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1、中国石油大学(华东)现代远程教育毕业设计(论文)题 目： 西气东输二线西段天然气水合 物生成与防止研究中国石油大学（华东）现代远程教育毕业设计（论文）任务书1设计(论文)题目： 西气东输二线西段天然气水合物生成与防止研究 2学生完成设计(论文)期限： 2012 年 10 月 18 日至 2013 年 2 月 5 日3设计(论文)课题要求： 阐述水合物的基本知识，包括概念、危害、结构、生成条件等；根据西气东输二线的基本参数进行工艺计算，与水合物生成曲线进行对比分析；根据分析结果给出防止水合物生成的多种合理的措施；最后的相应的结论。 4实验（上机、调研）部分要求内容： 调研水合物的基本知识，熟悉水
2、合物生成条件；调研西气东输二线西段的基本运行参数。 5文献查阅要求：尽量广泛阅读文献，但参考文献不宜过多，在广泛阅读的基础上参考高质量的文献。在参考文献中只列阅读过、在正文中被引用过的中外文献资料。 6发 出 日 期： 2012 年 10 月 18 日7学员完成日期： 2013 年 1 月 12 日指导教师签名： 魏红宾 学 生 签 名： 焦燕丽 注：此页由高校组织指导教师填写，请学生交稿时务必保留摘 要天然气水合物是在石油及天然气开采、加工和运输过程中在一定温度和压力下天然气中的某些组分与液态水形成的冰雪状复合物,严重时,这些水合物能堵塞井筒、管线、阀门和设备,从而影响天然气的开采、集输和加
3、工的正常运转。西气东输二线管道西段在投产和运行过程中多次在分输调压设备上出现冻堵现象，对管道的生产运行造成了极大的影响。因此,预测天然气水合物的生成条件并采取合理措施防止水合物生成,对天然气工业具有重要的现实意义。关键词：西气东输，二线，水合物，生成与防止目 录第1章 前 言1第2章 水合物的基本知识22.1 水合物的概念22.2 水合物的危害22.3 水合物的晶体结构22.4 水合物产生的条件2第3章 西气东输二线西段重要站场相关数据计算43.1 工艺参数计算43.2 水合物生成温度计算15第4章 西二线西段的水合物防止措施284.1 脱水284.2 降压284.3 加热304.4 加入抑制
4、剂32第5章 结束语38参考文献39致 谢40第1章 前 言西气东输二线管道西段在投产和运行过程中多次在分输调压设备上出现冻堵现象，对管道的生产运行造成了极大的影响。在管道清管过程中同样出现了管道内水合物在管道内堵塞清管器的事件，通过对调压及计量设备拆卸和收球产物分析，确认冰堵均为水合物造成。为避免或减少水合物的发生，分析管道水合物形成规律，特别是掌握在役管道中水合物形成的区域，根据管道沿线水露点变化趋势分析管道沿线气质含水量变化情况，充分利用天然气管网的调配优势来控制水合物生成区的形成，保证生产安全运行，是本课题研究的内容。水合物是威胁输气管道安全运行的主要因素之一。在天然气的输送过程中,在
5、一定的温度、压力等条件下，天然气中的饱和水可能在管道和站场装置中冷凝、积累到一定条件下而生成水合物。而地形起伏导致凹处管线积液、形成局部节流等扰动，加剧了天然气水合物的形成。水合物的形成不仅可能导致管线堵塞，也可造成分离设备和仪表的堵塞，因此在天然气输送过程中，对水合物生成温度和压力范围的预测、管线中水合物生成位置的确定以及水合物防治的研究具有重要的意义。为了解决西二线西段天然气管道运行的实际问题，并给调度人员提供一个有效的运行调整辅助决策和合理的运行方案，以此来减少水合物在天然气管道中生成机率，从而保证管道安全、平稳、高效运行，因此西二线西段水合物生成与防止研究具有重要的意义。第2章 水合物
6、的基本知识2.1 水合物的概念天然气水合物(Natural gas hydrates)是在一定的压力与温度条件下，天然气中的水与甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、氮气、二氧化碳以及硫化氢等分子在一定的温度和压力条件下所形成的笼形结晶状化合物，外观形似松散的冰或致密的雪白色结晶体。由于天然气水合物的生成易造成井筒、输气管线的堵塞，因而会影响气田的正常生产。2.2 水合物的危害天然气水合物不仅可能导致管道堵塞，也可造成分离设备和仪表的堵塞，水合物分解产生释放的大量天然气还可能引起管道爆裂，因此天然气输送过程中水合物的产生与预防是很重要的问题。为确保输气管道安全经济运行，如何消除和防治管道水合物生成
7、已引起科研人员和有关部门的重视，并已成为天然气传输中亟待解决的关键技术问题。2.3 水合物的晶体结构天然气水合物中水分子借助氢键形成主体结晶网格，网格中的孔穴内充满气体分子(客体分子)，而孔穴填充程度则取决于体系的温度、压力和过冷度。这种结晶体在无气体分子存在时不能稳定存在，只有通过被包络的气体分子与水分子的相互作用，才可生成稳定的水合物结构。它的密度为088090g/cm，其分子通式为MnH：0，式中M代表生成水合物的气体分子，n代表生成水合物的水分子数。当其中甲烷含量超过气体总量的999时称为甲烷水合物。在自然界如永久冻土层和海底存在的甲烷水合物，外观似冰，遇火可以燃烧，俗称“可燃冰”。在
8、标准状况下，1m的天然气水合物可以储存150180 m的天然气。迄今发现的气体水合物按照水分子构成的多面体的不同，分为I型、II型、H型3种结构。I型水合物为12面体和14面体，属立方晶体结构，能容纳甲烷、乙烷及二氧化碳、硫化氢、氮气等小分子；II型水合物为12面体和16面体，属菱形晶体结构，除了能包含I型中的小分子外，还可容纳部分丙烷和异丁烷；H型为12面体和20面体，属六方晶体结构，可容纳较大的异戊烷分子。3种类型相比较而言，II型和H型更稳定，而I型在自然界分布更广泛。2.4 水合物产生的条件井流物中含有地层水、杂质等物质，并沿内壁不光滑的油管流动，因此，具备形成水合物所必需的气体分子和
9、液态水条件，一旦压力、温度条件满足，便会形成水合物。影响天然气水合物形成的因素很多，概括起来可分为：(1)天然气的温度等于或低于水的露点，有游离水或液态水存在，均可形成水合物；(2)在一定的压力和气体组成下，其温度低于对应的相平衡温度，水便容易形成亚稳态的晶格框架；(3)操作压力高，使形成水合物的温度上升；(4)气流速度很高，或者在通过管道或设备时搅动很厉害；(5)压力发生明显波动或流向突变产生搅动，气体分子容易进入晶格空腔中；（6）存在水合物晶种；（7） 天然气中存在易形成水合物的硫化氢和二氧化碳。第3章 西气东输二线西段重要站场相关数据计算基于西二线西段实际生产数据，采用西气东输已开发的水
10、合物计算软件，计算西二线西段在不同季节的水合物生成温度，绘制水合物生成曲线。对比常用的水合物防止措施，给出西二线西段防止水合物生成的方法。3.1 工艺参数计算西二线西段各站间的压力、温度分布采用西二线水合物预测跟踪计算软件。计算结果如表3-13-8所示。表3-1 西二线西段春季（2011.3.15）生产数据站场流量（104Nm3/d）压力（MPa）温度（）压力计算值（MPa）温度计算值（）霍尔果斯首站进站8637.626.2-出站8637.495.4-精河分输压气站进站8637.588.77.5628.72出站8637.568.3-乌苏压气站进站8637.426.07.3925.99出站863
11、7.415.6-奎屯分输站进站8637.385.37.4075.27出站8637.385.3-玛纳斯分输压气站进站8637.346.37.3186.29出站8637.335.9-昌吉分输站进站8637.24-7.2474.91出站7537.24-乌鲁木齐分输压气站进站7536.922.86.9192.77出站7536.782.2-吐鲁番分输联络站进站7537.08-7.0882.67出站7537.08-鄯善压气站进站7537.0610.37.03010.27出站7537.059.3-哈密压气站进站7536.9710.76.97210.80出站7536.959.7-哈密分输站进站7537.0-6
12、.9819.12出站7537.0-烟墩压气站进站7536.969.36.9599.25出站7536.947.9-红柳联络压气站进站7536.374.36.3674.35出站7536.333.4-瓜州压气站进站7536.406.96.4026.94出站7536.406.9-嘉峪关分输压气站进站7536.196.06.2245.97出站7536.175.3-张掖分输压气站进站7536.205.56.205.50出站7536.184.8-永昌压气站进站7535.743.75.7323.73出站7535.732.9-武威分输站进站753-5.9993.13出站753-古浪压气站进站7535.886.4
13、5.8886.40出站7535.875.7-中卫联络站进站7536.129.56.1049.50出站7536.129.5-平均误差0.0130.029表3-2 西二线西段春季（2012.3.9）生产数据站场流量（104Nm3/d）压力（MPa）温度（）压力计算值（MPa）温度计算值（）霍尔果斯首站进站40866.143.2-出站40869.8637.3-精河分输压气站进站40869.0116.39.02516.29出站40868.9415.9-乌苏压气站进站40867.996.77.9696.68出站40867.996.7-奎屯分输站进站40867.594.77.6344.55出站40867.
14、594.7-玛纳斯分输压气站进站40866.963.86.9463.75出站40869.8538.4-昌吉分输站进站40869.4316.39.43116.42出站37259.4216.2-乌鲁木齐分输压气站进站37258.817.38.8097.21出站37258.817.3-吐鲁番分输联络站进站3725-8.7548.91出站3725-鄯善压气站进站37258.546.88.4026.8出站37258.546.8-哈密压气站进站37257.906.87.8456.92出站37257.906.8-哈密分输站进站3725-7.5156.67出站3725-烟墩压气站进站37257.367.57.
15、2527.71出站37257.367.5-红柳联络压气站进站37256.281.26.2321.41出站37258.6821.9-瓜州压气站进站37258.2814.28.28414.19出站37258.2213.8-嘉峪关分输压气站进站37257.486.37.4226.22出站37257.486.3-张掖分输压气站进站37256.924.06.8274.01出站372510.4133.8-永昌压气站进站37259.237.89.2977.77出站37259.177.6-武威分输站进站3725-9.3267.91出站3725-古浪压气站进站37258.874.78.8384.60出站3725
16、8.874.7-中卫联络站进站37258.857.28.8387.18出站37258.314.7-平均误差0.0440.076表3-3 西二线西段夏季（2011.5.6）生产数据站场流量（104Nm3/d）压力（MPa）温度（）压力计算值（MPa）温度计算值（）霍尔果斯首站进站10537.5810.5-出站10537.5510.3-精河分输压气站进站10537.6011.17.59111.16出站10537.5710.9-乌苏压气站进站10537.417.77.3887.69出站10537.417.7-奎屯分输站进站10537.407.67.3987.79出站10537.407.6-玛纳斯分输
17、压气站进站10537.317.57.3197.37出站10537.317.5-昌吉分输站进站10537.216.07.2176.04出站9717.206.0-乌鲁木齐分输压气站进站9716.895.66.8785.7出站9716.875.7-吐鲁番分输联络站进站971-7.1595.83出站971-鄯善压气站进站9717.1212.77.09812.66出站9717.1212.8-哈密压气站进站9717.0012.17.00712.1出站9716.9812.4-哈密分输站进站971-6.99412.15出站971-烟墩压气站进站9716.9711.26.94311.23出站9716.9711.
18、2-红柳联络压气站进站9716.366.76.3876.65出站9716.336.6-瓜州压气站进站9716.438.36.3948.26出站9716.438.3-嘉峪关分输压气站进站9716.2612.06.23912.02出站9716.2612.3-张掖分输压气站进站9716.308.36.2718.29出站9716.287.9-永昌压气站进站9715.843.85.8113.76出站9715.843.9-武威分输站进站971-6.0993.18出站971-古浪压气站进站9715.967.25.9727.29出站9715.957.4-中卫联络站进站9716.2111.46.16911.41
19、出站9716.2111.4-平均误差0.0190.053表3-4 西二线西段夏季（2011.5.15）生产数据站场流量（104Nm3/d）压力（MPa）温度（）压力计算值（MPa）温度计算值（）霍尔果斯首站进站10657.5811.3-出站10657.5411.1-精河分输压气站进站10657.5912.27.57612.17出站10657.5511.9-乌苏压气站进站10657.399.17.3559.08出站10657.388.9-奎屯分输站进站10657.378.97.3668.88出站10657.378.9-玛纳斯分输压气站进站10657.308.77.2908.68出站10657.2
20、98.6-昌吉分输站进站10657.19-7.1977.85出站9817.19-乌鲁木齐分输压气站进站9816.876.86.8676.78出站9816.866.8-吐鲁番分输联络站进站9817.16-7.1446.83出站9817.16-鄯善压气站进站9817.1013.47.09713.36出站9817.0913.1-哈密压气站进站9816.9912.76.97812.80出站9816.9712.6-哈密分输站进站9817.00-6.98212.15出站9817.00-烟墩压气站进站9816.9611.86.94911.77出站9816.9611.8-红柳联络压气站进站9816.357.4
21、6.3707.35出站7426.317.2-瓜州压气站进站7426.418.96.3818.94出站7426.418.9-嘉峪关分输压气站进站7426.249.66.2379.56出站7426.239.6-张掖分输压气站进站7426.279.36.2609.30出站7426.259.1-永昌压气站进站7425.814.35.804.30出站7425.814.6-武威分输站进站742-6.0815.13出站742-古浪压气站进站7425.937.95.9707.90出站7425.928.2-中卫联络站进站7426.1714.16.15014.09出站7426.1714.0-平均误差0.0140.
22、028表3-5 西二线西段秋季（2011.9.10）生产数据站场流量（104Nm3/d）压力（MPa）温度（）压力计算值（MPa）温度计算值（）霍尔果斯首站进站12965.4618.1-出站12968.1039.3-精河分输压气站进站12968.1520.58.10920.46出站12968.1120.4-乌苏压气站进站12967.9418.77.89618.68出站12967.9418.6-奎屯分输站进站12967.9418.77.91818.70出站12967.9418.7-玛纳斯分输压气站进站12967.8417.87.83717.77出站12967.8417.8-昌吉分输站进站1296
23、7.73-7.73216.79出站12267.73-乌鲁木齐分输压气站进站12267.4115.97.38515.89出站12267.3815.9-吐鲁番分输联络站进站12267.62-7.64815.96出站12267.62-鄯善压气站进站12267.6422.27.53922.14出站12267.6322.1-哈密压气站进站12267.5320.87.49720.81出站12267.5120.8-哈密分输站进站12267.58-7.50520.17出站12267.55-烟墩压气站进站12267.5120.17.49120.08出站12267.4819.6-红柳联络压气站进站12266.90
24、15.96.85815.85出站9156.8815.8-瓜州压气站进站9157.0116.36.94916.26出站9156.9915.8-嘉峪关分输压气站进站9156.8418.16.80318.11出站9156.8417.5-张掖分输压气站进站9156.9118.16.86618.11出站9156.9016.4-永昌压气站进站9156.4611.16.41311.06出站9156.4410.8-武威分输站进站915-6.72511.17出站915-古浪压气站进站9156.6514.36.6014.30出站9156.6514.1-中卫联络站进站9156.9518.56.90618.49出站9
25、156.9518.6-平均误差0.0390.023表3-6 西二线西段秋季（2011.10.11）生产数据站场流量（104Nm3/d）压力（MPa）温度（）压力计算值（MPa）温度计算值（）霍尔果斯首站进站16106.6316.2-出站16109.3231.9-精河分输压气站进站16109.3519.89.31919.84出站16109.3519.8-乌苏压气站进站16109.1018.09.08718.00出站16109.0817.7-奎屯分输站进站16109.068.59.0508.46出站16109.068.4-玛纳斯分输压气站进站16108.947.08.9287.32出站16108.
26、9316.9-昌吉分输站进站16108.7915.98.79816.03出站14798.7815.9-乌鲁木齐分输压气站进站14798.4014.38.38414.28出站14798.3714.2-吐鲁番分输联络站进站1479-8.67516.18出站1479-鄯善压气站进站14798.6221.28.57521.21出站14798.6220.9-哈密压气站进站14798.4320.48.43420.41出站14798.3920.0-哈密分输站进站1479-8.37719.69出站1479-烟墩压气站进站14798.3319.38.30119.31出站14798.3018.7-红柳联络压气站进
27、站14797.5814.37.58314.28出站14797.5513.4-瓜州压气站进站14797.7016.57.57916.61出站14797.6815.7-嘉峪关分输压气站进站14797.5116.07.40816.05出站14797.5015.1-张掖分输压气站进站14797.5714.07.46413.97出站14797.5615.2-永昌压气站进站14797.0510.56.96710.51出站14797.049.7-武威分输站进站1479-7.3209.33出站1479-古浪压气站进站14797.2413.77.14613.8出站14797.2412.9-中卫联络站进站1479
28、7.5717.77.46417.62出站14797.5716.6-平均误差0.0480.06表3-7 西二线西段冬季（2011.11.28）生产数据站场流量（104Nm3/d）压力（MPa）温度（）压力计算值（MPa）温度计算值（）霍尔果斯首站进站16106.8611.2-出站161010.4234.4-精河分输压气站进站161010.1417.610.12517.67出站161010.1417.6-乌苏压气站进站16109.6613.89.63813.86出站16109.6413.5-奎屯分输站进站16109.5513.89.53413.94出站16109.5513.8-玛纳斯分输压气站进站
29、16109.2612.59.26512.53出站16109.2612.5-昌吉分输站进站16109.0111.19.00311.24出站14799.0011.1-乌鲁木齐分输压气站进站14798.558.88.5108.77出站14798.528.7-吐鲁番分输联络站进站1479-8.66811.73出站1479-鄯善压气站进站14798.5515.48.46315.35出站14798.4715.3-哈密压气站进站14798.0516.78.06516.77出站14798.0516.7-哈密分输站进站1479-7.86716.68出站1479-烟墩压气站进站14797.7016.07.7091
30、6.0出站14797.6315.3-红柳联络压气站进站14796.749.16.7389.08出站14799.9034.7-瓜州压气站进站14799.7915.69.76315.69出站14799.7415.3-嘉峪关分输压气站进站14799.2212.09.26312.05出站14799.2111.6-张掖分输压气站进站14798.9712.48.96712.38出站14798.9712.4-永昌压气站进站14797.977.38.0117.27出站14797.936.9-武威分输站进站1479-8.1426.68出站1479-古浪压气站进站14797.7410.47.78310.30出站1
31、4797.7110.0-中卫联络站进站14797.7014.27.68614.60出站14796.609.1-平均误差0.0240.08表3-8 西二线西段冬季（2011.12.15）生产数据站场流量（104Nm3/d）压力（MPa）温度（）压力计算值（MPa）温度计算值（）霍尔果斯首站进站29976.239.0-出站29859.8139.2-精河分输压气站进站29859.4217.29.44517.31出站29859.3616.7-乌苏压气站进站29858.8912.58.81112.59出站29858.8912.5-奎屯分输站进站29858.7712.58.74712.42出站29858.7712.5-玛纳斯分输压气站进站29858.4811.28.44411.31出站29858.4811.2-昌吉分输站进站29858.239.48.2079.45出站26448.239.4-乌鲁木齐分输压气站进站26447.797.47.7577.43出站26447.767.2-吐鲁番分输联络站进站26447.82-7.8398.65出站26447.82-鄯善压气站进站26447.7614.37.6214.32出站26447.7013.6-哈密压气站进站2644
