天然气饱和含水量计算.pdf

第 4 3卷第 2期 2 0 1 4年 2月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V o 1 ．4 3，N o ． 2 F e b r u a r y ， 2 0 1 4 天然气饱和含水量计算 明 宗 营 1 ．中国石油大学 华东 ， 山东 青岛 2 6 6 5 8 0 ； 2 中国石油工程建设公司华东设计分公司， 山东 青岛 2 6 6 0 7 1 摘 要 天然气饱和含水量或者水露点计算为天然气集输与加工过程重要的环节 ，一旦温度达到或低于天 然气压力所对应的露点温度，天然气就有水析出，导致管道或其他设备腐蚀。所以比较精确的估计、方便的计 算天然气露点与饱和含水量之间的关系是非常重要的。利用相平衡原理 ，结合逸度计算的经验公式，开发了天 然气 、尤其是酸性天然气水露点与含水量之间关系的计算程序。 关键词 酸性天然气 ；露点；饱和含水量 中图分类号T E 1 3 3 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 40 2 0 3 0 5 0 3 Th e S a t u r a t i o n M o i s t u r e Co n t e n t Ca l c u l a t i o n o f Na t u r a l Ga s M I NG Zo n g- y i n g ’ 1 ． C h i n a U n i v e r s i t y o f P e t r o l e u n ， S h a n d o n g Q i n g d a o 2 6 6 5 8 0 ，C h i n a ； 2 ． C N P C E a s t C h i n a De s i g n I n s t i t u t e ， S h a n d o n g Q i n g d a o 2 6 6 0 7 1 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e s a tur a t i o n mo i s tur e c o n t e n t c a l c u l a t i o n o r t h e wa t e r d e w p o i n t c a l c u l a t i o n o f n a tur a 1 g a s i S a n i mp o r t a n t pa rt f o r na tur a l g a s t r a ns p or t a t i on a nd pr oc e s s i n g p r oc e s s ．Onc e t he t e mpe r a t ur e r e a c he s o r f a l l s be l ow t he de w p oi nt t e mp e r a t u r e c o r r e s p o n d i n g t o t h e n a t u r a l g a s p r e s s u r e ， t h e n a t u r a l g a s wi l l h a v e wa t e r p r e c i p i t a t i o n， wh i c h c a n c a u s e c o o s i o n o f p i p e s a n d o t h e r e q u i p me n t s ． T h e r e f o r e ， i t i s i mp o r t a n t t o a c c u r a t e l y e s t i ma t e a n d c o n v e n i e n t l y c a l c u l a t e t h e r e l a t i o n s h i p b e t we e n n a tur a l g a s d e w p o i n t a n d s a t u r a t i o n mo i s t u r e c o n t e n t ． Ba s e d o n p h a s e e q u i l i b r i u m p r i n c ip l e a n d e mp i r i c a l f o r mu l a o f f u g a c i t y c a l c u l a t i o n ，a c o mp u t e r p r o g r a m t o c a l c u l a t e t h e r e l a t i o n s h i p fo r n a tu r a l g a s ， e s p e c i a l l y s o u r g a s ， wa s d e v e l o p e d ． Ke y wo r d s S o u r g a s ； De w p o i n t ； S a tur a t i o n mo i s tur e c o n t e n t 天然气是一种多组分的混合物，其中的水蒸气 成分虽然含的摩尔分数很小 ，但在天然气输送过程 中因为受 到压力和温度变化的影响变成游离的水析 出。含有一定水分的天然气在一定压力下逐渐降低 温度，刚开始出现微小水滴时温度称为天然气的水 露点温度 ，此时天然气的含水量称为饱和含水量。 饱和含水量为该天然气在给定温度和压力下最大含 水量。很显然， 在给定天然气成分 除水外其它组 成 时 ，露点温度与饱 和含水量是一一对应的，给 定含水量可以求得水露点温度，同样，给定水露点 温度可以得到天然气的饱和含水量 。 计算天然气的饱和含水量与露点温度 目前有状 态方程法 、查 图法和经验关 系法三种。状态方程法 理论依据很强， 但由于液相水的成分难于精确描述， 含有溶解物的水相状态方程缺乏 ，计算费时费力 ， 所得结果有的误差较大， 但有精确的气相和液相状 态方程可用，这种方法还是相当精确的。查图法本 身比较可靠，但由于 线数 目有限，所得结果误差 只能满足工程应用，在精度较高时不合适。另外， 查图法已经不适应计算机 自动计算的需求 了。经验 公式把实验数据点通过拟合成多项式 ，在实验的参 数范围内，所得结果相 当可靠 ，但不能够外推，同 时避免了计算费时费力的问题。 1 计算模型 根据文献 ，酸 天然气 中的含水量可以用下式 得到 Y F 。 hF s 。 1 t Y 。 。 t 1 其中 ． w 。 。t为非酸l生 天然气中的含水量， 摩尔 分数 ，可以由式 2 求得 ； Fs 。 是酸 I生气体对含 水量的影响系数 ，通过式 4 计算 ；凡是相对密 度对含水量 的影响系数 ，通过式 6得到 ；Fs 1 是液相中的含盐量对气体中含水量的影响系数 ，通 过式 7计算 。 ⋯ _ f 竽] eXp 等 ] 式中 P w 一 水的饱和蒸汽压， MP a ； 一 温 度 ．K 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 9 1 7 作者简介 明宗营 1 9 8 0 一 ，男，山东章丘人，工程师，2 0 0 4年毕业于中国石油大学 华东 热能与动力工程专业，研究方向从事炼油设计 工作。E - m a i l m 1 n g z 0 n g y n g c n p c c e j ． c n 。 3 0 6 当 代 化 工 d l 和 a 2 一 均为常数。 P 1 0 e x p [ 7 3 6 4 9 7 2 5 8 2 ／ T 一7 ． 3 0 3 i n r 4 ． 1 6 5 3 1 0 ， ] 3 F 。 1 z 卜 [丢 ] T P ] c ． 鲁 ] I 4 式 4中 Z 、s∞ 是 H z S的当量含量 ，可以 通过式 5 求得，c ， 、c 2 和 c 。 为常数。 ZH ，s 。 ZH ，s 0 ． 7 5 Zc 0 5 _F h h 1 b t 7 - 0 ． 5 5 4 b 2 7 -0 ． 5 5 4 b 3 7 - 0 ． 5 5 4 6 式 6中y一 天然气的相对密度； b． 、b ， 和 b ～ 常数 a 1I 1 - 4 ． 9 2 0 x 1 0 - ’ W s a II - 1 ． 7 6 7 2 1 0 W s a 1 I 7 式 7中Ws l 为液相中盐分的质量浓度。 公式中常数的数值见表 l 。 表 1 常数数值 Ta bl e 1 Con s t a nt va l u e s 2 计算结果对比 程序计算可以完成如下工作 1 已知组成 、压力、温度，计算含水量； 2 已知组成、 压力、 含水量， 计算天然气露 点。 利用程序计算模型可以完成对普通天然气 、酸 性天然气的计算。计算过程需要输入的参数包括天 然气的比重、二氧化碳 、 硫化氢含量等。下文利用 开发的计算程序，计算对比了不同天然气的露点和 饱和含水量。表 2 给出了不同天然气组成、压力和 温度情况下含水量程序计算结果与实验和文献[ 2 ] 结果的对比。 表 2 含水量程序计算结果与实验和文献【 2 】 的结果对比 T a b l e 2 T h e c o mp a r i s o n o f t h e p r o g r a m c a l c u l a t i o n r e s u l t s a n d e x p e r i me n t a l a n d l i t e r a t u r e [ 2 】 r e s u l t s f o r mo i s t u r e c o n t e n t 表 2的结果表明，程序计算结果与实验结果相 差不大， 几乎与文献 [ 2 ] 的计算结果相同， 说明计 算程序结果是正确的。为了进一步验证程序，又与 文献[3 ] 的计算结果进行了对比。 在 天然气加工工程 中 M c k e t t a We h e 算图 给出了一系列的天然气含水量与组成 、压力 、温度 第 4 3卷第2期 明宗营天然气饱和含水量计算 3 0 7 的关系曲线 ，在工程设计 中已广泛应用 ，为了对 比 计算结果 ，也与他们的曲线图进行 了比较 ，结果如 表 4所示 。 表 3 含水量程序计算结果与文献【 3 】 的结果对比 T a b l e 3 Th e c o mpa r i s o n o f t h e p r o g r a m c a l c u l a t i o n r e s u l t s a n d l i t e r a t u r e [ 3 l r e s u l t s f o r mo i s t u r e c o n t e n t 表4 含水量程序计算结果与Mc k e t t a We h e 算图结果对比 T a b l e 4 Th e c o mp a r i s o n o f t h e p r o g r a m c a l c u l a t i o n r e s u l t s and M c k e t t a W e he c ha r t r e s ul t s fo r m o i s t ur e c ont e nt 5 1 0 7 6 5 3 5 8 4 7 ．4 3 3 2 9 7 ． 0 3 3 8 4 2 ．3 4 1 5 1 3 7 ． 8 2 1 8 6 9 4 ．7 4 5 3 2 3 9 5 4 3 ．4 1 2 0 2 7 ． 3 0 2 3 9 8 ．4 1 9 5 3 3 ． 1 6 1 1 2 8 7 ．3 4 4 0 4 5 0 6 4 4 9 4 5 6 1 3 9 1 ． 6 0 1 9 2 5 ． 1 5 4 9 5 2 ． 8 2 7 7 4 8 ．0 2 5 1 O 8 0 5 8 6 8 8 3 ．5 5 3 3 7 5 5 7 3 9 6 9 ． 1 3 1 5 2 7 5 ．5 2 1 9 0 6 3 ． 8 4 6 1 4 2 0 5 8 8 ． 1 4 2 2 3 6 ． 8 7 2 5 6 1 ． 1 5 9 9 5 9 0 4 1 1 8 2 2 ． 3 8 4 0 6 6 8 ． 2 5 6 0 5 ． 8 2 1 8 8 3 ． 8 7 2 3 l 1 ． 7 5 6 2 5 1 ．5 2 9 0 0 9 ． 2 5 5 1 0 4 0 8 5 7 ． 1 4 9 1 8 ．4 9 3 5 1 6 ．4 8 4 0 8 9 ．0 7 1 5 4 8 8 ． 1 9 1 9 3 9 1 ．2 7 7 3 5 ． 1 7 6 3 1 ．9 9 2 5 5 3 ．6 O 2 7 1 8 ．6 8 1 o 4 2 8 ． 6 0 1 2 3 2 6 ．6 l 1 0 0 2 ．3 8 7 1 5 ．8 4 2 4 8 4 ．2 9 2 6 9 1 ． 3 1 7 4 2 0 ．3 5 1 0 2 3 3 ． 1 3 表 5 程序反算温度与 Mc k e t t a We h e的结果对比 Ta bl e 5 The c ompar i s on of t he pr og r am i nv er s e c al c ul a t i o n t e mper a t ur e and M c ke t t a W ehe c ha r t r e s ul t s O ． 7 8 C H 4 0 ． 1 4 H S O ． 0 8 C O 2 2 O ％H 2 S当量 O ． 6 6 C H 4 0 ． 1 8 H2 S O ． 1 6 C O 2 3 O ％H 2 S当量 O ． 5 4 C H 0 ． 2 2 H 2 SO ． 2 4 C O 2 4 O ％H 2 S当量 3 结 论 通过程序计算结果与文献数据对比， 本文采用 的模型和编制的计算程序计算结果是正确的，可以 很容易的实现在已知压力、温度和天然气干气的组 成计算天然气的饱和含水量；或已知压力、天然气 组成和含水量计算天然气的露点 ，为酸 I生天然气集 输系统工程设计提供了一个方便快捷的工具。 参考文献 [ 1 ] M o h s e n Z i r r a h i ， R e z a A z i n ， H a s s a n H a s s a n z a d e h ． P r e d i c t i o n o f w a t e r c o n t e n t o f s o u r a n d a c i d g a s e s [ J ] ． F l u i d P h a s e E q u i l i b r i a， 2 0 1 0 ， 2 9 9 1 71 -1 7 9 ． [ 2 ] A ． H． Mo h a m m a d i ， S P E ， He r i o t Wa t t U ． E s t i ma t i o n o f w a t e r c o n t e n t i n s o u r g a s e s [ C ] ． S P E E u r i p e c ／ E A G E A n n u a l C o n f e r e n c e ， M a d r i d ， S p a i n ， 1 3 -1 6 J u n e 2 0 0 5 ． [ 3 ] A m i r H ．M o h a m m a d i ， A n t o n i n C h a p o y ， B a h m a n T o h i d i ． A K e y t o E s t i m a t i n g t h e Wa t e r C o n t e n t o f N a t u r a l G a s e s [ J ] ． I n d ． E n g ． C h e m ． R e s ． ， 2 0 0 6 ， 4 5 4 8 2 54 8 2 9 ． [ 4] 诸林． 天然气加工工程[ M ] ． 第二版．北京 石油工业出版社 ，2 0 0 8 ． [ 5] 苏长荪．高等热力学[ M】 ． 北京高等教育出版社 ，1 9 8 7 ． [ 6] 童景山．流体热物性计算【 M】 ． 北京 高等教育出版社 ，1 9 8 2 ． 河北氯化聚乙烯改性合成橡胶项 目竣工 河北精信化工集团有限公司建设的我国首条氯化聚乙烯改性合成橡胶材料生产线，近 日完成设备安装、 调试 ， 将转入正 式生产。该项目总投资 5 9 亿元，采用国际先进的工艺技术和设备 ， 其合成橡胶产品具有独立的知识产权，可替代天然橡胶， 填补了国内空白。项 目建成后 ，将形成每年 3 0万吨橡胶型氯化聚乙烯 、3 0万吨通用型和 3 0万吨专用型橡胶弹性体的生产 能力 。