燃气生产与供应教学课件作者赵磊燃气生产与供应-3课件.pptVIP

第3章 输气管道热力计算 §3.1 输气管道的平均温度 §3.2 总传热系数 §2.3 天然气水合物生成条件预测及防止措施 第一节 输气管道的平均温度 前面讨论输气管道水力计算问题时，视气体为等温流动。 实际上，当天然气从气体处理厂或压气站等输入管道后，除 压力、流速沿线变化外，其温度也发生变化，从而影响气体 的热物性参数和运动参数。实际应用表明，当沿线温度变化 较大时，必须进行热力计算，同时，热力计算也是预测天然 气管道是否形成水合物和管道强度计算所必需的。 一、温度计算公式 管道中气体稳定流动时的能量平衡方程式为 若忽略方程中有关流速变化和高差影响，方程可写成 由热力学循环关系式有 能量平衡方程式 气体的比定压热容 焦耳一汤姆逊系数 能量平衡方程式可写成 dQ表示单位质量气体在管长为dx上的热量损失，由传热学关系有 经推导可得 设 ，则方程式可变为 若已知管道起点x=0处的温度T=TQ，对上式进行积分，可得到沿管道温度计算的基本公式。 若忽略节流效应的影响后，可变为苏霍夫公式 若考虑压力沿管线长x为近似线性分布 二、输气管道的平均温度 输气管道温降曲线与沿线坐标所包的面积和某一温度与沿线坐标所包的面积相等时，称该温度为平均温度，即 不考虑节流效应时输气管道平均温度计算公式 考虑节流效应时输气管道平均温度计算公式 从上两式可知，T0越高，Tcp也越高。又由前面水力计算可知，Tcp越高输气能力越小。因此，在进行管线设计时，应按夏季地温T0作为水力计算的依据。 第二节 总传热系数 总传热系数公式 总传热系数K是指当气体与周围介质的温差为1℃时，单位时间内通过单位传热面积所传递的热量。它表示气体至周围介质的散热强弱。 对埋地管道，其传热过程由三部分组成：气体至管壁的放热，管壁、绝缘层、防护层等层间的传热，管道至土壤的放热，即 由上面三式得： 又由于气体在同一时间通过单位面积传递给周围介质的热 量为 由上两式可得 对于直径较大的管道，可近似认为： 第三节 天然气水合物生成条件预测及防止措施 一、天然气水合物的结构 天然气水合物(gas hydrates)也称水化物。它是由碳氢化合物和水组成的一种复杂但又不稳定的白色结晶体。分子式一般用M·nH2O表示。 大量机构研究表明，在水合物中水分子形成了多面体骨架，其中有孔穴，孔穴体积由气体分子所占据，即水合物是一种笼形包合物，水分子借氢键结合笼形晶格，其他分子则在范德瓦尔斯力作用下，被包围在晶格中。 二、天然气水合物生成条件的预测 1.天然气水合物生成条件 ①天然气必须处于适当的温度和压力下。对于一定组分的天然气，在给定压力下，就有一水合物形成的温度，高于这个温度将不能形成水合物或已形成的水合物将发生分解。随着压力升高，形成水合物的温度也随之升高。天然气形成水合物有一个临界温度，也是水合物存在的最高温度，若超过这个温度，再高的压力也形成不了水合物。 ②天然气必须处于或低于水汽的露点，出现“自由水”。 次要条件，如高的气体流速、任何形式的搅动及晶体的存在等。 天然气组分形成水合物的临界温度 2.无抑制剂存在时天然气水合物生成条件的主要预测方法 1．经验图解法 适用于硫化氢含量低的天然气 曲线上方为水合物形成区，曲线下方为不存在区。 由该图可知压力越高、温度越低易形成水合物。 若相对密度在两条曲线之间，可采用内插进行近似计算。 2．相平衡计算法 基于气一固平衡常数来估算天然气水合物生成条件的方法。 该法尤其适用于含有典型烷烃组成的无硫天然气，而对非烃含 量多的气体及在压力高于6.9MPa情况下，准确性较差。 对有n种组分天然气，根据气-固平衡应满足 式中xi——天然气中i(i一1，2…n)组分在固相中的摩尔分数(干基)； yi——天然气中i(i=1，2…n)组分在气相中的摩尔分数(干基)； Ki——天然气中i(i一1，2…n)组分的气一固平衡常数，可由 图查取。 在给定压力下，确定水合物形成温度的步骤如下。 ①假定一水合物形成温度。 ②对于每一组分确定各自的Ki值。 ③对于每一组分计算yi/Ki 。 ④求 值。 ⑤若 则重复①～④至 。 对于已知温度，而需确定压力的步骤与前述一致，这一 过程常常用表解的方式给出。 当天然气硫化氢含量大于30％时，则这种天然气形成水 合物的温度大致与在纯硫化氢中形成水合物的温度相当。 例如，计算27.6MPa压力下形成水合物的温度 三、天然气水合物的防止措施 1.提高天然气流动温度 加热提高天然气流动温度 目的：维持原来的