【摘要】：眾所周知,油氣資源是油氣工業(yè)賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。而在油氣資源的開采、加工以及運輸過程中,當滿足一定的溫度和壓力條件時,天然氣將與管道中的液態(tài)水接觸,從而形成一種籠型冰雪狀固體。這種固體即為俗稱的“天然氣水合物”。我國是資源大國,天然氣可采資源量占世界總量的5.05%,列世界第五位。但我國的天然氣資源分布具有明顯的不確定性。西部地區(qū)特別是新疆塔里木盆地蘊藏著豐富的油氣資源,但是這種資源優(yōu)勢并不能轉(zhuǎn)化為西部地區(qū)的經(jīng)濟優(yōu)勢,而東部則是我國主要的用氣地區(qū)。因此,解決我國天然氣資源源頭在西部,市場在東部的供求不平衡的最佳方法即為天然氣的管道輸送。而管道輸送過程中的高壓、低溫環(huán)境,十分利于水合物生成。一旦天然氣水合物形成,它們或附著在管道連接口處,或聚集在管道底部。少量天然氣水合物的形成,會減小管道的輸送內(nèi)徑,降低管道內(nèi)天然氣的流通量。當天然氣水合物在管道內(nèi)大量聚集形成冰堵時,會造成管道內(nèi)天然氣流通堵塞,甚至造成管道爆裂,帶來不可估量的重大經(jīng)濟損失以及人員傷亡。為防止和減少輸送管道以及生產(chǎn)設(shè)備中形成天然氣水合物的風險,當前的首要任務(wù)就是開發(fā)一系列物理或分析手段,對天然氣水合物的形成進行檢測和預測,在水合物形成前對可能形成水合物的條件和位置進行提前推測,以做好預防措施,并降低由于天然氣水合物形成堵塞而造成的不良后果。目前國內(nèi)外對天然氣水合物的研究,主要圍繞在對其預測模型的歸納和分類,或利用實驗對動力學抑制劑和熱力學抑制劑的不同抑制效果進行討論。較少有人對長距離輸氣管道內(nèi)的水合物生成預測提出明確、可靠的預測方法。而現(xiàn)有的用于預測輸氣管道的水合物方法,都僅僅使用了輸氣管道的入口壓力進行預測。但是,對天然氣管道而言,管道沿線的壓力和溫度具有一定的變化規(guī)律,僅根據(jù)管道的入口壓力進行水合物生成預測,是非常不準確的。本文在對現(xiàn)有的水合物動力學模型、熱力學模型以及經(jīng)驗?zāi)Ｐ瓦M行簡述的同時,利用計算機程序,挑選其中的三種模型進行了實例驗證,并從中挑選出精度最高的Chen-Guo模型作為輸氣管道水合物預測模型的相平衡模型基礎(chǔ)。其次,根據(jù)輸氣管道的水力和熱力學特性,利用MATLAB程序,計算得到輸氣管道沿線的溫度和壓力分布曲線。最終,結(jié)合軟件計算得到的水合物生成溫度曲線、輸氣管道沿線的壓力分布曲線以及所研究管段的實測水露點,分析所選管段中是否會有天然氣水合物生成,以及生成水合物的位置區(qū)間。除此之外,分析了不同流量、壓力以及管徑條件下,長距離輸氣管道內(nèi)溫度、壓力的沿程分布情況,判斷流量、壓力等條件對水合物形成條件的影響,從理論上,提出防止天然氣水合物生成的技術(shù)手段。最終通過算例,對該軟件的計算模型進行了驗證,結(jié)果表明,本文提出的用于預測長距離輸氣管道水合物生成預測的模型是準確可靠,可以應(yīng)用于工程實際的。除了對水合物的生成進行預測,還對傳統(tǒng)的用于防止天然氣水合物生成的方法進行了簡述。例如,通過絕熱和外部加熱技術(shù)杜絕管道在易于形成水合物的低溫條件下運行。也可以通過乙二醇對天然氣進行脫水處理。降低生產(chǎn)運輸體系的壓力可以減小水合物形成的可能。但是,這些傳統(tǒng)的方法并不總是可行的。比如在海上和深水環(huán)境下,由于作業(yè)空間的限制,運用隔熱或加熱方法耗資十分巨大。深水隔熱的費用通常為每公里管線＄100,0000。因此,這些傳統(tǒng)的方法具有很大的局限性。另一種常用的方法是添加熱力學抑制劑。熱力學抑制劑是一種水溶性化學物質(zhì),可以降低水的活度,提高水合物相的邊界壓力,或降低溫度。工業(yè)上通常使用的是甲醇和乙二醇。然而,由于用量較大,通常會造成嚴重的環(huán)境問題,從可持續(xù)發(fā)展的角度來講,可行性較低。因此,環(huán)保又經(jīng)濟的動力學抑制劑將是未來的發(fā)展方向和主要研究重點。
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【學位授予單位】：長江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TE832

【參考文獻】

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本文編號：2348141