天然气集输第二章ppt课件.ppt

1第二章第二章 天然气水合物的形成及防止天然气水合物的形成及防止2第一节第一节 天然气含水量的计算天然气含水量的计算•一、天然气含水量表示方法一、天然气含水量表示方法•1、湿含量、湿含量•1〕绝对湿含量〕绝对湿含量2〕饱和湿含量〕饱和湿含量3〕相对湿含量〕相对湿含量34〕天然气的露点和露点降〕天然气的露点和露点降•天然气的露点是指在一定的压力条件下，天然气的露点是指在一定的压力条件下，天然气中开始出现第一滴水珠时的温度天然气中开始出现第一滴水珠时的温度天然气的露点降是在压力不变的情况下，天然气的露点降是在压力不变的情况下，天然气温度从一个露点降至另一个露点天然气温度从一个露点降至另一个露点时产生的温降值时产生的温降值•通常，要求埋地输气管道所输送的天然通常，要求埋地输气管道所输送的天然气的露点温度比输气管道埋深处的土壤气的露点温度比输气管道埋深处的土壤温度低温度低5℃左右4• 2、天然气含水量的各种物理量之间的关、天然气含水量的各种物理量之间的关系系•1〕露点〕露点—饱和温度饱和温度•2〕饱和〕饱和—相对湿度最大值相对湿度最大值•3〕露点降〕露点降—干燥程度高低、相对湿度大小干燥程度高低、相对湿度大小5二、天然气含水量的估算二、天然气含水量的估算• （一〕非酸性天然气的含水量（一〕非酸性天然气的含水量•1、、Mcketta­Wehe算图算图672、公式法、公式法892〕〕Bukacek法法3〕〕Kaziam法法压力力为2 ~8MPa，温度小于，温度小于82℃ 压力在压力在1.4 ~ 21MPa范围内范围内10（二〕酸性天然气的含水量（二〕酸性天然气的含水量•1、坎贝尔辅助算图、坎贝尔辅助算图112、、Wichert辅助算图辅助算图1molCO2将向混合物中带将向混合物中带入的水量相当于入的水量相当于0.75mol H2S将带入的水量将带入的水量图图2.3 Wichert辅助算图辅助算图123、直接查算法、直接查算法13第二节第二节 天然气水合物的形成条件预测天然气水合物的形成条件预测•一、水合物的结构和形成条件一、水合物的结构和形成条件•在在0℃以上的一定温度和有液相水存在的条件以上的一定温度和有液相水存在的条件下，天然气中的某些组分能和液态水形成一种下，天然气中的某些组分能和液态水形成一种白色结晶固体，外观类似于松散的冰或致密的白色结晶固体，外观类似于松散的冰或致密的雪，密度为雪，密度为0.88～～0.9g/cm3，人们称其为水合，人们称其为水合物。

水合物的形成会使输气管道和设备堵塞，物水合物的形成会使输气管道和设备堵塞，影响集输的正常进行影响集输的正常进行14图图2.6 天然气水合物的笼单元及晶胞天然气水合物的笼单元及晶胞（（a〕笼形空腔；（〕笼形空腔；（b〕晶胞〕晶胞15•水合物形成的条件有三：水合物形成的条件有三：•（（1〕天然气的含水量处于饱和状态〕天然气的含水量处于饱和状态•（（2〕压力和温度〕压力和温度•天然气处于足够高的压力和足够低的温度时天然气处于足够高的压力和足够低的温度时表表2­3 天然气生成水合物的临界温度天然气生成水合物的临界温度组分名称分名称CH4C2H6C3H8iC4H10nC4H10CO2H2S临界温度，界温度，℃21.514.55.52.51.010.029.0• （（3 3〕流动条件突变〕流动条件突变16二、形成水合物的温度或压力的预测二、形成水合物的温度或压力的预测1、相平衡常数法、相平衡常数法17图图2.7气气­—固平衡常数固平衡常数18水水合合物物形形成成温温度度的的计计算算假设假设T查组分的查组分的Ki计算计算yi/ Ki∣ ∣∑yi/ Ki­1 ∣ ∣<ε结结 束束调整调整T=T′否是192、相对密度法、相对密度法•(1) 水合物生成的平衡曲线水合物生成的平衡曲线•相对密度曲线法。

相对密度曲线法20 图图2.8是不含是不含H2S和和CO2的，如果的，如果H2S和和CO2含量小于含量小于1%(mol%)，也可应用此图也可应用此图P*与气体相对密度有关与气体相对密度有关213、、Baillie­Wichert法法22• 4、统计热力学模型法5、管线水合物形成温度经验计算公式、管线水合物形成温度经验计算公式23第三节第三节 天然气水合物的防止天然气水合物的防止一、限制天然气在集一、限制天然气在集输中的温度降中的温度降1、限制节流时的节流程度、限制节流时的节流程度24•2、提高天然气流动温度，防止水合物生成、提高天然气流动温度，防止水合物生成天然气经过节流降压，温度降低现象，称之天然气经过节流降压，温度降低现象，称之为焦耳－汤姆逊效应为焦耳－汤姆逊效应25图图2.1326• 如果知道天然气的相对密度〔或组成）、初如果知道天然气的相对密度〔或组成）、初始压力，初始温度和最终压力，就可以判断是否始压力，初始温度和最终压力，就可以判断是否会形成水合物会形成水合物•第一步第一步 计算节流后的温度降〔计算节流后的温度降〔ΔTΔT））•第二步第二步 计算节流后的温度计算节流后的温度• T2=T1- ΔT T2=T1- ΔT•第三步第三步 计算形成水合物的温度计算形成水合物的温度( (节流后节流后)TC)TC•第四步第四步 判断是否形成水化物判断是否形成水化物•T2T2＞＞ TC TC不形成水合物，不形成水合物， T2 T2＜＜ TC TC形成水合物形成水合物27• 对对于于天天然然气气由由于于压压降降所所引引起起的的温温度度变变化化，，也也可可以以用用经经验公式计算：验公式计算：• Di——焦耳汤姆逊效应系数，焦耳汤姆逊效应系数，℃/MPa；；• TC——气体临界温度，气体临界温度，K；；• PC——气体临界压力，气体临界压力，Pa；；• Pr，，Tr——对比压力，对比温度；对比压力，对比温度；• CP——定压比热，定压比热，kJ/(kmol￿ ￿K)。

28•f (Pr，，Tr)用下式计算：用下式计算：• • •Cp用下式计算：用下式计算：•T——节流前后温度平均值，节流前后温度平均值，K；；• M——气体平均分子量；气体平均分子量；• P——节流前后压力平均值，节流前后压力平均值，Pa29•二、注入抑制剂防止天然气水合物形成二、注入抑制剂防止天然气水合物形成•天然气水合物抑制剂有甲醇和甘醇类化合物，天然气水合物抑制剂有甲醇和甘醇类化合物，如甲醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇所有这些如甲醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇所有这些化学抑制剂都可以回收和再次循环使用，但在化学抑制剂都可以回收和再次循环使用，但在大多数情况下，回收甲醇的经济性是很差的大多数情况下，回收甲醇的经济性是很差的• 30HO­CH2CH2­OH分子量：分子量：62沸点：沸点：197.3℃乙二醇乙二醇蒸汽压：蒸汽压：0.06mmHg/20℃甲醇甲醇CH3OH分子量：分子量：32沸点：沸点： 65.4 ℃蒸汽压：蒸汽压： 410 mm Hg ( 50 ℃））31•甲甲醇醇由由于于沸沸点点较较低低，，宜宜用用于于较较低低温温度度的的场场合合，，温温度度高高时时损损失失大大，，通通常常用用于于气气量量较较小小的的井井场场节节流流设设备备或或管管线线。

甲甲醇醇富富液液经经蒸蒸馏馏提提浓浓后后可可循循环环使用32• 甲醇可溶于液态烃中，其最大质量浓度约甲醇可溶于液态烃中，其最大质量浓度约3% • 甲甲醇醇具具有有中中等等程程度度的的毒毒性性，，可可通通过过呼呼吸吸道道、、食食道道及及皮皮肤肤侵侵入入人人体体，，甲甲醇醇对对人人中中毒毒剂剂量量为为5～～10毫毫升升，，致致死死剂剂量量为为30毫毫升升，，空空气气中中甲甲醇醇含含量量达达到到39～～65毫毫克克/米米3时时，，人人在在30～～60分分钟钟内内即即会会出出现现中中毒毒现现象象，，因因此此，，使使用用甲醇防冻剂时应注意采取安全措施甲醇防冻剂时应注意采取安全措施33• 甘甘醇醇类类防防冻冻剂剂〔〔常常用用的的主主要要是是乙乙二二醇醇和和二二甘甘醇醇〕〕无无毒毒，，沸沸点点较较甲甲醇醇高高，，蒸蒸发发损损失失小小，，一一般般都都回回收收、、再再生生后重复使用，适用于处理气量较大的井站和管线，后重复使用，适用于处理气量较大的井站和管线，•但但是是甘甘醇醇类类防防冻冻剂剂粘粘度度较较大大，，在在有有凝凝析析油油存存在在时时，，操操作作温温度度过过低低时时会会给给甘甘醇醇溶溶液液与与凝凝析析油油的的分分离离带带来来困困难难，，增加了凝析油中的溶解损失和携带损失。

增加了凝析油中的溶解损失和携带损失341〕注入抑制剂防冻计算•抑制剂富液浓度计算抑制剂富液浓度计算35•式中：式中： △T △T————形成水合物的温度降形成水合物的温度降℃℃•M M————抑制剂的分子量抑制剂的分子量•K K————常常数数，，对对于于甲甲醇醇Kc=1297Kc=1297；；乙乙二二醇醇和和二二甘甘醇醇，，取取Kc=2220Kc=2220•x x————在在最最终终的的水水相相中中抑抑制制剂剂的的重重量量百百分分数数〔〔即即富富液液的的重量浓度）重量浓度）•t1t1————对对于于集集气气管管线线，，t1t1是是在在管管线线最最高高操操作作压压力力下下天天然然气气的的水水合合物物形形成成的的平平衡衡温温度度（（℃℃）），，对对于于节节流流过过程程，，则则为为节节流流阀阀后后气气体体压压力力下下的的天天然然气气形形成成水水合合物物的的平平衡衡温度（温度（℃℃）；）；• t2t2————对对于于集集气气管管，，t2t2是是管管输输气气体体的的最最低低流流动动温温度度（（℃℃），对于节流过程，），对于节流过程，t2t2为天然气节流后的温度为天然气节流后的温度℃℃。

36（３〕抑制剂最低富液浓度校核（３〕抑制剂最低富液浓度校核• 甘醇类化合物在低温下会丧失流动性甘醇类化合物在低温下会丧失流动性•重量浓度为重量浓度为60%～～75%37图图2.14三种甘醇的三种甘醇的“凝固点〞图凝固点〞图38（４〕抑制剂注入量计算（４〕抑制剂注入量计算• ①①注入甘醇时：注入甘醇时：Ge—新鲜甘醇注入量，新鲜甘醇注入量，kg/d；；qv—天然气流量，天然气流量，Nm3/d；；G—新鲜甘醇注入速率，新鲜甘醇注入速率，kg/ kg水；查图水；查图2-16；；W1、、W2—天然气在膨胀前后温度和压力条件下的饱和含水量，天然气在膨胀前后温度和压力条件下的饱和含水量，mg/m3；；Wf—天然气中的游离水，天然气中的游离水，mg/m339图图2­16 甘醇注入速率与浓度的关系甘醇注入速率与浓度的关系40②②注入甲醇时：注入甲醇时：Gm—甲醇注入量，甲醇注入量，kg/d；；qv—天然气流量，天然气流量，Nm3/d；；Gs—液相中甲醇量，液相中甲醇量，mg/m3；；Gg—甲醇气相损失，甲醇气相损失，mg/m341Gs—液相中甲醇量，液相中甲醇量，mg/m3；；Gg—甲醇气相损失，甲醇气相损失，mg/m3；；x—甲醇富液浓度，甲醇富液浓度，%（质）；（质）；C—注入甲醇溶液的浓度，注入甲醇溶液的浓度，%（质）；（质）；W1、、W2—天然气在膨胀前后温度和压力条件下的饱和含水量，天然气在膨胀前后温度和压力条件下的饱和含水量，mg/m3；；Wf—天然气中的游离水，天然气中的游离水，mg/m3。

42Gg—甲醇气相损失，甲醇气相损失，mg/m3；；X—甲醇富液浓度，甲醇富液浓度，%（质）；（质）；α—甲醇在气体中的含量〔甲醇在气体中的含量〔g/m3〕与甲醇在水中质量百分数的比值；〕与甲醇在水中质量百分数的比值；查图查图2-17C—注入甲醇溶液的浓度，注入甲醇溶液的浓度，%（质）；（质）；43２〕防冻剂的注入方式２〕防冻剂的注入方式采用计量泵泵送采用计量泵泵送三、动力学抑制剂法三、动力学抑制剂法（（1〕动力学抑制剂作用原理〕动力学抑制剂作用原理分为水合物生长抑制剂、水合物聚集抑制剂和具有双分为水合物生长抑制剂、水合物聚集抑制剂和具有双重功能的抑制剂重功能的抑制剂44动力学抑制剂的使用浓度一般在动力学抑制剂的使用浓度一般在0.01％～％～0.5％之％之间，分子量从几千到几百万，与热力学抑制剂相间，分子量从几千到几百万，与热力学抑制剂相比，使用成本可降低比，使用成本可降低50％以上，并可大大减小储％以上，并可大大减小储存体积和注入容量，使用和维护都很方便存体积和注入容量，使用和维护都很方便45①①表面活性剂类表面活性剂类聚氧乙烯壬基苯基酯、十二烷基硫酸钠、聚氧乙烯壬基苯基酯、十二烷基硫酸钠、12－－14羧酸羧酸与二乙醇胺的混合物、聚丙三醇油酸盐等。

与二乙醇胺的混合物、聚丙三醇油酸盐等在管道中应用非离子表面活性剂，将产生大量小直径在管道中应用非离子表面活性剂，将产生大量小直径的水合物微粒，能有效防治其聚集的水合物微粒，能有效防治其聚集46②②聚合物类聚合物类N－乙烯基吡咯烷酮、－乙烯基吡咯烷酮、(N，，N二甲胺二甲胺)甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、N－乙烯基己内酰胺、－乙烯基己内酰胺、N－酰基聚烯烃亚胺、聚异丙基甲基－酰基聚烯烃亚胺、聚异丙基甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、N，，N烷基丙稀酰胺、丙烯酸酯、烷基丙稀酰胺、丙烯酸酯、N－甲基－－甲基－N－乙烯基乙酰胺等－乙烯基乙酰胺等作用机理是通过共晶或吸附作用，阻止水合物晶核的生作用机理是通过共晶或吸附作用，阻止水合物晶核的生长，或使水合物微粒保持分散而不发生聚集，从而抑制长，或使水合物微粒保持分散而不发生聚集，从而抑制水合物的形成水合物的形成47四、降低管线压力四、降低管线压力用放空管对管线泄放气体降压用放空管对管线泄放气体降压放空气量：放空气量：P0、、T0—起始压力〔起始压力〔Pa）、温度〔）、温度〔k）；）；K—气体绝热指数；气体绝热指数；d—放空管内径，放空管内径，m；；Z—气体压缩系数；气体压缩系数；Ra—气体常数，气体常数，Ra=287.1J/(kg．．k)；；g—重力加速度。