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天然氣長(zhǎng)輸管線(xiàn)中水化物生成的工況分析與控制
摘 要：應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)天然氣的各種性質(zhì)參數(shù)與長(zhǎng)輸管線(xiàn)輸配工況下水化物生成進(jìn)行研究，獲得水化物生成規(guī)律與不生成水化物的界限參數(shù)，提出控制天然氣初始參數(shù)防止水化物生成的有效方法。
一、前言
天然氣在長(zhǎng)輸管線(xiàn)中生成水化物將引起流通能力降低，甚至堵塞，是天然氣輸送中應(yīng)重視的問(wèn)題。在各種天然氣性質(zhì)參數(shù)與管線(xiàn)輸配工況下，正確測(cè)算水化物生成的工況，生成地點(diǎn)與數(shù)量，獲得不生成水化物的“初始界限參數(shù)”，提出控制初始參數(shù)的方法以減少或防止水化物的生成。本文應(yīng)用作者開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行上述工作。
二、主要計(jì)算公式
作者在開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)軟件過(guò)程中，根據(jù)文獻(xiàn)[1]等提供資料，部分公式與系數(shù)采用曲線(xiàn)擬合等方式獲得。主要計(jì)算公式如下：
三、計(jì)算與分析
1、不同流速下水化物生成狀況
水蒸氣飽和的純天然氣以四種不同日流量、由直徑400MM管線(xiàn)輸送，并設(shè)定小時(shí)流量均勻，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。
表1
項(xiàng) 目VD400X104300X104200X104100X104沿
管
線(xiàn)
地
點(diǎn)
1L44．80725．25315．5977．616W18．81017．16016．74916．622HW5．4693．7553．3973．295VHD24．30612．5167．5493．661GPR4．4325．5475．8795．985LPR4．4295．5445．8765．982GT8．22010．1010．59010．7402L／61．07226．83912．576W／13．41513．36113．337HW／5．9614．5594．308VHD／19．87010．1304．786GPR／4．8595．7935．976LPR／2．8993．8494．046GT／4．6107．0407．460注：天然氣體積成分(％)：CH498.0、C3H8 0.3、C4H100.3、C5H12 0.4、N2 1.0，管線(xiàn)起點(diǎn)壓力：6.0Mpa(相對(duì)壓力)，管線(xiàn)起點(diǎn)天然氣溫度：20℃，水蒸氣含量：30g/NM3，管線(xiàn)埋深：IM，管線(xiàn)埋深出土壤溫度：2℃。
由表1可見(jiàn)，由于流量不同而使水化物生成量出現(xiàn)較大差別。以單位體積天然氣用于生成水化物的水蒸氣耗量HW衡量水化物的多少。對(duì)應(yīng)于四種流量分別為5.469g/NM3、9.716g/NM3、7.956g/NM3與7.603g/NM3。其中生成次數(shù)少的場(chǎng)合，顯然水蒸氣耗量少，而生成次數(shù)相同時(shí)，水蒸氣耗量隨流量或流速的降低而減少。對(duì)于一定工況必然存在一個(gè)水蒸氣耗量最大的流量或流速，稱(chēng)之為“最不利流量”或“最不利流速”，此流量或流速下生成最大量的水化物。對(duì)于表1的工況，最不利流量為302X104NM3/日，此時(shí)水蒸氣耗量為9.964g／NM3。因此控制流量或流速，偏離以最不利流量或流速為峰值的不利區(qū)域，可以有
效降低或避免水化物的生成。
2、改變天然氣水蒸氣含量時(shí)水化物生成狀況
設(shè)定管線(xiàn)起點(diǎn)天然氣的水蒸氣含量由表1飽和狀態(tài)的30g/NM3降至未飽和狀態(tài)的15g/NM3，其余原始數(shù)據(jù)同表1，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。
表2 項(xiàng) 目VD400X104300X104200X104100X104
沿
管
線(xiàn)
地
點(diǎn)
1L／37．32420．3089．645W／15．00515．00215．0HW／4．8013．9653．766VHD／16．0058．8114．184GPR／5．3245．8435．982LPR／4．0804．7874．985GT／7．5308．8709．2102L／／47．52119．066W／／11．04111．242HW／／5．2124．841VHD／／11．5825．379GPR／／5．6325．964LPR／／2．6713．014GT／／3．8904．950對(duì)比表1與表2可見(jiàn)，當(dāng)水蒸氣含量降至15g／NM3，即不飽和狀態(tài)時(shí)，在流量或流速較大的場(chǎng)合，即流量為400X104NM3／日與300X104NM3／日出現(xiàn)水化物不生成與生成次數(shù)減少而降低總生成量。而在流量或流速較小的場(chǎng)合，即流量為200x104NM3／日與100x104NM3／日，水化物生成量分別增加2．714M3／日與1．116M
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