天然气水化物的形成与防治PPT课件.pptx

天然气水化物的形成与防治 目录 概述天然气水化物的结构水化物的形成条件形成水化物的临界温度水化物对输气生产的影响防止水化物形成的方法和解除水化物堵塞的措施 概述 定义天然气水化物 是一种由水分子和碳氢气体分子组成的结晶状固态简单化合物 概述 形成的主要部位 管道的弯头 孔板 阀门 粗糙的管壁等 气井开井时 一级节流阀有可能出现水合物堵塞现象 生产流程中 降压后垂直的天然气管道内易产生水化物 高压容器的放空阀和安全阀有时可能产生水化物 造成阀门不能复位关闭 天然气内漏 内漏产生的天燃气水化物又冻堵阀门 使阀门在高压状态下不能打开 失去保护功能 清管球发射筒和收球筒内时常带有水化物 冬季所有仪表系统的取压管线 天然气系统 都有水化物存在的可能 直接影响控制系统的功能 天然气水化物的结构 天然气水化物是白色结晶固体 外观类似松散的冰或致密的雪 密度0 88 0 99g cm 天然气水化物是一种笼形晶格包络物 即水分子和氢键结合成笼形晶格 而气体分子则在范德华力作用下 被包围在晶格的笼型空室内 在水化物中 与一个气体分子结合的水分子数不是恒定的 这与气体分子的大小和性质以及晶格中空室被气体分子充满的程度等因素有关 水分子笼 天然气分子 水分子 天然气水合物模型 天然气水化物的结构 研究表明 天然气水化物的结构有 两种 分子量较小的气体如CH4 C2H6 H2S CO2等的水化物形成体心立方晶系 型结构 该结构每个笼有14个面 上下两个面为六角型面 其余为五角型面 每个气体分子周围水合了6 8个水分子 可写成CH4 6H2O C2H6 8H2O H2S 6H2O CO2 6H2O 分子量较大的气体如C3H8 C4H10的水化物形成类似于金刚石的 型结构 该结构每个笼有16个侧面其中4个侧面为六角型 12个为五角形面 每个被水喝的气体分子周围有17个水分子 可写成C3H8 17H2O C4H10 17H2O 戊烷和己烷以上烃类一般不形成水化物 天然气的水化物不是一种化合物 而是一种络合物或称包合物 天然气水化物的结构 水化物的形成条件 主要条件 气体处于水汽的饱和或过饱和状态并存在游离水 有足够高的压力和足够低的温度 次要条件 在具备以上条件时 水化物有时尚不能形成 还必须有一些辅助条件 如压力的波动 气体的高速流动 因流向突变产生的搅动形成紊流 水化物晶体的存在及晶体停留的特定物理位置如弯头 孔板 阀门 粗糙的管壁等 形成水化物临界温度 曾认为甲烷水合物的临界温度是21 5 但经研究表明当压力在33 76Mpa条件下 温度为28 8 时 甲烷水化物仍可存在 而在390Mpa高压下 甲烷水合物形成温度可提高到47 水化物对输气生产的影响 天然气的流通面积减少 形成局部堵塞 其上游的压力增加 流量减少 下游的压力降低 因而影响了气井安全的生产 正常的输气和平稳的为用户供气 同时 水化物若在孔板处形成 会影响计量 以至于使上游天然气压力上升较大 引起事故的发生 造成人员伤害及设备损失 水化物形成堵塞时 下游用户天然气流量会减少 以至于影响用户的生产 危机用户的产品数量和质量 为此 应及时排除 防止水合物形成的方法和解除堵塞的措施 天然气中水汽的含量天然气在地层条件下都饱含着水汽 有时也存在有凝析油 水汽含量取决于压力和温度 气体的组成 在压力不变的情况下 温度越高 水汽含量越多 而温度不变时 压力越高 水汽含量越少 工业上已有多种方法 用来预防和清除管道中的水合物的形成 大致可以分为 物理防治法和化学防治法 物理防治法 干燥法天然气的干燥方法有 液体吸收发脱水 固体吸附法脱水 液体吸收法脱除天然气中的水 是利用甘醇等具有良好的亲水性的液体脱水剂 吸收天然气中的水汽 降低天然气的露点 使之在输送压力条件下 低于输气温度5 10 天然气中的水汽始终处于较低的不饱和状态 水化物就不会形成 液体吸收剂和固体吸收剂 分子筛 在吸收和吸附水后 利用蒸馏或加热等方法 赶出其吸收或吸附的水汽 获得提纯再生 再继续使用 物理防治法 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的水合物的方法之一 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 如图所示 但这一方法不适用于干线输气管道中 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 物理防治法 降压法即在已形成水合物的输气管段 暂时将部分天然气放空 降低输气管道的压力 破坏水合物的形成条件 即相应降低了形成水合物的温度 在水合物的形成温度刚一低于输气管道的气流温度时水合物就立刻开始分解 实验经验表明 在堵塞物的下游端 降低压力对分解堵塞物几乎是无效的 由于气体泄漏引起的焦耳 汤姆森效应 使温度下降很多 以至于阻碍了分解的发生 降压法即在已形成水化物的输气管段 暂时将部分天然气放空 降低输气管道的压力 破坏水化物的形成条件 即相应降低了形成水化物的温度 在水化物的形成温度刚一低于输气管道的气流温度时水合物就立刻开始分解 实验经验表明 在堵塞物的下游端 降低压力对分解堵塞物几乎是无效的 由于气体泄漏引起的焦耳 汤姆森效应 使温度下降很多 以至于阻碍了分解的发生 化学防治法 常用的防冻剂分为有机抑制剂和无机抑制剂两类 有机抑制剂有 甲醇和甘醇类化合物 无机抑制剂有 氯化钠 氯化钙及氯化镁等 向输气管道内注入防冻剂 如甲醇等 让防冻剂大量吸水 降低水化物形成的平衡温度 破坏水化物的形成条件使之生成的水化物分解 从而解除水合物堵塞 注入防冻剂解堵后 管线内