天然气水化物形成与防护.ppt

水合物形成与防治 Contents 水合物的特性 1 水合物形成条件 2 预防水合物的方法 3 抑制剂注入量计算 4 一、水合物的特性 在一定的温度和压力条件下，天然气中某些气体组分能和液态水形成水合物。天然气水合物是白色结晶固体，外观类似松散的冰或致密的雪，密度为0.88～0.9g／cm3 的雪”) 它的形成条件远远超过了水的冰点 而升高 小的晶体逐渐聚集成 块，最终阻塞管道 天然气水合物可以在任何时候产 天然气水合物是一种笼形晶格包络物，即水分子籍氢键结合成笼形晶格，而气体分子则在范德华力作用下，被包围在晶格的笼形孔室中。 水分子笼 天然气分子 水分子 天然气水合物模型 二、 水合物的形成条件 天然气水合物形成的必要条件是 气体处于水汽的饱和或过饱和状态并存在游离水； 有足够高的压力和足够低的温度。 辅助条件 在具备上述条件时，水合物有时尚不能形成，还必须具有一些辅助条件，如压力的脉动，气体的高速流动，因流向突变产生的搅动，水合物晶种的存在及晶种停留的特定物理位置如弯头、孔板、阀门、粗糙的管壁等。 天然气水合物的生成条件 形成水化物 气流速度和方向改变的 地方，即气流的停滞区 在节流阀、阀门关 闭不严处 液态水 低 温 高 压 水合物形成的临界温度是水合物可能存在的最高温度，高于此温度，不论压力多高，也不会形成水合物。 名 称 CH4 C2H4 C3H8 iC4H10 nC4H10 CO2 H2S 形成水合物临界温度，℃ 21.5 14.5 5.5 2.5 1 10.0 29.0 不同压力下水合物形成的温度 管线压力 MPa 6 7 8 9 10 10.5 11 11.5 12 12.5 水合物形成 温度℃ 9.7 10.9 12.0 12.9 13.8 14.1 14.5 14.9 15.2 15.5 建议支线温度为：T生产＝T计算＋10℃ 不同环境温度下水合物形成的压力 环境温度℃ －30 －25 －20 -16 －12 －8 －4 4 8 12 16 水合物形 成压力MPa 0.591 0.718 0.875 1.024 1.199 1.404 1.635 2.947 4.850 7.984 13.14 三、水合物的防止 由于水合物是一晶状固体物质，天然气中一旦形成水合物，极易在阀门、分离器入口、管线弯头及三通等处形成堵塞，严重时影响天然气的收集和输送，因此必须采取措施防止其生成。 预防水合物的方法 为了防止天然气生成水合物，一般有四种途径： 1) 提高天然气的流动温度； 2) 降低压力至给定温度时水合物的生成压力以下； 3) 脱除天然气中的水分； 4) 向气流中加入抑制剂(阻化剂)。 其中最积极的方法是保持管线和设备不含液态水，而最常用的办法则是向气流中加入各种抑制剂。 加热提高天然气流动温度是防止生成水合物和排除已生成的水合物的方法之一。这就是在维持原来的压力状态下使输气管道中的天然气的温度高于生成水合物的温度，如图所示。但这一方法不适用于干线输气管道中，因为消耗能量大，而且，冷却气体是增加输气管道流量的一个有效方法。 1 . 提高天然气流动温度 天然气加热炉 降低压力防止生成水合物的方法就是在维持原来的温度状态下使输气管道中的天然气压力降低，如图10中曲线2，从而使生成水合物温度曲线下降，如图10中曲线5。 2. 降低压力 1—压降曲线； 2—降压后的压降曲线； 3—生成水合物温度曲线； 4—温降曲线； 5—降压后的生成水合物温度曲线 这一方法也可用来排除在输气管道中已形成的水合物，其途径就是通过放空管放空。降压后必须经过一段时间(从几秒钟到几个小时)，以分解水合物。 注意：当用放空降压来分解输气管道中已形成的水合物时，必须在环境温度高于0℃以上的条件下进行，否则，水合物分解了，但立即又转化成为冰塞。 如干线输气管道中天然气的最低温度接近于零，在此温度下，生成水合物的平衡压力约为1～1.5MPa，而一般的输气压力大于5MPa，因此，用降压来防止干线输气管道中天然气生成水合物并不是一种有效的方法。 降低压力 防止天然气在输气管道中生成水合物的根本办法就是干燥天然气，脱去其中的水分，降低其露点。 3. 干燥 固体吸附脱水装置流程图 向天然气中注入各种能降低水化物生成温度的天然气水合物抑制剂。常用的抑制剂有甲醇、乙二醇(EG)等。 向天然气中注入的抑制剂与冷却过程凝析的水形成冰点很低的溶液，天然气中的水汽被高浓度甘醇溶液所吸收，导致水合物生成温度明显下降。 4.天然气中注入抑制剂 四、抑制剂注入量计算 注入天然气系统的抑制剂，一部分与液态水混合成为抑制剂水溶液称为富液。一部