南至库尔勒（Ф660，223公里）等天然气管道，这些管道的设计都采用了最新的制管技术、管道防腐技术以及国外80年代的新技术、新设备和SCADA监控系统，使我国的天然气管输技术水平大大向前推进了一步。 3.西气东输工程
“西气东输”是我国西部大开发战略的标志性工程之一。广义上的西气东输工程有三条输气管道备受瞩目，建成后将使亿万民众受惠。
一是青海涩北至甘肃兰州（涩--宁--兰线）。全长953公里，管径660毫米，输气能力20亿米3/年，总投资约25亿元，2000年开工建设，2002年竣工投产，向西宁、兰州地区供气。 二是重庆忠县至武汉的输气管道（忠—武线）。全长738公里，管径711毫米，输气能力30亿米3/年，总投资约30亿元，2000年开工建设。除忠—武干线外，还规划了武昌-黄石、枝江-荆门-襄樊和潜江-长沙三条支线，向湖北、湖南地区供气。
三是于2002年7月4日正式全面开工的举世瞩目的新疆塔里木至上海的输气管道（通常所说的“西气东输”）。该管道是我国目前距离最长、管径最大、压力最高、投资最大的输气管道，也是我国改革开放以来规模最大的中外合作项目（中方包括中油集团和中石化集团占55%、外方包括壳牌中国勘探与生产有限公司、俄罗斯天然气工业股份公司和埃克森-美孚中国天然气管道有限公司占45%），从世界范围来看，堪当世界著名管道之一。全长4000多公里，管径1016毫米，操作压力10MPa，输气能力120亿米3/年，全线设输气站31座，包括首、末站、中间压气站、分输站、清管站，干线用钢160万吨（螺旋管约2750公里、直缝管约1250公里），材质选用X70，总投资约460亿元。途径新疆、甘肃、宁夏、陕西、山西、河南、安徽、江苏浙江、上海等10个省市自治区。除干线外，还规划了包括安徽定远-合肥、江苏常州-浙江杭州、江苏南京-安徽芜湖和浙江杭州-上海等支线，工程覆盖东部地区8500万户居民生活用气。
另外“西气东输”的建设，对我国的输气管道整体设计和建设水平既是考验又是锻炼，其工程建设的难点包括“三山一塬、五越一网”，三山：吕梁山、太岳山、太行山；一塬：黄土塬；五越：三次穿越黄河、一次穿越淮河、一次穿越长江；一网：江南水网。西气东输工程完工投运，使我国的输气管道设计、建设和管理水平取得了很大的进步。 四、我国未来10年内管网的总体布局
目前，我国天然气管道以及原有城市燃气管网存在的问题是：分布不均、不成系统；管线老化、技术水平落后；不能联网、供气可靠性差和管道输气能力利用低等。为了克服这些问题，必须对新建管道干线及下游管网总体布局、总体规划。
我国未来10年内管网的总体布局可以用一句话概括：“两纵、两横、四枢纽、五气库”。按照这个总体规划，将共建管道1万公里，管网总供气能力达1200亿米3/年，建设地下储气库130～150亿米3。其中“两纵”是指两条南北向输气干线，即萨哈林-大庆-沈阳干线和伊尔库茨克-北京-日照-上海干线；“两横”是两条东西向输气干线，即新西伯利亚-乌鲁木齐-西安-上海干线和万县-枝江干线；“四枢纽”是指北京、上海、信阳和武汉等地设立调度中心或分调度中心；“五气库”是在大庆、北京、山东、上海和南阳等地区建设地下储气库。这样由新老干线、支线和储气库组成遍布全国的天然气管网，由调度中心和分调度中心统一调度管理，组成一个可靠的供气系统。
第二章 天然气的基本特性(The Basic Characteristics of Natural Gas)
§2.1 天然气的组成与分类
一、天然气的组成
天然气是由烃类化合物、非烃类气体和其它复杂成分组成的混合物。 1、烃类 包括烷烃、环烷烃、烯烃、芳香烃，以烷烃为主。 （1）低分子饱和烃。其中甲烷（CH4）占绝大多数，其次为乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10），少量的戊烷（C5H12）、己烷（C6H14），庚烷以上烷烃含量极少。
在常压，20℃（293K）下，甲烷、乙烷、丙烷、丁烷呈气态，戊烷及以上至十七烷烃呈液态，十八烷为固态。
（2）非饱和烃。如乙烯（C2H4）、丙稀（C3H6）、丁烯（C4H8） 。
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（3）环状烃化合物。含量极少，如环戊烷、环己烷、苯、甲苯、二甲苯等。 2、非烃类气体 随不同气田而不同，存在的种类与含量高低悬殊很大。 一般有二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、氮（N2）、氢（H2）、硫化氢（H2S）和水汽（H2O），惰性气体如氦（He）、氩（Ar）等。
其中氦（He）气是重要的战略物质，在不同时期He的用途分配不一，但是有一点却是相同的，几乎绝大部分用于军事或尖端科技领域。我国预期计划He将用于火箭及航天卫星发射、光纤通讯、分析色谱、飞艇提升、低温超导等。
氦是如此的重要，而世界上消耗的氦气主要就来自于含He的天然气，即使目前认为无经济价值的贫He天然气，其He含量也要比大气中的He含量高出两个数量级，因此，迄今含He天然气几乎是唯一经济的提氦来源。
3、有机硫化物类 硫醇类、硫醚类、硫氧化碳、二硫化碳等有机化合物。
4、其它 近年的资料中还报导了天然气中含有汞、氡-222，天然气凝液中含有汞和钋。
在一些天然气藏中还含有多硫化氢（H2Sx）和以胶溶态粒子形态存在的沥青质。其中多硫化氢在气藏的温度、压力降低时，可能会分解为硫化氢和硫磺，这些硫磺，在一定条件下变成硫蒸气，当温度降低至硫磺凝固点以下时，呈硫磺晶体析出，从而有可能堵塞管道阀门。 二、天然气组成的表示方法
天然气是一种气体混合物，其组成有三种表示方法，即：体积分数、摩尔分数和质量分数。而每种表示方法又都可以用小数或百分数表示。 1、组成的三种表示方法 （1）体积分数
如果混合物中各组分的容积为V1、V2、V3…、Vn，它们之和为总体积V。其中某一组分i的体积为Vi，则其容积分数yi’为
yi??ViV?i V?Vi根据定义有
?y??1
i（2）摩尔分数
如果混合物中各组分的摩尔数为n1、n2、n3…、nn，它们之和为总摩尔数n。其中某一组分i的摩尔数为ni，则其摩尔分数yi为
yi?nin?i n?ni也有Σyi=1 (3)质量分数
气体混合物总质量为m，其中i组分的质量为mi，则该组分的质量分数xi为
xi?mimi ?m?mi Σxi=1
2、三种表示方法之间的关系 （1）体积分数与摩尔分数
理想混合气体，总压为p，总体积为V，总摩尔数为n；其中i组分的分压为pi，体积Vi，摩尔数为ni。 气体状态方程
pV?nRMT (a)
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由道尔顿定律分压定律 piV= niRMT (b) 由混合气体分容定律 pVi?niRMT (c) 分别用（b）式、（c）式与（a）式相比得到yi?nipiVi????yi npV
结论：对于理想气体混合物，任意组分的摩尔分数可以用该组分的分压与混合物总压的比值表示，且摩尔分数与容积分数相等。
当然，对于理想气体来说，1kmol的气体体积均为22.4m3，这样也可得到yi=yi’的结论。另外，当压力足够低，温度足够高（即密度足够小）时，可以近似将实际气体视为理想气体。 （2）由体积分数（或摩尔分数）计算质量分数
假设第i组分的摩尔数为ni，摩尔质量为Mi，则其质量为mi=niMi
minM(niMi)/nxi??ii??(nM)mnM?i?ii?ii按照质量分数定义
nyiMi?yM?ii?yiMi? y?iMi
（3）由质量分数计算体积分数（或摩尔分数）
假设第i组分的质量为mi，摩尔质量为Mi，则其摩尔数为ni=mi/Mi 按照摩尔分数定义
nmi/Mi?yi?yi?i??nm/M?i?iim??(mi/Mi)m(mi/Mi)xi/Mi
(x/M)?ii例1：某气田天然气的体积组成如下：
甲烷CH4=96.23％,乙烷C2H6=1.73％，丙烷C3H8=0.17％，丁烷C4H10=0.14％，戊烷C5H12=0.07％，二氧化碳CO2=0.27％， 氮气N2=1.27％， 水H2O=0.12％。试求其质量组成。
?yiMixi??解：由（2－5）式
?yiMi
二氧化氮气 碳 0.27 44 0.71 1.27 28 2.14 甲烷 乙烷 丙烷 0.17 44 0.45 丁烷 0.14 58 0.49 戊烷 0.07 72 0.30 水 0.12 18 0.13 合计 100 100 体积分数96.23 1.73 yi，％ 摩尔质量 16 30 质量分数92.65 3.12 xi，％ 例2：某气田天然气的质量组成如下：
甲烷CH4=92.65％,乙烷C2H6=3.12％，丙烷C3H8=0.45％，丁烷C4H10=0.49％，戊烷C5H12=0.3％，二氧化碳CO2=0.27％， 氮气N2=1.27％， 水H2O=0.12％。试求其体积（或摩尔）组成。 解：由（2－6）式
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yi?xi/Mi
(x/M)?ii甲烷 乙烷 丙烷 0.45 44 0.17 丁烷 0.49 58 0.14 戊烷 0.30 72 0.07 二氧化氮气 碳 0.71 44 0.27 2.14 28 1.27 水 0.13 18 0.12 合计 100 100 质量分数92.65 3.12 xi，％ 摩尔质量 16 30 体积分数96.23 1.73 yi，％ 三、天然气的分类 有三种分类方式 1.按矿藏特点分
1）纯气藏天然气（气井气、纯气田天然气）
在地层中呈气态，甲烷含量最高，但随成分的不同，采出到地面后，在分离器或管系中可能有部分液态烃析出。
2）凝析气藏天然气（凝析气井气、凝析气田天然气）
在地层原始状态下呈气态，但开采到一定阶段，随着地层压力下降，流体状态跨过露点线进入相态反凝析区，部分烃类在地层中呈液态析出。凝析液主要为凝析油，具有高含量的轻烃液。 3）油田伴生天然气（油田气）
在地层中与原油共存，在采油过程中与原油同时被采出，经油气分离后所得的天然气以及原油稳定工艺回收的原油稳定气。 2.按烃类组分关系分
（1）C5界定法：按照C5及以上烃液含量分为干气与湿气
1）干气：在地层中呈气态，采出后在一般地面设备和管线中也不析出液态烃的天然气（1m3 C5及以上烃液含量低于13.5cm3）。 2）湿气：在地层中呈气态，采出后在一般地面设备的温度、压力下即有液态烃析出的天然气（1m3 C5及以上烃液含量高于13.5cm3）。
（2）C3界定法：按照C3及以上烃液含量分为贫气与富气 1）贫气：C3及以上烃类含量少于94mL/m3的天然气。 2）富气： C3及以上烃类含量大于94mL/m3的天然气。 3. 按酸气含量（硫化氢、二氧化碳）分 1）酸性天然气
含有显著量的硫化氢甚至有可能含有有机硫化合物、二氧化碳等酸性气体，需经处理才能达到管输商品气气质标准的天然气。 2）洁气
硫化氢和二氧化碳含量甚微，不需要进行净化处理的天然气。 管输标准为20mg/m3。
§2.2 天然气的物理化学性质
一、状态参数
状态：天然气在变化过程中某一瞬间所处的宏观物理状况称为状态。状态参数：描述天然气所处状态的宏观物理量称为～。例如压力、温度、比容或密度。状态参数一旦确定，天然气的状态也就确定了。 1、压力:
单位面积上所受到的垂直作用力称为～，物理上称为压强用符号p表示
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p＝F/A （2-7） （1）表示压力大小的方法
绝对压力：气体（或液体）的真实压力，或者以零作为测量起点。 相对压力（表压）：用压力表测得，或者以大气压作为测量起点。 真空度：绝对压力低于大气压力时，低于的部分。 绝对压力p绝（absolute）、相对压力p表(gauge)、真空度p真空(vacuume)的关系表述为： p绝= p表+ pb—大气压 （2-8） p绝= pb－ pv （2-9）
P表 P绝 Pb 0 Pv P绝 0
（2）压力的单位
①法定单位（国际单位制kg.m.s制）：帕（斯卡）Pa，1 Pa＝1N/m2 兆帕斯卡MPa（106Pa）、千帕斯卡kPa （103Pa） ②工程单位：标准大气压或物理大气压（atm）
(760mmHg，1.01325×105Pa) 工程大气压(at)（公斤力/厘米2，kgf/cm2） ③其它单位：巴（bar）（105Pa） 磅力/英寸2（lbf/in2）：
1lbf/in2＝ 0.4536kgf/2.542cm2=70.3×10-3 kgf/cm2 毫米水柱或米水柱（mmH2O或mH2O) （2）压力的单位的换算 （见梁平主编18页） 2、温度
温度是为了描述物体冷热状态而引入的一个宏观物理量。通常规定，较热的物体具有较高的温度。实验表明：物体在宏观上表现
得愈热，其内部分子运动也愈剧烈，因此温度必然和物体内部分子运动的能量有着某种紧密的联系。或者可以说，温度是物体内部分子无规则运动剧烈程度的一个标志，一种度量尺度。因此，从微观上看，温度是物质分子热运动激烈程度的标志。
温度的数值表示方法称为温标。 温度计读数的显示，有赖于温标的确定，也就是说要确定基准点。例如，日常生活中常用的摄氏温标，就是在标准大气压力下以水的冰点为零度，水的沸点为100度，将水银柱的高度变化划分为100个等份而得出的。
（1）摄氏温标。按法定计量单位规定，摄氏温标为实用温标，符号为t，单位为℃（摄氏度）。是瑞典人摄尔休斯提出的。
（2）热力学温标（开氏温标）。又称绝对温度，符号为T，单位为K（开）。热力学温标规定纯水三相
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