[優(yōu)秀畢業(yè)設計精品] 天然氣輸送過程中水合物的生成、防治研究和討論

1、<p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　　1.1研究的意義和目的</p><p>　　隨著石油天然氣工業(yè)的不斷發(fā)展，在處理和輸送天然氣過程中發(fā)現(xiàn)了氣體水合物。水合物是目前科學領域中的熱門課題，不僅與石油天然氣開采、儲存和運輸密切相關，而且與環(huán)境保護、氣候變遷，特別是人類未來賴以生存的能源有關。天然氣水合物為白色結晶固體，是在一定溫度、壓力條

2、件下、天然氣中的烴分子與其中的游離水結合而形成的，其中水分子靠氫鍵形成一種帶有大、小孔穴的結晶晶格體，這些孔穴被小的氣體分子所充填。在天然氣管道輸送過程中，水合物在輸氣干線或輸氣站某些管段（彎頭）閥門、節(jié)流裝置等處形成后，其流通面積減少從而形成局部堵塞，其上游的壓力增大，流量減少，下游的壓力降低，因為會影響管道輸配氣的正常運行。天然氣水合物是威脅輸氣管道安全運行的一個重要因素。天然氣水合物一旦形成后，它與金屬結合牢固，會減少管道的流通面

3、積，產生節(jié)流，加速水合物的進一步形成，進而造成管道、閥門和一些設備的堵塞，嚴重影響天然氣的開采、集輸和加工的正常運行。因此，研究和討論天然氣輸送過程中水合物的生成和防治，對保障天然氣管道的安全運行具有十分重要的實際意義。</p><p>　　要形成天然氣水合物需要幾個必要的條件，一是氣體處于水汽的飽和或過飽和狀態(tài)并存在游離水；二是有足夠高的壓力和足夠地的溫度。在具備上述條件時，水合物的形成，還要求有一些輔助條件，

4、如天然氣壓力的波動，氣體因流向的突變而產生的攪動，以及晶種的存在等。因此總結出一些防治天然氣水合物生成的方法。</p><p>　　通常，在輸送天然氣過程中清除水合物的方法是用熱水或熱蒸汽對管道進行加熱，在水合物和金屬接觸點上，將溫度提高到30～40℃，使水合物很快分解。據(jù)統(tǒng)計防止水合物生成的費用約占生產總成本的5～8%。在工程上對抑制劑用量不能準確計算，抑制劑的用量往往大于實際需求量，這樣一方面不利于節(jié)約成本，

5、另一方面導致不必要的環(huán)境污染</p><p>　　針對上述問題，需要用科學的實驗方法，準確測定天然氣水合物的生成條件，并篩選和評價抑制劑的抑制效果，從而為天然氣集輸管道水合物防治工作提供科學依據(jù)。</p><p>　　1.2國內外發(fā)展概況及分析</p><p>　　國內外預測水合物形成壓力和溫度的方法大致可分為經(jīng)驗公式法、圖解法、相平衡計算法和統(tǒng)計熱力學模型法四大類

6、。</p><p>　　經(jīng)驗公式法是通過室外取樣室內實驗或現(xiàn)場測試水合物形成壓力和溫度,在此基礎上,擬合得到的半經(jīng)驗或經(jīng)驗模型。經(jīng)驗、半經(jīng)驗模型具有簡單、計算方便等優(yōu)點,但使用范圍狹窄,計算精度不高。</p><p>　　經(jīng)驗圖解法是根據(jù)甲烷及不同相對密度天然氣形成水合物的平衡曲線，大致確定出天然氣形成水合物的溫度和壓力。但對含有硫化氫的天然氣誤差較大，若相對密度在兩條曲線之間,需采用內插

7、法進行近似計算。為了便于計算機運算，圖解法被回歸成幾個公式，若已知天然氣的相對密度和溫度,可選擇其中合適的公式計算水合物形成壓力。若已知相對密度和壓力可選擇其中合適的公式進行迭代求得水合物形成溫度。但是這種方法也存在適用范圍狹窄，計算精度不高的缺點。</p><p>　　相平衡計算法是1940年Katz根據(jù)氣—固平衡常數(shù),提出了一種估算天然氣水合物生成條件的方法,可用于計算含有典型烷烴組成的無硫天然氣,而對非烴含

8、量多的氣體及壓力高于6.9MPa時誤差較大。水合物的相平衡理論模型大多是在Van der Waals-Platteeuw模型的基礎上發(fā)展起來的,具有很強的理論基礎,計算精度高,但計算較復雜,難掌握。</p><p>　　目前預測水合物生成條件的熱力學模型幾乎都是以經(jīng)典統(tǒng)計熱力學為基礎的。Vander Waals和Platteeuw 在1959年提出的 Langmuir氣體吸附模型，沒考慮到客體分子間的相互作用，而

9、假定洞穴為球形對稱等。1964年，Saito等人提出了一種預測水合物生成條件的方法。1972年，Parrish和Pransnitz考慮到Langmuir參數(shù)僅為溫度的函數(shù)，提出了簡單的經(jīng)驗關系式計算Langmuir常數(shù)，大大簡化了Vander Waals模型，并首次將之推廣到多元體系。1977年Ng&Robinson模型(簡稱NR)，考慮不同客體間的相互作用，修正Van Der Waals模型。1983年HolderJohn模型

10、（簡稱HJ）考慮到洞穴并非球形，水分子與洞穴中心距離不等的實際情況，采用三層球模型來描述水分子和客體分子間的相互作用，并引入擾動因子來矯正球形分子的Langmuir常數(shù)；1988年杜亞和和郭天民（簡稱Du&Guo88模型）利用十點Gauss數(shù)值積分法計算出不同溫度下Langmuir常數(shù)；1996年，Chen- Guo基于水合物生成動力學，提出了一個完全不同于VdW- P</p><p><b>

11、　　2 天然氣狀態(tài)方程</b></p><p>　　2.1理想氣體狀態(tài)方程</p><p>　　理想氣體是為了研究問題和工程計算的方便而設想的一個理想化模型，這種氣體的分子本身不占有體積，分子之間沒有內聚力，其狀態(tài)方程式為：</p><p><b>　　(2.1)</b></p><p>　　式中 p—

12、氣體壓力，N/m2;</p><p>　　V—理想氣體體積，m3;</p><p>　　v—1mol理想氣體占有的體積，m3/mol；</p><p>　　n—氣體物質的量，mol；</p><p>　　R—理想氣體常數(shù)，8.3143kJ/(kmol·K)；</p><p><b>　　T—氣體溫度

13、，K。</b></p><p>　　2.2實際氣體狀態(tài)方程</p><p>　　當壓力升高或密度增大時，氣體分子本身占據(jù)的體積大得越來越嚴重，而分子間的相互作用力也變得越來越明顯。未考慮這些效應，范德瓦爾在1837年提出了另一個狀態(tài)方程，即范德瓦爾狀態(tài)方程。在范德瓦爾狀態(tài)方程提出之后，為了考慮實際氣體的性質，又提出了大量的狀態(tài)方程。這里就介紹RK方程、SRK方程和PR方程。&l

14、t;/p><p><b>　　RK方程</b></p><p>　　RK（Redlitch-Kwong）方程是1949年提出的二參數(shù)狀態(tài)方程，基本形式如下：</p><p><b>　　(2.2)</b></p><p>　　式中a和b是常數(shù)，對單組份有：</p><p>　　混

15、合氣體的a、b常數(shù)由各組分的a、b常數(shù)及摩爾分數(shù)按混合規(guī)則求解。</p><p><b>　　SRK方程</b></p><p>　　SRK是在改進Redlitch-Kwong狀態(tài)方程基礎上，提出的一種狀態(tài)方程，其形式為：</p><p><b>　　(2.3)</b></p><p><b&

16、gt;　　式中a和b是常數(shù)：</b></p><p>　　上式中與氣體對比溫度Tr和偏心因子有關，按下式計算：</p><p>　　偏心因子根據(jù)有關手冊的基礎物性數(shù)據(jù)表差得。</p><p><b>　　PR方程</b></p><p>　　PR是另外一種狀態(tài)方程，其形式為：</p><p

17、><b>　　(2.4)</b></p><p><b>　　式中a和b是常數(shù)：</b></p><p>　　3 輸氣管道的水力計算、熱力計算</p><p>　　3.1輸氣管道的水力計算</p><p>　　根據(jù)穩(wěn)定流動的假設，運動方程整理可得：</p><p>&l

18、t;b>　　(3.1)</b></p><p>　　3.1.1輸氣管的基本公式</p><p>　　所謂水平輸氣管道，是指地形起伏高差小于200m的管道。這種管道陰有雨高差所引起的壓降在上式中所占的比例很小，并不足以影響輸氣管道水力計算的準確性，故可忽略不計，于是方程可寫為：</p><p><b>　?。?.2）</b>&l

19、t;/p><p>　　公式中的和w為隨管長而變化的氣體的密度和流速；為消去這兩個變數(shù)，我們可利用連續(xù)性方程和氣體狀態(tài)方程。</p><p><b>　　由氣體狀態(tài)方程有：</b></p><p><b>　?。?.3）</b></p><p><b>　　由連續(xù)性方程有：</b>&

20、lt;/p><p><b>　?。?.4）</b></p><p>　　將式（3.3）和（3.4）代入式（3.2）中得：</p><p>　　若管路全線長度為L，其起終點壓力分別為和，則對式積分可求得輸氣管流量和壓降的關系式：</p><p><b>　　積分得：</b></p><

21、p><b>　?。?.5）</b></p><p>　　式中 —輸氣管質量流量，kg/s；</p><p><b>　　—輸氣管內徑，m；</b></p><p>　　，—輸氣管起、終點壓力，MPa；</p><p>　　—水力摩擦系數(shù)，無因次；</p><p>

22、　　—氣體壓縮因子，無因次；</p><p><b>　　—氣體常數(shù)，；</b></p><p><b>　　—輸氣溫度，K；</b></p><p><b>　　—管長，m。</b></p><p>　　式（3.5）中，一項表示隨著壓力下降，流速增加對流量的影響。對長距離管道

23、而言，與相比很小，可以忽略。相反距離短、壓降大的管道則必須考慮。故對長輸管道而言，上式可簡化為：</p><p><b>　　(3.6)</b></p><p>　　這是平坦地區(qū)輸氣管道的質量流量公式。但在工程設計和生產上通常采用的是在標準狀況下的體積流量。因此，必須把質量流量M換算成標況下的體積流量。</p><p><b>　　(

24、3.7)</b></p><p>　　式中為標況下的氣體密度。由氣體狀態(tài)方程可知：</p><p>　　標況下的氣體壓縮系數(shù)Z0=1，故：</p><p><b>　?。?.8）</b></p><p>　　為計算方便，用空氣的氣體常數(shù)Ra來表示天然氣的氣體常數(shù)R：</p><p>&

25、lt;b>　　將代入上式得：</b></p><p><b>　　（3.9）</b></p><p>　　將（3.9）代入（3.8）得</p><p><b>　?。?.10）</b></p><p>　　再將（3.7）、（3.8）和（3.10）代入（3.6），得：</p&g

26、t;<p><b>　　(3.11)</b></p><p><b>　　設，于是</b></p><p><b>　?。?.12）</b></p><p>　　式中 Q—天然氣在標況下的體積流量，m3/s;</p><p><b>　　C—常數(shù)；

27、</b></p><p>　　Ra—空氣的氣體常數(shù)，m2/(s2·K)；</p><p>　　Δ—天然氣的相對密度，無因次。</p><p>　　3.1.2輸氣管道壓力分布和平均壓力</p><p><b>　?、叛鼐€壓力分布</b></p><p>　　設有一段輸氣管道AC

28、長為L。以x表示管段上任一點B至起點A的距離，見圖3-1，</p><p>　　圖3-1 輸氣管沿線任一點壓力</p><p>　　則公式（3.12）改寫為：</p><p><b>　　(3.13)</b></p><p>　　根據(jù)上式，對AB段可寫為：</p><p><b>　　

29、對BC段可寫為：</b></p><p>　　同一條管路流量相同，因此以上兩式相等</p><p><b>　　整理后得：</b></p><p><b>　?。?.14）</b></p><p><b>　　⑵平均壓力</b></p><p&g

30、t;　　當輸氣管道停輸時，管道內的壓力并不像輸油管道那樣立刻消失，而是仍處于壓力狀態(tài)下，高壓端的氣體逐漸流向低壓端。這樣起點壓力PQ逐漸下降，而低壓端因由高壓氣體流入，終點壓力PZ逐漸上升，最后兩段壓力達到某個平均值PCP,即平均壓力。</p><p>　　利用公式（3.14），按管道的全長積分，即可求得輸氣管道的平均壓力：</p><p><b>　　積分并整理的：</b

31、></p><p><b>　　(3.15)</b></p><p>　　3.2輸氣管道的熱力計算</p><p>　　3.2.1溫降基本公式</p><p>　　由能量方程推導溫降公式。穩(wěn)定流動的能量方程:</p><p><b>　　(3.16)</b></p

32、><p>　　忽略高差和速度變化的影響，則：</p><p><b>　　(3.17)</b></p><p>　　式中 h—氣體的焓，J/kg;</p><p>　　T—氣體的溫度，K或℃；</p><p>　　P—氣體的壓力，MPa;</p><p>　　Q—單位質量

33、氣體通過管長向外所放出的熱量，J/kg;</p><p>　　x—沿管長變化量，m。</p><p>　　另外由熱力學知識可知：</p><p><b>　　因此：</b></p><p><b>　　(3.18)</b></p><p><b>　　由于：<

34、/b></p><p>　　式中 CP—氣體質量定壓熱容，J/kg·K；</p><p>　　Di—焦耳—湯姆遜系數(shù)，℃/MPa。</p><p><b>　　則：</b></p><p><b>　　(3.19)</b></p><p>　　表示單位質

35、量氣體在單位管長上的熱力損失，由傳熱學關系可知：</p><p><b>　　(3.20)</b></p><p>　　式中 K—管道的總傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；</p><p>　　D—管道的內徑，m；</p><p>　　T0—管道埋深處地溫，K；</p><p>　　M—

36、氣體質量流量，kg/s。</p><p>　　管道隊環(huán)境放出的熱量應等于氣體所放出的熱量，因此：</p><p><b>　　令 ，則上式變?yōu)椋?lt;/b></p><p><b>　　(3.21)</b></p><p>　　非齊次線性微分方程，其通解為：</p><p>　　

37、由于x=0時，T=TQ，所以：</p><p><b>　　(3.22)</b></p><p>　　公式中最后一項是考慮焦耳—湯姆遜效應的影響，焦耳—湯姆遜效應也叫節(jié)流效應，這一項是小于零的，說明考慮節(jié)流效應后溫度比不考慮節(jié)流效應時下降得快。所謂節(jié)流效應，就是氣體在不與外界進行熱交換的情況下，其本身的冷卻現(xiàn)象。輸氣管道沿線壓力逐漸降低，氣體不斷膨脹，氣體分子間的距離

38、增大，從而必須消耗能量來克服分子間的引力，在外界不補充能量的情況下，這個能量就由氣體本身供給，從而使氣體本身冷卻。</p><p>　　若不考慮節(jié)流效應，則得到蘇霍夫公式：</p><p><b>　　(3.23)</b></p><p>　　3.2.2輸氣管道的平均溫度</p><p><b>　　由此得到溫

39、降公式：</b></p><p><b>　　(3.24)</b></p><p><b>　　3.2總傳熱系數(shù)</b></p><p>　　對埋地管線，其傳熱過程由三部分組成。</p><p><b>　　氣體至管壁的放熱：</b></p><

40、p><b>　　(3.25)</b></p><p>　　管壁、絕緣層等N層傳熱：</p><p>　?。╥=1,2,···N） (3.26)</p><p>　　管道至土壤的放熱，即：</p><p><b>　　(3.27)</b>&l

41、t;/p><p><b>　　由上面三式得：</b></p><p><b>　　(3.28)</b></p><p>　　傳遞給周圍介質熱量：</p><p><b>　　當，D取外徑；</b></p><p><b>　　當，取平均值；<

42、/b></p><p><b>　　當，取內徑。</b></p><p>　　對于大管道，可認為:</p><p><b>　　(3.29)</b></p><p>　　4 天然氣水合物生成條件及機理研究</p><p>　　水合物是目前國際上的熱門研究領域，由于其不僅

43、與石油天然氣生產、儲藏和運輸密切相關，而且與環(huán)境保護、氣候變遷，特別是人類未來賴以生存的能源有關系。</p><p>　　美國地質調查局經(jīng)過多年調查研究認為，天然氣水合物將可能成為本世紀的一種主要能源，是能源的“一個新領域”。按保守估計，“全世界的天然氣水合物形式存在的碳的總量是地球上已知化石燃料（包括煤）中碳含量的2倍”。所以一方面由于水合物特殊的物理化學性質，使其潛藏著開發(fā)工業(yè)應用技術的巨大潛能，因此它不僅得

44、到眾多學術研究機構的重視，而且得到許多政府部門的重視；但是另一方面因為天然氣水合物會給天然氣的開采儲運造成很大的影響甚至危害，需要采取措施防止其生成，因此研究天然氣水合物生成條件及其機理是非常有必要的。</p><p><b>　　4.1水合物的結構</b></p><p>　　天然氣水合物是在一定的溫度和壓力條件下，天然氣中某些氣體組分（甲</p>&

45、lt;p>　　烷、乙烷、丙烷、等）與液態(tài)水形成的白色結晶固體，外觀類似松散的冰或</p><p><b>　　致密的雪，密度為。</b></p><p>　　天然氣水合物是一種由許多空腔構成的結晶結構。大多數(shù)空腔里有天然氣分</p><p>　　子，所以比較穩(wěn)定。這種空腔又稱為“籠”。幾個籠聯(lián)成一體的形成物稱為晶胞。結構如圖4-1所示。&

46、lt;/p><p>　　圖4-1 氣體水化物的晶格</p><p>　?。╝）Ⅰ型結構 （b）Ⅱ型結構研究表明，所有被研究的水化物都結晶成下列兩種結構中的某一種結構：Ⅰ型—具有1.2納米參數(shù)的ＣsCl型體心立方晶格；Ⅱ型——具有1.73 ～1.74納米參數(shù)的金剛石型面心立方晶格。以上所舉的晶格參數(shù)值是在溫度約273.1K時得到的。圖4

47、-1概括地表示了Ⅰ型和Ⅱ型結構的晶格。結構Ⅰ型和Ⅱ型都包含有兩種大小不同而數(shù)目一定的洞穴是由水分子通過氫鍵連接起來而構成的多面體，有12面體、14面體和16面體三種。12面體分別和另外兩種多面體搭配而形成Ⅰ、Ⅱ兩種結構。</p><p>　　4.2 天然氣中水汽的含量</p><p>　　天然氣在地層溫度和壓力條件下含有飽和水汽，天然氣的水汽含水量取決于天然氣的溫度、壓力和組成等條件。天

48、然氣含水汽量，通常用絕對濕度、相對濕度和水露點來表示。⑴絕對濕度或絕對含水量e 標準狀態(tài)下每立方米天然氣所含水汽的質量數(shù)，稱為天然氣的絕對濕度或絕對含水量。</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　式中 —天然氣的絕對濕度，g/m3; </p><p>　　—天然氣中的水汽含量，g;</p&g

49、t;<p>　　—天然氣的體積，m3。</p><p>　?、骑柡蜐穸然蝻柡秃?lt;/p><p>　　一定狀態(tài)下天然氣與液相水達到相平衡時，天然氣中的含水量稱為飽和含水量。用表示在飽和狀態(tài)時一立方米體積內的水汽含量。如果<，天然氣則是不飽和的。而=時，天然氣則是飽和的。</p><p><b>　　⑶相對濕度</b><

50、;/p><p>　　在給定條件下，一立方米天然氣中的水汽含量與相同條件下成飽和狀態(tài)時一立方米天然氣中水汽含量之比稱為相對濕度。</p><p><b>　　（4.2）</b></p><p>　　式中 —天然氣相對濕度；</p><p><b>　　—天然氣絕對濕度；</b></p>

51、<p><b>　　—天然氣飽和濕度。</b></p><p>　?、忍烊粴獾穆饵c（dew point）和露點降</p><p>　　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，天然氣溫度降至露點溫度時產生的溫降值。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

52、右。</p><p>　　⑸天然氣含水量的確定方法</p><p>　　天然氣的含水量測定方法有露點法、電解法、電導法、滴定法、重量法和紅外線吸收法。其中紅外線吸收法很少應用。</p><p>　　GB/T17283—1998《天然氣水露點的測定冷卻鏡面凝析濕度計法》。SY/T 7507—1997《天然氣中含水量的測定電解法》。</p><p&

53、gt;　　⑹天然氣含水量的估算</p><p>　　當不同的壓力和溫度時，在飽和狀態(tài)下，天然氣中的水汽含量可用圖4-2來查的。</p><p>　　圖4-2 </p><p>　　必須指出，圖4-2是根據(jù)天然氣相對密度為0.6，且不含氮氣的實驗數(shù)據(jù)繪制的。因此在求相對密度不為0.6的天然氣的水汽含量時，必須引入相對密度</p><p

54、>　　修正系數(shù) (見圖4-2左上角的小圖)。</p><p>　　另外，如果水中溶解有鹽類（NaCl、MgCl2等），則溶液上面水汽的分壓將下降，這樣，天然氣中水汽含量也就降低。此時，就必須引入含鹽度的修正系數(shù)（見圖4-2左上角的小圖）。</p><p>　　甲烷含量摩爾濃度大于70%和含少量重烴的甜氣含水量。</p><p>　　當天然氣中含有大量和等酸性氣

55、體時，天然氣中飽和水蒸汽的含量，將大大地高于常用的凈化氣圖表（如圖4-2）所查得的水分含量，特別是當壓力高于6895千帕（1000磅力/英寸2）時，尤為顯著。但是當壓力為4020.7～6668.5千帕或更低時，則酸性氣體對平衡水含量的影響甚小，其誤差可以忽略不計。順便指出一點，對于壓力低于2100千帕（絕）的所有氣體，都可以應用圖4-4快速估算出氣體中水份的含量。當壓力高于2100千帕（絕）時，可按下式計算出水分的約略含量W：</

56、p><p>　　必須指出：用圖4-2、4-3和4-4 查得的水汽含量，是在15℃和101.325千帕 條件（即GPA標準）下求得的，若換算為我國的標準即20℃和101.325千帕條件下，則需將為用圖4-2、4-3和4-4所查得的水汽含量值乘以修正系數(shù)0.9848。</p><p>　　圖4-3 水分含量</p><p>　　圖4-4 水分含量</p>

57、<p>　　4.3水化物生成條件預測</p><p>　　天然氣形成水合物是需要一定條件的，形成水合物的主要條件有兩個：（1）天然氣必須處于適當?shù)臏囟群蛪毫ο隆＃?）天然氣必須處于或低于水汽的露點，出現(xiàn)“自由水”。因此對于一定組分的天然氣，在給定壓力下，就有一水合物形成溫度，低于這個溫度將形成水合物，而高于這個溫度則不形成水合物或已形成的水合物將發(fā)生分解。隨著壓力升高，形成水合物的溫度也隨之升高。如果天

58、然氣中沒有自由水，則不會形成水合物。除此之外，形成水合物還有一些次要的條件，如皋的氣體流速、任何形式的攪動及晶種的存在等。</p><p>　　水合物形成的臨界溫度，可能是水合物存在的最高溫度，高于此溫度，不管壓力多大，也不會形成水合物。天然氣各組分生成水合物的臨界溫度見表4.1。</p><p>　　表4.1 天然氣各組分生成水合物的臨界形成溫度</p><p>

59、;　　曾以為甲烷水合物的臨界溫度是21.5℃，但經(jīng)研究表明當壓力在33~76MPa條件下，溫度為28.8℃時甲烷水合物仍然存在，而在390MPa高壓下甲烷水合物形成溫度可提升到47℃。</p><p>　　天然氣在管道中流動，隨著壓力、溫度變化，有可能會形成水合物。如圖4-5所示，曲線1、2分別代表氣體沿管線壓力和溫度變化曲線，曲線3為根據(jù)天然氣組分和壓力沿線分布所確定的生產水合物的溫度曲線。設天然氣露點為，當天

60、然氣輸入管道后，由于溫度高于露點，氣體未被水蒸氣飽和，因此，當時沒有水析出，也就不會形成水合物。</p><p>　　當天然氣溫度逐漸降低到，就形成飽和氣體，因此當后就開始有水析出。若管內氣體溫度高于生成水合物的溫度，也不會生成水合物。</p><p>　　但到達n點時，天然氣的溫度等于生成水合物溫度，自此點開始直到N點這一區(qū)域就是可能生成水合物的區(qū)域。由于在n點開始生成水合物，天然氣中的

61、部分水蒸氣轉變?yōu)樗衔铮沟煤繙p少，此時露點從降到。如果低于輸氣管道的最低溫度，當氣體繼續(xù)流動時就不再發(fā)生水蒸氣的冷凝，也就不再可能生成水合物了。</p><p>　　圖4-5 預測管道中一處形成水合物</p><p>　　1—壓降曲線；2—溫降曲線；3—水合物形成</p><p>　　溫度曲線；4—生成水合物堵塞后的壓降曲線</p><p&

62、gt;　　如果天然氣在n點生成水合物后，其露點由降到，且高于輸氣管道中氣體的最頂溫度，則還有可能生成水合物，如圖4-6所示。當輸送到r點時，氣體溫度等于，又被水蒸氣所飽和，因此在此點開始生成第二處水合物，并使露點降到。根據(jù)是否低于輸氣管道中的最低溫度，決定r點之后管道內是否可能在形成水合物。容低于輸氣管道中的最低溫度，則不會再形成水合物，否則可能還會在形成水合物。</p><p>　　圖4-6 預測管道中兩處形成

63、水合物</p><p>　　1—壓降曲線；2—溫降曲線；3—水合物形成</p><p>　　溫度曲線；4—生成水合物堵塞后的壓降曲線</p><p>　　5 常用天然氣水合物生成預測方法</p><p>　　在石油天然氣開采運輸工程中，常常會出現(xiàn)天然氣水合物堵塞油氣開采設備或輸送管線從而影響正常生產的現(xiàn)象，為了有效防止水合物的生成，水合物生成

64、條件預測方法的研究顯得非常重要。本文介紹了水合物形成壓力和溫度的四種預測方法即氣－固平衡常數(shù)法（Katz法）、圖解法、經(jīng)驗公式法和統(tǒng)計熱力學法。</p><p>　　5.1氣－固平衡常數(shù)法預測</p><p>　　卡茨（D.L.Kata）等人提出，固態(tài)的氣體水合物其行為在一定程度上類似氣體溶于晶體而組成的溶液，因而可以借鑒處理氣－液平衡體系的方法，以蒸氣－固體平衡常數(shù)法來預測水合物的形成條

65、件。應用氣－固平衡常數(shù)法確定天然氣水合物形成條件是一種廣泛應用的方法。該方法根據(jù)固體溶液與液體溶液之間的相似原理，利用分配常數(shù)，計算天然氣水合物形成條件。已知天然氣的組成，形成水合物的溫度可用汽－固（水合物）平衡常數(shù)來預測。用來預測的基本方程是：</p><p>　　式中 —天然氣中組分生成的水合物的氣—固平衡常數(shù)即分配常數(shù)；</p><p>　　—天然氣中組分在氣相中的摩爾分數(shù)(干

66、基)；</p><p>　　—天然氣中組分在固相中的摩爾分數(shù)(干基)。</p><p>　　氣—固平衡常數(shù)是由實驗確定的?？蓮腉PA以及API數(shù)據(jù)手冊中得到。它被定義為某碳氫化合物組分在無水基氣相中的摩爾分數(shù)同該組分在無水基固相中的摩爾分數(shù)之比。即：</p><p>　　在不同壓力和溫度下氣—固平衡常數(shù)可由圖查得，而氮氣和重于丁烷的烴類氣體的氣—固平衡常數(shù)可視為無限

67、大，因為它們難以形成水合物。</p><p>　　圖5-1 甲烷的氣—固平衡常數(shù)</p><p>　　圖5-2 乙烷、正丁烷的氣—固平衡常數(shù)</p><p>　　在給定壓力下，確定水合物形成溫度的步驟是：</p><p>　　假定一水合物形成溫度；</p><p>　　對于每一組分確定各自的值；</p>

68、<p><b>　　對于每一組分計算；</b></p><p><b>　　求值；</b></p><p>　　若，則重復1-4步驟至。</p><p><b>　　5.2查圖法</b></p><p>　　目前常用的圖解法有兩種：一種是按不同密度作出的天然氣形成

69、水合物的溫度與壓力的關系曲線圖，另一種是判斷天然氣經(jīng)過節(jié)流閥處是否形成水合物的節(jié)流曲線圖。</p><p>　　⑴水合物生成的平衡曲線</p><p>　　如果氣體混合物的組成不知道，上述方法就不能用來預測水化物形成的溫度（或壓力）。這時如知道氣體相對密度（實測值）和氣體壓力（或溫度），就可以用圖5-3近似地計算形成水化物的溫度（或壓力）。這種方法稱為相對密度曲線法。</p>

70、<p>　　礦場實踐中常用的方法是，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)并用分配常數(shù)，繪制不同密度的天然氣形成水合物的溫度與壓力關系曲線。曲線上的數(shù)據(jù)為天然氣的相對密度，所對應的溫度即是該點壓力條件下的水合物形成溫度。每條曲線的左邊為水合物生成區(qū)，右邊為非生成區(qū)。天然氣從井底向井口流動過程中，溫度和壓力都要逐漸降低，根據(jù)壓力剖面和溫度剖面曲線，可確定沿程各點是否形成水合物。圖5-3是天然氣水合物生成的壓力—溫度曲線。已知天然氣相對密度，按圖5-3

71、可確定天然氣水合物形成的最低壓力及最高溫度。</p><p>　　圖5-3是不含和的，對含的天然氣，由于誤差較大，不宜使用。如果和含量小于1%，也可應用此圖。若相對密度在兩條曲線之間，可應用內插法進行近似計算。</p><p>　　圖5-3 預測形成水合物的壓力—溫度曲線</p><p>　?、圃诓恍纬伤衔锏臈l件下，允許天然氣節(jié)流膨脹的程度</p>

72、<p>　　在天然氣的集輸中，當氣體流經(jīng)節(jié)流閥時產生急劇的壓降和膨脹，溫度也就驟然降低，這就有可能在節(jié)流處生成水合物阻塞閥門或管道，影響生產的正常進行。如果適當控制節(jié)流閥的開啟度，就可以達到調壓的目的，而又不成長水化物。</p><p>　　知道了天然氣的相對密度以及節(jié)流調壓前的初始溫度和初始壓力，利用圖5-4到圖5-6，就可以求得在不形成水化物的條件下，節(jié)流調壓后的最終壓力。</p>

73、<p>　　圖5-4 相對密度0.6的天然氣在不形成水合物的條件下允許達到的膨脹程度</p><p>　　圖5-5 相對密度0.7的天然氣在不形成水合物的條件下允許達到的膨脹程度</p><p>　　圖5-6 相對密度0.8的天然氣在不形成水合物的條件下允許達到的膨脹程度</p><p>　　⑶在不形成水合物的條件下，允許天然氣節(jié)流降壓后的溫度降</

74、p><p>　　天然氣的生成過程中，常使用節(jié)流閥或控制閥進行調壓，使高壓氣流調節(jié)到要求的壓力，導致氣體溫度降低。已知高壓氣流的初始溫度和初始壓力，以及最終壓力，就可以計算出節(jié)流后的最終溫度，從而判斷在節(jié)流后是否會形成水合物。</p><p>　　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。焦耳-湯姆遜效應系數(shù)是每降低一個單位壓力時相應的溫度降，用表示。圖5-7是GPSA推薦的用以

75、確定節(jié)流降壓所引起的溫度變化的曲線圖。</p><p>　　圖5-7 給定壓力降所引起的溫度降 該曲線圖是根據(jù)液態(tài)烴含量在11.3米3/106米3 (GPA標準)條件下得出來的。液態(tài)烴量愈高，則溫度降愈小。以11.3米3（液態(tài)烴）/106米3（GPA）為標準，每增減5.6米3 (液態(tài)烴)/106米3 (GPA標準)，就應有相應的±2.8℃的溫度修正值。這樣，如果沒有液態(tài)烴，則溫度降將比圖5-

76、7所求出的溫度降5.6℃，</p><p>　　亦即氣體的最終溫度要更冷5.6℃。</p><p>　　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化物。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 計算形成水化物的溫度(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

77、＜ TC形成水合物；</p><p>　　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：</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p><b>　　用下式計算：</b></p><p><b>　　（5.2）</b></p><

78、p><b>　　用下式計算：</b></p><p><b>　　（5.3）</b></p><p><b>　　5.3經(jīng)驗公式法</b></p><p>　　(1)波諾馬列夫(г.в. пономарев方法)</p><p>　　1960年，波諾馬列夫對大量實驗數(shù)據(jù)進

79、行整理，得出確定不同密度的天然氣水合物形成條件的方程式：>273.15K： （5.4）</p><p>　　<273.15K： （5.5）</p><p>　　式中 T——水合物形成溫度，K；P——水合物形成壓力，MPa。</p><p>　　系數(shù)B，B1可根據(jù)

80、氣體相對密度從表查得。</p><p>　　表5.1 式（5.4）和（5.5）中系數(shù)，值與天然氣密度的關系</p><p>　　(2) 水合物P-T圖回歸公式</p><p>　　式中，P*與氣體相對密度有關，由以下回歸公式確定：=0.6 P*=3.009796+5.284026×10-2t-2.252739×10-4t2+1.51121

81、3×10-5t3=0.7 P*=2.814824+5.019608×10-2t-3.722427×10-4t2+3.781786×10-6t3=0.8 P*=2.704426+0.0582964t-6.639789×10-4t2+4.008056×10-5t3 </p><p>　　=0.9 P*=2.613081+5.715702

82、5;10-2t-1.871161×10-4t2+1.93562×10-5t3=1.0 P*=2.527849+0.0625t-5.781353×10-4t2+3.069745×10-5t3 式中： P——壓力，MPa； t——溫度，℃。</p><p><b>　　(3)其他經(jīng)驗公式</b></p><p>

83、　　下面幾個天然氣水合物的預測公式是針對前蘇聯(lián)不通氣田提出來的，對我們有一定的借鑒作用，溫度適用范圍0-25℃。</p><p>　　舍別林斯基氣田： </p><p>　　奧倫堡氣田： </p><p>　　烏連戈伊氣田： </p><p>　　法國拉克氣田：

84、 </p><p>　?。?）水合物生成條件預測的二次多項式</p><p>　　天然氣相對密度為0.6～1.1的多種天然氣水合物在壓力低于30000千帕時，形成水合物條件的二次多項式為：</p><p><b>　?。?.6）</b></p><p>　　式中 —在=273.15K時形

85、成水合物的平衡壓力；</p><p>　　，—取決于天然氣相對密度的系數(shù)(表4.2)。</p><p>　　表5.2 系數(shù)和與天然氣相對密度的關系</p><p>　　（5）純組分氣體水合物形成條件預測的經(jīng)驗公式</p><p>　?、耦A測水合物形成溫度的經(jīng)驗公式</p><p>　　在40000～70000千帕壓

86、力范圍內，形成水合物的平衡溫度計算式為：</p><p><b>　　（5.7）</b></p><p>　　式中 —形成水合物的平衡溫度，K；</p><p>　　—與壓力有關的氣體常數(shù)(見表5.3)。</p><p>　　表5.3 各種氣體常數(shù)的值</p><p>　　對于高溫熱解氣和

87、裂化氣，以及含有大量氮氣、二氧化碳、硫化氫等氣體的天然氣，（5.7）式不適用。對于含有大量氮氣和二氧化碳氣體的天然氣，在<40000千帕壓力下</p><p><b>　　用下式計算：</b></p><p><b>　?。?.8）</b></p><p>　　式中 —形成水合物的平衡溫度，K；</p>

88、;<p>　　—與壓力有關的氣體常數(shù)(見表5.4)。</p><p>　　表5.4 各種氣體常數(shù)的值</p><p>　　Ⅱ用于一定溫度范圍預測的經(jīng)驗公式</p><p>　　根據(jù)（5.8）式，回歸實驗數(shù)據(jù)，可以得出不同溫度范圍內天然氣水合物形成溫度和壓力的關系式，如表5.5所示。</p><p>　　表5.5 天然氣水

89、合物形成溫度與壓力關系式</p><p>　　目前，有許多商用軟件可以用于天然氣水合物生成條件預測，如Hyprotech公司的HYSIM、HYSYS，DB.Robinson & Associates Ltd的EQUI-PHASE HYDRATE軟件。</p><p>　　5.4統(tǒng)計熱力學算法</p><p>　　由前面介紹可知，氣體水合物存在兩種結構，每種結

90、構都存在水相（或為冰，或為液態(tài)水或為水蒸氣）。水合物狀態(tài)與純水態(tài)（冰、液態(tài)或氣態(tài)中的水）相比在能量上更為有利時，水合物就會形成，一般認為純水狀態(tài)轉變?yōu)樗衔餇顟B(tài)包含以下兩步：</p><p>　　純水（α相）填充了空水合物晶格（β相）；空水合物填充了氣體的水合物晶格（H相），其中α、β和H用來識別考慮的三種狀態(tài)，何種狀態(tài)在能量上處于有利地位取決于該狀態(tài)具有最低的化學位。</p><p>　

91、　對于水合物生產的相平衡體系，水在水合物相（H相）與富水相（W相）中的化學位μ應當相等，即：</p><p><b>　?。?.9）</b></p><p>　　式中 —水在水合物相中的化學位；</p><p>　　—水在平衡共存的水相或冰相A中的化學位。</p><p>　　若以水在完全空的水合物相 (晶格空腔未被

92、水分子占據(jù)的假定狀態(tài))中的化學位為基準態(tài)則式（5.9）可以寫成：</p><p><b>　　或者</b></p><p>　　1959年，Vander waals和Platteeuw提出了簡單的氣體吸附模型，計算空水合物晶格和填充晶格相態(tài)的化學位差為： </p><p><b>　?。?.10）</b></p>

93、;<p>　　式中 —完全空的水合物晶格中水的化學位；</p><p>　　—完全填充的水合物晶格中水的化學位；</p><p>　　—水合物結構的特性常數(shù)；</p><p><b>　　R—氣體常數(shù) ；</b></p><p><b>　　T—溫度，K；</b></p>

94、;<p>　　—m型式孔穴被j組分所占據(jù)的分率；</p><p>　　—j組分在氣相中的逸度（狀態(tài)方程計算），kPa；</p><p>　　—j組分在m型式孔穴中的有關常熟，1/kPa。</p><p><b>　　常數(shù)可表示為：</b></p><p>　　對每個能夠進入m型孔穴的組分j，，必須由實驗數(shù)據(jù)

95、確定。</p><p>　　表5.6 和數(shù)據(jù)值</p><p>　　表示完全空的水合物晶格與水相的化學位偏差。</p><p>　　它是溫度、壓力的函數(shù)，可按下式進行計算：</p><p><b>　　（5.11）</b></p><p>　　式中 —β相與W相間的摩爾焓差，J/mol；&

96、lt;/p><p>　　—β相與W相間的摩爾體積差，ml/mol；</p><p>　　—溶液中水的摩爾分率。</p><p>　　上式中第一項表示標準態(tài)（T=T0,P=0）下水的化學位偏差，第二、三、四項則分別表示對溫度、壓力和濃度的校正。</p><p><b>　　計算如下：</b></p><p&

97、gt;<b>　　（5.12）</b></p><p><b>　?。?.13）</b></p><p>　　與分別表示T0時（一般取T0=273.15K）, β相與W相間的摩爾焓差，J/mol與熱容差[J/(mol?k)]，b則表示熱容的溫度系數(shù)。</p><p>　　對于不同的水合物結構，、、b、和需取不同的值，且均需

98、通過實驗測定，表給出了有關數(shù)據(jù)。</p><p>　　表5.7 、、b、和數(shù)據(jù)</p><p>　　在溫度低于冰點時，水的摩爾分率可按純水處理（=1），當溫度高于冰點時則需根據(jù)烴類氣體在水中的溶解度算出。可按下式計算溶解：</p><p><b>　?。?.14）</b></p><p><b>　　（5.1

99、5）</b></p><p>　　式中 —j組分在氣相中的逸度；</p><p>　　—j組分在水在紅的偏摩爾體積（對乙烯取60，其他組分均取32）；</p><p><b>　　—j組分的常數(shù)。</b></p><p><b>　　表5.8 值</b></p>&

100、lt;p><b>　　根據(jù)上面各式，有：</b></p><p><b>　?。?.16）</b></p><p>　　水合物熱力學模型計算步驟：</p><p>　　若已知壓力，求水合物形成溫度時：</p><p>　　首先確定某種水合物結構類型；</p><p>　

101、　根據(jù)已知組成和壓力，計算天然氣的露點溫度Td（忽略微量水的影響）；</p><p>　　估計水合物生成溫度的初值TH；</p><p>　　比較Td和TH，初步判斷體系在TH下有無富烴液相出現(xiàn)，若TH>Td表明無烴液相,反之則有烴液相;</p><p>　　若有液態(tài)出現(xiàn),則按兩相閃蒸計算氣相組成和各組分逸度fj,否則按給定干氣組成直接計算fj；</p&

102、gt;<p>　　計算氣體溶解度xj和水的摩爾分數(shù)；</p><p>　　由TH，計算Cjm；</p><p><b>　　計算Yjm；</b></p><p>　　對某一結構，如果（5.16）成立，則得到給定壓力P下水合物形成溫度TH，如果不成立，更新TH的值，返回3）重新計算。</p><p>　　計算

103、時要分別計算出結構Ⅰ和結構Ⅱ水合物的生成溫度，通過比較溫度值，溫度較高的結構即為水合物結構。</p><p>　　6 天然氣水合物的危害與防止</p><p><b>　　6.1天然氣水合物</b></p><p>　　天然氣水合物是水與烴類氣體的結晶體，外表類似冰和致密的雪，是一種籠形晶狀包絡物，即水分子借氫鍵結合成籠形晶格，而烴類氣體則在分

104、子間作用力下被包圍在晶格籠形孔室中。NGH共有兩種結構，低分子的氣體(如CH4，C2H6，H2S)的水合物為體心立方晶格；較大的氣體分子(如C3H8，iC4H10)則是類似于金鋼石的晶體結構。當氣體分子充滿全部晶格的孔室時，天然氣各組分的水合物分子式可寫為CH4·6H20，C2H6·6H20，C3H8·17H20，iC4H10·17H20，H2S·6H20，CO2·6H20。水

105、合物是一種不穩(wěn)定的化合物，一旦存在的條件遭到破壞，就會分解為烴和水。天然氣水合物是采輸氣中經(jīng)常遇到的一個難題之一。</p><p>　　6.2天然氣水合物的危害</p><p>　　在天然氣管道輸送過程中，天然氣水合物是威脅輸氣管道安全運行的一個重要因素。能否生成水合物與天然氣組成(包括含水量)、壓力、溫度等條件有關。天然氣通過阻力件(如節(jié)流閥、調壓器、排污閥等)時，天然氣壓力升高，氣體溫

106、度下降。溫度的降低會使管路、閥門、過濾器及儀表結霜或結冰降低管道的輸送效率，嚴重時甚至會堵塞管道，以導致管道上游壓力升高，引起不安全的事故發(fā)生，造成設備及人員的傷害，從而影響正常供氣。天然氣水合物一旦形成后，它與金屬結合牢固，會減少管道的流通面積，產生節(jié)流，加速水合物的進一步形成，進而造成管道、閥門和一些設備的堵塞，嚴重影響管道的安全運行。我國某長距離輸氣管道，在投產后多次出現(xiàn)水合物堵塞。因此，研究和討論天然氣輸送過程中水合物的防治和處

107、理，對保障天然氣管道的安全運行具有十分重要的實際意義。</p><p>　　6.3氣體水合物的防止</p><p>　　若天然氣處于水合物形成的溫度壓力范圍內，又有自由水存在，這時可能會生成水合物，需要采取有效措施防止天然氣水合物的生成。天然氣水合物的形成必須滿足三個條件:有水、小分子烴類等形成水合物的物質基礎；滿足一定的溫度壓力條件；存在結晶中心，使天然氣水合物具有生長發(fā)展的基礎。天然氣

108、水合物的防止工作可以針對這三方面進行，消除形成的物質基礎、改變形成物理條件以及抑制其生長發(fā)展。 根據(jù)天然氣水合物形成條件，不難分析得到其防止方法：脫除天然氣中的水分；降低壓力到水合物生成壓力以下；提高天然氣的流動溫度；向氣流中加入抑制劑。通常在天然氣集輸系統(tǒng)采取加熱法和注抑制劑法防止水合物形成。</p><p><b>　　6.3.1脫除法</b></p><p

109、>　　脫除法是抑制天然氣水合物生成的最根本途徑。將能形成水合物的成分，即水和低分子量的烴類物質或氣體含量降低到一定程度，使水合物失去形成的基礎。除去形成水合物的氣體組分，也就是降低壓力從重組分中分離出輕組分，通常需要進行連續(xù)的壓縮和泵送。對輕組分進行遠距離輸送前脫水，目前己有冷凍分離、固體干燥劑吸附、溶劑吸收以及近年來發(fā)展起來的膜分離等技術，三甘醇溶劑吸收是目前應用最廣泛的方法。對天然氣長輸管道，一般要求水的含量在47～125mg

110、/m3之間。但出于對環(huán)境條件、工藝要求和投資的考慮，在井場和集輸站一般不設立大型深度脫水裝置來徹底脫除天然氣中水分，而是多采用小型的能耗較低的裝置對天然氣進行預脫水處理，結果往往脫水效率不高，導致管道及設備中仍存在一定量的水汽，為水合物的形成提供了條件。</p><p><b>　　1．天然氣凈化脫水</b></p><p><b>　　⑴低溫分離脫水<

111、;/b></p><p>　　高壓天然氣經(jīng)過節(jié)流膨脹造成低溫，使水分離出來。這種方法適于高壓氣田，高壓天然氣節(jié)流降壓后仍高于輸氣所需的壓力，溫度降低脫水后不至于生成水合物。</p><p>　　為了徹底防止水合物，對降低露點及除水要求高的情況，有的在低溫分離后還要進一步加入甲醇、乙二醇等水合物抑制劑。</p><p><b>　?、乒腆w干燥吸附脫水&

112、lt;/b></p><p>　　利用多孔性的固體干燥吸附天然氣中的水蒸氣，常用的吸附劑有硅膠、活性氧化鋁、分子篩等。干燥劑吸附飽和后進行再生，然后重復使用。</p><p><b>　?、且后w吸收脫水</b></p><p>　　常用的吸附劑有二甘醇、三甘醇等。在吸收塔中吸附劑與天然氣接觸，吸水后稀釋，進入再生塔中蒸發(fā)出水分，再重復使用

113、。天然氣被脫水干燥。</p><p>　　各種脫水方法都有其特點和適用范圍，需要根據(jù)脫水要求、投資及運行費用以及管輸天然氣的組分特點等條件來選擇經(jīng)濟合理的方法。</p><p>　　天然氣脫水在氣田的天然氣凈化處理廠進行，除脫水以外，還要除塵、脫硫、脫二氧化碳、脫輕烴，使氣質符合管輸天然氣的標準要求。再將合格的天然氣輸送到長輸管道的首站或進氣站入口管道。</p><p&

114、gt;<b>　　2.輸氣管道干燥</b></p><p>　　管道中殘留的液態(tài)水是造成管道腐蝕的主要原因。天然氣中的少量酸性氣體如H2S、CO2等在有水的條件下能生成酸性物質，使管道內部產生危害較大的應力腐蝕。內部腐蝕是影響管道系統(tǒng)使用壽命及其可靠性的重要因素，是造成管道事故的重要原因。據(jù)資料報道，前蘇聯(lián)在1981～1990年10年間，內部腐蝕引起事故52次，占事故總數(shù)的6.9%；美國在1

115、970～1984年14年間，內部腐蝕引起事故428次，占事故總數(shù)的7.3%。</p><p>　　其次，管道中液態(tài)水是形成天然氣水合物的必要條件之一。管道中的液態(tài)水在低溫時會造成管道低洼處的冰堵，冰堵的產生會影響管道的安全運行。管內積水如果形成冰堵，則影響輸氣量，嚴重時會造成停輸?shù)闹卮笫鹿省?lt;/p><p>　　綜上所述，天然氣長輸管道中的液態(tài)水危害性極大，在管道投入運行之前，必須進行除水

116、和干燥處理，使管道內空氣水露點達到規(guī)定的要求，從以往經(jīng)驗來看，新建輸氣管道普遍存在氣質差的問題，主要原因是管道內積水進入天然氣中造成的，這給企業(yè)造成很大的經(jīng)濟損失和影響。因此輸氣管道在投產前必須進行干燥。</p><p>　　天然氣管道的干燥一般有兩個過程，即：除水，排除管道中的積水；干燥，降低管道中氣體的含水量，使之在任何情況下都不出現(xiàn)水蒸氣飽和狀態(tài)。</p><p>　?、泡敋夤艿栏稍?/p>

117、的主要方法</p><p>　?、俑稍飫┓?#160; 此種方法是用高濃度干燥劑置換管道中的試壓水。用多個清管器形成清管器組(俗稱清管列車)，在清管器之間充入高濃度的干燥劑(甲醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇等)，這些干燥劑也是良好的水合物抑制劑。依靠后繼介質的壓力推動清管列車前進，排除管道中的水，并且用干燥劑置換清管器竄漏的水，以達到干燥的目的，將除水和干燥兩個環(huán)節(jié)一次完成。這種干燥并不是真正意義上的干燥，而是用干燥

118、劑置換了殘留在管道中的水，置換完成后在管道的沿線殘留少量的干燥劑水溶液，能有效地抑制水合物的生成。有時還將干燥劑制成凝膠置于清管列車的前段和后段，增加清管列車的密封性提高除水效果。歐洲的ZEE管道和我國的平湖至上海的天然氣管道就采用了這種干燥方法。</p><p>　?、谡婵崭稍锓?#160; 此方法有除水和干燥兩個階段。在除水階段用空氣吹掃或發(fā)送清管器置換管道中的存水，在于燥階段采用真空泵從管道的一端抽氣，在管

119、道內形成負壓使水分蒸發(fā)并隨著氣體排出管道。此方法在崖城13-1氣田至香港的輸氣管道投產中應用。</p><p>　　③超干空氣法  此方法的除水階段與真空干燥法相同，在管道的干燥階段將深度脫水的超干空氣(水露點在-50～70℃)注入管道，吸收管道中的殘水使管道干燥。加拿大到美國的聯(lián)盟管道采用了此方法。在西氣東輸工程之前，我國在澀寧蘭管道的局部段上用此方法進行過試驗。</p><p&g

120、t;　?、戚敋夤艿栏稍锓椒ǖ倪x擇</p><p>　　干燥劑法的優(yōu)點是工期短，在管道中預蠱干燥劑有利于防止水合物。缺點是干燥劑和凝膠的使用必須達到一定的量，而且收發(fā)清管器組和接收凝膠等作業(yè)比較復雜，因此對幾百公里或更長的作業(yè)段施工比較合適。此方法最經(jīng)濟的方案是利用天然氣壓力，將除水、干燥與投產幾個環(huán)節(jié)連續(xù)進行。長距離的海底管道不能分段作業(yè)，此方法的優(yōu)勢明顯。西氣東輸工程沿線高差變化大、標段多，在干燥后還有干輸氣設

121、備安裝作業(yè)，不能直接投產，使干燥劑法的使用受到限制。</p><p>　　真空干燥法和超干空氣法的應用有置換和干燥兩個階段。真空干燥法從管道中抽氣使水分蒸發(fā)，到一定程度后讓管道吸入干空氣，再抽氣蒸發(fā)、再吸氣，多次重復地進行，根據(jù)抽出空氣的水露點判定管道干燥的效果。此方法作業(yè)簡單，但不能連續(xù)工作，干燥的速度慢，效率低。超干空氣法是在管道的一端注入超干空氣，在管道的另一端排氣，根據(jù)排出氣體的水露點判定管道的干燥效果。