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天然氣長輸管線中水化物生成的工況分析與控制
摘 要：應用計算機對天然氣的各種性質參數與長輸管線輸配工況下水化物生成進行研究，獲得水化物生成規律與不生成水化物的界限參數，提出控制天然氣初始參數防止水化物生成的有效方法。
一、前言
天然氣在長輸管線中生成水化物將引起流通能力降低，甚至堵塞，是天然氣輸送中應重視的問題。在各種天然氣性質參數與管線輸配工況下，正確測算水化物生成的工況，生成地點與數量，獲得不生成水化物的“初始界限參數”，提出控制初始參數的方法以減少或防止水化物的生成。本文應用作者開發的計算機軟件進行上述工作。
二、主要計算公式
作者在開發計算機軟件過程中，根據文獻[1]等提供資料，部分公式與系數采用曲線擬合等方式獲得。主要計算公式如下：
三、計算與分析
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管線輸送，并設定小時流量均勻，計算結果見表1。
表1
項 目VD400X104300X104200X104100X104沿
管
線
地
點
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，管線起點壓力：6.0Mpa(相對壓力)，管線起點天然氣溫度：20℃，水蒸氣含量：30g/NM3，管線埋深：IM，管線埋深出土壤溫度：2℃。
由表1可見，由于流量不同而使水化物生成量出現較大差別。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。對應于四種流量分別為5.469g/NM3、9.716g/NM3、7.956g/NM3與7.603g/NM3。其中生成次數少的場合，顯然水蒸氣耗量少，而生成次數相同時，水蒸氣耗量隨流量或流速的降低而減少。對于一定工況必然存在一個水蒸氣耗量最大的流量或流速，稱之為“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。對于表1的工況，最不利流量為302X104NM3/日，此時水蒸氣耗量為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水化物生成狀況
設定管線起點天然氣的水蒸氣含量由表1飽和狀態的30g/NM3降至未飽和狀態的15g/NM3，其余原始數據同表1，計算結果見表2。
表2 項 目VD400X104300X104200X104100X104
沿
管
線
地
點
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對比表1與表2可見，當水蒸氣含量降至15g／NM3，即不飽和狀態時，在流量或流速較大的場合，即流量為400X104NM3／日與300X104NM3／日出現水化物不生成與生成次數減少而降低總生成量。而在流量或流速較小的場合，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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