超临界二氧化碳的管道输送工艺.docx

图 1 超临界CO2 输送工艺流程超临界二氧化碳的管道输送工艺王楚琦1蒋洪1任琳2 图 1 超临界CO2 输送工艺流程 超临界二氧化碳的管道输送工艺 王楚琦1 蒋洪1 任琳2 马颖3 1 西南石油大学 2 中国石油西气东输管道公司 3 中国石油集团测井有限公司 摘要：在美国，基于三次采油工艺发展而来的二氧化碳 （CO2） 管道输送工艺已经逐步趋于 成熟。我国 CO2 年排放量居世界第二，达 6.5 亿吨/年。根据输送 CO2 的不同相态，其管道输送 工艺可分为气态、液态和超临界状态三种。其中超临界 CO2 管道输送工艺以其最佳的经济性得 到迅速发展，并成功应用于实际操作。通过分析超临界 CO2 特性及其管道输送工艺，从气质要 求、管道材质、输送安全性等方面介绍超临界CO2 管道的特点并提出设计要点。 关键词：超临界；CO2；管道输送 doi:10.3969/j.issn.1006-6896.2013.2.026 在美国，基于三次采油工艺 （EOR） 发展而来 的二氧化碳 （CO2） 管道输送工艺已经逐步趋于成 熟。我国 CO2 年排放量居世界第二，达 6.5 亿吨/ 年。CO2 驱技术对 CO2 注入量需求很大，而注入井 通常远离 CO2 气源地，当输送量大于 100 万吨/年 时，通常采用管道输送 CO2。根据输送 CO2 的不同 相态，其管道输送工艺可分为气态、液态和超临界 状态三种。其中超临界 CO2 管道输送工艺以其最佳 的经济性得到迅速发展，并成功应用于实际操作[1]。 通过分析超临界 CO2 特性及其管道输送工艺，从气 质要求、管道材质、输送安全性等方面介绍超临界 CO2 管道的特点并提出设计要点。 界状态。 超临界状态流体同时具有气体和液体的某些属 性：如气体的低黏度、高扩散系数和液体的高密 度，对许多物质具有很强的溶解能力，且其溶解能 力对温度和压力的变化极为敏感。处于超临界状态 的流体，有其自身的特性，主要包括：①超临界流 体的密度与液体接近；②超临界流体黏度小，接近 于普通气体；③超临界流体的扩散系数比液体大 100 倍，物质在超临界流体中的扩散性能比在液体 中要好。 超临界 CO2 性质符合超临界流体性质的分析。 需注意的是，在超临界 CO2 输送过程中，部分杂质 可能随温度和压力的变化从 CO2 中析出，形成气 相，此现象与CO2 气化不同，应区别对待。 1 超临界 CO2 的特性 纯 CO2 的 临 界 压 力 和 临 界 温 度 分 别 为 7.38 2 超临界 CO2 管道输送工艺 超临界CO2 管道输送工艺流程如图1 所示。 MPa、31.4 ℃。当温度大于临界温度且压力也大于 临界压力时，CO2 便稳定地处于单一相态——超临 超临界 CO2 长距离管道输送中，由于压力损 失，沿程的某些管段需要再升压才能使管道中的 CO2 保持在超临界状态。通常可采用压缩机增压， 但此时必须将 CO2 气化后才能送入压缩机。将 CO2 输送至管段末端后，根据注入压力的要求，对 CO2 压力进行调节。在超临界 CO2 输送过程中，CO2 的 温度会逐渐降低，为了维持超临界状态，需要在管 道沿线设置加热站，对CO2 进行循环加热。 - 48 - 油气田地面工程 （) 第32 卷第2 期 （2013.02）〈集输处理〉水与 第32 卷第2 期 （2013.02）〈集输处理〉 水与 CO2 达到平衡，测得低合金碳钢试件的年腐蚀 速率为 0.7 mm。因此，采用低合金碳钢输送湿 CO2 是不合理的。同时，对管道材质的选择还需注意减 少塑性裂缝的发生以及裂缝的扩展。 目 前 ， 国 外 CO2 输 送 系 统 的 设 计 主 要 遵 循 DOT195， ASME/ANSI B31.8 和 B31.4； 国 外 长 输 CO2 管道材质主要使用碳钢。 3.3 输送安全性 CO2 普遍存在于大气中，而且人体每天呼吸也 产生 CO2，所以在一定的浓度范围内，CO2 是对人 体没有危害的。但若 CO2 浓度过大，会使人缺氧而 产生不良反应，甚至窒息死亡。 美国运输部在 49C.F.R.§172.101 将 CO2 列为具 有 2.2 级危害性的物质。对于 CO2 管道输送的危害 程度，各个州的规定有所不同。在 1979 年，美国 在 49USA§601 中将洲际间的 CO2 管道修正为具有 危害性的液体输送管道[4]。 3 超临界 CO2 管道特性 目前，世界上共约有 3 100 km 的 CO2 管道，主 要是采用超临界输送技术。这些管道主要为美国所 有，如 Cortez 管道、Bravo Dome CO2 气田管道等； 加拿大Weyburn 油田也拥有一条CO2 管道[2]。 3.1 气质要求 （1） 含水量。水可能产