天然气水合物在天然气输送中的应用研究

专题论述科技信息天然气气水合物在天然气输送中的应用研究陕西省天然气股份有限公司田光焦金改牛生辉[摘要]在输送未经分离的天然 气的过程中，由于压力和温度等外界环境因素的改变,常常生成大量的水合物,造成管线冻堵,严重影响天然气的正常输送储存。本文介绍了输气管道中形成水合物的必备条件。为了避免水合物堵塞,需要知道水合物压力及温度条件,本文简述了波诺马列夫经验公式法和相平街计算法以及防治水合物常用的四种方法。[关键词]天然气水合物天然气管输 堵塞預測防治方法1.前言3.天然气水合物的防治方法陕西省境内的长输天然气管线已建成靖边至西安- -线和二线、咸在管线中天然气水合物形成后,要保证管线内的畅通就要想办法阳至宝鸡、西安至渭南、宝鸡至汉中、咸阳至宝鸡复线、西安至商洛、汉分解管线内的天然气水合物。 通常存在以下情况:当气体的组分和温中至安康8条天然气长输管线，总里程达1899公里，年输气能力40亿度 一定时,可以通过降压的方式;在压力和组分-定时 ,可以通过增加立方米。在输送天然气的过程中，由于压力和温度等外界环境因素的温度的方法:在温度 .压力一定时.可以通过添加电解质或醇类物质，改改变,主要是在冬季,管线中常常生成大量的水合物,造成管线冻堵,严变天然 气水合物的平衡存在条件，从而使气体从水合物中解析出来。重影响天然气的正常输送储存。根据以上指导原则,管线中天然气水合物形成的防治方法主要有以下天然气水合物是种白色结晶固体,外观似冰， 密度约0.88- 0.90g/em。其中可生成气体水合物的典型物质包括:CH.CH、CH.CO,和H.S等(1)天然气的深度脱水等。水合物的生成-般需要具备三个条件:(1)气体中有液态水存在或通过对天然气脱水防治天然气水合物的形成。因为天然气水合物含有过饱和状态的水汽。(2)有足够高的压力和足够低的温度。(3)在上。的形成 -定要有游离水的存在，所以在天然气工业生产过程中,通过添述条件下,气体压力波动或流向突变产生搅动或有晶体存在都能够促加气体 干燥剂降低天然气的含水量来达到抑制天然气水合物的形成。进水合物的形成。值得注意的是:当高于水合物的临界温度时,不论压陕西 省的用气主要由长庆油田净化-厂 和净化三厂输送，天然气的深力多大，也不会生成气体水合物。度脱水由长庆一净和三净完成,我公司的输气场站都配置有分离器,用如何预防和消除管道中的天然气水合物,已引起了广大技术人员来进行再次脱水除尘。的重视,从而成为天然气传输中急需解决的关键技术问题。(2)提高天然气流动温度2、天然气水合物生成条件预测方法由于在一定组分下，天然气水合物形成于低温高压状态下,所以可天然气水合物是在一-定的温度、压力条件下生成的,如能预测生成以通 过加热的措施抑制天然气水合物的形成。这就是在维持原来的压水合物的温度和压力,便可提前做出措施防止其生成。以下介绍两种力状态 下使输气管道中的天然气的温度高于生成水合物的温度。但这预测方法，以用来指导实际生产.提前做出预防措施.保证天然气安全种方 法不适用于天然气长输管道，因为消耗能量大,而且由于冷却气体平稳输送。是增加输气管道流量的一个有效方法,故它不适于压缩机站数较多的2.1波诺马列夫经验公式法波诺马列夫对大量实验数据进行整理,得出不同密度的天然气水加热方法通常在输气站采用,因为那里经常需要较大幅度的降低合物生成条件方程" .适用范围为天然气的相对密度从0.56到100"天然气的压力，由于节流效应会使温度降得很低,从而使节流阀、孔板当T>273.1K时:等处发生冻结。在冬季,我公司部分输气场站,在调压、计量和节流系lgP=: -1.00555 + 0.0541(B+ T- 273.1)(1)统 上安装电伴热装置有效地杜绝了冻堵现象的发生。lgP= -1.0055+0.0171(B + T- 273.1)式中:P压力,kPa;T- -水合物平衡温度;B.B,一与天然气有关的系数,其值与天然气的相对密度γ ,的相对关系见表1。表1 B和B.系数表y。0.56 | 0.6 0.64 0.68 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1.0B 24.25|17.6715.47/14.34 14.0 13212.741211611.1710.77图1计量装置的电伴热图2节流装置的电伴热(3)降压B.77.464.248.6 45.6 44.4 42.0 39.9 37.9 36.20 34.533.1降低压力防止生成水合物的方法就是在维持原来的温度状态下，2.2相平衡计算法使输气管道中的天然气压力降低，从而使生成的水合物温度曲线下降。1940年Katz根据气一固平衡常数,提出了一种估算天然气水合物这一方法 也可用来排除在输气管道中已形成的水合物，其途径就生成条件的方法，相平衡法适用范围广,可用于计算含有典型烷烃组是通过放空管放空。 降压后必须经过一段时间(从几秒钟到几个小时)，成的无硫天然气，而对非烃含量多的气体及压力高于6.9MPa时误差较以分解水合物。 要注意的是，当用放空降压来分解输气管道中形成的大,因此，相平衡计算法适合于城市管输的天然气水合物时,必须在环境温度高于0C以上的条件下进行。否则,水合物相平衡法采用的模型是露点模型，当油气烃类体系相态发生变化分解 了,但又立即转化为冰塞。处于露点时,其相平衡的物质量平衡表现为平衡气相的摩尔分数V趋(4)减压管路系统加热近于1,平衡液相的摩尔分数L趋近于0，根据下式"。对于民用压缩天然气减压过程采用吸收- -吸附脱水工艺成本高、不经济,可以通过设计合理的减压机制和外部加热的方法来解决。可1+(K,-1)V=Z1采用多级降压措施.根据现场情况确定最合理的降压级数和每级的降(3)压比。考虑实际工程造价与可行性,-般采用3级减压流程 ，各级为等x=1+(K-I)V=R降压比减压最好,这样增加了气体吸收外界热量的能力实际温度降减对有n种组分天然气,根据气-固平衡应满足少。对各级调压阀及其后部分管路增设加热装置，也可有效防止冷凝K.=Y/Z(4液的产生。4、总结式中:一压力,kPa;在天然气生产和输送过程中,尤其在输气设备和管线中,形成的天T-温度,K;Y-组分在气相中的摩尔分数;然气水合物会堵寨生产设备和管线，影响生产的正常运行。本文总结分析天然气水合物生成条件及预测方法,对油气田实际生产中的防治X一组分i在固相中的摩尔分数:K-一组分对不同的气体的平衡常数。方法也作了初步的探讨,但每种方法有其不足,预测及防治天然气水合对不同的气体，卡兹等人用实验测出了不同温度和压力下的平衡物的方法还需在实际生产中不断摸索.不断改进。常数K值,并绘制了相应的曲线，同时也可应用相应的状态方程进行计参考文献算。对天然气混合物，生成的水合物应满足下式"[1]李士伦.天然气工程[M].北京:石油工业出版社,2006:300- 308.[2]何更生.油层物理[M].北京:石油工业出版社,2004:87-90.说-2x-1