重庆科技学院
课程设计报告
   
院（系）:_石油与天然气工程学院 专业班级:  07油气储运二班 
学生姓名:       xxxxxx        学    号:    2007440xxx   
设计地点（单位）_____  _  人文社科大楼G304________     
设计题目:_        广安2#低温集气站的工艺设计       
        ---甲醇和乙二醇试剂注入计算     
        完成日期：  2010  年  7  月  1 日
指导教师评语: _______________________________________
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成绩（五级记分制）:______ __________
          指导教师（签字）:________  ________
摘 要
为了在节流膨胀制冷过程中不至生成水合物，需要在节流膨胀制冷前喷入水合物抑制剂，用抑制剂防止天然气水合物形成，广泛使用的天然气水合物抑制剂有甲醇和甘醇类化合物，如甲醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇。所有这些化学抑制剂都可以回收和再次循环使用。
关键词：水合物，节流膨胀制冷，抑制剂，天然气水汽含量
  气田上，气井所产天然气在有压力能可以利用的情况下，需要采用节流膨胀制冷方法脱出天然气中的水和重烃后才能外输去下游的处理装置或用户。为了在节流膨胀制冷过程中不至生成水合物，需要在节流膨胀制冷前喷入水合物抑制剂，用抑制剂防止天然气水合物形成，广泛使用的天然气水合物抑制剂有甲醇和甘醇类化合物，如甲醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇。所有这些化学抑制剂都可以回收和再次循环使用。
在大多数情况下，回收甲醇的经济性是很差的。甲醇由于沸点较低，脱水性能好，挥发性好等特点，宜用于较低温度的场合，温度高时损失大，通常用于气量较小的井场节流设备或管线。因而，天然气气田的采，集，输系统也常用间歇或连续喷注甲醇的方法来防止因井口节流温降和环境冷却而生成水合物的危害，甲醇富液经蒸馏提浓后可循环使用。甲醇可溶于液态烃中，其最大质量浓度约3% 。甲醇具有中等程度的毒性，可通过呼吸道、食道及皮肤侵入人体，甲醇对人中毒剂量为5～10毫升，致死剂量为30毫升，空气中甲醇含量达到39～65毫克/米3时，人在30～60分钟内即会出现中毒现象，因而，使用甲醇防冻剂时应注意采取安全措施。
甘醇类防冻剂（常用的主要是乙二醇和二甘醇）无毒，沸点较甲醇高，蒸发损失小，价格便宜，分散性好等优良特性而使用最为普遍，一般都回收、再生后重复使用，适用于处理气量较大的井站和管线，但是甘醇类防冻剂粘度较大，在有凝析油存在时，操作温度过低时会给甘醇溶液与凝析油的分离带来困难，增加了凝析油中的溶解损失和携带损失。甘醇类虽然可以用来防止水合物的形成，但却不能分解和溶解已经形成的水合物。相反，甲醇可在一定程度上溶解已有的水合物。
1．防冻剂的注入方式
防冻剂可采用自流或泵送两种方式。自流方式采用的设备比较简单，但不能使防冻剂连续注入，且难于控制和调节注入量；采用计量泵泵送，可克服以上缺点，而且防冻剂通过喷嘴喷入、增大了接触面，可获得更好的效果。
2．有机防冻剂液相用量的计算
注入集气管线的防冻剂一部分与管线中的液态水相溶，称为防冻剂的液相用量；进入气相的防冻剂不回收，因而又称气相损失量，防冻剂的实际使用量为二者之和。天然气水合物形成温度降主要决定于防冻剂的液相用量。
对于给定的水合物形成温度降，水合物抑制剂在液相水溶液中必须具有的最低浓度可按下式(哈默斯米特公式)计算：
——形成水化物的温度降℃
M——抑制剂的分子量 甲醇是32.04，乙二醇是 62.1
K——常数 抑制剂常数，甲醇取1297，乙二醇和二甘醇取2220
——在最终的水相中抑制剂的重量百分数（即富液的重量浓度）
t1——对于集气管线，t1是在管线最高操作压力下天然气的水合物形成的平衡温度（℃），对于节流过程，则为节流阀后气体压力下的天然气形成水合物的平衡温度（℃）；
t2——对于集气管，t2是管输气体的最低流动温度（℃），对于节流过程，t2为天然气节流后的温度℃。
抑制剂总的需要量等于：由上式给出的用来处理自由水所需要的抑制剂量，再加上蒸发到汽相中所损失的抑制剂量和溶解到液态烃中的抑制剂量。
防冻剂的实际用量按下式计算：
q= +
q——抑制剂最小单位耗量，mg/m3
——抑制剂入口处气相含水量, mg/m3
——抑制剂出口处气相含水量,mg/m3
——抑制剂贫液浓度（质量分数），%
——系数（对甘醇类抑制剂的单位可取=0，对甲醇是温度和压力的函数，可查表得到）
3．根据低温集气站的工艺抑制剂实际用量的计算过程：
求气体的相对密度和密度
根据气体组成（%）：C1-82.3  C1-2.2  C3-2.0  C4-1.8
                  C5-1.5  C6-0.9  H2S-7.1  CO2-2.2
算出天然气相对分子质量:
M=M 
式中  M——天然气的相对分子质量；
      y——组分i的摩尔分数；
      M——组分i的相对分子质量。
  =20.988  =28.97
根据相对密度公式:
        S== 
式中 S——天然气的相对密度；
      ——天然气的密度；
      M——天然气的相对分子质量；
    ——空气密度；
    M——空气的相对分子质量。
     
  S==0.72
 
1） 根据上图来计算形成水合物的临界温度
根据节流阀设计数据
      分离器
参数
第一个分离器
第二个分离器
    节流
第一次节流
第二次节流
第一次节流
注入第二次节流
压力
11Mpa
  6Mpa
8Mpa
  6Mpa
   
温度
15℃
  -15℃
17℃
 
  -2℃
由图可知：
对于第一个分离器形成水合物的临界温度是19℃，而第一次节流后的温度是15℃，因此第一个分离器分离之前需要注入抑制剂。
    对于第二个分离器形成水合物的临界温度是 17℃，而第一次节流后的温度是17℃，因此第二个分离器分离之前需要注入抑制剂。
2） 计算天然气中水汽含量
由于是酸性气体 因此需要查出天然气中H2S和CO2的水汽含量，因此运用公式：
= 0.983(++)
------的含水量，mg/m3（查图可得）;
-----混合气体中的摩尔含量（）;
------烃类气体含水量，mg/m3  （查图可得）;
-----气体中除CO2,HSS以外的其他组分的摩尔含量(=1--=83.76%)
-----C02的含水量，mg/m3（查图可得）
-----混合气体中CO2的摩尔含量 （）
 
a. 对第一个分离器查图得：
抑制剂入口处水汽含量
=0.983(++)
=0.983(900mg/m311.6% + 180mg/m383.76% + 270 mg/m3)
=0.983(104.4mg/m3  + 150.768 mg/m3  +12.528 mg/m3)
=263.15mg/m3
=0.263g/m3
同理可得 抑制剂出口处水汽含量
=0.983(++)
=0.983(120mg/m311.6% + 46mg/m383.76% + 80mg/m3)
=0.983(13.92mg/m3  +38.53 mg/m3  +3.712 mg/m3)
= 55.21 mg/m3
      = 0.05521 g/m3
b.对第二个分离器查图得：
抑制剂入口处水汽含量
=0.983(++)
=0.983{952mg/m311.6%+300 mg/m383.76%+340 mg/m3}
=0.983(110.432 mg/m3  + 251.28 mg/m3  + 15.776 mg/m3)
=377.49 mg/m3
=0.3775 g/m3
同理可得 抑制剂出口处水汽含量
=0.983(++)
= 0.983（550mg/m11.6% + 115mg/m383.76%+150mg/m3）
=0.983(63.8mg/m3  + 96.324 mg/m3  + 6.96 mg/m3)
=167.1mg/m3
        =0.1671 g/m3
3） 计算抑制剂的用量
方法（1）注入甲醇（采用质量浓度为100%的甲醇溶液）
a. 对于第一个分离器
19℃-（-15）℃=34℃
富液中最低抑制剂浓度:
= =45.65%
通过温度和压力查图2-14得 甲醇的气相损失系数=25
运用计算抑制剂最小单位耗量的公式:
q= +
=+45.65%25
=0.186g/m
（为了保险起见，实际用量取计算值的1.15~1.20倍）
实际每一天要注入的抑制剂量:Q=q
(实际每一个小时要注入的抑制剂量:Q=209.743/24kg/h=8.74kg/h)
    b.对于第二个分离器同理可得
17℃-（-2）℃=19℃
富液中最低抑制剂浓度:
= =31.9%
q` = +
=+31.9%25
=0.107g/m
（为了保险起见，实际用量取计算值的1.15~1.20倍）
实际每一天要注入的抑制剂量:Q`=q
(实际每一个小时要注入的抑制剂量:Q=43.47/24kg/h=1.811kg/h)
  方法（2）  注入乙二醇 （采用浓度为80%的乙二醇溶液）
 
   
a.对于第一个分离器
    19℃-（-15）℃=34℃
富液中最低抑制剂浓度:
= 48.75%
运用计算抑制剂最小单位耗量的公式：（对甘醇类抑制剂可取）
q= +
=+0 =0.324g/m
（为了保险起见，实际用量取计算值的1.15~1.20倍）
每一天要注入的抑制剂量:Q = qkg/d
(每一个小时要注入的抑制剂量:Q=365.48/24kg/h=15.23kg/h)
b.对于第二个分离器
    17℃-（-2）℃=19℃
富液中最低抑制剂浓度:

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