天然气水合物实验装置的比较

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然
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气
与
石
油
2004 年
在实验装置中设置了一个缓冲罐。缓冲罐的容积为 12 L, 最高使用压力为 15 M Pa。水合物形成过程中 的耗气量由流量计测定, 其重复精度和准确度均为 量程的 0. 2% 。流量显示仪表可同时显示瞬时流 量和累积流量。利用数据采集系统进行流量、 温度 和压力的采集。
为 25. 4 mm, 最大工作体积为 78 cm 3 ( 包括活塞和 搅拌子 ) , 最大工作压力为 20 MP a, 工作温度范围是 - 90~ 150 。高压釜为全 透明, 并配有冷 光源。 高压釜中体系的压力由高压手动计量泵调节。釜中 还带有一个密封活塞 , 可将增压流体与实验体系隔 开。 恒温空气浴: 在- 20~ 100 范围内 , 控温精度 和均匀度分别为 0. 1 和 0 3 。 温度和压力测量仪表: 体系的温度由 P t100 型 精密铂电阻测定 , 精度为 0. 1 。体系压力由一 个精度为 0 1 级, 压力量程为 0~ 25 M Pa 的 HE ISE 精密压力表和一个可变量程压力传感变送器共同测 定 , 测压误差为 0. 025 M Pa, 温度和压力由计算机 数据自动采集系统采集和储存。 搅拌系统 : 安装在恒温试验箱顶部的直流变速 电机 , 通过一个凸轮传动装置带动套在高压釜外的 马蹄型永久磁铁, 使之进行上下往复运动 , 高压釜内 的磁性搅拌子则随着永久磁铁作相应的上下往复运 动 , 从而完成对釜内体系的搅拌。 计算机数据自动采集系统: 该系统主要由数据 自动采集板 , 整流滤波板和计算机三部分组成, 可实 现实验数据的采集及监控。
第 22 卷第 4 期 2004 年 12 月 文章编号 : 1006 5539 ( 2004) 04 0025 03
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然 气 与 石 油 Natural Gas And Oil
Vol. 22, No. 4 Dec. 2004
天然气水合物实验装置的比较
周 月, 陈保东, 张 彬
( 辽宁石油化工大学机械工程学院 , 辽宁 抚顺 113001) 摘 要:
据的高压 PVT 装置 [ J] . 分 析测 试学 报 , 2001, 20( 4) :
第 22 卷第 4 期 2004 年 12 月 文章编号 : 1006 5539 ( 2004) 04 0028 04
天
然 气 与 石 油 Natural Gas And Oil
Vol. 22, No. 4 Dec. 2004
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结论
本文对两种实验装置的结构组成、 性能指标、 作
用功效等做了详细的阐述和比较。动态法实验装置 能够直接观测各种条件对水合物含气率的影响; 静 态法实验装置相对误差较小 , 可准确测量水合物生 成、 分解的相平衡条件。研究人员可依据实际研究 工作的要求选择合适的实验装置。
参考文献 : [ 1] 樊栓狮 , 郭彦坤 , 石 10 12. [ 2] 郑 新 , 孙志高 , 樊栓狮 , 等 . 天然气水合物储气实验 研 究[ J] . 天然气 工业 , 2003, 23( 1) : 95 97. 磊 , 等 . 测定气体水合物相平衡 数
关键词 :
天然气水合物; 实验装置 ; 比较
文献标识码 : A
中图分类号 : O742 6; T E642
天 然气 水合 物
[ 1]
( Nat ural Gas H ydrat e, 简 称
装置和静态法装置。 1 1 动态法装置 动态法实验装置是一种流动式实验设备 , 气体 从入口进入实验系统, 而后与装置中的水混合, 混合 物在一定的温度压力下生成气体水合物。 1 1 1 实验装置 实验装置如图 1 [ 2, 3] 所示 , 实验装置主要包括反 应釜、 恒温水浴、 温度与压力测量仪表、 流量计和数 据采集系统等。 装置的核心是高压反应釜 , 容积为 1 L , 最大工 作压力 20 M Pa, 工作温度范围 - 15~ 100 。采用 无级调速永磁旋转搅拌装置 , 叶片采用双层布置 , 转 速调节范围为 0~ 1 000 r/ m in 。反应釜的温度由恒 温水浴控制 , 恒温水浴的控温精度为 0. 01 。反 应釜内的温度由 2 个 Pt100 铂电阻测量, 压力调节 阀前后的压力由 2 个 0 25 级精度的压力表测量 , 压 力调节阀前的压力表测量范围为 0~ 25 M Pa, 压力 调节阀后的压力表测量范围为 0~ 10 MPa 。为确保 进入反应釜气流的稳定并防止气流回流造成危害,
NGH ) 是指由水和烃类甲烷、 乙烷、 丙烷、 异 烃气体 分子及非烃类氯气、 二氧化碳以及硫化氢等气体分 子在一定的温度和压力条件下所形成的结晶状笼形 化合物, 其中水分子借助氢键形成结晶网络, 网络中 的孔穴内充满轻烃、 重烃或非烃分子。 水合物早期的研究主要是为了解决油气工业生 产过程中管道和设备的堵塞问题。随着在海洋和冻 土带中大量天然气水合物的发现 , 其作为未来潜在 能源得到许多国家 政府和科研工 作者的重视。另 外, 利用水合物处理二氧化碳温室气体和水合物储 运天然气储气新技术也日益受到重视。总之, 气体 水合物技术的实际应用已从最初的石油、 天然气工 业扩展到化工、 能源、 环境保护等领域。天然气水合 物的实验装置是水合物研究的基础 , 为水合物的应 用提供基本数据。
。
高压釜: 为 JEFRI 高压蓝宝石 全透明釜, 内径
第 22 卷第 4 期
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即先确定一个温度并保持不变 , 通过改变反应釜中 活塞位置来调节压力。在相平衡实验开始时, 当反 应釜温度达到设定值 , 为减少水合物形成诱导时间 , 可使反应釜中压力高于相平衡预 测值 1 0 M Pa 左 右, 反应釜中生成大量水合物 , 然后降低压力使水合 物分解 , 重复上述步骤一次。提高反应釜中的压力 生成水合物, 再降低压力使之分解 , 直至水合物形成 / 分解压差 ! 0. 05 M Pa, 这时的压力即为对 应温度 条件下的相平衡压力。
求较高 , 不能用于无气相系统, 但画图法是测量油气 系统水合物相平衡点的唯一方法, 因为过程中有乳 状液生成而导致 观测条件恶劣 , 无法使用 可视法。 可视法、 画图法各有优缺点 , 做气体水合物相平衡实 验时, 应根据实验条件 , 实验内容等具体条件来选择 实验方案。
图4
恒压过程 V - T 图
量计来控制压力; 流量显示仪表同时显示瞬时流量 和累积流量 , 可直接地观测温度、 压力、 过冷、 过压等 因素对水合物含气率的影响。 蓝宝石实验装置是可视化的实验装置, 借助成 像系统放大 , 可清楚地观察气体水合物的形成、 分解 过程; 系统压力通过改变系统容积来实现 , 可进行等 温、 等压及等容操作; 该装置的突出优点是能准确地 测量水合物生成时的相平衡压力、 温度, 相对误差较 小 , 结果准确可靠。
图1
动态法实验装置示意图
1 1 2 实验过程 在实验前用蒸馏水把反应釜清洗两次, 并用实 验气 体进 行吹 扫, 然后 抽真空。在反 应釜 中注 入 300 g 左右的蒸馏水 , 水量用精度为 0. 01 g 的电 子天平称量。开启缓冲罐 , 调节压力调节阀, 给反应 釜充气 , 使反应釜中压力达到实验设定压力。在实 验过程中保持压力阀的开度不变 , 以保证水合物形 成过程中反应釜内的压力稳定。开启水浴, 调节恒 温水浴的温度, 使反应釜中的温度达到实验温度预 设值 , 当反应釜温度达到设定值并稳定后, 保持恒温 水浴的温度不变。反应釜中压力和温度稳定后 , 打 开流量计, 进行气体流量的计量。实验过程中水合 物形成时 , 流量计读数突然增大, 反应釜中水相温度 也有明显上升( 水合物形成放热) 。水合物形成过程 中利用数据采集系统记录流量及反应釜内的温度、 压力值。 1 2 静态法装置 静态法实验装置在水合物的研究史上有很重要 的地位。 1 2 1 实验装置 可视化高压流体测试装置主要由高压釜、 恒温 空气浴、 温度压力测量仪表、 搅拌系统及计算机数据 自动采集系统五个部分组成, 实验装置见图 2
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天然气水合物实验装置
天然气水合物实验装置按实验方法分为动态法
收稿日期 : 2004 09 20 基金项目 : 辽宁省自然科学资金资助项目 ( 20032154) 作者简介 : 周 月 ( 1979 ) , 女 , 辽 宁省 铁岭 市人 , 现为 辽宁 石油化 工大 学油气 储运 工程 专业研 究生。电 话 : ( 0413) 6863563。
[ 2] [ 4, 5]
图2
静态法实验装置示意图
1 2 2 实验过程 在实验前用蒸馏水把反应釜清洗两次, 然后用 实验气体进行吹扫 , 最后抽真空。在反应釜中注入 适量的蒸馏水和气体 , 用观察法和图形法分别测量 了气体水合物的相平衡条件。 观察法[ 6, 7] 通常采用恒温压力搜索法 , 见图 3,
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图3 水合物相平衡压力搜索法示意图
动、 静态实验装置的比较
动态法实验装置容积一定, 通过进气装置和流
图形法 [ 8] 采用的是定压法。首先确定压力 , 通 过温度控制系统使反应釜从较 高温度降至较 低温 度, 在较低温度时停留至少半小时 , 然后再升至较高 温度。整个过程属于恒压过程, 在 V ∀ T 图中可观 察到温降过程与温升过程有一个交点, 此点处的温 度压力即是所得的一个数据点。改变初始压力 , 重 复以上实验步骤多次, 即可得到多个一一对应的温 度压力数据点。整个过程见图 4: 其中, 1 点为系统 初态 , 甲烷气体与液态水混合 , 1 点到 2 点为纯甲烷 气体等压降温过程 ; 2 点为甲烷气体水合物开始生 成点 , 2 点到 3 点为部分甲烷气体与水生成水合物 , 其余部分甲烷气体等压降温过程 ; 3 点为甲烷气体 水合物生成结束点 , 3 点到 4 点为剩余纯甲烷气体 等压升温过程; 4 点为甲烷气体水合物开始分解点 , 4 点到 6 点为水合物分解为甲烷气体与水, 同时全 部甲烷气体等压降温过程; 6 点为甲烷气体水合物 分解结束点 , 此时系统内又只有甲烷气体与液态水 混合; 5 点为 1 点到 2 点过程和 4 点到 6 点过程交 点, 5 点处的温度、 压力即是所测得的一个数据点; 6 点到 7 点为纯甲烷气体等压升温过程。 可视法是通过视镜来观测气体水合物的形成 , 有人为因素干扰 ; 画图法是基于 V - T 或 P - T 图 分析 , 比可视法节省人力 , 所有调节、 记录都由计算 机操作 , 客观公正。缺点是对测试系统控制精度要
天然气水合物是一种类似冰的笼形晶体水合物。 水合物早期的研究主要是为了解
决油气工业生产过程中管道和设备的堵塞问题 , 随着在海洋和冻土带中大量天然气水合物的 发现, 天然气水合物作为未来潜在能源得到许多国家政府和科研工作者的重视。 天然气水合 物的实际应用已从最初的石油、 天然气工业扩展到化工 、 能源、 环境保护等领域。 天然气水合 物的实验装置是水合物研究的基础, 为水合物的应用提供基本数据。 水合物实验装置按实验 方法可分为动态法实验装置和静态法实验装置 。通过对两类实验装置的结构组成 、 性能指标、 作用功效等详细的比较和研究, 得出其各自的应用特点, 充分开发实验装置的各项功能 。在今 后的研究工作中可依据要求选择合适的实验装置, 以便开展更深入更实际的研究工作 。
达卧线 Propak 公司橇装脱水装置试运分析
梁 平,梁
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玲 , 王大勋 , 唐
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柯
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( 1 重庆石油高等专 科学校 , 重庆 400042; 2 重庆气矿人劳部 , 重庆 400021; 3 中国航空油料重庆分公司 , 重庆 401120) 摘 要:
为了改善达卧线输气现状 , 在沿线安装了从加拿大 Propak 公司部分引进的天然气
橇装脱水装置 。以石河脱水站的橇装脱水装置为例 , 简明介绍了其工艺流程 , 设计参数和技术 要求, 并根据试运行情况, 详细分析了主要工艺参数 、 装置操作要点及试运行中的合理性, 并从 现场操作的角度做出了评价和建议。
关键词 :
天然气管线; 橇装脱水装置; 工艺流程; 设计参数; 试运行