管道内气体水合物的形成及其处理方法研究
油田输气管线水合物的形成及预防
1321 前言随着我国经济的飞速发展，工业化的进程不断加深，人们对能源的需求越来越紧张，但是环境的污染问题严重制约着我国经济的发展，影响着国民的身体健康。
天然气作为清洁能源被广泛开采和应用，不仅给人们的生产生活带来了便利，而且也进一步缓解了我国的能源危机，但是在天然气的开采过程中，由于采出来的气体含有一定的水分和固体小颗粒，生产过程中由于地表内的温度和压力影响的存在，天然气的水合物很容易在输气管线、阀门及弯头等部位凝结。
水合物形成后，严重影响着天然气管线的输送能力，甚至会堵塞管线甚至造成停产。
因此在采气阶段预防水合物的形成是保证天然气安全稳定运输的前提，本文主要对天然气水合物的成因、影响及预防进行了分析介绍，为今后天然气的生产奠定理论基础。
2 采气阶段天然气水合物的成因及条件天然气气井中含有地层水、杂质等物质，并沿内壁不光滑的油管流动，因此，具备形成水合物所必需的气体分子和液态水条件，一旦压力、温度条件满足，便会形成水合物。
影响天然气水合物形成的因素很多，概括起来可分为：（1）天然气的温度等于或低于水的露点，有游离水或液态水存在，均可形成水合物，在一定的压力和气体组成下，其温度低于对应的相平衡温度，水便容易形成亚稳态的晶格框架；通常情况下在开采过程中如果天然气内的压力降低则会造成天然气的温度下降，形成温度差，进而在采气井内的某一深度会达到水合物的形成温度；当采气系统内的温度降低，即便是在井筒内未形成水合物，但温度过低的天然气达到地面输气管线后，也给水合物的形成创造了条件，天然气内的有机气体形成水合物。
（2）水合物的形成与介质运动的方式和压力变化的条件有关，天然气的流动速度越快压力波动越大都会加快水合物的形成。
采气时，压力较高的天然气在高速流动时会把进杂质以及其他固体小颗粒带进入采气管线，一部分颗粒杂质会黏贴在井筒的内部增加采气井井筒的粗糙度，而固体小颗粒很容易成为天然气化合物晶体，加速输气管线中水合物的形成。
水合物的形成及防冻堵措施(四)
汇报人：文小库 2023-12-12
目录
• 水合物形成机理 • 水合物形成的影响因素 • 水合物防止冻堵的措施 • 水合物形成的实验研究 • 水合物防止冻堵的工程应用 • 研究展望与未来趋势
01
水合物形成机理
水合物形成的物理化学条件
01
压力
随着压力的增加，水合物的稳定性增加，更容易形成。例如，在深海或
工程实例二：化学药剂的选择与使用
总结词
化学药剂的选择与使用也是防止水合物冻堵的有效手段之一，通过添加适量的化学药剂，可以改变水的性质，降 低水合物形成的温度和压力条件，从而防止冻堵的发生。
详细描述
在化学药剂的选择与使用中，需要考虑药剂的种类、浓度、添加方式等因素。例如，在石油天然气的输送过程中 ，可以采用甲醇、乙二醇等化学药剂来降低水的冰点，从而防止冻堵的发生。但是需要注意的是，化学药剂的选 择和使用需要符合相关的安全环保规定，避免对环境和人体造成损害。
03
水合物防止冻堵的措施
加热法
01
02
03
蒸汽加热
使用蒸汽对管道和设备进 行加热，防止水合物形成 。
电热加热
通过电热元件对管道和设 备进行加热，提高温度， 防止水合物形成。
热水循环
使用热水循环系统，保持 管道和设备的温度在一定 范围内，避免水合物形成 。
保温法
保温材料
使用保温材料对管道和设 备进行保温，减少热量散 失，保持温度。
06
研究展望与未来趋势
水合物形成机理的深入研究
深入研究水合物形成的微 观机理
通过研究水分子间的相互作用、水合物晶体 的结构特性等，进一步揭示水合物形成的微 观机制，为水合物防止冻堵提供理论指导。
长输管道天然气水合物形成与防治
水合物不仅可能导致管道堵塞，也可造成分离设备和仪表的堵塞， 因此天然气输送过程中水合物的产生与预防是很重要的问题。
天然气长输管线水合物生成的预防
输气设备中由于天然气形成水合物而产生的危害是普遍的现 象，因此对其防治非常重要。
天然气水合物(Natural Gas Hydrates)也称水化物或简称水合物， 是在一定压力和温度条件下，天然气中某些气体组分与水形成的一种 复杂的但又不稳定的白色结晶固体，是一种类似于冰或雪的物质。密 度为0.88~0.90 g/cm3。其中可形成水合物的典型物质包括：CH4、 C3H6、C2H4、C2H6、CO2 和H2S 等。一般用M⋅nH2O 表示，M 为水 合物中的气体分子，n 为水分子数，如CH4⋅6H2O，CH4⋅7H2O， C2H6⋅7H2O 等。也有多种气体混合的水合物。
大量研究结果表明，水合物是由氢键连接的水分子结构形成笼形 结构，气体分子则在范德华力作用下，被包围在晶格中。至今，在 自然界已经发现了3 种水合物晶格结构：结构Ⅰ型、结构Ⅱ型、结 构H 型，晶格中含有无数大小不等的孔穴。在稳定的水合物中，一 些孔穴被气态化合物占据，称之为客体分子。只有分子尺寸和几何 形状适宜的气体才能进入孔穴。孔穴中可能仅含有一种气态化合物， 也可能含有不同化学种类的气体分子。在一稳定水合物中无需所有 孔穴均被填满，在Ⅰ型结构的晶格空穴中只能填充CH4、C2H6 小分 子烃类以及H2S等非烃分子；Ⅱ型结构中还可以容纳C3H8、C4H8等 较大的烃类气体分子；而H 型结构除了能容纳上述各种分子外，还 能容纳一般的原油分子i-C5。
降压控制
与管线加热技术原理相似，通过降低体系压力来控制水合物的生成。 有3 种极限情况：等温降压，压力十分缓慢地降低；等焓降压，压力迅 速降低，不发生热传递；等熵降压，压力通过理想膨胀机降低，不发生 热传递。实际的降压过程通常介于等温和绝热之间。
采气期输气管线水合物形成原因影响及预防
采气期输气管线水合物形成原因影响及预防作者：张存来源：《中国科技博览》2016年第03期[摘要]冬季自采气井中采出的气体中含有水份，当采出气体处于含水的饱和状态或有液态水存在，或压力波动大时便会在管线内壁粗糙处、阀门闸板及管线弯头处甚至井筒内形成水合物。
天然气的水合物是水和天然气的冰状结晶化合物，形成水合物的危害在于，堵塞冻结正常采气的管线或闸门，影响正常采气，严重的会使管线的横剖面全部堵塞，无法正常采气。
因此必须采取必要的方法，防止水合物的形成。
本文对气井冬季生产时水合物的成因进行了分析，结合生产实际中总结摸索出的经验，提出了预防水合物形成的方法。
[关键词]输气管线水合物成因影响及预防中图分类号：TE832 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）03-0070-021、引言喇储气库的主要作用是调峰，即：夏季把过剩的油田伴生气经过处理后通过地面设备注入地下储存，冬季用气量大，气源不足时再将天然气从地下采出，弥补用气量的缺口。
在采气期，由于采出的气体含有一定的水份和携带的固体小颗粒，生产过程中，由于温度、压力及成核条件同时存在，采出的天然气中水合物便在管线、阀门及弯头处甚至井筒内形成。
水合物形成后，影响管线的输气能力，严重时会堵塞管线甚至造成停产。
由此可见，在采气期预防水合物形成，是完成采气任务的保证。
本文就水合物的成因、影响及预防，结合生产实际进行分析说明。
2、采气时期水合物的成因及条件2.1 采气生产过程中水合物的生成条件天然气水合物是水和天然气的冰状结晶化合物，典型的分子式是CH4（H2O）n，其中n 的典型区间为6～9。
天然气的水合物外观类似松散的冰或致密的雪，为白色结晶体。
下图为喇储气库气井采气过程中实际生成的水合物照片。
采气生产过程中水合物形成过程类似于盐类的结晶过程，通常包括成核阶段和生长阶段，主要由过冷度或过饱和度引起亚稳态结晶。
水合物成核是指形成具有临界尺寸的、稳定的水合物晶核的过程；水合物生长是指稳定核生长到固态水合物晶体的过程。
天然气水合物的形成及处理
汇报完毕 谢谢大家！
天然气水合物容易堵塞的部位
• 如果是冰堵, 它应当处在低洼处最低点 下游距最低点较近的地方; 如果是水合物堵 塞, 应处在比冰堵远一点的地方, 但不会太 远。大的方位可通过听声音和看地形方式, 找出地势较为低洼容易积水的地方,以确定 管道发生水合物堵塞或冰堵的具体位置。
水合物解堵措施
• 1. 注入防冻剂法：一般可从支管、压力表短节、放空管等处注入防冻 剂, 降低水合物形成的平衡曲线。若管线或井筒内发生水合物堵塞, 可 注入甲醇、乙二醇、二甘醇等水合物抑制剂来解除堵塞。具体方法是 将水合物抑制剂加入井筒内, 溶解油管内的水合物, 并随产出气体流动, 解除管线内水合物的堵塞。 • 2. 加热法将天然气的流动温度升至水合物形成的平衡温度以上, 使已 形成的水合物分解。对于地面敷设的集气管线, 可采取在管外用热水 或蒸汽加热管线的方法, 但一般情况下应避免使用明火加热。实验研 究证明, 水合物与金属接触面的温度升至30℃~40℃就足以使生成的 水合物迅速分解 • 3. 降压解堵法卸压解堵的方法在现场应用较广泛。在井场,集气站或 集气管线已形成水合物堵塞时, 可将部分气体经放空管线放空, 使压力 在短时间内下降。当水合物的温度刚一低于管壁温度, 生成的水合物 立即分解并自管壁脱落被气体带出。
天然气水合物的危害
• 水合物在输气干线或输气站某些管段( 弯头) 阀 门、节流装置等处形成后, 天然气的流通面积减少, 从而形成局部堵塞, 其上游的压力增大, 流量减少, 下游的压力降低, 因而影响管道输配气的正常运行。 同时, 水合物若在节流孔板处形成, 还会影响天然 气流量计量的准确性。若不能及时清除水合物, 管 道会发生严重拥堵, 由此导致上游天然气压力急剧 上升, 造成设备损坏和人员伤害事故。 给天然气 的开采、集输和加工带来危害,造成流量下降同时 增加了能量的损耗，严重会使气流断面切断，处 理时很困难又费时。
输气管道天然气水合物生成条件及防治措施
输气管道天然气水合物生成条件及防治措施
和 防 治ห้องสมุดไป่ตู้ 施 。
关键 词 ： 天然 气水合 物 ； 形成条 件 ； 防治措施 天然 气水 合物 （ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｇ ａ ｓ Ｈｙ ｄ ｒ ａ ｔ ｅ ） 是 在一 定条件 （ 合适 的 温度、 压力、 气体 饱和 度 、 水 的盐度 、 ｐ Ｈ值等 ） 下， 由水 和 天然 气 形 成 的类 冰 的 、 非化 学 计量 的 、 笼 形 结 晶混合 物 。而 输 气管 线 高压 、 密闭、 存 在 节流等特 性 ， 致 使输 气过程 中很容 易生 成水 合 物 。一旦 形成水合物 ， 将 严重影 响输气管 道的正 常运行 。
１ 天 然气水合物的形成条 件
天然 气水 合物 的形成 需要一 定 的条件 ， 而具 体 影响 因素有 很多， 概括起来 可分为 ： １ ． １ 液态 水的存 在是 生成 水合物 的 必要条 件 。天然 气管道
中液态水的来源， 有采气时随天然气进入管线的地层水 （ 游离 水） 以及 气体 中的饱和水 蒸汽 随温 度下 降而凝析 出的凝析水 ， １ ． ２ 高 压是 生成 水 合物 的 重要 条件 。对组 分 相 同的 气体 ， 压力越高越容易生成水合物， 而天然气集输都是在高压条件下
仲从响 （ 中国石油西气东输管道公司苏浙沪管理处 ， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ０ ２ ）
摘要 ： 天 然 气 水合 物 是 由水 和 天 然 气 中的 某 些组 分 形 成 ３ ． ４ 若 生 成部 位为 工作 调 压阀 ， 则会 出现 工作 调 压 阀无法 的。输 气 管道 中一旦 形 成 ， 将严 重影响 其分 输能 力。本 文结合 动作 ， 或阀 门开 度迅增大而 下游压 力却减 小 ， 节流流 声音 变小 。 输 气管道 的 实际情 况 ， 介 绍 了天 然气 水合 物 的形成 条件 、 危 害 ４ 输气管道水合物的预防方法
天然气管道中水合物影响因素及防控研究
天然气管道中水合物影响因素及防控研究天然气一直是人类的重要能源之一，其在工业、民用、交通等方面都有广泛的应用。
而天然气的运输方式也有多种，其中管道运输成为最主要的一种方式。
然而，天然气管道中混入的水合物却给管道的安全运行带来了诸多挑战。
本文将就天然气管道中水合物的形成原因、影响因素以及目前的防控研究展开论述。
一、水合物的形成原因水合物是指天然气分子和水分子在一定条件下结合而成的晶体物质，形如冰块。
在天然气管道中，当管道内部压力下降或温度下降时，管道中的水气混合物就会产生水合物，水合物越积聚，压力就会逐渐增大，最终可能引发管道事故，给人们带来极大的安全隐患。
因此，了解水合物的形成原因就显得尤为重要。
水合物的形成原因主要有以下两个：1、压力下降在天然气管道中，若气体压力下降，水分子就会跟随着气体分子减少而产生凝聚，逐渐形成水合物。
例如在管道发生泄露时，管道内部气体压力会快速下降，导致水分子和天然气分子结合形成水合物。
2、温度下降在天然气管道中，若气体温度下降，管道内的水气混合物会逐渐形成水合物，尤其是在温度低于0℃时，水合物的生成速度更快。
因此，对天然气管道的温度控制尤为重要。
二、影响因素除了上述两个因素以外，还有其他因素也会影响水合物的形成。
下面将就一些重要的影响因素进行介绍。
1、水分子浓度在气体中水分子的浓度越高，则气体形成水合物的速度也越快。
2、压力当管道中气体压力越大，水和天然气分子的混合度也就越难以形成水合物，而压力降低则反之。
3、温度当管道温度越低，水合物的生成速度则越快。
因此，对天然气管道的温度进行严格控制，可以减缓水合物的生成速度。
4、天然气成分在不同类型的天然气中，其成分组成也不一致，这就会导致水合物的生成速度也可能会不同。
比如说，液态天然气中甲烷和乙烷等组成比例不同，则生成水合物的速度也会有所差异。
三、水合物的防控研究尽管天然气管道中的水合物形成具有一定的规律以及因素，但其形成规律是个极其复杂的过程，许多科学家正在进行水合物的防控研究。
水合物的形成及防冻堵措施(四)
体压力的增加，水合物形成的趋势增强。
温度条件
02
水合物的形成还受到温度的物。
气体组成
03
气体的组成也会影响水合物的形成，某些气体（如甲烷、乙烷
等）更容易与水分子结合形成水合物。
水合物形成的动力学过程
01
02
03
初期形成
水分子通过碰撞和结合， 初步形成水合物晶核。
05
防冻堵的措施
选用合适的防冻剂
选择合适的防冻剂是防止水合物形成 的关键措施之一。
防冻剂可以降低水的冰点，从而防止 水合物形成。在选择防冻剂时，需要 考虑其冰点降低效果、稳定性、对设 备的腐蚀性以及成本等因素。
保持管线内壁的清洁度
管线内壁的清洁度对防止水合物形成 至关重要。
管线内壁的污垢、锈蚀和沉积物等会 成为水合物的核，促进水合物形成。 因此，需要定期对管线进行清洗，保 持内壁的清洁度，以减少水合物形成 的可能性。
温度的影响
温度降低促进水合物形成
随着温度的降低，气体分子在水中的溶解度增加，有利于水 合物的形成。
临界温度以上无水合物形成
在高于水的临界温度的环境中，由于气体的高溶解度和高扩 散率，水合物无法形成。
气相组成的影响
单一气体形成的水合物
单一气体在水中的溶解度较低，形成水合物的可能性较小。
混合气体促进水合物形成
平衡态与非平衡态
在特定条件下，水合物可以在平衡态和非平衡态之间转换，这取 决于系统的压力和温度条件。
02
水合物形成的条件及影响因素
压力的影响
压力升高促进水合物形成
随着压力的增加，气体在水中的溶解度随之增大，提高了形成水合物的可能性 。
高压抑制水合物形成
在非常高的压力范围内，压力对水合物形成的抑制作用更为显著，因为高压会 压缩水分子间的距离，降低形成水合物的能量。
油气输送管道天然气水合物生成特点及规律研究
DOI ：10.3969/j.issn.1001-2206.2023.06.010油气输送管道天然气水合物生成特点及规律研究钟小侠1，侯辰光1，郭金1，江欣2，吴磊1，林洞峰11.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津3004502.海洋石油工程股份有限公司，天津300452摘要：天然气水合物堵塞问题对海底油气输送管道流动安全构成了严重的威胁。
为掌握海底油气输送管道水合物防控技术，进行了反应釜体系内的水合物生成实验研究，观察水合物生成和分布位置、水合物生成形态及水合物形态演化过程，并藉此分析管道中水合物生成特点，尤其是温度、压力、含水率、流体扰动等不同实验条件对水合物形成的影响。
关键词：油气输送管道；水合物；生成；反应釜Study on characteristics and law of gas hydrate formation in oil and gas transmission pipelineZHONG Xiaoxia 1,HOU Chenguang 1,GUO Jin 1,JIANG Xin 2,WU Lei 1,LIN Dongfeng OOC China Limited,Tianjin Branch,Tianjin 300450,China 2.Offshore Oil Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300452,ChinaAbstract：Gas hydrate blockage poses a serious threat to the flow safety of subsea oil and gas pipelines.In order to master the technology of hydrate prevention and control in subsea oil and gas transmission pipeline,the experimental study of hydrate formation in the reaction kettle was carried out to observe the formation and distribution position of hydrate,the formation form of hydrate and the evolution process of hydrate form,and to analyze the characteristics of hydrate formation in the pipeline,especially the influence of different experimental conditions such as temperature,pressure,water content and fluid disturbance on the formation of hydrate.Keywords：oil and gas pipeline;hydrate;generate;reaction kettle随着海洋油气资源的开发不断向深水和超深水领域发展，天然气水合物堵塞问题已逐渐成为海底油气混输管道流动安全保障领域的研究热点。
管道内天然气水合物形成的判断方法
结构
8 83 - 5 201
8 08 5. 0 3. 4 39. 16
将式( 6) 、( 7) 联立得到在平衡状态下, 形成水合
物的热力关系式:
0
R
W
T0
-
T 273. 15
0+
Cp ( T RT 2
T 0) dT +
p 0
V RT
d
p
es
=
ln
fW
f
o W
-
i ln 1 -
i
K YerKi
( 8)
1 0. 772 8 3 187 23. 35 2 653
2 0. 220 7 3 453 100. 0 1 916
1
0. 0
0. 0 3. 039 3 861
2
0. 0
0. 0 240. 0 2 967
2
0. 0
0. 0 5. 455 4 638
2
0. 0
0. 0 189. 3 3 800
2
0. 0
( 1) 首先确定某种水合物结构类型; ( 2) 利用式( 4) 计算两种水合物结构中每种空穴
第 19 卷第 2 期
天然气工业
化工与综合利用
相应的 CKi 值; ( 3) 估计生成水合物的温度 T H; ( 4) 调用状态方程逸度计算模块计算在温度 T H
和压力 p 下每种组分的逸度f K ; ( 5) 先假设一种水合物 的结构, 因 为 V 、 H 、
Cp 等物性常数与结构有关; ( 6) 由式( 3) 计算 YKi ; ( 7) 将以上计算数值代入式( 8) ; ( 8) 对某一结构, 如果等式成立, 则得到给定压
力 p 下水合物形成温 度 T H, 如果不 成立, 更新 T H 的值, 返回式( 3) 重新迭代;
水合物的形成及防冻堵措施(四)
水合物的形成及防冻堵措施
熊 伟
二〇一一年六然气，常常含有水（ 从地层采出的天然气，常常含有水（游离 水、汽态水），对于处于液体状态的水，在天 汽态水），对于处于液体状态的水， ），对于处于液体状态的水 然气的集输过程中，可以通过分离器进行分离 然气的集输过程中， 。但在一定压力温度下，天然气中含有处于饱 但在一定压力温度下， 和状态的水汽，天然气在输送过程中， 和状态的水汽，天然气在输送过程中，在一定 条件下会形成水合物。 条件下会形成水合物。
体会
• 水合物的治理在于预防。 水合物的治理在于预防。 • 通过历年的生产重庆气矿已形成了一整 套预防水合物的措施。 套预防水合物的措施。
谢 谢！ 请各位同事批评指正
分公司采气技能培训基地
天然气中水汽含量
绝对含水量：在一定温度压力条件下， 绝对含水量：在一定温度压力条件下，单位 体积天然气中含有水汽的重量，毫克/标方； 体积天然气中含有水汽的重量，毫克/标方； 露点： 露点即是在一定压力下， 露点： 露点即是在一定压力下，水蒸气开始 冷凝变为液体时的温度。 冷凝变为液体时的温度。
分公司采气技能培训基地
天然气中水汽含量
天然气中含有液态水和汽态水， 天然气中含有液态水和汽态水，天然气中水汽的 含量取决于压力、温度和气体的组成。 含量取决于压力、温度和气体的组成。 A、压力不变的情况下，温度越高，水汽含量越多； B、温度不变的情况下，压力升高，水汽含量减少； C、气体分子量越高，则单位体积内的水汽含量越少； D、天然气含氮气时，水汽含量减少；当含CO2和H2S时 ，水汽含量增多。
分公司采气技能培训基地
水合物的预防
3、调节节流前后压差。使节流压差在节 调节节流前后压差。 流前后的温度降在不生成水合物的温度范围。 流前后的温度降在不生成水合物的温度范围。
水合物形成与防止
当T ≤273.1K时 lg p 1.0055 0.0171 B1 T 273 式中 p—压力； T—水合物平衡温度，K；
B.B1 —与天然气密度有关的系数，见表3。
CQUST
四、形成水合物的温度和压力确定
表3
密度
B
B 和B1 系数表
0.68 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00
CQUST
饱合水汽查图法（相对密度为0.6，不含氮气）
CQUST
二、天然气中水汽的含量
水汽含量的影响因素（饱和状态下）
压力不变，温度愈高，水汽含量就愈多
温度不变，压力升高，水汽含量减少 分子量愈高，单位体积内的水汽含量就愈少
含有氮气，水汽含量会减少
含水量有二氧化碳和硫化氢，水汽含量增多
从井筒清出的水合物
CQUST
一、概 述
现场取样的水合物
CQUST
一、概 述
节流阀内堵塞着 大量的水合物
CQUST
一、概 述
节流阀内堵塞着 大量的水合物
CQUST
一、概 述
外形：如冰雪状，通常呈白色。结晶体以紧凑的格子构架排列，与
冰的结构非常相似。
表 1 甲烷天然气水合物和冰的性质（引自Sloan和Makagon，1997） 甲烷天然气水合物
CQUST
四、形成水合物的温度和压力确定
1-压降曲线； 2-温降曲线； 3-水合物形成温度曲线； 4-生成水合物堵塞后的压降曲线
图7 预测管道中两处形成水合物
CQUST
四、形成水合物的温度和压力确定
(2)节流曲线法
天然气在开采、输送过程中，通过节流阀时将产生急剧的压降和膨 胀，温度将骤然降低，如需判断在某一节流压力下是否形成水合物，可 利用密度为0.6、0.7、0.8、0.9和1.0的天然气节流压降与水合物关系图。
天然气长输管道含水化合物的形成及对策
天然气长输管道含水化合物的形成及对策随着我国经济水平的日益提高，国家对于天然气的勘查力度逐渐加重。
由于近年来广大人民群众的生活水平有了很大的提高，在物质和环保方面的需要也日益提高，天然气长输管道也就迎来了它的飞速发展。
随着天然气管道的不断发展和延伸，管道企业需要担负的一系列责任——包括社会责任、经济责任和政治责任，也就越来越大。
为此，企业人员需要尽可能的预防和处理一切有关天然气长输管道的问题。
众所周知，天然气长输管道含水化合物就是一种普遍的现象。
接下来我们就来讨论一下含水化合物的问题。
首先我们需要对天然气长输管道含水化合物有一定的了解天然气水化合物是一种白色的结晶物质，是一种固体。
在一定的压力和温度条件下，天然气中的烃分子和其中的游离水接触，结合形成一种类似冰结晶的化合物，在形成过程中水分子是依靠氢键来形成一种带有大孔穴和小孔穴的结晶晶格体，其中这些孔穴会被小的气体分子填充。
由于其经常在天然气或凝析油管道中形成从而造成阀门、管道以及一些处理设备的堵塞，因而天然气水化合物的防治对于石油天然气工业的发展具有重要的意义凡事有果必有因，水化合物的出现必然是有原因的，形成天然气水化合物首先的重要条件就是在天然气中需要含有一定量的水分，并且水要处于一种过度饱和的状态，更有甚者还有可能出现液态状的游离水；其次还需要有一定的压力和适宜的温度。
也就是说水化合物的形成除了和天然气的组成及组分和液态游离水的含量有关系以外，还与温度和压力有很大的关联。
只有在系统中气压高于水化合物的分解压力的情况下，才有可能产生经水蒸气饱和了的气体自发形成水化合物的情况。
从热力学的角度来分析也就是，天然气水化合物的自发形成并不是说水蒸气必须要把气体饱和，只要管道系统中的蒸汽压能够高于在水化合物晶格表面上的水蒸汽压就会产生水化合物的自发生成。
除此之外，水化合物的生成还有一个辅助条件就是气流的留滞区。
在上面所说的两个条件下的生产和运作的过程中，如果遇上有很快的节流或气流方向突变极快、温度降级、压力出现波动等情况就有可能水化合物出现堵塞问题水化合物堵塞是有极大危害的，假如情况严重时，这些水化合物可能会把管线、阀门、井筒和设备堵塞住，进而会对天然气的一系列的正常运作即开采、集输和加工方面产生极大的影响。
浅谈输气管线中水合物的抑制及防止措施
浅谈输气管线中水合物的抑制及防止措施摘要随着天然气工业的不断发展,天然气管线也日益增多,但天然气开采及输送过程中,水合物的生成及堆积会导致事故。
因此,如何在工业生产中抑制水合物生成就成了石油和天然气工业亟待解决的问题,这里主要讨论了抑制和防止水合物生成的措施。
关键词城市燃气配气;节流;天然气水合物;预测;预防1输气管线中的水合物1.1天然气水合物天然气水合物(Natural Gas Hydrates)是指由水和烃类气体分子及天然气中含有的非烃类气体分子在一定的温度和压力条件下所形成的白色结晶固体,外观类似致密湿雪,密度约0.88～0.90g/cm3[1]。
1.2输气管线中的水合物天然气开采及输送过程中,水合物的生成及堆积会导致阀门堵塞、设备分离、气井停产、管道停输等严重事故。
因此,如何在工业生产中抑制水合物生成就成了石油和天然气工业亟待解决的问题。
2 天然气水合物的防止措施为了防止天然气生成水合物,一般有四种途径:⑴提高天然气的流动温度;⑵降低压力至给定温度时水合物的生成压力以下;⑶脱除天然气中的水分;⑷向气流中加入抑制剂(阻化剂)。
其中最积极的方法是保持管线和设备不含液态水,而最常用的办法是向气流中加入各种抑制剂。
2.1提高天然气流动温度加热提高天然气流动温度是防止生成水合物和排除已生成的水合物的方法之一。
这就是在维持原来的压力状态下使输气管道中天然气的温度高于生成水合物的温度,如图1所示。
但这一方法不适用于干线输气管道中,因为消耗能力大,而且如前所述,冷却气体是增加输气管道流量的一个有效方法,特别是对于压缩机站数较多的干线输气管道。
加热方法通常在配气站采用,因为那里经常需要较大幅度地降低天然气的压力,由于节流效应会使温度降得很低,从而使节流阀、孔板等发生冻结。
2.2降压降低压力防止生成水合物的方法就是在维持原来的温度状态下使输气管道中的天然气压力降低,如图2中曲线2,从而使生成水合物温度曲线下降,如图2中曲线5。
天然气管道水合物形成与防控技术研究
天然气管道水合物形成与防控技术研究第一章概述天然气是一种重要的能源，其在中小型城市和近海区域的供应越来越多地依赖于管道输送。
然而，天然气输送过程中会发生水合物的形成，严重损害管道的安全运行，这对于天然气市场的发展产生了严重的影响。
因此，天然气管道水合物防控技术逐渐成为研究的热点和难点。
第二章天然气水合物的形成机理水合物是指气体分子和水分子按一定比例结合成的固体物质。
天然气管道中，由于气体分子和水分子的物理和化学作用，易于形成水合物，特别是在低温低压的条件下更加容易。
天然气水合物的形成机理主要有三个方面：天然气成分、温度和压力。
第三章天然气管道水合物的危害及防控技术管道输送天然气的过程中，水合物会堵塞管道，同时还会造成管道的损坏和事故，给管道的安全运行带来威胁。
因此，对于天然气管道的水合物防控技术研究非常重要。
激活剂是目前常用的水合物防控技术，可通过添加一定的碱性金属盐将管道内的水分子离子化，使成为传导电子的自由离子，进而破坏水合物晶体结构，溶解、解除管道的水合物堵塞。
此外，还可以采取自然气热稳定剂、物理隔离、降低压力、提高温度、增加流速、增加流量等防控措施。
第四章天然气管道水合物形成与防控技术研究进展随着防控技术的不断研究，各种复杂的水合物防控技术和新型激活剂相继发展。
新型激活剂如离子液体、自申肯酸盐、有机羧酸盐、草酸盐等进一步提高了水合物防控的效果。
同时，充分了解管道本身的性质和周围气候环境信息，有效预测管道内水合物的风险，也将在防控方面发挥重要作用。
第五章结论天然气管道水合物的形成会造成严重的安全隐患，对于管道的安全运行和天然气市场的发展都产生了不利影响。
为了提高天然气的输送、存储和布局的安全性和可行性，需要借助科学严谨的研究，积极探索高效、安全的管道输送技术和水合物防控技术，为国家节能减排、推动绿色发展做出更大的贡献。
输气管线中水合物的形成及预防
间定义为诱导时间 。过冷度与诱导时间之间存在如
式 (2) 所示的经验关系式[3 ] 。
Δ T = Te - To
(1)
log t = 2.ຫໍສະໝຸດ 1 (Δ T - 13. 49) - 0. 225
(2)
式中 : t ———诱导时间 ,min ; Δ T ———过冷度 , ℃。
实验证明 : 过冷度超过 7. 49 ℃时 ,才有可能形
表 1 各种气体形成水合物的临界温度表
气体名称 CH4 C2 H6 C3 H8 临界温度
/ ℃ 21. 5 14. 5 5. 5
iC4 H10 2. 5
nC4 H10 CO2 H2 S 1 10. 0 29. 0
图 1 输气管的含水量变化原理图
生成水合物的第一个条件是混合气体中有足够 的水分 ,也就是说 ,管道中气体的水蒸气分压要大于 气体 —水合物中的水蒸气分压 。实验数据表明 :气 体 —水合物中的水蒸气分压小于气体 —水中的水蒸 气分压 ,即水合物的蒸气压小于同样条件下的水的 饱和蒸气压 ,如图 2 ,在温度 t1 时 , p1 < p0 , 若气体 已被饱和 ,即输气管的温度等于其露点 ,则气体中水 蒸气分压已超过水合物的蒸气压 , 生成水合物的水 分条件已远远满足 ; 若气体中的水蒸气分压低于水 合物的 ,水合物不可能形成 ,即使早已形成也会瓦解 消失 。由此可知 ,欲使输气管不具备水分条件 ,则进 入气管的气体的含水量要远小于 c 点的含水量 W min ,这也就是干线输送的气体的水露点要低于周 围介质温度 5～10 ℃的原因之一 。
收稿日期 :2005205213 基金项目 :辽宁省自然科学基金资助项目 (20032154) 作者简介 : 王海霞 (19812) ,女 ,山东烟台人 ,在读研究生 ,主要从事石油与天然气储运研究工作 。电话 : ( 0413) 6863097 。
水合物在油气管道形成及解决措施
4 对软件产业发展的认识计算机软件产业的发展，一定程度上促进了化学化工学科与计算机技术的深度融合与发展。
当前，我国计算机技术软件产业的开发相较于其他发达国家来说，还具有一定的差距。
在具体的研发过程中，我国首先需要促进现有的科技、设计、生产的结合，加强相关软件的开发，如在开发过程中可以联合高校和科研单位，成立软件开发小组，通过开发先进的软件，满足化学化工学科与计算机技术的结合与发展，加强虚拟实验室的组建速度，聘请专业的数据库专家，做好数据的收集、整理工作。
其次，在虚拟实验室的具体建设过程中，其还需要结合我国化学化工学科发展的实际情况和发展方向，建设一些富有特色的虚拟室。
如中医学是我国传统的医学，其也是近些年来人们关注的一个焦点话题，在建立虚拟实验室时，科学家就可以从中草药的化学结构出发，借助分子设计的方法，研究出新的，具有自主知识产权的新药物。
这样不仅有助于我国医药事业的发展，还能更好的满足居民的需要，使化学化工学科成为一门能够为他人造福的学科，推动该学科的发展。
再比如化工在能源方面的应用也是人们较为关心的一件事情，我国是一个能源大国，由于人口众多，能源消耗速度比较快，而近些年来，传统能源在不断的减少，同时其对于环境的污染也比较大，不利于经济和环境的可持续发展，为了更好的满足国家经济的发展，满足人们的日常生活需要，我国在新能源开发领域也投入了大量的资金。
基于这样的原因，笔者认为在实现化学化工学科与计算机技术结合发展的过程中，也可以借助计算机软件，加强对新能源的研究和开发工作，比如说，可以加强重渣油、煤焦油、页岩油和油砂等物质的分子结构研究，进而生产出优质汽油，在研究取得一定成效之后，将其投入到生产中，解决我国当前能源紧张的问题。
总之，随着时代的不断发展变化，计算机技术在人们的日常生活中应用越来越广泛，其在应用过程中与化学化工学科高度融合是时代发展的必然趋势，但是在融合过程中，也需要结合实际的情况，不断的进行创新，将新技术和新方法融入到其中，实现科学的高速前进，这样才能更好的促进化学化工学科的发展。
某海底天然气管道水合物的生成与防治
97某海底天然气管道水合物的生成与防治高雅楠 中国海洋石油(中国)有限公司天津分公司【摘 要】海上油气生产平台之间海底天然气管道长期处于低温高压状态，游离水与天然气极易形成水合物。
清除游离水最好的方法是进行海底管道通球。
但是，一般情况下海上生产平台间海管通球存在较多风险，因此需要寻找更为有效而简便的解决措施。
本文通过对于水合物生成条件的研究，摸索出适合海上油气平台清除海底天然气管道内游离水的简单有效方法：降低海管输送压力，减少海管天然气中的游离水含量，防止水合物生成。
同时，低压高速的天然气将游离水携带出海管，从而削弱水合物生成的条件，达到预防水合物生成的目的。
【关键词】海上油气生产；水合物；降低输送压力；甲醇；海管输送效率海上油气生产平台间海底天然气管道通常处于低温高压状态，游离水与天然气极易形成水合物。
清除游离水最好的方法是进行海底管道通球，但受到海洋环境、场地狭小等因素影响，海底管道通球作业风险高且较为复杂。
一、渤海某海底天然气管道的水合物生成情况1.海管温度下生成水合物压力计算图1 不同比重天然气生成水合物条件某产气平台A天然气比重S=0.7207,海管温度为2.2℃，结合上图可以得出：此时水化物生成的最低压力为：海管条件下S1=0.700 P1=800(KPa)S2=0.800 P2=680(KPa)用内插法即可求出2.2℃下时水化物生成的最低压力P=775.16kPa即此海管生成水合物最低压力为775.16KPa。
2.海管温度下生成水合物压力计算结果分析接收天然气平台B使用高压气时，海管压力一般为3000kPa以上，此时压力已经远远超出生成水合物的最低压力。
因此，需要采取相应措施预防水合物生成。
海上平台可采用海管通球的方法脱除海管内的游离水，但是由于此管道距离长，操作压力高，燃气危险性较大等因素，使得通球作业风险较高，因此需要寻找更为有效而简便的解决措施。
如果将海管压力降低至775.16kPa以下，即把高压气输送转换为低压气输送，可以有效避免海管内游离水与天然气形成水合物滞留在海管中。
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文章编号:1004—5716(2005)02—0062—02中图分类号:P951 文献标识码:B管道内气体水合物的形成及其处理方法研究涂运中,蒋国盛(中国地质大学工程学院,湖北武汉430074)摘 要:天然气水合物在管道内的生成是天然气工业界在生产、处理和运输过程中必须解决的问题。
首先介绍了天然气水合物问题的出现,讨论了生成天然气水合物的各种条件,以及在天然气工业界一般的处理措施,最后重点阐述了C olorado 矿业学校水合物研究中心建立的水合物分解模型及相关的模拟试验,得出了在处理水合物的过程中操作参数的选择方法等结论。
关键词:天然气水合物;生成;防止;处理;模型 天然气水合物是在一定温度和压力条件下形成的冰状笼形化合物。
在气体水合物中,水分子之间通过氢键形成网格,其它小的气体分子如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、二氧化碳和硫化氢等充填在网格之间的空隙里。
在天然气工业的早期,气体的生产和输送都是在相对较低的压力下进行的。
这样,水合物的问题就不会遇到。
直到20世纪,随着天然气工业的扩大,气体的生产、处理和输送就变成了高压下的操作。
在高压下,管道和处理设备经常被一种象冰的物质阻塞,而在这种情况下,温度太高,冰是不可能生成的。
直到1930年人们才发现这些物质其实就是气体水合物。
管道内的气体水合物能够阻塞管道,影响石油天然气的正常输送,还可能对海底管道和连接装置造成损害,甚至导致大量的经济损失和人员伤亡。
因此,气体水合物的生成是天然气工业界在天然气生产、处理和运输过程中必须解决的难题。
1 生成水合物的条件管道内水合物的形成需要下列三个条件:(1)适当温度和压力的组合。
水合物形成的适宜条件是低压和高压。
确切的温度和压力数据取决于具体的气体成分。
(2)必须有水合物形成物,即小分子气体。
试验证明大于丁烷的分子一般是不能生成气体水合物的。
(3)足够数量的水。
另外,还有一些对水合物的生成有利的条件,包括:(1)紊流。
①高速率:流体速率高有利于水合物形成。
②湍流:管道、处理容器或热交换器中的混合流体有利于水合物的生成。
(2)成核地点。
相位转换处一般是容易成核的地点。
水合物的成核地点包括管路中不理想的地方,焊接处,管路装配处(弯头,三通,阀门)。
淤泥、锈皮、污垢和砂子都是很好的成核地点。
(3)自由水。
自由水对于水合物的生成不是必要的,但是自由水的存在对于水合物的生成却是有利的,水-气体分界面也是水合物容易成核的地方。
2 水合物的防止在天然气工业界通常使用下列四种方法来防止水合物的生成:(1)脱水。
即除去气体中的水,称为“脱水”。
没有水就不能生成气体水合物。
目前,国内外已经开发了几种从天然气中除水的方法。
脱水的目的并不是要除去所有的水,只要气体中的含水量降低到水合物的问题不影响正常的作业就可以满足要求了。
一般情况下,含水量少165mg/m 3对于阻止水合物生成就已经足够了。
(2)加热。
如果气体足够热,水合物就不会生成。
或即使有水合物生成,也会因此而融化。
对于管路,一般都使用管路加热器在流体进入管路前加热流体。
流体必须经过足够的加热使它离开管路的时候不会冷却到水合物生成的温度以下。
如果管线比较长的话,可能需要使用一系列的加热器进行分段加热。
(3)降压。
如果压力足够低,水合物将不会生成,或者即使已经生成也会融化。
(4)加入抑制剂。
生产实践中通常加入甲醇、乙二醇等来防止水合物的生成。
3 水合物的处理3.1 模型在正常的生产过程中,如果采取了上述预防措施,一般情况下是不会发生水合物阻塞管道的问题。
但是,一些不能预料的问题,如泵的故障或注入抑制剂泄漏,就可能造成气体水合物的生成,导致管道的阻塞和钻井的关闭。
对于这类问题,工业界一般通过在管道内水合物阻塞两端上降压或单侧降压使水合物的平衡条件破坏,再加入抑制剂促进水合物的分解,从而达到管道重新畅通的目的。
在双侧降压操作中,降压速率是一个很重要的参数,它的选择对于水合物分解的速度、效果和最终需要的时间都有很直接的关系。
在这方面,C olorado 矿业学校的天然气水合物研究中心对这个问题进行了专门的研究。
他们专门开发了一个数学模型来模拟管道中气体水合物的分解,并设计了一个试验来进行检验模型的正确性。
其目标就是要开发一个通过双向降压的方法总第105期2005年第2期 西部探矿工程WEST -CHI NA EXP LORATI ON E NGI NEERI NG series N o.105Feb.2005以达到一个去除管道内水合物阻塞的最优策略。
他们的数学模型是先前由K elkar 等人提出的模型扩展到有限介质和柱面坐标的结果。
在这个模型中,水合物阻塞被假设为高度的多孔的物质。
最近由Lysne 进行的试验工作也显示水合物的孔隙度变化范围为33%～84%。
既然水合物阻塞是多孔的,那么它们可以通过阻塞处传递压力。
在分解过程中水合物的温度在整个阻塞上被假定为恒定并且与支配压力相平衡。
如果系统的压力降低到2.7MPa 以下,水合物的平衡温度在冰点以下,管道中就有可能结冰。
一旦平衡温度降到冰点以下,任何由分解水合物形成的水都会快速的转化成冰。
进一步假设水合物的分解是沿着径向进行的,而所有轴向上的分解都是可以忽略的。
对于由以上模型建立的方程系统,使用如有限差分等方法进行数值法求解。
3.2 模拟试验试验设备是由350m L 的不锈钢反应装置组成。
反应装置为0.2m 长,内径为0.048m 。
反应装置放置在温度得到控制的乙烯基乙二醇/水浴池中。
浴池的温度是由铂电阻温度检测器进行监测。
水合物的温度是在反应装置内使用J 型热电偶在五个不同的轴向位置上进行监测的。
从反应装置的两端逸出气体的温度也用J 型热电偶进行测量。
从反应装置的两端逸出气体的温度也用J 型热电偶进行测量。
系统的压力是通过一个压力传感器来监测的。
所有的温度和压力读数都输入到一个数据采集程序并储存在个人电脑上。
水合物生成过程用S tern 等人开发的方法进行修正。
在这个过程中,把小的冰粒装入不锈钢的反应装置中。
一旦反应装置装入了冰,就用甲烷气体加压到21MPa 。
反应装置的温度上升到冰点以上,以生成最初的水合物。
转化成水合物的量通过测量系统中的压力下降进行监测。
当压力停止下降时,所有的冰都转化成了水合物。
用气体演化作为分解的水合物进行的质量平衡计算证实了生成的水合物的量。
水合物阻塞的分解最初通过在阻塞的两端降压来进行。
最初,水合物的温度等于浴池的温度(-4℃)。
当压力降低到一个低于浴池温度时的平衡压力时,水合物开始分解。
在水合物分解的时候,需要测量两个量:从分解的甲烷气体中释放出的甲烷气体的量(使用排水装置)和在五个不同的轴向位置上阻塞中心的水合物温度。
在这些分解试验里,在试验进行的过程中可以把分解时的压力维持在大气压力或2.4～5.2MPa 之间的任何一个压力。
这个压力维持是通过使用压力调节阀来实现的。
3.3 结果和讨论生成试验的结果说明有可能把90%的冰转化成水合物。
开发的模型说明最优的分解压力是可能达到的最低压力。
当压力降低时,总的分解时间(去除冰和水合物的时间)也会减少。
这个结果说明冰的生成有助于去除水合物阻塞,而且生成的冰越多,效果越好。
有两个原因:(1)有冰存在,热扩散率就比水高一个数量级;(2)有冰存在,就有了更高的温度梯度。
这就建议我们在去除管道中水合物阻塞的时候,降压越快越好,压力降得越低越好。
当压力快速降低时,产生了焦耳—汤普森效应冷却,加快了对水合物的冷却并导致冰的生成。
从分解试验中得到的一个重要的结果就是对于径向分解假设的证实。
径向分解模型的优点是阻塞的长度是一个不相关的量,只有阻塞半径才是重要的。
试验也说明了当分解压力导致了一个在冰点以上的平衡温度时,水合物在试验的过程中将保持在这个平衡温度。
然而,当分解的压力导致了一个低于冰点的平衡温度时,在系统中有冰生成,水合物的温度在冰点保持恒定。
由分解的水合物生成的冰能够吸收大量分解热,减缓了水合物的温度变化速度。
分解试验的结果与模型是吻合的。
试验和模型都预测最快的分解时间都是在较低的分解压力下。
分解时间的发展趋势在模型和试验中都进行了观察。
4 结论开发了一个没有拟合参数给出管道中水合物阻塞分解时间的预测的模型。
它证实了试验的结果:①水合物沿径向分解;②在分解过程中,冰的形成对于水合物的分解是有利的。
然而,由于冰的缓冲能力,很难达到低于-1℃的温度。
这个工作的结果与先前的两种观点是相反的:①水合物分解时管道中冰的生成是有害的;②水合物是沿着轴向分解的。
这个工作的结果应该对未来的水合物阻塞补救技术是一个很有价值的帮助。
有了这个工作的结果,我们就有可能进行快速的水合物分解。
模型和试验都指出了冰的生成是有好处的,它有助于水合物的去除。
这就暗示了阻塞两端的压力应该尽可能快的降低到大气压力。
然而,出于安全的考虑,如多个阻塞的情况,需要缓慢降低到大气压力。
这时,需要注意防止在阻塞上产生任何压力梯度。
有可能当井内的水合物得到了充分的分解以后,操作员可能要加入抑制剂(如甲醇)来提高分解的速度。
这个模型可以用来预测作为时间函数的水合物阻塞半径。
通过使用模型预测,可以确定什么时候能够加入抑制剂。
这个试验的结果只适用于两侧降压的情况。
目前的研究正准备扩展到模拟单侧降压的试验和模型。
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