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煤层气采气管道分水器工艺计算

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煤层气 管道 分水 工艺 计算
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0 前言山西沁水盆地煤层气资源量大 ,是我国目前煤层气大规模开发区 ,其地面集输与处理技术代表着国内最高水平 。 沁水盆地煤层气总工艺流程为 :井口产出的煤层气 (离掉游离水后通过采气支线输送至采气干线汇合 ,输往集气站 (在集气站分离游离水并增压 (通过集气管线输往中央处理厂 ,经增压脱水后输往用户[1~3]。 煤层气进处理厂前采用湿气输送 , 处理后为干气输送 。考虑到井口分离器仅脱除了煤层气中的游离水 ,分离器出来的气体饱和含水 ,在管输至集气站的途中由于温度和压力的变化 ,很可能析出冷凝水 。 又由于煤层气井口压力普遍较低 ,不适合采用清管的方式清除输送过程析出的冷凝水[4]。因此 ,考虑在煤层气采气管线上安装分水器 , 利用煤层气的压力将冷凝水排出 ,以达到简化采气工艺 、降低投资成本的目的 。1 煤层气饱和含水量计算在一定组成 、温度和压力条件下 ,煤层气与液体水达到相平衡时 ,气相中的含水量即为煤层气的饱和含水量 。 煤层气的饱和含水量主要取决于其温度和压力 ,温度越高饱和含水量越高 ,压力越高饱和含水量越低 。 煤层气在管道中流动 ,随着温度 、压力变化 ,其饱和含水量也发生着变化 ,见图 1。在输气管道的前段( ),压力下降不大 ,而温度急剧下降 ,饱和含水量也随之下降 。 在输气管道的前段 ( ),温度平稳降至管道周围环境介质温度 ,压力则急剧下降 ,饱和含水量反而逐渐上升 。 c 点为输气管道沿线气体饱和水含量最低的点 ,也是全线凝析水析出终止点 ,之后管线内不会再有液态水析出[5]。煤层气采气管道分水器工艺计算王 磊1唐红伟1于 强2任 海 海西 817500 海 海西 海 海西 816400 京 100028摘要 :煤层气井口分离器出来的气体含饱和水 ,在管输至集气站的途中由于温度和压力的变化 ,很可能析出冷凝水 。 为防止发生采气管道内形成水合物以及腐蚀等 ,有必要在积水段设置分水器 。 根据煤层气采气管道的设计参数 , 使用工艺流程软件模拟计算得到采气管道沿线的温度 、 压力分布情况 ,利用煤层气含水量的经验公式计算得到采气管道沿线的饱和含水量 。 以山西沁水盆地某煤层气采气管道为例 ,计算确定了其分水器布局方案 ,并在此基础上计算分水器的个数 、排放周期 、有效容积等工艺参数 。 因此 ,该方法可用于煤层气采气管道分水器的工艺计算 。关键词 :采气管道 ;煤层气 ;分水器 ;计算文献标识码 :1006012)012011王 磊 (1984-),男 ,四川广安人 ,助理工程师 ,学士 ,2008年毕业于西南石油大学油气储运专业 ,现在青海油田采油二厂昆北联合站从事管理工作 。第 30 卷 第 1 期油气储运气与石油 2 月煤层气的含水量可以通过室内实验 、图法以及经验公式法获得 。 算图法查值的误差较大 , 经验公式法大多适用于系统压力在 2~8 而煤层气井口压力较低 ( 因此 ,推荐采用诸林等人[6]提出的基于算图的经验公式计算煤层气饱和含水量 , 该公式对煤层气压力适用范围广 ,见式 (1): (1)式中 煤层气含水量 ,g/——系统压力 ,t——系统温度 ,℃;A,B——与温度有关的系数 。A=a0+)B=b0+)测得煤层气系统温度 t 后 ,使用式 (2)、式 (3)计算式 (1)中与温度有关的系数 A 和系数 B,计算所需的系数 ai、。计算出系数 A 和系数 B 后 ,联合煤层气系统压力 P 使用式 (1)计算出煤层气饱和含水量 。2 采气管道沿线凝析水量计算推荐使用工艺流程软件 (如 计算煤层气管道的压力和温度分布情况 ,再根据煤层气饱和含水量的计算式 (1),得出采气管道沿线凝析水量计算式 (4):ΔW=( (4)式中 ΔW——管道析出水量 ,g/h;管线起点煤层气饱和含水量 ,g/Z——管线终点煤层气饱和含水量 ,g/——煤层气体积流量 ,m3/h。根据计算管道起点和终点的饱和含水量的不同 ,煤层气采气管道沿线析出水量也不同 ,可能存在的情况如下 :a)当 终时 ,有液态凝析水析出 ,按照式 (4)计算 ,见图 1 中的 ;b)当 终时 ,无液态凝析水析出 ,见图 1 中的 c 点 (凝析水析出终止点 );c)当 终时 ,无液态凝析水析出 ,见图 1 中的 。3 分水器布局方案按照以下步骤确定煤层气采气管道沿线分水器的布局方案 :a)根据煤层气采气管道的设计参数 ,使用工艺流程软件模拟计算得到采气管道沿线的温度 、 压力值 ,然后绘制采气管道的高程图 、温降曲线 、压降曲线 ;b)根据软件模拟得到的煤层气采气管道沿线温度 、压力值 ,由式 (1)计算得到采气管道沿线的饱和含水量情况 ,绘制沿线煤层气含水量变化曲线 ;c)确定分水器的个数 ,计算式如下 :N=)式中 N——分水器个数 ;ΔW——管道沿线凝析水量 ,g/h;T——排放周期 (一般大于 7 d),h;ρ——水的密度 ,g/——分水器的有效容积 ,m3;k——考虑析水量变化和排放周期延误的备用系数 ,取 1.2;d)煤层气采气管道长度一般较小 (<5 在管线高差很小 (<200 m)的情况下 ,推荐在煤层气含水量变化曲线图中的 c 点对应的管道位置处设置 1 个分水器 。 在管线高差较大 (≥200 m)时 ,除寻找 c 点位置图 1 煤层气输送管道沿线含水量变化原理图系数 数 5 8×02 8×6×3×2×6×1×2×5×0×6×4×9×2×10 计算系数18外 ,还要考虑地形条件的影响 ,在全线高差较大的低洼处增加一些分水器 。4 计算实例山西沁水盆地煤层气组成 (干基 ) 见表 2, 进入气管道的煤层气是含水饱和气 , 温度为20℃,压力为 200 量为 3 000 m3/d。 采气管道材质为 ,长度为 2 内壁粗糙度取 保温埋地 (埋深 1 m)输送煤层气 ,土壤温度取 5℃。层气采气管道 拟流程见图 2。使用 件模拟计算绘制煤层气采气管线的温降曲线 、压降曲线 ,并使用式 (1)计算绘制沿线饱和含水量曲线 ,气管道工艺参数计算结果见图 3。 由图 3 可知 ,采气管线 1 250 m 处为全线最低点 ,1 400 m 处为全线凝析水析出终止点 。 因此 ,可在采气管线 1 250 m 处设置 1 个分水器 , 分水器的排放周期与有效容积计算结果见表 3。5 结 论a)采气管道中的煤层气饱和含水 ,在管输至集气站的途中由于其温度和压力的变化 ,很可能析出冷凝水 。 推荐在煤层气采气管线上安装分水器 ,利用煤层(下转第 40 页 )表 3 分水器的排放周期与有效容积计算结果排放周期 /d 有效容积 /d 有效容积 /0 0 0 0 卷 第 1 期油气储运气与石油 2 月增压泵的性能要求 。 否则易引起汽蚀 ,通常设贫液增压泵补充能量 ,设增压泵可提高贫液在板式换热器和贫液空冷器中的流速 ,提高总传热系数 ,可减小冷换设备尺寸 。 贫液增压泵不宜设在板式换热器之前 ,因该处温度较高 ,为贫液泡点 ,易汽蚀 。液循环泵a)根据脱硫脱碳装置物料平衡计算的贫液循环量和水力计算所得的扬程 ,考虑一定的富裕量后可作为选泵时的基本参数 ;b)贫液循环泵宜选用离心泵 ,泵体和过流关键部件应选用 “耐中等硫腐蚀 ”的材料 ,应选用机械密封降低溶剂损耗 ;c)若天然气处理厂内有 力蒸汽系统时 ,宜选用背压式汽轮机作贫液循环泵的原动机 ,背压蒸汽可供再生塔重沸器加热使用 ,以便节能 。 对贫液循环量很大和扬程很高的装置 ,如土库曼A 区第一天然气处理厂 , 为了回收富液的部分压力能 ,降低电耗 ,选用水力透平泵是合理的 。 在工艺设计时 ,无论选用背压式汽轮机或水力透平泵 ,备用的贫液循环泵皆由电动机驱动 ;d)贫液循环泵安装的理想位置是在贫液空冷器之后 。 若设在贫液板式换热器与空冷器之间 ,势必提高贫液空冷器的压力 ,增加设备投资 。8 结束语在总结国内外近五十年的生产操作经验基础上 ,应十分重视提高工艺设计水平 ,为打造中国石油海外战略品牌 ,提升中国石油在海外整装气田开发中的形象 ,使之与其他国际石油天然气工程公司在全球同类气田开发设计中具较强的竞争力 。参考文献 :[1] 王 澎 . 天然气处理设备的腐蚀及相应对策 [J]. 天然气与石油 ,2010,28(2):342] 关昌伦 . 脱硫装置工艺设计要点 [J]1995,15(3):683] Z]0 4] 钟大银 ,李 虹 ,孙 刚 . 式过滤器在天然气脱硫装置的运用 [J]. 石油与天然气化工 ,2000,29(3):1285] 姜 云 . 对天然气净化厂 全防护问题的思考 [J]. 石油与天然气化工 ,2005,34(1):70!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(上接第 19 页 )气的压力将冷凝水排出 ;b)推荐使用工艺流程软件 (如 拟计算得到采气管道沿线的温度 、压力分布情况 ,再将得到的温度 、压力值代入诸林等人提出的基于算图的经验公式计算得到采气管道沿线的饱和含水量 ;c)通过绘制煤层气采气管线的高程图 、压降 、温降曲线 、含水量曲线 ,确定分水器布局方案 ,可以在此基础上计算分水器的个数 、排放周期 、有效容积等工艺参数 。参考文献 :[1] 李士富 ,王曰燕 ,王 勇 . 山西沁水煤层气液化 件计算模型 [J]. 天然气与石油 ,2010,28(4):222] 王红霞 ,刘 祎 ,王登海 ,等 . 沁水盆地煤层气地面工艺技术[J]. 天然气工业 ,2008,28(3):1093] 梁裕如 ,张书勤 . 气田采气管线天然气水合物生成条件预测[J]. 天然气与石油 ,2011,29(3):14] 秦万成 ,陈仕林 . 沁南煤层气田地面工程建设 (2008 年煤层气学术研讨会论文集 )[C]地质出版社 ,5] 姚光镇 . 输气管道设计与管理 [M]. 山东 :石油大学出版社 ,1989. 246] 诸 林 ,白 剑 ,王治红 . 天然气含水量的公式化计算方法[J]. 天然气工业 ,2003,23(3):30 1 2012in is in o., 610017,u 100101, 012, 30( 1): 14~16817500, u 816400, 816400, o., 650011, 2012, 30( 1): 17~19in to in it is by to In it is a in 610017, 2012, 30( 1): 20~22sour
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