[发明专利]天然气管道运行及清管过程水合物预测方法

说明书

技术领域

本发明是一种天然气管道运行及清管过程水合物预测方法。涉及其它类不包括的测试和管道系统技术领域。

背景技术

目前，水合物生成模型研究已经是成熟技术，但多用于理论研究或室内实验。在天然气管道的运行和清管作业中，由于气质参数的多变性和复杂性，仅用水合物生成模型不能准确的预测出是否会有冰堵产生。在天然气管道运行中，由于管道内气体高速流动、搅动、高压脉动等因素的影响，在管道弯头、调压阀等处容易形成水合物造成管道、分离设备和仪表的堵塞，同时，管道内气体的压力、温度和含水量是不断变化的，因此在管道内水合物生成区域也是不断变化的，目前还没有专门的针对天然气管道的水合物预测技术。

目前在输气管道运行和清管作业中，对是否发生冰堵主要是凭借运行操作人员自身的经验通过压差、流量变化进行判断，还没有专门的针对输气管道运行和清管作业冰堵预测方法。

依靠管道操作人员的自身经验判断输气管道运行和清管作业中是否发生冰堵存在一些弊端。由于判断只是通过表象和经验大致判断，没有理论指导和计算，同时由于操作人员对管道运行和清管的认识不同，经验水平不同，致使判断结果可能存在较大的误差，从而影响输气管道安全运行和清管作业。

现有一种技术“抑制管道被气体水合物堵塞的方法”，该方法通过在管道运行中添加抑制剂的方法来抑制水合物的生成，从而避免管道发生冰堵。该方法只提供了防止冰堵的一种解决方案，并没有对管道内水合物生成作出预测，也没有提供相应的添加工艺。

发明内容

本发明的目的是发明一种准确预测天然气管道站场工艺区和干线是否达到水合物生成条件、为天然气管道安全运行和清管作业提供技术支持的天然气管道运行及清管过程水合物预测方法。

本发明结合输气管道的实际运行情况，通过模型计算得到输气管道运行和清管作业时管道的实际水露点和水合物生成温度，再通过与管道内气体实际温度比较判断是否会有水合物生成，为安全运行和清管作业中防治冰堵提供技术支持。

本发明公开了一种天然气管道运行及清管过程水合物预测方法，包括以下步骤：

1、监测天然气管道气质参数，主要包括气体组分、气体压力、温度变化范围、气体水露点；

2、通过水露点和水含量转换模型计算气体在不同压力下的水露点，水露点和水含量转换模型是基于P-R状态方程计算气态水和液态水的逸度，根据相平衡原理求得天然气含水量与水露点之间的换算关系；

3、通过水露点与水含量转换模型和测得的常压水露点，可以计算出管道压力下气体实际水露点，如果气体温度低于实际水露点，则表明存在液态水，如果气体温度高于实际水露点，则表明不存在液态水；只有存在液态水的前提下，才能生成水合物；

4、通过水合物生成模型计算气体在管道压力下的水合物生成温度，如果气体温度低于水合物生成温度，则表明达到水合物生成条件，如果气体温度高于水合物生成温度，则表明未达到水合物生成条件；

5、通过气体温度和气体水露点、水合物生成温度可以判断是否会有水合物生成，判断结果如表1所示。

水合物生成判断：当气体温度＞水合物生成温度，若气体温度＞实际水露点，则无液态水，无水合物；若气体温度＜实际水露点，则有液态水，无水合物；

当气体温度＜水合物生成温度，若气体温度＞实际水露点，则无液态水，无水合物；若气体温度＜实际水露点，则有液态水，有水合物。

表1 水合物生成判断表

水露点与含水量转换计算流程如图1所示：

1)假定一个初始值作为露点温度Td；

2)对干天然气与水蒸气组成的新混合体系进行组分计算；

3)查阅i组分的临界温度Tc，此处主要为水蒸气的临界温度；

4)由关联式计算α函数，并计算i组分的ai、bi和混合体系的a、b；

5)利用状态方程求出混合体系的摩耳体积V和在P、Td条件下的压缩系数z；

6)计算水蒸气和水的逸度系数和相平衡常数Ki；

7)判断是否IYi/Ki-1I＜0？若是，则Td为计算的露点温度；若否，则返回到第一步。

所述水合物生成模型计算流程如图2所示：

1)假设水合物结构类型；

2)计算天然气露点温度Td；

3)假定水合物生成初值Th；

4)判断是否Th＞Td？若是，则无烃液相，给定干组成计算逸度fi；若否，则有烃液相，亮相闪蒸计算气相逸度fi；

5)计算混合气体中水合物的逸度及摩尔分数xi；