天然气水合物的防止措施

天然气水合物生成的防止措施
一、天然气水合物的介绍
天然气水合物（gashydratets）也称水化物，它是由碳氢化合物和水组成的一种复杂的白色结晶体。

一般用M·nH2O，M为水合物中的气体分子，n为水的分子数，如CH4·6H2O、CH4·7H2O、C2H6· 7H2O 等。

天然气水合物是一种络合物，水分子借氢键结合成笼形晶格，气体分子则在范德华力作用下，被包围在晶格中。

气体水合物有14-面体和16-面体两种结构。

二、天然气水合物生成的条件预测
天然气水合物的生成与输气管道中气体的压力、温度及水汽含量密切相关。

形成水合物的条件主要有两个：一是天然气足够低的温度和足够高的压力；二是必须输送温度低于天然气露点温度，有游离水析出。

除此之外，高的气体流速任何形式的搅动及晶种的存在等。

预测天然气水合物生成一般是根据实验数据绘制成不同相对密度天然气形成水合物的平衡曲线，见附图。

曲线上方为水合物形成区，下方为不存在区。

由图可知，压力越高、温度越低越易形成水合物。

根据附图可大致确定天然气形成水合物的温度和压力。

但对含H2S较高的天然气，不宜使用。

若相对密度在两条曲线之间，可用内插法进行近似求得。

三、天然气水合物的防止措施
为防止水合物的形成，一般有四种途径:1）提高天然气的输送温度；2）降低压力至给定温度水合物生成压力以下；3）脱除天然气中的水分；4）向气流中加入抑制剂（阻化剂）。

防止水化物最积极的方法保持管线和设备不含液态水，而最常用的方法则向气流中加入各种抑制剂。

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的天然气的温度高于生成水合物的温度。

但这种方法不适用干线输气管道中，因为消耗能量大，而且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的降低天然气的压力，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、降压
这一方法也可用来排除输气管道中已形成的水合物，其途径就是通过放空管放空，降压后，必须经过一段时间，（从几秒到几个小时），以分解水合物。

但用放空降压来解堵，必须在环境温度高于0℃以上的条件下进行，否则，水合物分解了，但立即又转化为冰塞。

如干线中天然气的最低温度接近于零，在此温度下，生
成水合物的平衡压力约为1～1.5MPa，而一般的输气压力大于5MPa，因此，用降压来防止干线管道中水合物并不是一种有效方法。

3、 干燥
防止生成水合物的根本方法就是干燥天然气，脱去其中的水分，降低露点。

4、 添加抑制剂
1） 抑制剂浓度与水合物生成温度降
抑制剂浓度与水合物生成温度降的关系，关系式如下: Hammerschmidt 法：
a) T =
M
)X 1(KX
（1）
Nielsen-Bucklin 法：
b) T = －72M(1－X m ) （2） 冰点下降法：
c) T = 0.665△T ′ （3） d) T = A ″＋B ×W ＋C ×W 2
＋D ×W 3
＋E ×W 4
（4） 其中：
T —水合物生成温度降，K M —抑制剂的分子量，kg/kmol
K —抑制剂种类常数，甲醇、乙醇、异丙醇、氨为1228；氯化钙为1220；乙二醇为2195。

X —抑制剂质量分率
X m—甲醇在抑制剂水溶液中的摩尔分率
△T′—抑制剂冰点值
W—抑制剂溶液重量浓度，%
式（4）中A、B、C、D、E的取值见下表。

须指出的是式（1）适用于甲醇水溶液质量浓度小于25%，甘醇水溶液质量浓度大于50%～60%；（2）适用于甲醇水溶液浓度高的情况；式（3）可用于任何抑制剂。

公式（4）中系数
2）抑制剂用量的确定
抑制剂用量包括两部分，即液相用量和气相蒸发用量。

抑制剂用量必须达到一定浓度。

对电解质型溶液，饱和蒸汽压低于由于气流中凝结下来的纯水的蒸汽压，因此，汽化的抑制量极小，可以忽略这一部分，而对醇类抑制剂则需要考
虑汽化用量。

计算抑制剂最小单位耗量的普遍公式如下：
a 10C2C2
C1C2)W2W1(q 3⨯⨯+-⨯-=- （5）
q —抑制剂最小单位剂量，g/m 3
W1—抑制剂入口处气相含水量，g/m 3
W2—抑制剂出口处气相含水量，g/m 3 W3—抑制剂移出重量浓度，% C2—抑制剂加入重量浓度，% C1—系数，对电解质可取a=0；
对甲醇a 是温度和压力的函数可按下式计算: a=1.97×10-2 P
-0.7
e
(6.054×10-2×T-11.128)
（6）
式中：P —体系压力，MPa
T — 体系温度, K
用式（5）求得抑制剂的单位最小用量后，便可求得抑制剂的用量，为保险起见，实际用量取计算值的1.15～1.20倍。

（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。