LNG热物性计算

Life is to live beautifully and walk sonorously.同学互助一起进步（页眉可删）液化天然气的燃烧特性液化天然气既具有天然气易燃易爆的特点，又具有低温液体所特有的低温特性引起的安全问题。

因此，认识LNG的安全特性必须同时了解天然气的燃烧特性和LNG的低温特性。

液化天然气按照组成不同，常压下的沸点为-166～-157℃，密度为430～460kg/m3(液)，秘值41.5～45.3MJ/m3(气)，华白(Wobbe)指数49～56.5MJ/m3，液化天然气的体积大约是气态的1/625。

在泄漏枣溢出时，空气中的水蒸气被溢出的LNG冷却，产：董明豆的白色蒸汽云。

LNG气化时，其气体密度为1.5kg/m3。

气体温度上升到-107℃时，气体密度与空气密度相当，因此，LNG 气化后，气体温度高于-107℃时，其密度比空气小，容易在空气中扩散。

其燃烧特性主要是燃烧范围、着火温度、燃烧速度等。

一、燃烧范围可燃气体与空气的混合物中，如燃气浓度低于某一限度，氧化反应产生的热量不足以弥补散失的热量，无法维持燃烧爆炸；当燃气浓度超过某一限度时，由于缺氧也无法维持燃烧爆炸。

燃烧范围就是指可燃气体与空气形成的混合物，能够产生燃烧或爆炸的温度范围。

前者是燃烧下限(LEL)，后者是燃烧上限(UEL)。

上、下限之间的温度范围称为燃烧范围。

只有当燃气在空气中的比例在燃烧范围之内，混合气体才可能产生燃烧。

对于天然气，在空气中达到燃烧的比例范围比较窄，其燃烧范围大约在5%～15%之间，即体积分数低于5%和高于15%都不会燃烧。

由于不同产地的天然气组分会有所差别，燃烧范围的值也会略有差别。

LNG的燃烧下限明显高于其他燃料，柴油在空气中的含量只需要达到0.6%(体积)，汽油达到1.4%(体积)，点火就会燃烧。

在-162℃的低温条件下，其燃烧范围为体积分数6%～13%。

另外，天然气的燃烧速度相对比较慢(大约是0.3m/s)。

LNG的物理化学特性LLNG 的基本性质的基本性质1.LNG的物理性质主要成分：甲烷，临界温度：190.58K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-162 O C，实现液化。

主要物理性质如表1-1所示：无色透明41.5~45.3 430~460 约-162°C 0.60~0.70 颜色高热值（MJ/m 3 ）液体密度（g/l）（沸点下）沸点/°C （常压）气体相对密度表1-1 4 4 . LNG . LNG 的基本性质的基本性质2. 典型的LNG组成（摩尔分数）/% N 2 CH 4 C 2 H 6 C 3 H 8 I-C 4 H 10 N-C 4 H 10 C 5 H 12 摩尔质量/（kg/mol）泡点温度/ o C 密度/（kg/m 3 ）LNG 的基本性质的基本性质3. 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600倍，即1体积LNG大致转化为600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，其最低可燃下限（LEL）为4%LNG 的基本性质4. 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。

LNG 的基本性质的基本性质低温特性隔热保冷：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。

汽车用LNG热力学特性的正确应用一． 汽车发动机对LNG燃料系统的基本要求汽车发动机对LNG燃料系统最基本和最重要的要求是获得流量充足的、压力稳定的天然气供应：流量: G≥ 发动机进气量要求；压力： P = 发动机进气压力要求（稳定地）。

二． LNG的热力学特性LNG作为一种深冷液体，它具备深冷液体所具备的热力学方面的基本特性：1. 饱和特性——深冷液体（≤‐150℃的液体，LNG的临界温度是‐162℃）贮存在一个容器中，当与外界环境达到相对的热平衡后，容器中液相与其上部的气相之间达到相对稳定的平衡状态，这时液相物质挥发成气态，与气相物质凝聚为液态的量达到相对平衡。

此时，该容器中深冷液体的液相（饱和液体）与气相（饱和气体）的温度（饱和温度）与压力（饱和压力）达到相对稳定的对应关系。

通常，可以从深冷液体物性参数表中查得各种饱和状态下饱和压力与饱和温度——对应的参数关系。

例如，LNG饱和液体、蒸汽物性参数摘录如下：饱和温度 饱和压力‐162℃ —— 0.1MPa‐152℃ —— 0.2MPa‐138℃ —— 0.5MPa‐134℃ —— 0.6MPa‐127℃ —— 0.86MPa注：在较高饱和温度下的LNG液体，可以称其为高饱和态LNG液体，相反称其为低饱和态LNG液体。

2. 物态变化特性——液态物质（包括深冷液体）吸收热量并积聚到相变潜热所需要的量值时，从液态变为气态。

在此相变化过程中，物态发生了变化。

温度、压力等状态参数几乎不变。

而气态物质的状态参数——压力、温度及容积相互间的变化关系需遵循克拉贝龙方程，即：PV=nRT.三． 为什么汽车用LNG燃料系统采用“高饱和态”LNG液体1.国外车用LNG相关标准▲ 欧美等国家将LNG用作汽车燃料已有近20年历史，在汽车用LNG燃料系统 中，均采用了“高饱和态”的LNG液体。

此做法是依据最基本的热力学原理，依据LNG深冷液体的物态变化特性而做出的必然的选择结果。

LNG液化气站操作规程第一篇：LNG 液化气站操作规程LNG 液化气站操作规程本岗位的主要任务及管辖范围液化气站的主要任务是接受、存储液态的液化气，并向厂内液化气用户提供气态液化气。

管辖范围为液化气站所属的设备、管线及附件、电气、仪表、安全、消防等设施。

工艺概述2.1 LNG 的物性数据如下：分子量：17.3 气化温度：-162.3℃（常压1.053bar）临界温度：-82.5℃ 液相密度：460-470kg/Nm3 气相温度：0.75 kg/Nm3(15.5℃)燃点：650℃ 热值：8700kcai/Nm3 汽化潜热：0.51MJ/kg(121Kcai/kg)运动精度: 12.072×10-6m2/s 燃烧值： 45.18CP 华白数： 54.23MJ/m3 爆炸极限：上限 15.77％爆炸极限：下限 4.91％ 2.2 LNG 的特点2.2.1 天然气液化后，体积缩小 600 多倍，可以在公路、铁路、船舶上实现经济运输。

2.2.2 LNG 可作为优质清洁的车用燃料，有效减少汽车尾气排放对大气的污染，应用前景广阔。

2.2.3 LNG 的气化过程，释放出大量的冷量，由很高的综合利用价值。

2.2.4 LNG 生产使用较液化石油气更为安全可靠。

其燃点为650℃，比汽油高230℃，爆炸极限为5％--15％，气相密度为0.772kg/Nm3 左右，比空气轻得多，稍有泄漏立即飘逸飞散，不致引起爆炸。

2.2.5 当LNG 气化与空气的混合物浓度达到爆炸极限范围内时，遇到明火、火星却可发生爆炸，一旦爆炸将会酿成较大事故。

2.2.6 LNG 火灾灭火后在未切断可燃气体的气源或易燃可燃液体液源的情况下，遇到火源或高温将发生复燃、复爆。

故 LNG 一旦燃烧，只有在完全切断气源或有非常可行、可靠的安全措施的情况下，方可灭火，否则只能在安全保护下让其安全燃烧掉。

否则，将引起复燃、复爆，造成更大的损失。

2.2.7 LNG 在液化过程中已经脱除了 H2O，重烃类、H2S 等杂质，是一种十分清洁的能源，其燃烧尾气不会对大气造成污染。

0 引言液化天然气（LNG ）是一种液态流体，主要由甲烷组成，含有少量的乙烷、丙烷、丁烷、氮等，是通过制冷和液化等技术，将天然气冷却成常压下温度-163℃左右的液态，体积约为同压下气态的1/625[1]。

船运天热气采取液态形式，可极大地提高天然气的存储和运输量，降低船舶营运成本。

船运LNG 是未来的重要发展方向，但超低温LNG 在装卸和储运时，存在很大的危险性，全面准确地认识船运LNG 的危险性，确保LNG 装卸和储运的安全成为相当紧迫的问题。

1 船运LNG 的危险性分析船运LNG 的危险性主要体现在泄漏引起的火灾和快速相变、超低温对船舶设备的脆性破坏及人员的冻伤、LNG 蒸汽聚集引起人员的窒息及LNG 在储罐内存在的危险等方面（比如LNG 翻滚、自由液面晃荡）。

1.1 泄漏引发火灾危险泄漏的LNG 引起的主要危险是火灾，LNG 一旦从储罐、卸料臂、管道或其它设备泄漏出来，吸热后气化与周围空气混合成蒸气雾，呈白烟状，受热稀释后形成可燃性气云。

如果可燃蒸气云的任何一处达到可燃浓度并被点燃时，将发生闪火燃烧。

闪火的总辐射量通常较低，基本不会复燃或烧伤燃烧区域外的人；但其形成的包笼火有较大的危险。

池火是研究泄漏引发火灾危险性的主要方面，其燃烧相对猛烈，火焰具有很大的危险性，且池火的热辐射较强，可引起周围温度的升高，使燃烧加剧，严重时可引起更大的泄漏甚至爆炸。

喷射火一般装置压力释放时，具有较大的危险性。

其后果与泄露孔径相关，泄露孔径较大，后果相对严重，可能导致人船运LNG 危险性分析及LNG 热物性方程孙树海（中海油能源发展股份有限公司销售服务分公司，天津 300457）摘 要 ：大型液化天然气船在装卸和储运天然气的过程中，具有极大的危险性，因此系统分析船运LNG 危险性具有现实意义。

深入研究船运LNG 危险性所需的热物性数据很少，为了更加安全地管理LNG ，选择合适的方程对LNG 物性参数进行计算很有必要。

LNG（以纯甲烷计算）的物性参数见表3。

LNG的常压沸点为-162℃，因此需要低温保存；其辛烷值高达130（MON），具有比汽、柴油、LPG更好的抗爆性能；气、液体积比为625∶1，能量密度较大，有利于提高车载储备能力，增加汽车的续驶里程。

表4给出了不同饱和压力下LNG（以纯甲烷计算）的饱和温度、密度、汽化潜热。

可以看出LNG的饱和温度随饱和压力升高而升高，密度随饱和压力升高而降低，汽化潜热随饱和压力升高而降低。

4、LNG的安全性对LNG也许会有许多错误的概念，事实上LNG是非常安全的燃料，这主要表现在以下几个方面：LN G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5～15%，-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。

为验证LNG的安全性，多年来许多实验室进行了实验，几十方的LNG被有意泄漏掉并试图点燃蒸汽云，但没有形成一次爆炸。

另一值得注意的是LNG蒸汽云的大小和扩散速度与泄漏LNG的量和速率有直接关系。

对少量泄漏，大气条件和LNG压力都对蒸汽云大小和泄漏面积起一定作用。

少量的泄漏，LNG一接触地面就马上蒸发了，由于-106.7℃以上的LNG蒸汽比空气轻，它漂浮在空气中，并迅速地扩散。

对足够大的泄漏，所形成的稠密蒸汽云将随着蒸汽的飘移，吸收地表热量而扩散到大气中。

风会影响到蒸汽云，小风和无风将减慢蒸气云的移动，大风将快速混合空气和蒸汽使之加快扩散。

5、LNGV加气站LNGV加气站的主要设备有LNG储槽、低温泵、汽化器、售气机、控制系统和安全系统等，流程类似于普通的加油站，图2为河南中原绿能高科有限责任公司引进的国内首家LNGV加气站的流程图。

LNG储槽是双层金属加真空缠绕绝热容器，容积为50m3，日蒸发率2‰，LNG低温泵为浸没式泵，用于把LNG 从储槽输送到车用储罐。

上海煤气 2019年第4期〈〈 1LNG 热物性参数的计算同济大学机械与能源工程学院 罗 洋 周伟国 贾云飞摘要：液化天然气(LNG)是多元混合物，其热物性参数的计算不能按照理想状态处理。

引入各参数相应混合规则，分别介绍了LNG 导热系数、动力黏度、密度及定压比热容的计算方法，并且以某气源为例，用Matlab 编程计算出不同温度下LNG 的这四种基本热物性参数，并和HYSYS 的计算结果进行了比较，结果表明该计算方法可行。

关键词：LNG 热物性参数 计算天然气液化后的体积约为同质量气态天然气体积的1/625，大大节省了储存空间及运输成本，具有明显的经济优势和发展潜力。

天然气在其液态状态输送过程中，其热物性参数会随着温度和压力的变化而不断变化。

较为准确的热物性参数是天然气在液化、换热和运输等环节流程模拟及动态分析的基础，同时也是提高流程模拟分析准确性的关键。

本文主要针对LNG 导热系数λ、动力黏度µ、密度ρ和定压比热容Cp 四个热物性参数的计算方法进行总结和验证。

1 混合物热物性计算方法天然气是多元混合物，分子之间的尺寸、形状和极性等存在较大差异，分子间相互作用与纯物质中同种分子间的相互作用存在本质上的差别，如果用纯组分热物性、摩尔分数以及分子量等参数建立函数关系计算混合物热物性，则忽略了各组分之间分子作用力，导致计算出现偏差；并且方程中一些参数值或参数的关联式仅适合于纯物质，用状态方程处理混合物体系时，离不开方程中有关参数的混合规则；其次，对于某些组分的热物性参数数据缺乏时，只能采用估算值进行计算，使得计算值和实测值偏差较大。

天然气作为混合物，需要综合考虑各组分之间的相互作用对于整体效应的影响。

由此需要引进混合规则，根据对应态原理，混合物可以看作具有一套按一定规则求出的假临界参数、性质均一的虚拟的纯物质，其对应的物性参数需要通过混合规则求出。

由于这种假想参数强烈依赖于混合物的成分，因此完全由实验确定是非常困难的。

LNG的物性参数、气化管输技术及安全性1、物性参数1.1 组成LNG是英文Liquefied Natural Gas的简称，即液化天然气。

它是天然气在经净化及超低温状态下（-162℃、一个大气压）冷却液化的产物。

根据GB/T19204-2003，LNG的主要成分为甲烷，还有少量的乙烷、丙烷以及氮等。

它无色无味，是一种非常清洁的能源。

天然气在液化过程中进一步得到净化，甲烷纯度更高，几乎不含二氧化碳和硫化物，且无色无味、无毒。

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。

体积能量密度为汽油的72%。

1.2 密度LNG 的密度取决于其组分，通常在430kg/m3~470kg/m3之间，但是在某些情况下可高达520kg/m3。

密度还是液体温度的函数，其变化梯度约为1.35kg/m3·℃。

密度可以直接测量，不过通常是用经过气相色谱法分析得到的组分通过计算求得。

推荐使用ISO 6578中确定的计算方法。

1.3 温度LNG 的沸腾温度取决于其组分，在大气压力下通常在-166℃到-157℃之间非沸腾温度随蒸气压力的变化梯度约为 1.25×10-4℃/Pa。

LNG 的温度通常用ISO 8310 中确定的铜/铜镍热电偶或铂电阻温度计测量。

1.4 实例表1列示出3种LNG典型实例，显示出随组分不同其性质的变化。

表1 LNG实例1.5 LNG 的蒸发1.5.1 蒸发气的物理性质LNG 作为一种沸腾液体大量的储存于绝热储罐中。

任何传导至储罐中的热量都会导致一些液体蒸发为气体，这种气体称为蒸发气。

其组分与液体的组分有关。

一般情况下，蒸发气包括20%氮，80%的甲烷和微量的乙烷。

其含氮量是液体LNG中含氮量的20倍。

当LNG蒸发时，氮和甲烷首先从液体中气化，剩余的液体中较高相对分子质量的烃类组分增大。

1.5.2 闪蒸（flash）如同任何一种液体，当LNG已有的压力降至其沸点压力以下时，例如经过阀门后，部分液体蒸发，而液体温度也降到此时压力下的新沸点，此即为闪蒸。