天然气输送过程中水合物生成防治研究和讨论.doc

1 绪 论 1.1研究的意义和目的 随着石油天然气工业的不断发展，在处理和输送天然气过程中发现了气体水合物。水合物是目前科学领域中的热门课题，不仅与石油天然气开采、储存和运输密切相关，而且与环境保护、气候变迁，特别是人类未来赖以生存的能源有关。天然气水合物影响天然气的开采、集输和加工的正常运行～2 天然气状态方程 2.1理想气体状态方程 理想气体是为了研究问题和工程计算的方便而设想的一个理想化模型，这种气体的分子本身不占有体积，分子之间没有内聚力，其状态方程式为： (2.1) 式中 p—气体压力，N/m2; V—理想气体体积，m3; v—1mol理想气体占有的体积，m3/mol； n—气体物质的量，mol； R—理想气体常数，8.3143kJ/(kmol·K)； T—气体温度，K。 2.2实际气体状态方程 当压力升高或密度增大时，气体分子本身占据的体积大得越来越严重，而分子间的相互作用力也变得越来越明显。未考虑这些效应，范德瓦尔在1837年提出了另一个状态方程，即范德瓦尔状态方程。在范德瓦尔状态方程提出之后，为了考虑实际气体的性质，又提出了大量的状态方程。这里就介绍RK方程、SRK方程和PR方程。 RK方程 RK（Redlitch-Kwong）方程是1949年提出的二参数状态方程，基本形式如下： (2.2) 式中a和b是常数，对单组份有： 混合气体的a、b常数由各组分的a、b常数及摩尔分数按混合规则求解。 SRK方程 SRK是在改进Redlitch-Kwong状态方程基础上，提出的一种状态方程，其形式为： (2.3) 式中a和b是常数： 上式中与气体对比温度Tr和偏心因子有关，按下式计算： 偏心因子根据有关手册的基础物性数据表差得。 PR方程 PR是另外一种状态方程，其形式为： (2.4) 式中a和b是常数： 3 输气管道的水力计算、热力计算 3.1输气管道的水力计算 根据稳定流动的假设，运动方程整理可得： (3.1) 3.1.1输气管的基本公式 所谓水平输气管道，是指地形起伏高差小于200m的管道。这种管道阴有雨高差所引起的压降在上式中所占的比例很小，并不足以影响输气管道水力计算的准确性，故可忽略不计，于是方程可写为： （3.2） 公式中的和w为随管长而变化的气体的密度和流速；为消去这两个变数，我们可利用连续性方程和气体状态方程。 由气体状态方程有： （3.3） 由连续性方程有： （3.4） 将式（3.3）和（3.4）代入式（3.2）中得： 若管路全线长度为L，其起终点压力分别为和，则对式积分可求得输气管流量和压降的关系式： 积分得： （3.5） 式中 —输气管质量流量，kg/s； —输气管内径，m； ，—输气管起、终点压力，MPa； —水力摩擦系数，无因次； —气体压缩因子，无因次； —气体常数，； —输气温度，K； —管长，m。 式（3.5）中，一项表示随着压力下降，流速增加对流量的影响。对长距离管道而言，与相比很小，可以忽略。相反距离短、压降大的管道则必须考虑。故对长输管道而言，上式可简化为： (3.6) 这是平坦地区输气管道的质量流量公式。但在工程设计和生产上通常采用的是在标准状况下的体积流量。因此，必须把质量流量M换算成标况下的体积流量。 (3.7) 式中为标况下的气体密度。由气体状态方程可知： 标况下的气体压缩系数Z0=1，故： （3.8） 为计算方便，用空气的气体常数Ra来表示天然气的气体常数R： 将代入上式得： （3.9） 将（3.9）代入（3.8）得 （3.10） 再将（3.7）、（3.8）和（3.10）代入（3.6），得： (3.11) 设，于是 （3.12） 式中 Q—天然气在标况下的体积流量，m3/s; C—常数； Ra—空气的气体常数，m2/(s2·K)； Δ—天然气的相对密度，无因次。 3.1.2输气管道压力分布和平均压力 ⑴沿线压力分布 设有一段输气管道AC长为L。以x表示管段上任一点B至