燃氣知識——城鎮(zhèn)燃氣輸配知識

一、天然氣開采的基本過程

天然氣的開采過程包括鉆井、固井、完井。

(一)氣田的開采周期

氣田的開采一般分為采氣初期、采氣中期、采氣末期三個時期。

(二)天然氣的集輸系統(tǒng)組成

天然氣的集輸系統(tǒng)，是把氣田上各個氣井開采出來的天然氣聚集起來，并經過加工處理送入輸氣干線，它主要由井場裝置、集氣站、礦場壓氣站、天然氣處理廠和干線首部站等部分組成。

二、天然氣的凈化流程

天然氣的凈化就是除去天然氣中的凝析油、水、硫及其他雜質，以滿足管輸和用戶對天然氣質量的要求。同時，為了實現綜合利用，減少對環(huán)境的污染，應對脫除的雜質進行回收和再加工，使之成為寶貴的化工原料。

(一)脫硫

從天然氣中脫除硫化氫和有機硫化物的工藝過程稱為脫硫。天然氣中的硫化物會造成設備和管道腐蝕，而且用作燃料時會污染環(huán)境，危害用戶健康等。

當前，國內外脫硫技術主要分為干法脫硫和濕法脫硫兩大類。

1.干法脫硫

采用固體脫硫劑脫硫的方法為干法脫硫。其主要方式有：海綿鐵法、分子篩法。燃氣行業(yè)目前普遍采用干法脫硫。

2.濕法脫硫

采用液體脫硫劑脫硫的方法為濕法脫硫。其主要方式有：化學溶劑法、物理吸收法、聯(lián)合吸收法及直接轉化法。

(1)化學溶劑法。采用堿性溶液與天然氣中的酸性組分(主要是H₂S、CO₂)反應生成某種化合物，故也稱化學吸收法。

(2)物理溶劑法。利用溶劑將氣體中的H₂S、CO₂等與烴類的溶解度差別很大的酸性組分脫除，故也稱物理吸收法。

(3)聯(lián)合吸收法。采用的溶液是醇胺、物理溶劑和水的混合物，兼有化學溶劑法和物理溶劑法的特點，故又稱化學物理溶劑。

(4)直接轉化法。使用含有氧載體的溶液將天然氣中的H₂S氧化為單質硫，被還原的氧化劑經空氣再生又恢復氧化能力的一類氣體的脫硫方法。

(二)脫水

天然氣脫水是指脫除天然氣中的水分。天然氣脫水的目的是防止天然氣中的水蒸氣與酸性組分結合腐蝕設備和管道，并預防處理和儲運天然氣過程中出現的水合物和液態(tài)水降低管道的輸氣能力。

天然氣脫水方法有吸附法、吸收法、低溫分離法、膜分離法等。本節(jié)主要介紹吸附法脫水、吸收法脫水和低溫分離法脫水。

1.吸附法脫水

吸附法脫水就是采用固體吸附劑脫除氣體混合物中水蒸氣或液體中溶解水的工藝過程。根據氣體或液體與固體表面之間的作用不同，可將吸附分為物理吸附和化學吸附兩類。

物理吸附是由流體中吸附質分子與固體吸附劑分子表面之間的范德華力引起的，吸附過程類似氣體液化和蒸汽冷凝的物理過程。其特征是吸附質與固體吸附劑不發(fā)生化學反應，吸附速度很快，瞬間即可達到相平衡。

化學吸附是流體中吸附質分子與固體吸附劑表面的分子起化學反應，生成表面絡合物的過程。化學吸附具有選擇性，而且吸附速度較慢，需要較長時間才能達到平衡。

燃氣行業(yè)大多采用物理吸附法，目前常用的天然氣吸附劑有活性氧化鋁、硅膠和分子篩三類。分子篩與活性氧化鋁、硅膠相比，用作吸附劑具有以下特點：

(1)吸附選擇性強，可以按物質分子的大小和極性不同進行選擇性吸附。

(2)雖然當氣體中水蒸氣分壓(或相對濕度)高時其濕容量較小，但當氣體中水蒸氣分壓(或相對濕度)較低，以及在高溫和高氣速等苛刻條件下，則具有較高的濕容量。

(3)由于可以選擇性的吸附水，可避免因重烴共吸附而失活，故其使用壽命長。

(4)再生時能耗高。

(5)價格較高。

2.吸收法脫水

吸收法脫水是用吸濕性液體吸收的方法脫除氣流中的水蒸氣。用來脫水的吸濕性液體稱為脫水吸收劑或液體干燥劑，也簡稱干燥劑。由于三甘醇脫水后露點低、成本低、運行可靠以及經濟效益好，故廣泛采用三甘醇作為吸收劑。通常將再生后提濃的甘醇溶液稱為貧甘醇，吸收氣體中水蒸氣后濃度降低的甘醇溶液稱為富甘醇。

3.低溫分離法脫水

低溫分離法脫水是利用當壓力不變時，天然氣的飽和含水量隨溫度降低而減少的原理實現天然氣脫水。此法只適用于大量水分的粗分離。

(三)脫烴

天然氣中的乙烷、丙烷、丁烷、戊烷以及更重烴類，除乙烷有時是以氣體形式回收外，其他烴類均以液體形式存在，在管輸過程中影響輸氣能力，因此，將天然氣冷卻至烴露點以下某一低溫，得到一部分富含較重烴類的液烴(即天然氣凝液或凝析油),并在此低溫下使其與氣體分離，這個工藝過程為脫烴。天然氣脫烴一般采用低溫分離法，按提供冷量的制冷系統(tǒng)不同，低溫法可以分為膨脹制冷(節(jié)流膨脹制冷和透平膨脹機制冷)、冷劑制冷和聯(lián)合制冷法三種。節(jié)流膨脹制冷法是目前較為普遍采用的脫烴方法。

氣體管道中經過突然縮小的斷面(如管道上的針形閥，孔板等)產生強烈的渦流，使壓力下降，這種現象稱節(jié)流。節(jié)流過程是不可逆的絕熱過程。節(jié)流以后，造成溫度下降的稱節(jié)流的正效應(正節(jié)流效應);節(jié)流以后，造成溫度上升的稱節(jié)流的負效應(負節(jié)流效應);節(jié)流效應又稱焦耳—湯姆遜效應。

在天然氣脫烴過程中，會采用深度制冷，深度制冷又稱“深度冷凍”、"低溫制冷”,分為內冷和外冷。內冷是高壓原料氣經節(jié)流裝置，氣體膨脹做功吸收熱量由于此過程流體與外界既無熱交換和軸功交換(即不對外做功),又無宏觀位能和動能變化，所以節(jié)流氣體只能吸收自身的熱量，使溫度降低。外冷是借助介質制冷劑(如氨、氮等)與原料氣進行熱質交換的冷卻過程。

三、燃氣儲氣設施的形式

燃氣儲氣設施的形式有：

(1)低壓儲存；

(2)高壓儲存；

(3)長輸管線末段儲氣；

(4)地下儲氣；

(5)液化儲存。

地下儲氣、液化儲存具有存儲量大，停啟方便迅速，經濟性、調度性好，能作為補充氣源的優(yōu)點。液化儲存是利用天然氣或烴類氣體液化后體積縮小數百倍的特點來實現儲存的。

四、燃氣加臭劑的選擇

城鎮(zhèn)燃氣是具有毒性或窒息性的易燃易爆的氣體，一般在壓力狀態(tài)下儲存、輸送和使用，會對社會穩(wěn)定和公共安全有直接影響。因此，城鎮(zhèn)燃氣應具有可以察覺的臭味，無臭味或臭味不足的燃氣應使用加臭劑，城鎮(zhèn)燃氣加臭劑的選擇原則如下：

(1)與燃氣混合后具有特殊的臭味，且與一般氣體氣味有明顯的區(qū)別，如汽油味、廚房散發(fā)的油味和化妝品散發(fā)的氣味等。

(2)不應對人體、管道或與其接觸的材料有害。

(3)燃燒產物不應對人體呼吸有害，并不應腐蝕或傷害與此燃燒產物經常接觸的材料。

(4)溶解于水的程度不應大于2.5%(質量分數)。

(5)應有在空氣中能察覺的含量指標。

五、天然氣的加臭裝置

天然氣的加臭通常采用滴人式或吸收式裝置進行。

(1)滴入式加臭裝置：是將液體加臭劑以單獨的液滴或細液流的狀態(tài)加入燃氣管道中，在此蒸發(fā)并與燃氣流混合。由于液滴或細液流的蒸發(fā)表面很小，因此所采用的加臭劑應具有較大的蒸氣壓。

(2)吸收式加臭裝置：是使部分燃氣進入加臭器，在其中被蒸發(fā)的加臭劑飽和，然后再使這部分含有飽和加臭劑的燃氣進入主管道，與未加臭的燃氣混合。