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《天然氣水合物生成條件預(yù)測(cè)模型及應(yīng)用學(xué)位論文.doc》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、天然氣水合物生成條件預(yù)測(cè)模型及應(yīng)用1引言1.1研究的意義和目的水合物是目前科學(xué)領(lǐng)域中的熱門課題，不僅與石油天然氣開采、儲(chǔ)存和運(yùn)輸密切相關(guān)，而且與環(huán)境保護(hù)、氣候變遷，特別是人類未來賴以生存的能源有關(guān)。一方面，由于水合物特殊的物理化學(xué)性質(zhì)潛藏著巨大的工業(yè)應(yīng)用潛能，另一方面，在天然氣開采及儲(chǔ)運(yùn)過程中，其壓力和溫度會(huì)發(fā)生變化，尤其當(dāng)天然氣通過突縮孔眼時(shí)，由于摩擦耗能會(huì)產(chǎn)生較大的節(jié)流壓降和溫降。同時(shí)在天然氣管道中，天然氣的飽和含水量隨天然氣壓力增加或溫度降低而降低，在天然氣經(jīng)過變徑管、閥門或過濾器、油嘴等節(jié)流時(shí)，雖然壓力下降，但溫度也下降，管道中天然氣的飽和含
2、水量隨天然氣壓力增加或溫度降低而降低，另外由于節(jié)流產(chǎn)生渦流，就有可能達(dá)到水合物生成的條件。水合物會(huì)導(dǎo)致閥門堵塞、氣井停產(chǎn)、管道停輸?shù)葒?yán)重事故，所以研究預(yù)測(cè)水合物的生成溫度和壓力條件以及如何防止水合物的生成是重要以及必要的。通常，在輸送天然氣過程中清除水合物的方法是用熱水或熱蒸汽對(duì)管道進(jìn)行加熱，在水合物和金屬接觸點(diǎn)上，將溫度提高到30～40℃，使水合物很快分解。據(jù)統(tǒng)計(jì)防止水合物生成的費(fèi)用約占生產(chǎn)總成本的5～8%。在工程上對(duì)抑制劑用量不能準(zhǔn)確計(jì)算，抑制劑的用量往往大于實(shí)際需求量，這樣一方面不利于節(jié)約成本，另一方面導(dǎo)致不必要的環(huán)境污染針對(duì)上述問題，需要用科
3、學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法，準(zhǔn)確測(cè)定天然氣水合物的生成條件，并篩選和評(píng)價(jià)抑制劑的抑制效果，從而為天然氣集輸管道水合物防治工作提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，針對(duì)旅大10-1天然氣壓力高、流速高以及組分復(fù)雜的特殊情況，需要建立正確的天然氣水合物生成預(yù)測(cè)模型及加入抑制劑后水合物的生成預(yù)測(cè)模型，并開發(fā)出相應(yīng)的實(shí)用程序。1.2國內(nèi)外發(fā)展概況及分析國內(nèi)外預(yù)測(cè)水合物形成壓力和溫度的方法大致可分為經(jīng)驗(yàn)公式法、圖解法、相平衡計(jì)算法和統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)模型法四大類。⑴經(jīng)驗(yàn)公式法是通過室外取樣室內(nèi)實(shí)驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試水合物形成壓力和溫度,在此基礎(chǔ)上,擬合得到的半經(jīng)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。?jīng)驗(yàn)、半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ途哂泻?jiǎn)單、計(jì)算方
4、便等優(yōu)點(diǎn),但使用范圍狹窄,計(jì)算精度不高。⑵經(jīng)驗(yàn)圖解法是根據(jù)甲烷及不同相對(duì)密度天然氣形成水合物的平衡曲線，大致確定出天然氣形成水合物的溫度和壓力。但對(duì)含有硫化氫的天然氣誤差較大，若相對(duì)密度在兩條曲線之間,需采用內(nèi)插法進(jìn)行近似計(jì)算。為了便于計(jì)算機(jī)運(yùn)算，圖解法被回歸成幾個(gè)公式，若已知天然氣的相對(duì)密度和溫度,可選擇其中合適的公式計(jì)算水合物形成壓力。若已知相對(duì)密度和壓力可選擇其中合適的公式進(jìn)行迭代求得水合物形成溫度。但是這種方法也存在適用范圍狹窄，計(jì)算精度不高的缺點(diǎn)。⑶相平衡計(jì)算法是1940年Katz根據(jù)氣—固平衡常數(shù),提出了一種估算天然氣水合物生成條件的方法
5、,可用于計(jì)算含有典型烷烴組成的無硫天然氣,而對(duì)非烴含量多的氣體及壓力高于6.9MPa時(shí)誤差較大。水合物的相平衡理論模型大多是在VanderWaals-Platteeuw模型的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,具有很強(qiáng)的理論基礎(chǔ),計(jì)算精度高,但計(jì)算較復(fù)雜,難掌握。⑷目前預(yù)測(cè)水合物生成條件的熱力學(xué)模型幾乎都是以經(jīng)典統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)為基礎(chǔ)的。VanderWaals和Platteeuw在1959年提出的Langmuir氣體吸附模型，沒有考慮到客體分子間的相互作用，而假定洞穴為球形對(duì)稱等等。使用此模型，1964年，Saito等人提出了一種預(yù)測(cè)水合物生成條件的方法。1972年，Par
6、rish和Pransnitz考慮到Langmuir參數(shù)僅為溫度的函數(shù)，提出了簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式計(jì)算Langmuir常數(shù)，大大簡(jiǎn)化了VanderWaals模型，并首次將VanderWaals模型推廣到多元體系。1977年Ng&Robinson模型(簡(jiǎn)稱NR)，考慮不同客體間的相互作用，修正VanDerWaals模型。1983年HolderJohn模型（簡(jiǎn)稱HJ）考慮到洞穴并非球形，水分子與洞穴中心距離不等的實(shí)際情況，采用三層球模型來描述水分子和客體分子間的相互作用，并引人擾動(dòng)因子來矯正球形分子的Langmuir常數(shù)；1988年杜亞和和郭天民（簡(jiǎn)稱Du&G
7、uo88模型）利用十點(diǎn)Gauss數(shù)值積分法計(jì)算出不同溫度下Langmuir常數(shù)；1996年，Chen-Guo基于水合物生成動(dòng)力學(xué)，提出了一個(gè)完全不同于VdW-P模型的新水合物預(yù)測(cè)模型。他們認(rèn)為，在生成水合物時(shí)，體系存在準(zhǔn)化學(xué)平衡和物理吸附平衡。左有祥、郭天民基于水合物兩步生成動(dòng)力學(xué)機(jī)理提出了新的水合物熱力學(xué)模型，與傳統(tǒng)vdW-P模型相比，表達(dá)式得到簡(jiǎn)化且更接近普通的溶液熱力學(xué)模型，該預(yù)測(cè)模型都己成功應(yīng)用于純水體系、含醇或含鹽體系。1.3本文的主要工作本文研究的主要內(nèi)容是天然氣水合物生成條件預(yù)測(cè)模型及應(yīng)用。綜合考慮了天然氣管流及嘴流的壓力和溫度等水合物
8、生成的環(huán)境因素、抑制劑及其濃度對(duì)水合物生成條件的影響，分別介紹了基于熱力學(xué)相平衡理論的水合物生成條件預(yù)測(cè)模型
