天然氣集輸 第二章

天然氣集輸?shù)诙碌谝豁?，共四十八頁?022年，8月28日2第一節(jié)天然氣含水量的計算一、天然氣含水量表示方法1、濕含量1）絕對濕含量2）飽和濕含量3）相對濕含量第二頁，共四十八頁，2022年，8月28日34）天然氣的露點和露點降天然氣的露點是指在一定的壓力條件下，天然氣中開始出現(xiàn)第一滴水珠時的溫度。天然氣的露點降是在壓力不變的情況下，天然氣溫度從一個露點降至另一個露點時產(chǎn)生的溫降值。通常，要求埋地輸氣管道所輸送的天然氣的露點溫度比輸氣管道埋深處的土壤溫度低5℃左右。第三頁，共四十八頁，2022年，8月28日4

2、天然氣含水量的各種物理量之間的關(guān)系1）露點—飽和溫度2）飽和—相對濕度最大值3）露點降—干燥程度高低、相對濕度大小第四頁，共四十八頁，2022年，8月28日5二、天然氣含水量的估算

（一）非酸性天然氣的含水量1、Mcketta-Wehe算圖第五頁，共四十八頁，2022年，8月28日6第六頁，共四十八頁，2022年，8月28日72、公式法第七頁，共四十八頁，2022年，8月28日8第八頁，共四十八頁，2022年，8月28日92）Bukacek法3）Kaziam法壓力為2~8MPa，溫度小于82℃壓力在1.4~21MPa范圍內(nèi)第九頁，共四十八頁，2022年，8月28日10（二）酸性天然氣的含水量1、坎貝爾輔助算圖第十頁，共四十八頁，2022年，8月28日112、Wichert輔助算圖1molCO2將向混合物中帶入的水量相當于0.75molH2S將帶入的水量圖2.3Wichert輔助算圖第十一頁，共四十八頁，2022年，8月28日123、直接查算法第十二頁，共四十八頁，2022年，8月28日13第二節(jié)天然氣水合物的形成條件預(yù)測一、水合物的結(jié)構(gòu)和形成條件在0℃以上的一定溫度和有液相水存在的條件下，天然氣中的某些組分能和液態(tài)水形成一種白色結(jié)晶固體，外觀類似于松散的冰或致密的雪，密度為0.88～0.9g/cm3，人們稱其為水合物。水合物的形成會使輸氣管道和設(shè)備堵塞，影響集輸?shù)恼＿M行。第十三頁，共四十八頁，2022年，8月28日14圖2.6天然氣水合物的籠單元及晶胞（a）籠形空腔；（b）晶胞第十四頁，共四十八頁，2022年，8月28日15水合物形成的條件有三：（1）天然氣的含水量處于飽和狀態(tài)（2）壓力和溫度天然氣處于足夠高的壓力和足夠低的溫度時表2-3天然氣生成水合物的臨界溫度組分名稱CH4C2H6C3H8iC4H10nC4H10CO2H2S臨界溫度，℃21.514.55.52.51.010.029.0

（3）流動條件突變第十五頁，共四十八頁，2022年，8月28日16二、形成水合物的溫度或壓力的預(yù)測1、相平衡常數(shù)法第十六頁，共四十八頁，2022年，8月28日17圖2.7氣-—固平衡常數(shù)第十七頁，共四十八頁，2022年，8月28日18水合物形成溫度的計算假設(shè)T查組分的Ki計算yi/Ki∣∑yi/Ki-1

∣<ε結(jié)束調(diào)整T=T′否是第十八頁，共四十八頁，2022年，8月28日192、相對密度法(1)水合物生成的平衡曲線相對密度曲線法。第十九頁，共四十八頁，2022年，8月28日20

圖2.8是不含H2S和CO2的，如果H2S和CO2含量小于1%(mol%)，也可應(yīng)用此圖。P*與氣體相對密度有關(guān)第二十頁，共四十八頁，2022年，8月28日213、Baillie-Wichert法第二十一頁，共四十八頁，2022年，8月28日22

4、統(tǒng)計熱力學(xué)模型法5、管線水合物形成溫度經(jīng)驗計算公式第二十二頁，共四十八頁，2022年，8月28日23第三節(jié)天然氣水合物的防止一、限制天然氣在集輸中的溫度降1、限制節(jié)流時的節(jié)流程度第二十三頁，共四十八頁，2022年，8月28日242、提高天然氣流動溫度，防止水合物生成天然氣經(jīng)過節(jié)流降壓，溫度降低現(xiàn)象，稱之為焦耳－湯姆遜效應(yīng)。第二十四頁，共四十八頁，2022年，8月28日25圖2.13第二十五頁，共四十八頁，2022年，8月28日26

如果知道天然氣的相對密度（或組成）、初始壓力，初始溫度和最終壓力，就可以判斷是否會形成水合物。第一步計算節(jié)流后的溫度降（ΔT）第二步計算節(jié)流后的溫度

T2=T1-ΔT第三步計算形成水合物的溫度(節(jié)流后)TC第四步判斷是否形成水化物T2＞TC不形成水合物，T2＜TC形成水合物第二十六頁，共四十八頁，2022年，8月28日27

對于天然氣由于壓降所引起的溫度變化，也可以用經(jīng)驗公式計算：Di——焦耳湯姆遜效應(yīng)系數(shù)，℃/MPa；

TC——氣體臨界溫度，K；

PC——氣體臨界壓力，Pa；

Pr，Tr——對比壓力，對比溫度；

CP——定壓比熱，kJ/(kmolK)。第二十七頁，共四十八頁，2022年，8月28日28f(Pr，Tr)用下式計算：

Cp用下式計算：T——節(jié)流前后溫度平均值，K；

M——氣體平均分子量；

P——節(jié)流前后壓力平均值，Pa。第二十八頁，共四十八頁，2022年，8月28日29二、注入抑制劑防止天然氣水合物形成天然氣水合物抑制劑有甲醇和甘醇類化合物，如甲醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇。所有這些化學(xué)抑制劑都可以回收和再次循環(huán)使用，但在大多數(shù)情況下，回收甲醇的經(jīng)濟性是很差的。

第二十九頁，共四十八頁，2022年，8月28日30HO-CH2CH2-OH分子量：62沸點：197.3℃乙二醇蒸汽壓：0.06mmHg/20℃甲醇CH3OH分子量：32沸點：65.4℃蒸汽壓：410mmHg(50℃）第三十頁，共四十八頁，2022年，8月28日31甲醇由于沸點較低，宜用于較低溫度的場合，溫度高時損失大，通常用于氣量較小的井場節(jié)流設(shè)備或管線。甲醇富液經(jīng)蒸餾提濃后可循環(huán)使用。第三十一頁，共四十八頁，2022年，8月28日32

甲醇可溶于液態(tài)烴中，其最大質(zhì)量濃度約3%

。甲醇具有中等程度的毒性，可通過呼吸道、食道及皮膚侵入人體，甲醇對人中毒劑量為5～10毫升，致死劑量為30毫升，空氣中甲醇含量達到39～65毫克/米3時，人在30～60分鐘內(nèi)即會出現(xiàn)中毒現(xiàn)象，因而，使用甲醇防凍劑時應(yīng)注意采取安全措施。第三十二頁，共四十八頁，2022年，8月28日33

甘醇類防凍劑（常用的主要是乙二醇和二甘醇）無毒，沸點較甲醇高，蒸發(fā)損失小，一般都回收、再生后重復(fù)使用，適用于處理氣量較大的井站和管線，但是甘醇類防凍劑粘度較大，在有凝析油存在時，操作溫度過低時會給甘醇溶液與凝析油的分離帶來困難，增加了凝析油中的溶解損失和攜帶損失。第三十三頁，共四十八頁，2022年，8月28日341）注入抑制劑防凍計算抑制劑富液濃度計算第三十四頁，共四十八頁，2022年，8月28日35式中：△T——形成水合物的溫度降℃M——抑制劑的分子量K——常數(shù)，對于甲醇Kc=1297；乙二醇和二甘醇，取Kc=2220。x——在最終的水相中抑制劑的重量百分數(shù)（即富液的重量濃度）t1——對于集氣管線，t1是在管線最高操作壓力下天然氣的水合物形成的平衡溫度（℃），對于節(jié)流過程，則為節(jié)流閥后氣體壓力下的天然氣形成水合物的平衡溫度（℃）；

t2——對于集氣管，t2是管輸氣體的最低流動溫度（℃），對于節(jié)流過程，t2為天然氣節(jié)流后的溫度℃。第三十五頁，共四十八頁，2022年，8月28日36（３）抑制劑最低富液濃度校核

甘醇類化合物在低溫下會喪失流動性。重量濃度為60%～75%第三十六頁，共四十八頁，2022年，8月28日37圖2.14三種甘醇的“凝固點”圖第三十七頁，共四十八頁，2022年，8月28日38（４）抑制劑注入量計算

①注入甘醇時：Ge—新鮮甘醇注入量，kg/d；qv—天然氣流量，Nm3/d；G—新鮮甘醇注入速率，kg/kg水；查圖2-16；W1、W2—天然氣在膨脹前后溫度和壓力條件下的飽和含水量，mg/m3；Wf—天然氣中的游離水，mg/m3。第三十八頁，共四十八頁，2022年，8月28日39圖2-16甘醇注入速率與濃度的關(guān)系第三十九頁，共四十八頁，2022年，8月28日40②注入甲醇時：Gm—甲醇注入量，kg/d；qv—天然氣流量，Nm3/d；Gs—液相中甲醇量，mg/m3；Gg—甲醇氣相損失，mg/m3。第四十頁，共四十八頁，2022年，8月28日41Gs—液相中甲醇量，mg/m3；Gg—甲醇氣相損失，mg/m3；x—甲醇富液濃度，%（質(zhì)）；C—注入甲醇溶液的濃度，%（質(zhì)）；W1、W2—天然氣在膨脹前后溫度和壓力條件下的飽和含水量，mg/m3；Wf—天然氣中的游離水，mg/m3。第四十一頁，共四十八頁，2022年，8月28日42Gg—甲醇氣相損失，mg/m3；X—甲醇富液濃度，%（質(zhì)）；α—甲醇在氣體中的含量（g/m3）與甲醇在水中質(zhì)量百分數(shù)的比值；查圖2-17。C—注入甲醇溶液的濃度，%（質(zhì)）；第四十二頁，共四十八頁，2022年，8月28日43２）防凍劑的注入方式采用計量泵泵送三、動力學(xué)抑制劑法（1）動力學(xué)抑制劑作用原理分為水合物生長抑制劑、水合物聚集抑制劑和具有雙重功能的抑制劑。第四十三頁，共四十八頁，2022年，8月28日44動力學(xué)抑制劑的使用濃度一般在0.01％～0.5％之間，分子量從幾千到幾百萬，與熱力學(xué)抑制劑相比，使用成本可降低50％以上，并可大大減小儲存體積和注入容量，使用和維護都很方便。第四十四頁，共四十八頁，2022年，8月28日45①表面活性劑類聚氧乙烯壬基苯基酯、十二烷基硫酸鈉、12－14羧酸與二乙醇胺的混合物、聚丙三醇油酸鹽等。在管道中應(yīng)用非離子表面活性劑，將產(chǎn)生大量小直徑的水合物微粒，能有效防治其聚集。第四十五頁，共四十八頁，2022年，8月28日46②聚合物類N－乙烯基吡咯烷酮、(N，N二甲胺)甲基丙烯酸乙酯、N－乙烯基己內(nèi)酰胺、N－?；巯N亞胺、聚異丙基甲基丙烯酰胺、N，N烷基丙稀酰胺、丙烯酸酯、N－甲基－N－乙烯基乙酰胺等。作用機理是通過共晶或吸附作用，阻止水合物