长距离输气管道的水合物生成预测

发布时间：2018-11-21 20:08

【摘要】：众所周知,油气资源是油气工业赖以生存和发展的物质基础。而在油气资源的开采、加工以及运输过程中,当满足一定的温度和压力条件时,天然气将与管道中的液态水接触,从而形成一种笼型冰雪状固体。这种固体即为俗称的“天然气水合物”。我国是资源大国,天然气可采资源量占世界总量的5.05%,列世界第五位。但我国的天然气资源分布具有明显的不确定性。西部地区特别是新疆塔里木盆地蕴藏着丰富的油气资源,但是这种资源优势并不能转化为西部地区的经济优势,而东部则是我国主要的用气地区。因此,解决我国天然气资源源头在西部,市场在东部的供求不平衡的最佳方法即为天然气的管道输送。而管道输送过程中的高压、低温环境,十分利于水合物生成。一旦天然气水合物形成,它们或附着在管道连接口处,或聚集在管道底部。少量天然气水合物的形成,会减小管道的输送内径,降低管道内天然气的流通量。当天然气水合物在管道内大量聚集形成冰堵时,会造成管道内天然气流通堵塞,甚至造成管道爆裂,带来不可估量的重大经济损失以及人员伤亡。为防止和减少输送管道以及生产设备中形成天然气水合物的风险,当前的首要任务就是开发一系列物理或分析手段,对天然气水合物的形成进行检测和预测,在水合物形成前对可能形成水合物的条件和位置进行提前推测,以做好预防措施,并降低由于天然气水合物形成堵塞而造成的不良后果。目前国内外对天然气水合物的研究,主要围绕在对其预测模型的归纳和分类,或利用实验对动力学抑制剂和热力学抑制剂的不同抑制效果进行讨论。较少有人对长距离输气管道内的水合物生成预测提出明确、可靠的预测方法。而现有的用于预测输气管道的水合物方法,都仅仅使用了输气管道的入口压力进行预测。但是,对天然气管道而言,管道沿线的压力和温度具有一定的变化规律,仅根据管道的入口压力进行水合物生成预测,是非常不准确的。本文在对现有的水合物动力学模型、热力学模型以及经验模型进行简述的同时,利用计算机程序,挑选其中的三种模型进行了实例验证,并从中挑选出精度最高的Chen-Guo模型作为输气管道水合物预测模型的相平衡模型基础。其次,根据输气管道的水力和热力学特性,利用MATLAB程序,计算得到输气管道沿线的温度和压力分布曲线。最终,结合软件计算得到的水合物生成温度曲线、输气管道沿线的压力分布曲线以及所研究管段的实测水露点,分析所选管段中是否会有天然气水合物生成,以及生成水合物的位置区间。除此之外,分析了不同流量、压力以及管径条件下,长距离输气管道内温度、压力的沿程分布情况,判断流量、压力等条件对水合物形成条件的影响,从理论上,提出防止天然气水合物生成的技术手段。最终通过算例,对该软件的计算模型进行了验证,结果表明,本文提出的用于预测长距离输气管道水合物生成预测的模型是准确可靠,可以应用于工程实际的。除了对水合物的生成进行预测,还对传统的用于防止天然气水合物生成的方法进行了简述。例如,通过绝热和外部加热技术杜绝管道在易于形成水合物的低温条件下运行。也可以通过乙二醇对天然气进行脱水处理。降低生产运输体系的压力可以减小水合物形成的可能。但是,这些传统的方法并不总是可行的。比如在海上和深水环境下,由于作业空间的限制,运用隔热或加热方法耗资十分巨大。深水隔热的费用通常为每公里管线＄100,0000。因此,这些传统的方法具有很大的局限性。另一种常用的方法是添加热力学抑制剂。热力学抑制剂是一种水溶性化学物质,可以降低水的活度,提高水合物相的边界压力,或降低温度。工业上通常使用的是甲醇和乙二醇。然而,由于用量较大,通常会造成严重的环境问题,从可持续发展的角度来讲,可行性较低。因此,环保又经济的动力学抑制剂将是未来的发展方向和主要研究重点。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TE832

【参考文献】