中俄东线分输站场调压阀冰堵判据与防治
发表光阴 >2019-05-24 14:58 来源 本站原创

  傅伟庆 尤泽广 王成 陈小宁

  中国煤油管道局工程有限公司,河北廊坊 065000

  摘要:中俄东线自然气长输管道沿线地区秋冬季节温度较低,分输站场冬季分输降压过程中,节流效应形成调压阀内流体温度骤降,加之新投产管线内输送自然气干燥不彻底,容易形成分输站场调压阀处冰堵。研究选用分输过程是否析出液态水合物作为冰堵能否发生的判据,得出了分输过程调压阀冰堵构成的压力、温度和自然气组分警戒值;考虑丧失到凝析液和气流中的甲醇量,树立甲注入量和运行参数目的相干函数;模拟站场分输注醇过程,阐发注醇过程流场变更规律。结果表明:自然气水露点温度、气流温度、入口压力和节流温降是影响调压阀冰堵发生的重要因素,考虑各因素树立的分输过程析出液态水合物判断公式可以或许精确预判调压阀冰堵的发生,调压阀冰堵防治注醇量计算公式可以或许精确计算防止调压阀冰堵的最小注醇量,研究效果为中俄东线分输站场冰堵的防治和站场注自控体系的开拓供给实践根据。

  关键词:中俄东线;调压阀;冰堵;注醇量计算

  1 成就阐发

  自然气分输站场是自然气管道输送体系的重要构成部分,站场设备是输气临盆正常停止的包管。根据自然气能源的特色,自然气输送的重要情势为长输管线,管道运输过程中,通常采纳提高气体压力的办法低落输送本钱[1]。主管道的高压力自然气在经分输站进入相对低压管道时,减压阀处因为摩擦耗能发生较大的节流压降和温降[2]。中俄东线自然气管道起于黑龙江省黑河市中俄边境,管道沿途颠末的黑龙江省、吉林省、辽宁省均位于我国东北寒冷地区,最冷月平均气温约-14℃~-24℃,极端最高温-48.1℃。减压阀分输过程中,自然气流经节流部位时,因为流畅面积骤减,流畅受阻,发生强烈的涡流。同时因为节流效应温度低落,压力波动严重,自然气水合物极易在节流畅道内析出固结,引起减压阀及其高低游管道构成较严重的冰堵。

  冰堵严重影响了站场输气临盆工作的正常停止,对调压阀危害弘大,一是堵塞阀体,构成停输,间接影响到下流民用、商业和工业用气;二是冰堵降温会加快易损件的损坏,诸如调节膜片和密封件[3];三是解冻后冰块未融化,在二次开阀分输时,会在压力的感化下在弯头处撞击管道或许设备,有可能构成管道、设备的位移,给管道、设备埋下了平安隐患[4]。

  为防止分输站调压阀冰堵,现场职员多根据经验来确定冰堵的发生,冰堵发生的表示情势重要有两种,冰堵形成阀套卡堵或许是阀笼开度赓续增大。现场工作职员判断节流温降能否形成调压阀冰堵的经验判据为:

  1.冰堵构成阀套卡死,调压阀开度对峙恒定,出站压力和燃气流量持续下降。

  2.冰堵发生形成阀笼节流孔有用节流畅道面积减小,出站压力下降;为了对峙进口压力恒定,调压阀自控体系会增大阀笼开度,包管有用开度对峙一定,出站压力规复正常值,冰堵会形成阀笼开度持续上升。

  冰堵发生经验判据具有滞后性,当形成阀套卡堵或开度增大时冰堵已经构成,颠末过程注入甲醇的办法解堵效果并不好,现场多采纳切换支路放空解冻的办法解决冰堵。注入甲醇可以或许或许低落水合物析出的构成露点,但是注醇对已经构成的冰堵效果有限。树立精确的冰堵临界值相干式,在冰堵将要发生时开端注醇,防止冰屑累积形成调压阀冰堵意义严重。

  2 调压阀分输注醇流场阐发

  注醇橇应用于自然气管道分输站冬季冰堵防治,具有设备简略、制作装配周期短、对正常的运行影响小、获得的防冻效果较好等特色。适用于突发性的非正常工况和临时性的改革工程。

  调压阀分输注醇流场阐发,树立自然气分输调压流体模子,模拟获得分歧注醇流速下分输调压过程流体压力、温度、流速和组分变更规律,阐发调压阀冰堵构成机理,为甲醇注入量和管线运行参数值的函数相干的树立供给根据。

  研究树立自然气分输调压流体模子,计算分歧注醇流速下甲醇含量的变更环境,阐发关键地位的甲醇散布。简化调压阀模子如图2-1所示,节流地位节流孔模子如图2-2所示。抉择阐发注醇流量分离为10L/h、25L/h、50L/h。

  图2-1 调压阀模子

图2-2 节流孔模子

  为了看清分歧节流孔地位的甲醇散布规律,在每一层节流孔地位取一截面,颠末过程各截面甲醇散布阐发节流孔的甲醇量散布规律。各节流孔截面地位甲醇品德分数云图见图2-3。

 

 图2-3注醇过程各节流孔地位甲醇品格分数示意云图

  调压阀颠末过程节品体的开度调节下流自然气的流量和压力。减压阀阀体布局较为复杂,冰堵多发生在节流温降最严重的地位,气流首先由入口通道进入到节流阀内部,颠末过程阀笼上均匀散布的节流孔流到内部的环形空间,发生节流制冷与组分的固结;固结液滴在环形空间内构成较大尺寸的液滴。注醇可以或许或许低落水露点温度,节流地位甲醇品德分数越舛滦Ч凉重要。图2-4为注醇过程甲醇品德分数变更曲线。甲醇运动过程中,甲醇赓续挥发,跟着运动距离的增长,液体甲醇的量越来越少,注醇流速10L/h时,节流孔5个截面最高甲醇品德分数分离为1.46%、0.91%、0.37%、0.34%、0.31%,经节流过程,甲醇含量敏捷低落,并坚持在极低的程度。距离入口越近的地位甲醇品德分数越低,入口甲醇品德分数最高为0.09%。注醇流速25L/h时,节流孔5个截面最高甲醇品德分数分离为3.35%、3.15%、2.29%、0.93%、0.84%,入口甲醇品德分数最高为0.09%。注醇流速50L/h时,节流孔5个截面最高甲醇品德分数分离为4.61%、3.89%、2.21%、1.55%、1.44%,经节流过程,甲醇含量敏捷低落,并坚持在极低的程度。距离入口越近的地位甲醇品德分数越低,入口甲醇品德分数最高为0.43%。

  (a)注醇流速10L/h

(b)注醇流速25L/h

 

 (c)注醇流速50L/h

  图2-4注醇过程分歧径向截面甲醇品格分数

  3 克制剂用量的确定

  防止分输过程自然气水合物析出的最经济有用的办法为向运行管线内添加克制剂,自然气分输站场防治冰堵应用最普遍的克制剂为甲醇。克制剂进入到管线后为二部分,一部分溶解到气流中的液态凝析水中,构成克制剂与水的混合液;另外一部分丧失到气流携带气态水和自然气气流中[7,8]。

  管线内克制剂水溶液中克制剂的品德浓度与水合物露点的温降之间存在函数相干式,利用Hammerschmidt方程可以或许或许算出水合物露点低落Δt所需最小克制剂浓度。

               (1)

  式中—气流中溶解到液态凝析水中所构成混合液中克制剂的浓度,%;

  ΔT—水合物露点的温降,K;

  —甲醇的相对分子品德;

  K—克制剂甲醇常数,取值1295;

  3.1 凝析水含量计算

  凝析水含量值为两种状况下饱和含水量的差值,初始状况为入口压力与水露点温度,结束状况为入口压力与入口温度,分输过程凝析水含量为:

        (2)

  式中—自然气中析出的液态凝析水的品格,g;

  —一定状况下饱和含水量;

  Q—自然气流量,;

  —自然气入站压力,MPa;

  T—水合物析出温度值,℃;

  —自然气出站压力,MPa;

  t—自然气出站温度,℃;

  公式计算选用宁英男公式。

  3.2 甲醇在气流携带气态水的摩尔分数

  为防止水合物析出,与自然气中气态水构成克制剂与水的混合物中克制剂量为n1:

        (3)

        (4)

  式中 —克制剂与水的混合液中克制剂的量,mol;

        (5)

  式中x醇—甲醇的物质的量分数,%;

  由式(4)与式(5)可得x醇:

        (6)

  3.3 甲醇在气体中的丧失系数

  丧失到气流中克制剂的丧失系数:

        (7)

  式中—丧失到气流中克制剂的丧失系数;

  T—自然气的温度,K。

        (8)

  式中n气—长输管线内单位光阴运动自然气摩尔量,mol;

  —丧失到自然气气流中克制剂甲醇物质的量,mol。

  3.4 凝析液中克制剂溶解度系数

  在液态凝析水中克制剂甲醇溶解度系数:

        (9)

  式中—自然气水合物凝析液中克制剂溶解度系数;

        (10)

  式中 n凝—气流中液态凝析水含量,mol;

  —丧失到凝析液中克制剂甲醇量,mo1。

  3.5 甲甲⑷肓计算公式

  将式(6)、(7)代入(8),则有:

        (11)

  由式(6)、(9)和(10)可得在液态凝析液中丧失的甲醇量

        (12)

  注入管线中甲醇的量分为丧失到凝析液与气相中量和甲醇水混合液中甲醇量,实际必要注入到管线内的甲醇的量为[9,10]:

        (13)

        (14)

  甲醇流量为:

      (15)

  式中 q—甲醇流量,L/H;

  —甲醇的相对分子品格;

  —液体甲醇的密度,kg/L。

  3.6 中俄东线站场调压阀冰赌防治注醇量计算

  中俄东线分输站场分输用户偏向压降大,节流温降严重,设计及经营过程必需考虑冰堵防治成就。分输入口支线压力12MPa,分输用户进口压力4MPa,设计入站露0℃,输送自然气的水露点为:冬季(10月1日~4月30日)4.0MPa下不高于-20℃;夏季(5月1日~9月30日)4.0MPa下不高于-10℃。但是新投产管线试压后打扫和干燥不彻底,在地位低洼处及形状突变地位难免存在残余水,投产初期,自然气水露点高于设计请求,容易在节流地位发生冰堵。

  中俄东线冰堵防治采纳加热器加热和注剂种措施,分输站场分输压降8MPa,按5℃/MPa的压降,分输过程温降到达40℃,节流中央地位温降更严重。根据研究树立克制剂用量计算公式计算水露点4.0MPa -20℃时,加热器加热温度20℃,计算注剂为0L/h;加热器加热温度15℃,计算注剂为7.5L/h;加热器加热温度10℃,计算注剂为11L/h;加热器加热温度5℃,计算注剂为12L/h;加热器加热温度0℃,计算注剂为12.5L/h。分歧水露点温度,分歧节流地位温度条件下注剂计算结果见图3-1。调压阀冰堵防治注剂计算公式可以或许或许精确计算防止调压阀冰堵的最小注剂,研究效果为中俄东线分输站场冰堵的防治和站场注醇自控体系的开拓供给实践根据。

  图3-1 分歧水露点温度,分歧节流温度条件下注醇量计算结果

  4结论

  基于甲醇对冰堵构成过程的影响,树立甲注入量和运行参数目标相干函数,本得出如下结论:

  (1)自然气水露点度、气流度、入口压力和节流温降是影响调压阀冰堵的发生的重要因素。当入口压力下气流度低于水露点时,容易构成调压阀冰堵。

  (2)调压阀冰堵的判据选用分输过程是否析出液态水合物,当计算凝析水含量大于零时冰堵发生,当计算凝析水含量小于零时未构成冰堵。

  (3)甲醇运动过程中,甲醇赓续挥发,跟着运动距离的增长,液体甲醇的量越来越少,经节流过程,甲醇含量敏捷低落,并对峙在极低的程度。

  (4)注醇是最有用的防治调压阀冰堵的办法,本文树立甲醇注入量和运行参数的相干函数应用于中俄东线工程,可以或许或许有用防止分输站调压阀的冰堵。

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  Ice Blockage Criterion and Prevention of Gas Regulator in China-Russia East Natural Gas Distribution Station

  FU Wei-qing, YOU Ze-guang, WANG Cheng, CHEN Xiao-ning

  China Petroleum Pipeline Engineering Corporation, Langfang 065000, Hebei

  Abstract: China-Russia East Pipeline passes through cold regions, Due to low temperature environment which caused by throttle effect and pipelinenot being complete dried in the operation process, hydrate is vulnerableto dissolve out and clog the regulator.Combine the relationship between temperature and pressure withice blockage,formulaof hydrate precipitation was establishedas forecasting model of ice blockage in the natural gas distribution station.Considering the amount of methanol loss to the liquid water and gas flow,relational functionbetween methanol injection and operational parameters was obtained and verified with the field test methanol injection. It is shown that, dew point, gas flow temperature, inlet pressure and temperature drop are the main factors on the ice blockage problem at natural gas distribution station.Forecasting modelof ice blockageand computational formula of methanol injection prove that results of judgement andprediction is in accordance with actual running status of gas distribution station.The research results provide a reference basia for the development of automatic control system at natural gas distribution stations of China-Russia East Natural Gas Distribution Station.

  Keywords: China-Russia East Pipeline; Gas Regulator; Ice blockage; Calculation of rational methanol injection





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