李慶杰，楊 圃，張辰源，吳明浩，張?zhí)睚垼瑢O建波

（新疆油田油氣儲(chǔ)運(yùn)公司，新疆 克拉瑪依 834002）

PR方程與SRK方程在計(jì)算水露點(diǎn)中的比較與應(yīng)用

李慶杰，楊 圃，張辰源，吳明浩，張?zhí)睚?，孫建波

（新疆油田油氣儲(chǔ)運(yùn)公司，新疆 克拉瑪依 834002）

水露點(diǎn)是天然氣管道輸送安全的一個(gè)重要指標(biāo)。介紹了PR方程與SRK方程，利用兩個(gè)方程的不同混合法則及相平衡計(jì)算，通過編寫程序，計(jì)算出在相同條件下，不同方程之間計(jì)算出的水露點(diǎn)的差異，得出利用PR方程計(jì)算出的水露點(diǎn)較SRK方程計(jì)算的結(jié)果偏低。

PR方程；SRK方程；水露點(diǎn)

含水率是天然氣管道輸送的一項(xiàng)重要的參數(shù)。水露點(diǎn)的形成由溫度、壓力、組分等直接決定，GB50251[1]規(guī)定，在管輸天然氣最高運(yùn)行壓力下水露點(diǎn)的溫度較周圍最低環(huán)境溫度低5 ℃。水露點(diǎn)的析出將對(duì)管道運(yùn)行造成巨大的危害，當(dāng)管道運(yùn)行溫度低于相應(yīng)的水露點(diǎn)時(shí)，容易降低管道的輸送效率，加速對(duì)管道腐蝕的速度；如果形成固體水合物，將導(dǎo)致管道或其他設(shè)備的堵塞。例如2014年2月24日，新疆某油田一條56.6 km的天然氣管線因析水造成冰堵，歷時(shí)三天通過放空及注醇等方法進(jìn)行搶修，管線逐步恢復(fù)正常。所以通過科學(xué)計(jì)算可有效預(yù)防和減少水露點(diǎn)所帶來的危害。

1 理論部分

天然氣含水量與水露點(diǎn)換算涉及復(fù)雜的計(jì)算過程，包括狀態(tài)方程、氣體混合規(guī)則、氣液相平衡等理論計(jì)算，過程十分繁雜。目前適用于天然氣的狀態(tài)方程比較多，計(jì)算方法不同，為此需要比較常用方程的計(jì)算結(jié)果，便于實(shí)際應(yīng)用的選取。

1.1 PR方程[2-7]

式中：P—系統(tǒng)壓力，Pa;

V—摩爾體積m3/mol;

T—絕對(duì)溫度,K;

R—?dú)怏w常數(shù)J/（mol·K）;

a、b、ai、bi、aj、bj、βj—與混合物所含組分的種類及狀態(tài)有關(guān)的常量;

aij—組分i、j的交叉系數(shù);

xi、xl—進(jìn)料組分i、j摩爾分?jǐn)?shù);

N—混合物所含組分的種類數(shù);

Tci—組分i的臨界溫度，K;

Pci—組分j的臨界壓力，Pa;

Kij—二元交互作用系數(shù);

wi—組分i的偏心因子;

Tri—組分i的對(duì)比溫度;

Tc—臨界溫度，Pc為臨界壓力，Tr=T/Tc

w—為偏心因子。

k1是物質(zhì)的特征參數(shù)其數(shù)據(jù)可見文獻(xiàn)[2]

逸度方程計(jì)算：

式中：Z—壓縮因子

1.2 SRK方程[8,9]

其中符號(hào)意義同PR方程。

2 計(jì)算應(yīng)用

2.1 計(jì)算結(jié)果比較

選取新疆油田金龍一級(jí)站天然氣樣品，具體組成見表1。在計(jì)算過程中，環(huán)境溫度為20 ℃，壓力范圍0.5～2.0 MPa。

通過PR方程和SRK方程，所計(jì)算出的結(jié)果見圖1。

圖1 PR方程與SRK方程計(jì)算結(jié)果比較Fig.1 The calculation results of PR and SRK equations

通過表1可以明顯看出，PR方程計(jì)算出結(jié)果較SRK方程計(jì)算水露點(diǎn)溫度偏低；在1.0 MPa下，其實(shí)際測(cè)量水露點(diǎn)為-22.1℃，較方程所計(jì)算數(shù)值偏高。顯然，PR方程和SRK方程均能滿足計(jì)算要求，但為了提高管道運(yùn)行安全系數(shù)，建議采用PR方程作為計(jì)算方法更為安全合理。

表1 金龍一級(jí)站天然氣組分Table 1 The gas composition of Jinlong station

2.2 實(shí)際應(yīng)用

目前新疆油田天然氣主管網(wǎng)設(shè)計(jì)承壓能力均在6.3 MPa，但實(shí)際運(yùn)行壓力普遍偏低，造成管網(wǎng)利用效率不高的境地。

隨著風(fēng)城超稠油開采量增加，其用氣量將逐年上升，勢(shì)必要求提高管網(wǎng)的運(yùn)行壓力。當(dāng)管網(wǎng)壓力在高壓環(huán)境下運(yùn)行，到達(dá)某一節(jié)點(diǎn)時(shí)壓力可升高到5.13 MPa，溫度降低至0.24 ℃，經(jīng)過調(diào)壓閥節(jié)流后壓力降低到1.7 MPa時(shí)，其溫度將降低到-22.3 ℃，這將勢(shì)必在水露點(diǎn)-17.23 ℃以下，這將要求在管網(wǎng)壓力提升的同時(shí)對(duì)調(diào)壓閥迚行加熱保溫或提高對(duì)天然氣氣質(zhì)處理的要求。

4 結(jié) 論

（1）水露點(diǎn)的計(jì)算，各方程特點(diǎn)各不相同，對(duì)于PR方程和SRK方程計(jì)算水露點(diǎn)，相比較而言，PR方程的應(yīng)用較為安全；

（2）高壓管網(wǎng)輸送天氣時(shí)，當(dāng)節(jié)流后輸往用戶時(shí)，應(yīng)該充分考慮節(jié)流后介質(zhì)溫度的降低，以免形成凝水現(xiàn)象，給管道運(yùn)行帶來安全隱患。

［1］葉學(xué)禮，章申進(jìn)，仸啟瑞，等.GB 50251-2003輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2003．

［2］Stryjek R,Vera J H.PRSV: An improved Peng-Robins on equation of state for pure compounds and mixtures[J].Can J Chem Eng,1986,64:323-333．

［3］Peng D Y, Robinson D B. A new two-constant equation of state [J].Ind Eng Chem Fundam,1976,15:59-64．

［4］朱開宏.化工過程流程模擬[M].北京：中國(guó)石化出版社，1993.

［5］童景山，高光華，劉裕品.化工熱力學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1996．

［6］馮霄.化工節(jié)能原理與技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004．

［7］馬沛生.化工熱力學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005:89-101．

［8］Sozve G.. Equilibrium constants from a modified Redich-Kong equation of state[J]. Chem Eng Science, 1972：1197-1203．

［9］吳侃，劉景龍，賀承祖.用改迚的SRK狀態(tài)方程計(jì)算高溫氣體在水中的溶解度[J].油氣田地面工程，2003（7）：15-16．

Comparison and Application of PR and SRK Equations in Calculation of the Water Dew Point

LI Qing-jie，YANG Pu，ZHANG Chen-yuan，WU Ming-hao，ZHANG Tian-long，SUN Jian-bo
（PetroChina XinJiang Oilfield Company Oil & Gas Storage & Transportation Branch, Xinjiang Karamay 834002, China）

The water dew point is an important indicator for the natural gas pipeline safety. In this article, PR and SRK equations were described. Using mixing rules and phase equilibrium calculation of the two equations, the difference of the water dew points calculated by the two equations under the same conditions was calculated. The results show that, the water dew point calculated by the PR equation is lower than that calculated by the SRK equation.

PR equation; SRK equation; Water dew point

TQ 018

A

1671-0460（2014）10-2186-02

2014-03-16

李慶杰（1984-），男，江蘇連云港人，工程師，研究生學(xué)歷，2011年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)，研究方向：從事原油與天然氣運(yùn)行工作。E-mail：liqingjie01@aliyun.com。