摘 要 隨著天然氣工業(yè)的不斷發(fā)展，天然氣管線也日益增多，但天然氣開(kāi)采及輸送過(guò)程中，水合物的生成及堆積會(huì)導(dǎo)致事故。因此，如何在工業(yè)生產(chǎn)中抑制水合物生成就成了石油和天然氣工業(yè)亟待解決的問(wèn)題，這里主要討論了抑制和防止水合物生成的措施。

關(guān)鍵詞 城市燃?xì)馀錃?節(jié)流;天然氣水合物;預(yù)測(cè);預(yù)防

中圖分類(lèi)號(hào)TE973文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)1673-9671-(2009)111-0065-01

1輸氣管線中的水合物

1.1天然氣水合物

天然氣水合物(Natural Gas Hydrates)是指由水和烴類(lèi)氣體分子及天然氣中含有的非烴類(lèi)氣體分子在一定的溫度和壓力條件下所形成的白色結(jié)晶固體，外觀類(lèi)似致密濕雪，密度約0.88～0.90g/cm3[1]。

1.2輸氣管線中的水合物

天然氣開(kāi)采及輸送過(guò)程中，水合物的生成及堆積會(huì)導(dǎo)致閥門(mén)堵塞、設(shè)備分離、氣井停產(chǎn)、管道停輸?shù)葒?yán)重事故。因此，如何在工業(yè)生產(chǎn)中抑制水合物生成就成了石油和天然氣工業(yè)亟待解決的問(wèn)題。

2 天然氣水合物的防止措施

為了防止天然氣生成水合物，一般有四種途徑:⑴提高天然氣的流動(dòng)溫度;⑵降低壓力至給定溫度時(shí)水合物的生成壓力以下;⑶脫除天然氣中的水分;⑷向氣流中加入抑制劑(阻化劑)。其中最積極的方法是保持管線和設(shè)備不含液態(tài)水，而最常用的辦法是向氣流中加入各種抑制劑。

2.1提高天然氣流動(dòng)溫度

加熱提高天然氣流動(dòng)溫度是防止生成水合物和排除已生成的水合物的方法之一。這就是在維持原來(lái)的壓力狀態(tài)下使輸氣管道中天然氣的溫度高于生成水合物的溫度，如圖1所示。但這一方法不適用于干線輸氣管道中，因?yàn)橄哪芰Υ?，而且如前所述，冷卻氣體是增加輸氣管道流量的一個(gè)有效方法，特別是對(duì)于壓縮機(jī)站數(shù)較多的干線輸氣管道。

加熱方法通常在配氣站采用，因?yàn)槟抢锝?jīng)常需要較大幅度地降低天然氣的壓力，由于節(jié)流效應(yīng)會(huì)使溫度降得很低，從而使節(jié)流閥、孔板等發(fā)生凍結(jié)。

2.2降壓

降低壓力防止生成水合物的方法就是在維持原來(lái)的溫度狀態(tài)下使輸氣管道中的天然氣壓力降低，如圖2中曲線2，從而使生成水合物溫度曲線下降，如圖2中曲線5。

圖2 水合物的形成圖(二)

這一方法也可用來(lái)排除在輸氣管道中形成的水合物，其途徑就是通過(guò)放空管放空。降壓后必須經(jīng)過(guò)一段時(shí)間(從幾秒鐘到幾個(gè)小時(shí))，已分解水合物要注意的是，當(dāng)放空降壓來(lái)分解輸氣管道中以形成的水合物時(shí)，必須在環(huán)境溫度高于0℃以上的條件下進(jìn)行，否則，水合物分解了，但立即又轉(zhuǎn)化成冰塞。

如干線輸氣管道中天然氣的最低溫度接近于零，在此溫度下，生成水合物的平衡壓力約為1～1.5Mpa，而一般的輸氣壓力大于5Mpa，因此，用降壓來(lái)防止干線輸氣管道中天然氣生成水合物并不是一種有效的方法。

2.3脫水

防止天然氣在輸氣管道中生成水合物的根本辦法就是干燥天然氣，脫去其中的水分，降低其露點(diǎn)。

我們先考慮水合物形成的物質(zhì):客體物質(zhì)即我們要輸送的烴類(lèi)及含有的雜質(zhì)，由于烴類(lèi)是管道所要輸送的物質(zhì)，故其不可避免，而雜質(zhì)以我們目前的技術(shù)水平不可完全除去，我們只能在輸送之前用技術(shù)盡量清除雜質(zhì)。所以主要的方法便是除去氣體中所含的水分即主體物質(zhì)，也就是脫水，它是防止水合物生成最徹底、最經(jīng)濟(jì)的方法，應(yīng)用也最多。脫水后氣體露點(diǎn)應(yīng)低于輸氣溫度5~10℃使氣體在輸送的壓力、溫度條件下，相對(duì)濕度保持在60~70%即可。

目前已經(jīng)有冷凍分離，固體干燥劑吸附，溶劑吸收以及近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的膜分離等技術(shù)，三甘醇溶劑吸收是目前應(yīng)最廣泛的方法。其中冷凍分離一般適用于高壓氣田，通常作為輔助脫水措施。固體干燥劑很多，天然氣工業(yè)常用的有硅膠、活性氧化鋁、鋁礬土和分子篩等，其各有不同的特點(diǎn)和使用條件。我們一般對(duì)于處理量大且含硫量多的天然氣采用抗酸分子篩法，對(duì)于一些處理量小且含水量少的天然氣通常采用硅膠。

各種脫水方法都有特定的適用范圍，選用哪種脫水工藝要結(jié)合氣體的具體情況具體應(yīng)用。

2.4添加抑制劑

2.4.1抑制劑濃度與水合物生成溫度降

人們長(zhǎng)期以來(lái)研究了抑制劑濃度與水合物生成溫度降的關(guān)系，下面

介紹主要的關(guān)系式。

Hammerschmidt法

(1)

Nielsen-Bucklin法

(2)

冰點(diǎn)下降法

(3)

(4)

式中——水合物生成溫度降，K;

M——抑制劑的分子量，kg/kmol;

K——抑制劑種類(lèi)常數(shù)，甲醇、乙醇、異丙醇、氨為1228;氯化鈣為1220;乙二醇為2195;

X——抑制劑質(zhì)量分?jǐn)?shù);

——甲醇在抑制劑水溶液中的摩爾分率;

——抑制劑冰點(diǎn)值;

W——抑制劑溶液重量濃度，%。 (下轉(zhuǎn)第73頁(yè))

(上接第65頁(yè))

式(4)中A、B、C、D、E的取值見(jiàn)表1。須指出的是式(1)使用于甲醇水溶液質(zhì)量濃度小于25%，甘醇水溶液質(zhì)量濃度大于50%～60%;式(2)適用于甲醇水溶液濃度高的情況;式(3)可用于任何抑制劑。

2.4.2抑制劑用量的確定

抑制劑用量包括兩部分，即液相用量和氣相蒸發(fā)量。抑制劑用量必須達(dá)到一定濃度。對(duì)電解質(zhì)型溶液而言，飽和蒸汽壓低于由于氣流中凝結(jié)下來(lái)的純水的蒸汽壓，因此，汽化的抑制劑量極小，可忽略這一部分。而對(duì)醇類(lèi)抑制劑則需要考慮汽化用量。

計(jì)算抑制劑最小單位耗量的普遍式如下

(5)

式中q——抑制劑最小單位耗量，g/m3 ;

——抑制劑入口處氣相含量，g/m3;

——抑制劑出口處氣相含量，g/m3;

——抑制劑移出重量濃度，%;

——抑制劑加入重量濃度，%;

——系數(shù)，對(duì)電解質(zhì)可取=0;對(duì)甲醇是溫度和壓力的函數(shù)，可按式

(6)

式中P——體系壓力，Mpa;

T——體系溫度，K。

用式(5)求的抑制劑的單位最小用量后，便可求的抑制劑的用量，為了保險(xiǎn)起見(jiàn)，實(shí)際用量取計(jì)算值的1.15～1.20倍。

參考文獻(xiàn)

[1] K.S.佩德森.石油和天然氣的性質(zhì).中國(guó)石化出版社.

[2] 姚光鎮(zhèn).輸氣管道設(shè)計(jì)與管理. 山東:石油大學(xué)出版社，1989.

[3] 稅碧垣.管道天然氣水合物的防治技術(shù).油氣儲(chǔ)運(yùn)，2001，20(5):9.14.

[4] 樊友宏，蒲春生.天然氣水合物堵塞預(yù)測(cè)技術(shù)研究. 石油與天然氣化工，2001，30 (1):9.11.