天然气集输工程

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查表法
利用视对比参数 精度高于查图法
1-2
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第二章 天然气水合物的 形成及防止
概述
天然气中水汽的含量
水合物的结构
• 表示方法
– 动力粘度（绝对粘度）µ
物理单位：厘泊(cp) 工程单位：千克力· 秒 /米 2 国际单位：帕斯卡· 秒kg/(m.s) 换算关系：
1-2
g/(cm.s)
34
1泊=0.0102千克力· 秒/米2=0.1Pa · s
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– 运动粘度

工程单位：米2 · 秒
物理单位：米2 · 秒
成的气体混合物
• 组成
– 气体：气态烃、硫化氢，二氧化碳，氮气等 – 液体：液烃和水 (游离水和凝结水）
1-1
– 机械杂质
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9
分

类
按来源分类：
气田气：富含甲烷 油田气：乙烷及乙烷以上的烃类含量高 凝析气田气：丙、丁、戊烷 矿井气
• 其它分类法(每米3）
– 干气与湿气（含水量） – 净气和酸气（含硫量）：1g/Nm3 – 贫气和富气（液态100ml/Nm3)
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绪 论

天然气生产过程
勘探
开发
长输
开采
化学加工
集输
0
5
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天然气处理与加工示意图
0
6
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用户对气质的要求

CO2：3%


H2S： 6（20）mg/m3
总硫（以硫计）含量： 150（270）mg/m3


燃烧值：31.4MJ/m3
游离水：水露点应低于输送气体最低输气温度
换算方法

已知质量组成gi，换算为体积组成vi或摩尔组成yi
ni gi M i yi ni gi M i
• 已知摩尔组成yi，换算为质量组成gi
mi yi M i gi mi yi M i
1-1
15
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换算方法

已知体积百分数vi，换算为质量百分数gi
vi Mi mi ni M i gi 22.4 mi ni M i vi M i 22.4
单位：牛顿/米2（帕斯卡）；千克力/厘米
（公斤）
1-2
表示方法：
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表压：被测流体的绝对压力大于大气压力 时压力表测得的压力
真空度：被测流体的实际压力小于大气压
力 时压力表上测得的压力 流体压力=大气压力 + 表压
流体压力=大气压力—真空度
1-2
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天然气的温度
定义：表示物体冷热程度的物理量；
凝析烃：烃露点应低于或等于最低输气温度
0
7
《输气管道工程设计规范》（GB 50251-94） 及 SY7514-88）
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第一章 天然气的物 理化学性质
天然气的化学组成与分类 天然气的物理化学性质
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天然气的化学组成与分类

定义
天然的可燃气体统称为天然气 以烷烃为主的各种烃类和少量非烃类气体所组
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天然气的密度和相对密度

天然气的密度
定义：单位体积天然气的质量 计算方法
m V
标准状态下
1-2
或
PM 8.314 ZT
M 0 22 .4
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31
– 比容
v
– 重度
1

g
1-2
32
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• 相对密度
– 定义：在相同压力和温度条件下天然 气的密度与空气密度之比 – 计算方法
天 天 M 天 空 空 M 空
– 空气的密度
一般气田气：0.58~0.62 伴生气：0.7~0.85
3 3
空 1.293kg / m
1-2
（00C，1个大气压） （200C，1个大气压）
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33
空 1.205kg / m
天然气的粘度

定义
天然气运动时气体分子间的内摩擦力
• 天然气爆炸极限计算方法
L 100 yi L i
• 影响因素
1-2
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– 爆炸范围受压力的影响 – 爆炸威力与压力成正比
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1-2
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气体状态方程式及压缩系数

天然气的计量单位及标准条件
立方米 200C，一个大气压 符号：Nm3

理想气体状态方程及气体常数
1-2
59
43
0为标准状态下的密度
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定压比热与定容比热（与加热过程有关）
C p CV R
– 影响因素：温度（单值函数）（与加热过程、 温度、压力有关） 平均比热： – 混合物比热：加合法，常压
1-2
C p yiC pi
44
C p giC pi
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1-2
45
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定义
把 0 0 C、101325Pa 时体积为 22.4 立方分米
天然气所具有的质量认为是天然气的分子 量，称为视分子量或平均分子量
• 计算方法 M yi M i
W M N
1-2
随组成不同而变化
M
29

1 gi
Mi
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计算得到干燥空气的分子量为28.97
1-2
PM ZRT PV ZRT m v
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天然气组成表示法

体积组成
百分数表示
Vi vi 100 Vi
– 小数表示法
Vi vi Vi
1-1
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天然气组成表示法

摩尔组成
百分数表示
ni yi 100 ni
– 小数表示法
ni yi ni
1-1
14
其中：
vi yi
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1-1
10
天然气体积的量度标准 标准状态：00C，1个大气压 基准状态：200C，1个大气压
实用状态：采气地点或用气地点的 实际大气压和温度
1-1
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天然气组成表示法

质量组成
百分数表示
mi gi 100 mi
– 小数表示法
mi gi mi
1-1
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天然气集输工程
教 师：
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天然气的用途： 内容： 特点：讲述天然气收集、预处理和输送 等问题


目的：经济有效地处理和输送天然气
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沙五井集输流程
天然气 分离
加热
降压 输送到用户
3
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内 容




4
绪论 天然气的物理化学性质 天然气水化物的形成与防止 天然气矿场集输系统 油（液）气的分离 换热设备 矿场集输管网 天然气脱水 天然气脱凝析油 天然气脱硫
计算高压下的比热：
Cp C Cp
0 p
注意单位换算
1-2
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1-2
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1-2
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天然气的导热系数

定义：
在温差1K时，每秒通过面积为 1m2、厚度为1m
物料层的热量（W/（m· K））
1W /(m K ) 0.8598 kcal /(m h k )
分子热运动的剧烈程度
表示方法（温标）
• 摄氏温标
– 定义：以水的正常冰点为00C，水的正常沸 点定为1000C，其间均分为100等分，其单
1-2
位为摄氏度
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20
• 华氏温标
– 定义：以水的正常冰点为320F，水的正常沸点定 为2120F，其间均分为180等分，其单位为华氏度
• 开氏温标
Pv ZRT
PV ZGRT
PVm ZRmT
PVm nZRmT
对n千摩尔气体：
1-2
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天然气的压缩系数

定义
无因次量0<Z<1
Pv Z f ( P, T ) RT • 计算法 • 查图法
Z Pr , Tr
1-2
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1-2
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1-2
1-2
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1-2
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天然气的热力学性质

比热
定义：单位数量的气体温度升高10C所需的热量
叫气体的比热（单位：J/（Kg· K）） 1cal/(kg· K)=4.1868J/(kg · K)
– 分类：质量比热（C`）
容积比热（VC）
摩尔比热（C）
1-2
MC C M MC C 22.4 C C 0
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天然气燃烧热值的影响因素

湿天然气的热值
Hd Hw 1 yd y w Hd
• 相对密度
n yw P
• 惰性气体的含量
1-2
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1-2
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1-2
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天然气的爆炸性

定义：爆炸下限；爆炸上限；爆炸范围（天然
气与空气混合成一定比例时形成爆炸性气体，遇火源 易爆炸）
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– 计算方法
Tc yiTci
– 查图法
Pc yi Pci
1-2
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1-2
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1-2
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天然气压力和温度的对比值
• 对比参数定义
– 对比压力 – 对比温度
P Pr Pc
– 视对比压力
T Tr 单位：0K Tc
– 视对比温度
高压高温下天然气的粘度求法：
1-2
分 子 间 作 用 力 的 大 小 起 主 导 作 用
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相对密度和温度
大气压力下的粘度 0
相对密度
视临界温度和视临界压力
视对比参数
由下图查得粘度比 0
0 0
注：当甲烷含量很高时，可按甲烷的粘度进行计算
1-2
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注意：换算时应用天然气所处温度和压力下的密度
• 影响因素
– 温度、压力及分子量有关
1-2
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变化规律
低压下的气体粘度（见下页图）
分子运动剧烈程度起主要作用
1-2
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1-2
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变化规律：
1. 在大气压力下，气体的粘度随温度的升高而增大 2. 非烃类气体在相同条件下粘度较高 3. 同族的烃类气体中分子量愈大粘度愈小 4. 与压力基本无关
1-1
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天然气的物理化学性质
天然气的压力、温度、临界值及其对比值 天然气的分子量
天然气的密度和相对密度
天然气的粘度 天然气的热力学性质
1-2
气体状态方程式及压缩系数
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天然气的压力、温度、临界 值及其对比值

天然气的压力
定义：垂直作用于单位面积上的力；压力
为作用于单位面积上分子碰撞力的总和
1-2
P Pr Pc
T Tr Tc
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对应状态原理
对于两种气体，当它们的（视）对比
状 态 参 数 相 同 ， 即 （ Pr1=Pr2,Tr1=Tr2, Vr1=Vr2) 称它们处于对应状态，此时这 两种气体的压缩性、粘度等性质也近 似相同。
1-2
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天然气的分子量
天然气粘度计算方法：
i
y y
i
i
Mi Mi


1-2
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• 查图法:见书上图1-4（必须对所查粘度进 行非烃类气体的校正）
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高压下（压力大于6.9MPa）的气体粘度
变化规律：
1. 气体的粘度随温度的升高而变小 2.气体的粘度随压力的升高而增加
3. 气体的粘度随分子量愈大粘度愈大
– 定义：以水的正常冰点为 273.15K，水的正常沸 点定为373.15K，单位：开尔文度
• 兰金温标：兰金度
– 定义：以最低理论温度为零度的一种绝对温标；
1-2
温度差值与华氏温标的差值相同
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21
换算关系：
t F 1.8 t C 32 TK t C 273.15 t R t F 460 t R 1.8TK
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1-2
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天然气的热值

定义
每千克或每立方米天然气完全燃烧所发
出的热量（生成稳定的氧化物或单质）
• 分类：高热值（包括水蒸气冷凝成水放出的汽化
潜热）；低热值
• 热值的求定
理想气体
1-2
H yi Hi
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实际气体
H Hr Z
Z--15.50C 和一个 大气压下
1-2
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天然气的临界值

临界温度
温度不超过某一数值时，对气体进行加压，可以使气
体液化，而在该温度以上，无论加多大的压力都不能 使气体液化，这个温度为临界温度Tc

临界压力
视临界温度Tc’与视临界压力Pc’
在临界温度下，气相与液相相平衡时所施加的压力Pc。

1-2
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随组成而变化：凯式混合法则
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wenku.baidu.com
对1千克气体：
Pv RT
PV GRT
PVm RmT PVm nRmT
3
对G千克气体：
对1千摩尔气体：
对n千摩尔气体：
Rm 8.31410 J /(kmol K )
1-2
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Rm R M
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实际气体状态方程
对1千克气体： 对G千克气体： 对1千摩尔气体：
1-2
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一 个 大 气 压 下
1-2
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混合气体（天然气）导热系数计算法：
0
y y
i i 0i
Mi Mi
高压力下导热系数的计算法：
0 0
导热系数的影响因素：
1-2
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– 随温度的升高而增大 – 随压力的增加而增大