油氣集輸課程設(shè)計(jì)--甲醇和乙二醇試劑注入計(jì)算

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　院（系）:_石油與天然氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí): 07油氣儲(chǔ)運(yùn)二班 </p><p>　　學(xué)生姓名: xxxxxx 學(xué) 號(hào): 2007440xxx </p><p>　　設(shè)計(jì)地點(diǎn)（單位）_____ _ 人文社科大樓G30

2、4________ 設(shè)計(jì)題目:_ 2#低溫集氣站的工藝設(shè)計(jì) </p><p>　　---甲醇和乙二醇試劑注入計(jì)算 </p><p>　　完成日期： 2010 年 7 月 1 日 </p><p>　　指導(dǎo)教師評(píng)語: _______________________________________</p

3、><p>　　_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4、 __________ _ </p><p>　　成績（五級(jí)記分制）:______ __________ 指導(dǎo)教師（簽字）:________ ________ </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　為了在節(jié)流膨脹制冷過程中不至生成水合物，需要在節(jié)流膨脹制冷前噴入水合物抑制劑，

5、用抑制劑防止天然氣水合物形成，廣泛使用的天然氣水合物抑制劑有甲醇和甘醇類化合物，如甲醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇。所有這些化學(xué)抑制劑都可以回收和再次循環(huán)使用。</p><p>　　關(guān)鍵詞：水合物，節(jié)流膨脹制冷，抑制劑，天然氣水汽含量</p><p>　　氣田上，氣井所產(chǎn)天然氣在有壓力能可以利用的情況下，需要采用節(jié)流膨脹制冷方法脫出天然氣中的水和重?zé)N后才能外輸去下游的處理裝置或用戶。為了在節(jié)流

6、膨脹制冷過程中不至生成水合物，需要在節(jié)流膨脹制冷前噴入水合物抑制劑，用抑制劑防止天然氣水合物形成，廣泛使用的天然氣水合物抑制劑有甲醇和甘醇類化合物，如甲醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇。所有這些化學(xué)抑制劑都可以回收和再次循環(huán)使用。</p><p>　　在大多數(shù)情況下，回收甲醇的經(jīng)濟(jì)性是很差的。甲醇由于沸點(diǎn)較低，脫水性能好，揮發(fā)性好等特點(diǎn)，宜用于較低溫度的場(chǎng)合，溫度高時(shí)損失大，通常用于氣量較小的井場(chǎng)節(jié)流設(shè)備或管線。因而，

7、天然氣氣田的采，集，輸系統(tǒng)也常用間歇或連續(xù)噴注甲醇的方法來防止因井口節(jié)流溫降和環(huán)境冷卻而生成水合物的危害，甲醇富液經(jīng)蒸餾提濃后可循環(huán)使用。甲醇可溶于液態(tài)烴中，其最大質(zhì)量濃度約3% 。甲醇具有中等程度的毒性，可通過呼吸道、食道及皮膚侵入人體，甲醇對(duì)人中毒劑量為5～10毫升，致死劑量為30毫升，空氣中甲醇含量達(dá)到39～65毫克/米3時(shí)，人在30～60分鐘內(nèi)即會(huì)出現(xiàn)中毒現(xiàn)象，因而，使用甲醇防凍劑時(shí)應(yīng)注意采取安全措施。</p>&

8、lt;p>　　甘醇類防凍劑（常用的主要是乙二醇和二甘醇）無毒，沸點(diǎn)較甲醇高，蒸發(fā)損失小，價(jià)格便宜，分散性好等優(yōu)良特性而使用最為普遍，一般都回收、再生后重復(fù)使用，適用于處理氣量較大的井站和管線，但是甘醇類防凍劑粘度較大，在有凝析油存在時(shí)，操作溫度過低時(shí)會(huì)給甘醇溶液與凝析油的分離帶來困難，增加了凝析油中的溶解損失和攜帶損失。甘醇類雖然可以用來防止水合物的形成，但卻不能分解和溶解已經(jīng)形成的水合物。相反，甲醇可在一定程度上溶解已有的水合物

9、。</p><p>　　1．防凍劑的注入方式</p><p>　　防凍劑可采用自流或泵送兩種方式。自流方式采用的設(shè)備比較簡單，但不能使防凍劑連續(xù)注入，且難于控制和調(diào)節(jié)注入量；采用計(jì)量泵泵送，可克服以上缺點(diǎn)，而且防凍劑通過噴嘴噴入、增大了接觸面，可獲得更好的效果。</p><p>　　2．有機(jī)防凍劑液相用量的計(jì)算</p><p>　　注入集氣管

10、線的防凍劑一部分與管線中的液態(tài)水相溶，稱為防凍劑的液相用量；進(jìn)入氣相的防凍劑不回收，因而又稱氣相損失量，防凍劑的實(shí)際使用量為二者之和。天然氣水合物形成溫度降主要決定于防凍劑的液相用量。</p><p>　　對(duì)于給定的水合物形成溫度降，水合物抑制劑在液相水溶液中必須具有的最低濃度可按下式(哈默斯米特公式)計(jì)算：</p><p>　　——形成水化物的溫度降℃</p><p&

11、gt;　　M——抑制劑的分子量 甲醇是32.04，乙二醇是 62.1</p><p>　　K——常數(shù) 抑制劑常數(shù)，甲醇取1297，乙二醇和二甘醇取2220</p><p>　　——在最終的水相中抑制劑的重量百分?jǐn)?shù)（即富液的重量濃度）</p><p>　　t1——對(duì)于集氣管線，t1是在管線最高操作壓力下天然氣的水合物形成的平衡溫度（℃），對(duì)于節(jié)流過程，則為節(jié)流閥后氣體

12、壓力下的天然氣形成水合物的平衡溫度（℃）；</p><p>　　t2——對(duì)于集氣管，t2是管輸氣體的最低流動(dòng)溫度（℃），對(duì)于節(jié)流過程，t2為天然氣節(jié)流后的溫度℃。</p><p>　　抑制劑總的需要量等于：由上式給出的用來處理自由水所需要的抑制劑量，再加上蒸發(fā)到汽相中所損失的抑制劑量和溶解到液態(tài)烴中的抑制劑量。</p><p>　　防凍劑的實(shí)際用量按下式計(jì)算：<

13、;/p><p><b>　　q= +</b></p><p>　　q——抑制劑最小單位耗量，mg/m3</p><p>　　——抑制劑入口處氣相含水量, mg/m3</p><p>　　——抑制劑出口處氣相含水量,mg/m3</p><p>　　——抑制劑貧液濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），%</p>

14、<p>　　——系數(shù)（對(duì)甘醇類抑制劑的單位可取=0，對(duì)甲醇是溫度和壓力的函數(shù)，可查表得到）</p><p>　　3．根據(jù)低溫集氣站的工藝抑制劑實(shí)際用量的計(jì)算過程：</p><p>　　求氣體的相對(duì)密度和密度</p><p>　　根據(jù)氣體組成（%）：C1-82.3 C1-2.2 C3-2.0 C4-1.8</p><p>

15、　　C5-1.5 C6-0.9 H2S-7.1 CO2-2.2</p><p>　　算出天然氣相對(duì)分子質(zhì)量:</p><p><b>　　M=M </b></p><p>　　式中 M——天然氣的相對(duì)分子質(zhì)量；</p><p>　　y——組分i的摩爾分?jǐn)?shù)；</p><p>　　M

16、——組分i的相對(duì)分子質(zhì)量。</p><p>　　=20.988 =28.97</p><p><b>　　根據(jù)相對(duì)密度公式:</b></p><p><b>　　S== </b></p><p>　　式中 S——天然氣的相對(duì)密度；</p><p><b>　　

17、——天然氣的密度；</b></p><p>　　M——天然氣的相對(duì)分子質(zhì)量；</p><p><b>　　——空氣密度；</b></p><p>　　M——空氣的相對(duì)分子質(zhì)量。</p><p><b>　　S==0.72</b></p><p>　　根據(jù)上圖來計(jì)算

18、形成水合物的臨界溫度</p><p><b>　　根據(jù)節(jié)流閥設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　由圖可知：</b></p><p>　　對(duì)于第一個(gè)分離器形成水合物的臨界溫度是19℃，而第一次節(jié)流后的溫度是15℃，因此第一個(gè)分離器分離之前需要注入抑制劑。</p><p>　　對(duì)于第二個(gè)分離器

19、形成水合物的臨界溫度是 17℃，而第一次節(jié)流后的溫度是17℃，因此第二個(gè)分離器分離之前需要注入抑制劑。</p><p>　　計(jì)算天然氣中水汽含量 </p><p>　　由于是酸性氣體 因此需要查出天然氣中H2S和CO2的水汽含量，因此運(yùn)用公式：</p><p>　　= 0.983(++)</p><p>　　------的含水量，mg/m3（

20、查圖可得）;</p><p>　　-----混合氣體中的摩爾含量（）;</p><p>　　------烴類氣體含水量，mg/m3 （查圖可得）;</p><p>　　-----氣體中除CO2,HSS以外的其他組分的摩爾含量(=1--=83.76%)</p><p>　　-----C02的含水量，mg/m3（查圖可得）</p>

21、<p>　　-----混合氣體中CO2的摩爾含量 （）</p><p>　　對(duì)第一個(gè)分離器查圖得：</p><p>　　抑制劑入口處水汽含量</p><p>　　=0.983(++)</p><p>　　=0.983(900mg/m311.6% + 180mg/m383.76% + 270 mg/m3)</p>&l

22、t;p>　　=0.983(104.4mg/m3 + 150.768 mg/m3 +12.528 mg/m3)</p><p>　　=263.15mg/m3</p><p>　　=0.263g/m3</p><p>　　同理可得 抑制劑出口處水汽含量</p><p>　　=0.983(++)</p><p>　

23、　=0.983(120mg/m311.6% + 46mg/m383.76% + 80mg/m3)</p><p>　　=0.983(13.92mg/m3 +38.53 mg/m3 +3.712 mg/m3)</p><p>　　= 55.21 mg/m3</p><p>　　= 0.05521 g/m3</p><p>　　b.對(duì)第二個(gè)分

24、離器查圖得：</p><p>　　抑制劑入口處水汽含量</p><p>　　=0.983(++)</p><p>　　=0.983{952mg/m311.6%+300 mg/m383.76%+340 mg/m3}</p><p>　　=0.983(110.432 mg/m3 + 251.28 mg/m3 + 15.776 mg/m3)&l

25、t;/p><p>　　=377.49 mg/m3</p><p>　　=0.3775 g/m3</p><p>　　同理可得 抑制劑出口處水汽含量</p><p>　　=0.983(++)</p><p>　　= 0.983（550mg/m11.6% + 115mg/m383.76%+150mg/m3）</p>

26、<p>　　=0.983(63.8mg/m3 + 96.324 mg/m3 + 6.96 mg/m3)</p><p>　　=167.1mg/m3</p><p>　　=0.1671 g/m3</p><p><b>　　計(jì)算抑制劑的用量</b></p><p>　　方法（1）注入甲醇（采用質(zhì)量濃度為1

27、00%的甲醇溶液）</p><p><b>　　對(duì)于第一個(gè)分離器</b></p><p>　　19℃-（-15）℃=34℃</p><p>　　富液中最低抑制劑濃度:</p><p><b>　　= =45.65%</b></p><p>　　通過溫度和壓力查圖2-14得 甲

28、醇的氣相損失系數(shù)=25</p><p>　　運(yùn)用計(jì)算抑制劑最小單位耗量的公式:</p><p><b>　　q= +</b></p><p>　　=+45.65%25</p><p><b>　　=0.186g/m</b></p><p>　?。榱吮ｋU(xiǎn)起見，實(shí)際用量取計(jì)算值

29、的1.15~1.20倍）</p><p>　　實(shí)際每一天要注入的抑制劑量:Q=q</p><p>　　(實(shí)際每一個(gè)小時(shí)要注入的抑制劑量:Q=209.743/24kg/h=8.74kg/h)</p><p>　　b.對(duì)于第二個(gè)分離器同理可得</p><p>　　17℃-（-2）℃=19℃</p><p>　　富液中最低抑

30、制劑濃度:</p><p><b>　　= =31.9%</b></p><p><b>　　q` = +</b></p><p><b>　　=+31.9%25</b></p><p><b>　　=0.107g/m</b></p><

31、;p>　?。榱吮ｋU(xiǎn)起見，實(shí)際用量取計(jì)算值的1.15~1.20倍）</p><p>　　實(shí)際每一天要注入的抑制劑量:Q`=q</p><p>　　(實(shí)際每一個(gè)小時(shí)要注入的抑制劑量:Q=43.47/24kg/h=1.811kg/h)</p><p>　　方法（2） 注入乙二醇 （采用濃度為80%的乙二醇溶液）</p><p>　　a.對(duì)

32、于第一個(gè)分離器</p><p>　　19℃-（-15）℃=34℃</p><p>　　富液中最低抑制劑濃度:</p><p><b>　　= 48.75%</b></p><p>　　運(yùn)用計(jì)算抑制劑最小單位耗量的公式：（對(duì)甘醇類抑制劑可?。?lt;/p><p><b>　　q= +</

33、b></p><p>　　=+0 =0.324g/m</p><p>　?。榱吮ｋU(xiǎn)起見，實(shí)際用量取計(jì)算值的1.15~1.20倍）</p><p>　　每一天要注入的抑制劑量:Q = qkg/d</p><p>　　(每一個(gè)小時(shí)要注入的抑制劑量:Q=365.48/24kg/h=15.23kg/h)</p><p>

34、;　　b.對(duì)于第二個(gè)分離器</p><p>　　17℃-（-2）℃=19℃</p><p>　　富液中最低抑制劑濃度:</p><p><b>　　= 34.7%</b></p><p>　　運(yùn)用計(jì)算抑制劑最小單位耗量的公式：（對(duì)甘醇類抑制劑可取）</p><p><b>　　q`= +

35、</b></p><p><b>　　=+31.9%0</b></p><p><b>　　=0.112g/m</b></p><p>　?。榱吮ｋU(xiǎn)起見，實(shí)際用量取計(jì)算值的1.15~1.20倍）</p><p>　　實(shí)際每一天要注入的抑制劑量:Q`=q</p><p

36、>　　(實(shí)際每一個(gè)小時(shí)要注入的抑制劑量:Q=45.62/24kg/h =1.9kg/h)</p><p><b>　　綜上可得：</b></p><p>　　通過這次課程設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)了低溫分離器中抑制劑的注入量，由上可知，第一個(gè)分離器的抑制劑注入量較大，因此說明如果不注入抑制劑，就容易形成水合物。本次設(shè)計(jì)的計(jì)算過程并不難，主要是要細(xì)心，算的過程中要帶入正確的數(shù)

37、據(jù)，稍微有一點(diǎn)差錯(cuò)，后面的結(jié)果就會(huì)錯(cuò)誤?？傊?，在各個(gè)小組的配合和討論下，大家積極查閱資料，都做出了關(guān)于設(shè)計(jì)要求的設(shè)計(jì)，鍛煉了我們的應(yīng)用能力，提高了我們的設(shè)計(jì)水平。不過這些是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，在以后的學(xué)習(xí)中，我們更要這樣鍛煉自己，堅(jiān)持不解地面對(duì)挑戰(zhàn)，提高自己，改善自己。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】《天然氣集輸技術(shù)》，梁平編，石油工