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中俄东线分输站场调压阀冰堵判据与防治

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  傅伟庆 尤泽广 王成 陈小宁

  中国石油管道局工程有限公司,河北廊坊 0640000

  摘要:中俄东线火山玻璃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,节流效应造成调压阀内流体温度骤降,加之新投产管线内输送火山玻璃气干燥不彻底,容易造成分输站场调压阀处冰堵。研究确定分输过程不是蒸发掉液态水合物作为冰堵时要居于的判据,得出了分输过程调压阀冰堵形成的压力、温度和火山玻璃气组分警戒值;考虑损失到凝析液和气流中的工业甲醇量,建立工业甲醇注入量和运行参数量的关系函数;模拟站场分输注醇过程,分析注醇过程流场变化规律。结果表明:火山玻璃气水露点温度、气流温度、入口压力和节流温降是影响调压阀冰堵居于的主要因素,考虑各因素建立的分输过程蒸发掉液态水合物判断公式可不可以 准确预判调压阀冰堵的居于,调压阀冰堵防治注醇量计算公式可不可以 准确计算处置调压阀冰堵的最小注醇量,研究成果为中俄东线分输站场冰堵的防治以及站场注醇自控系统的开发提供理论方法。

  关键词:中俄东线;调压阀;冰堵;注醇量计算

  1 难题分析

  火山玻璃气分输站场是火山玻璃气管道输送系统的重要组成主次,站场设备是输气生产正常进行的保障。根据火山玻璃气能源的特点,火山玻璃气输送的主要形式为长输管线,管道运输过程中,通常采用提高固体压力的方法降低输送成本[1]。主管道的高压力火山玻璃气在经分输站进入相对低压管道时,减压阀处不可能 摩擦耗能产生较大的节流压降和温降[2]。中俄东线火山玻璃气管道起于黑龙江省黑河市中俄边境,管道沿途经过的黑龙江省、吉林省、辽宁省均居于我国东北寒冷地区,最冷月平均气温约-14℃~-24℃,极端最低温-48.1℃。减压阀分输过程中,火山玻璃气流经节流部位时,不可能 流通面积骤减,流通受阻,产生强烈的涡流。一同不可能 节流效应温度降低,压力波动严重,火山玻璃气水合物极易在节流通道内蒸发掉凝结,引起减压阀及其上下游管道形成较严重的冰堵。

  冰堵严重影响了站场输气生产工作的正常进行,对调压阀危害巨大,一是堵塞阀体,造成停输,直接影响到下游民用、商业和工业用气;二是冰堵降温会加速易损件的损坏,诸如调节膜片和密封垫件[3];三是解冻后冰块未蒸发掉,在二次开阀分输时,会在压力的作用下在弯头处撞击管道不可能 设备,有不可能 造成管道、设备的位移,给管道、设备埋下了安全隐患[4]。

  为处置分输站调压阀冰堵,现场人员多根据经验来确定冰堵的居于,冰堵居于的表现形式主要有有并不是,冰堵造成阀套卡堵不可能 是阀笼开度不断增大。现场工作人员判断节流温降时要造成调压阀冰堵的经验判据为:

  1.冰堵造成阀套卡死,调压阀开度保持恒定,出站压力和燃气流量持续下降。

  2.冰堵居于造成阀笼节流孔有效节流通道面积减小,出站压力下降;为了保持出口压力恒定,调压阀自控系统会增大阀笼开度,保证有效开度保持一定,出站压力恢复正常值,冰堵会造成阀笼开度持续上升。

  冰堵居于经验判据具有滞后性,当造成阀套卡堵或开度增大时冰堵不可能 形成,通过注入工业甲醇的方法解堵效果并非好,现场多采用切换支路放空解冻的方法处置冰堵。注入工业甲醇可不可以 降低水合物蒸发掉的形成露点,怎么让 注醇对不可能 形成的冰堵效果有限。建立准确的冰堵临界值关系式,在冰堵将要居于时现在结束了了注醇,处置冰屑主次造成调压阀冰堵意义重大。

  2 调压阀分输注醇流场分析

  注醇橇应用于火山玻璃气管道分输站冬季冰堵防治,具有设备简单、制造安装周期短、对正常的运行影响小、取得的防冻效果较好等特点。适用于突发性的非正常工况和临时性的改造工程。

  调压阀分输注醇流场分析,建立火山玻璃气分输调压流体模型,模拟获得不同注醇流速下分输调压过程流体压力、温度、流速以及组分变化规律,分析调压阀冰堵形成机理,为工业甲醇注入量和管线运行参数值的函数关系的建立提供方法。

  研究建立火山玻璃气分输调压流体模型,计算不同注醇流速下工业甲醇含量的变化具体情况,分析关键位置的工业甲醇分布。僵化 调压阀模型如图2-1所示,节流位置节流孔模型如图2-2所示。确定分析注醇流量分别为10L/h、25L/h、400L/h。

  图2-1 调压阀模型

图2-2 节流孔模型

  为了看清不同节流孔位置的工业甲醇分布规律,在每一层节流孔位置取一截面,通过各截面工业甲醇分布分析节流孔的工业甲醇量分布规律。各节流孔截面位置工业甲醇质量分数云图见图2-3。

 

 图2-3注醇过程各节流孔位置工业甲醇质量分数示意云图

  调压阀通过控制阀体的开度调节下游火山玻璃气的流量和压力。减压阀阀体社会形态较为僵化 ,冰堵多居于在节流温降最严重的位置,气流首先由入口通道进入到节流阀内控 ,通过阀笼上均匀分布的节流孔流到内控 的环形空间,居于节流制冷与组分的凝结;凝结液滴在环形空间内形成较大尺寸的液滴。注醇可不可以 降低水露点温度,节流位置工业甲醇质量分数对解堵效果至关重要。图2-4为注醇过程工业甲醇质量分数变化曲线。工业甲醇流动过程中,工业甲醇不断蒸发掉掉,随着流动距离的增加,固体工业甲醇的量如此少,注醇流速10L/h时,节流孔五个截面最高工业甲醇质量分数分别为1.46%、0.91%、0.37%、0.34%、0.31%,经节流过程,工业甲醇含量更慢降低,并保持在极低的水平。距离出口越近的位置工业甲醇质量分数越低,出口工业甲醇质量分数最高值为0.09%。注醇流速25L/h时,节流孔五个截面最高工业甲醇质量分数分别为3.35%、3.15%、2.29%、0.93%、0.84%,出口工业甲醇质量分数最高值为0.09%。注醇流速400L/h时,节流孔五个截面最高工业甲醇质量分数分别为4.61%、3.89%、2.21%、1.55%、1.44%,经节流过程,工业甲醇含量更慢降低,并保持在极低的水平。距离出口越近的位置工业甲醇质量分数越低,出口工业甲醇质量分数最高值为0.43%。

  (a)注醇流速10L/h

(b)注醇流速25L/h

 

 (c)注醇流速400L/h

  图2-4注醇过程不同径向截面工业甲醇质量分数

  3 抑制剂用量的确定

  处置分输过程火山玻璃气水合物蒸发掉的最经济有效的方法为向运行管线内加带抑制剂,火山玻璃气分输站场防治冰堵应用最广泛的抑制剂为工业甲醇。抑制剂进入到管线后分为二主次,一主次蒸发掉到气流中的液态凝析水中,形成抑制剂与水的混合液;另一主次损失到气流携带气态水和火山玻璃气气流中[7,8]。

  管线内抑制剂水溶液中抑制剂的质量浓度与水合物露点的温降之间居于函数关系式,利用Hammerschmidt方程时要算出水合物露点降低Δt所需最小抑制剂浓度。

               (1)

  式中—气流中蒸发掉到液态凝析水中所形成混合液中抑制剂的浓度,%;

  ΔT—水合物露点的温降,K;

  —工业甲醇的相对分子质量;

  K—抑制剂工业甲醇常数,取值1295;

  3.1 凝析水含量计算

  凝析水含量值为有并不是具体情况下饱和含水量的差值,初始具体情况为入口压力与水露点温度,现在结束了了具体情况为出口压力与出口温度,分输过程凝析水含量为:

        (2)

  式中—火山玻璃气中蒸发掉的液态凝析水的质量,g;

  —一定具体情况下饱和含水量;

  Q—火山玻璃气流量,;

  —火山玻璃气入站压力,MPa;

  T—水合物蒸发掉温度值,℃;

  —火山玻璃气出站压力,MPa;

  t—火山玻璃气出站温度,℃;

  公式计算确定宁英男公式。

  3.2 工业甲醇在气流携带气态水的摩尔分数

  为处置水合物蒸发掉,与火山玻璃气中气态水形成抑制剂与水的混合物中抑制剂量为n1:

        (3)

        (4)

  式中 —抑制剂与水的混合液中抑制剂的量,mol;

        (5)

  式中x醇—工业甲醇的物质的量分数,%;

  由式(4)与式(5)可得x醇:

        (6)

  3.3 工业甲醇在固体中的损失系数

  损失到气流中抑制剂的损失系数:

        (7)

  式中—损失到气流中抑制剂的损失系数;

  T—火山玻璃气的温度,K。

        (8)

  式中n气—长输管线内单位时间流动火山玻璃气摩尔量,mol;

  —损失到火山玻璃气气流中抑制剂工业甲醇物质的量,mol。

  3.4 凝析液中抑制剂蒸发掉度系数

  在液态凝析水中抑制剂工业甲醇蒸发掉度系数:

        (9)

  式中—火山玻璃气水合物凝析液中抑制剂蒸发掉度系数;

        (10)

  式中 n凝—气流中液态凝析水含量,mol;

  —损失到凝析液中抑制剂工业甲醇量,mo1。

  3.5 工业甲醇注入量计算公式

  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损失的工业甲醇量

        (12)

  注入管线中工业甲醇的量分为损失到凝析液与气相中量和工业甲醇水混合液中工业甲醇量,实际时要注入到管线内的工业甲醇的量为[9,10]:

        (13)

        (14)

  工业甲醇流量为:

      (15)

  式中 q—工业甲醇流量,L/H;

  —工业甲醇的相对分子质量;

  —固体工业甲醇的密度,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方向压降大,节流温降严重,设计及运营过程时要考虑冰堵防治难题。分输入口干线压力12MPa,分输用户出口压力4MPa,设计入站温度0℃,输送火山玻璃气的水露点为:冬季(10月1日~4月400日)4.0MPa下不高于-20℃;夏季(5月1日~9月400日)4.0MPa下不高于-10℃。怎么让 新投产管线试压后清扫和干燥不彻底,在位置低洼处及社会形态突变位置难免居于残余水,投产初期,火山玻璃气水露点高于设计要求,容易在节流位置产生冰堵。

  中俄东线冰堵防治采用加热器加热和注醇有并不是方法,分输站场分输压降8MPa,按5℃/MPa的压降,分输过程温降达到40℃,节流中心位置温降更严重。根据研究建立抑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℃,计算注醇量为0L/h;加热器加热温度15℃,计算注醇量为7.5L/h;加热器加热温度10℃,计算注醇量为11L/h;加热器加热温度5℃,计算注醇量为12L/h;加热器加热温度0℃,计算注醇量为12.5L/h。不同水露点温度,不同节流位置温度条件下注醇量计算结果见图3-1。调压阀冰堵防治注醇量计算公式可不可以 准确计算处置调压阀冰堵的最小注醇量,研究成果为中俄东线分输站场冰堵的防治以及站场注醇自控系统的开发提供理论方法。

  图3-1 不同水露点温度,不同节流温度条件下注醇量计算结果

  4结论

  基于工业甲醇对冰堵形成过程的影响,建立工业甲醇注入量和运行参数量的关系函数,本得出如下结论:

  (1)火山玻璃气水露点温度、气流温度、入口压力和节流温降是影响调压阀冰堵的居于的主要因素。当入口压力下气流温度低于水露点时,容易造成调压阀冰堵。

  (2)调压阀冰堵的判据确定分输过程不是蒸发掉液态水合物,当计算凝析水含量大于零时冰堵居于,当计算凝析水含量小于零时未造成冰堵。

  (3)工业甲醇流动过程中,工业甲醇不断蒸发掉掉,随着流动距离的增加,固体工业甲醇的量如此少,经节流过程,工业甲醇含量更慢降低,并保持在极低的水平。

  (4)注醇是最有效的防治调压阀冰堵的方法,本文建立工业甲醇注入量和运行参数的关系函数应用于中俄东线工程,可不可以 有效处置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 0640000, 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