燃气管道的分类

（1）根据用途分

a.长距离输气管线

b.城市燃气管道

c.工业企业燃气管道

（2）根据敷射方式分

a.地下燃气管道

b.架空燃气管道

（3）根据输气压力分

a.低压燃气管道P <0.01Mpab.中压燃气管道 B 0.01≤P≤0.2MPa A 0.2 P≤0.4MPac.次高压燃气管道 B 0.4P≤0.8MPa A 0.8P≤1.6MPa

d.高压燃气管道 B 1.6P≤2.5MPa A 2.5P≤4.0Mpa

（4）根据压力级制分一级系统一种压力

二级系统二种压力

三级系统三种压力

多级系统四种压力或以上

2. 城市燃气输配系统的构成:

城市燃气输配系统一般包括门站、高、中、低压燃气管网、储配站、调压站和调压计量装置、监控及数据采集。

a.门站：接受天然气长输管线、CNG高压钢瓶组或LNG槽车送来气源，在站内进行过滤、调压、计量后，送入城市输配管网或直接送入用户，根据气量情况和长输管线特点，一般门站内还设有加臭装置及清管球接受装置。

b.储配站①储配站的功能：

在城市燃气供应中，供气量和需用量之间的平衡是靠燃气储配站来调节的，燃气储配站一般由储气罐.压缩机室及辅助设施所构成的。它的调节能力和范围取决于燃气的储存方式。对于高压天然气，经长距离管道输气到达城市门站的剩余压力还很高，利用其压力就可解决城市用气的储存和分配。这时储配站的功能是接受气源并进行储存.控制供气压力.气量分配.计量和气质检测等。

②储气设备的主要作用:※解决燃气生产（气源供气）的均衡性和燃气使用的不均衡性之间的矛盾，保证燃气的正常供气；※当输气干线，制气和气源供应设备发生暂时故障时，保证一定程度的供应；※当储气设备均匀分布时，使管网进气点得到合理分布，可提高管网输气能力。※利用储气设备还可以用来混合不同组份的燃气使燃气性质（成分物理参数.燃烧特性等）均匀。

责任编辑: 鲁达

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