第四章管道热力计算优秀PPT.ppt

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1、第四章管道热力计算第一页，本课件共有63页连续性方程连续性方程运动方程运动方程能量方程能量方程 第四章第四章 输气管道热力计算输气管道热力计算气气体体一一元元流流动动基基本本方方程程第二页，本课件共有63页4.1 4.1 气体一元流动的能量方程气体一元流动的能量方程 能量方程的基础是能量方程的基础是能量守恒定律能量守恒定律，能量既不能被创造，也不可能被消灭，只能从一，能量既不能被创造，也不可能被消灭，只能从一种形式转变为另一种形式，在转换中能量总量保持不变。种形式转变为另一种形式，在转换中能量总量保持不变。系统储存能的变化系统储存能的变化E E控制体与外界的热交换控制体与外界的热交换Q Q流动

2、净功和流入的净能量流动净功和流入的净能量A A 第三页，本课件共有63页控制体的储存能控制体的储存能在在 时间内的储存能变化时间内的储存能变化4.1 4.1 气体一元流动的能量方程气体一元流动的能量方程 1 1、在时间、在时间d d内系统储能的变化内系统储能的变化第四页，本课件共有63页4.1 4.1 气体一元流动的能量方程气体一元流动的能量方程 2 2、在时间、在时间d d内控制面上的流动净功和流入的能量内控制面上的流动净功和流入的能量截面上对控制体做截面上对控制体做动和流入的能量动和流入的能量截面上对外做截面上对外做功和流出的能量功和流出的能量第五页，本课件共有63页4.1 4.1 气体一

3、元流动的能量方程气体一元流动的能量方程 2 2、在时间、在时间d d内控制面上的流动净功和流入的能量内控制面上的流动净功和流入的能量两者之差两者之差即进入控制体的流动静功和能量即进入控制体的流动静功和能量第六页，本课件共有63页4.1 4.1 气体一元流动的能量方程气体一元流动的能量方程 3 3、时间、时间d d内的热交换内的热交换单位质量流量单位质量流量气体在气体在单位管长上单位管长上的的热交换率热交换率管长管长dxdx上上单位时间单位时间的热交换为的热交换为则在则在d d时间内从长度时间内从长度dxdx管段上热损管段上热损失为失为第七页，本课件共有63页4.1 4.1 气体一元流动的能量方

4、程气体一元流动的能量方程 第八页，本课件共有63页4.1 4.1 气体一元流动的能量方程气体一元流动的能量方程 对于稳定流动 Q单位质量气体向外界放出的热量，J/kg；第九页，本课件共有63页4.1 4.1 气体一元流动的能量方程气体一元流动的能量方程 第十页，本课件共有63页4.2 4.2 输气管道热力计算输气管道热力计算 天然气沿管道输送过程中，除流速和压力变化外，天然气沿管道输送过程中，除流速和压力变化外，温度也发生改变温度也发生改变；温度变化影响气体的温度变化影响气体的热物性和运动参数热物性和运动参数，从而影响气体的运动状态；，从而影响气体的运动状态；天然气管道沿线温度变化较大时，需要

5、进行热力计算；天然气管道沿线温度变化较大时，需要进行热力计算；可用于可用于预测水合物生成预测水合物生成，为，为管道强度设计，管道强度设计，绝缘层设计绝缘层设计提供依据。提供依据。选择微元选择微元管段管段第十一页，本课件共有63页能量方程：能量方程：4.2 4.2 输气管道热力计算输气管道热力计算 忽略流速变化忽略流速变化和高差影响：和高差影响：第十二页，本课件共有63页4.2 4.2 输气管道热力计算输气管道热力计算 第十三页，本课件共有63页4.2 4.2 输气管道热力计算输气管道热力计算 第十四页，本课件共有63页4.2 4.2 输气管道热力计算输气管道热力计算 第十五页，本课件共有63页

6、4.2 4.2 输气管道热力计算输气管道热力计算 除以除以 为一阶非齐次线为一阶非齐次线性微分方程，其性微分方程，其通解为通解为当当x=0 x=0时，时，T=TT=TQ Q，代入上式可，代入上式可求得积分常数求得积分常数C C第十六页，本课件共有63页质量流量，质量流量，kg/s kg/s 起点温度，起点温度，K K 距起点距起点XmXm处温度，处温度，K K 气体压力，气体压力，PaPa内径，内径，m m 气体质量定压热容，气体质量定压热容，J/kgJ/kgK K 总传热系数，总传热系数，W/mW/m2 2K K 管道埋深处地温，管道埋深处地温，K K 距起点距离，距起点距离，m m 焦耳汤

7、姆逊系数，焦耳汤姆逊系数，K/PaK/Pa压力梯度，压力梯度，Pa/mPa/m4.2 4.2 输气管道热力计算输气管道热力计算 第十七页，本课件共有63页4.3 4.3 温降计算公式的探讨温降计算公式的探讨 （1 1）焦耳汤姆逊系数与气体的种类、气体所处的温度和压力有关，一般对于）焦耳汤姆逊系数与气体的种类、气体所处的温度和压力有关，一般对于长输管道，可以去长输管道，可以去3-5/MPa3-5/MPa。忽略焦耳汤姆逊系数影响后，可得：。忽略焦耳汤姆逊系数影响后，可得：苏霍夫公式：苏霍夫公式：（2 2）考虑管道压力沿管长近似为线性分布：）考虑管道压力沿管长近似为线性分布：第十八页，本课件共有63

8、页4.3 4.3 温降计算公式的探讨温降计算公式的探讨 不考虑焦耳汤姆逊效应不考虑焦耳汤姆逊效应 考虑焦耳汤姆逊效应考虑焦耳汤姆逊效应 当当 xTQT0TZT考虑焦耳-汤姆逊效应苏霍夫公式x0TZ第十九页，本课件共有63页若将T=TT=T0 0代入距离 x=xx=x0 0,即该点后输气管的温度低于周围介质温度。该点后输气管的温度低于周围介质温度。4.3 4.3 温降计算公式的探讨温降计算公式的探讨 第二十页，本课件共有63页xTQT0TZT输气管输油管相同直径时，输气管温降比输油管快得多，温降曲线陡。相同直径时，输气管温降比输油管快得多，温降曲线陡。4.3 4.3 温降计算公式的探讨温降计算公

9、式的探讨 采用苏霍夫公式：采用苏霍夫公式：第二十一页，本课件共有63页4.4 4.4 输气管道的平均温度输气管道的平均温度 平均温度平均温度T Tcpcp是输气管道水力计算的主要参数之一，可按平均温度计算或选取天然气的物性参数，进行水力计算。第二十二页，本课件共有63页4.4 4.4 输气管道的平均温度输气管道的平均温度 周围介质温度周围介质温度T T0 0愈高，愈高，T Tcpcp也愈高，而也愈高，而Tcp愈高，输气能力越小。因此，在进行管愈高，输气能力越小。因此，在进行管线设计时，应将线设计时，应将夏季地温夏季地温T0作为水力计算的依据。作为水力计算的依据。考虑焦耳考虑焦耳汤姆逊效应汤姆逊

10、效应 不考虑焦耳不考虑焦耳汤姆逊效应汤姆逊效应 第二十三页，本课件共有63页定义：定义：定义：定义：管道总传热系数管道总传热系数管道总传热系数管道总传热系数KK指介质与周围介质温度差为指介质与周围介质温度差为指介质与周围介质温度差为指介质与周围介质温度差为11时，单位时间内通时，单位时间内通时，单位时间内通时，单位时间内通过管道单位传热表面所传递的热量。过管道单位传热表面所传递的热量。过管道单位传热表面所传递的热量。过管道单位传热表面所传递的热量。W/mW/mW/mW/m2 2 2 2K K K K表示天然气至周围介质散热的强弱，计算温降时，表示天然气至周围介质散热的强弱，计算温降时，表示天然

11、气至周围介质散热的强弱，计算温降时，表示天然气至周围介质散热的强弱，计算温降时，K K是关键参数。是关键参数。是关键参数。是关键参数。对流对流对流对流4.5 4.5 总传热系数总传热系数K K 第二十四页，本课件共有63页对流对流对流对流对流对流对流对流4.5 4.5 总传热系数总传热系数K K 第二十五页，本课件共有63页4.5 4.5 总传热系数总传热系数K K 第二十六页，本课件共有63页对流对流对流对流对流对流对流对流介质介质介质介质土壤土壤土壤土壤钢管钢管钢管钢管沥青绝缘层沥青绝缘层沥青绝缘层沥青绝缘层保温层保温层保温层保温层4.5 4.5 总传热系数总传热系数K K 第二十七页，本

12、课件共有63页第二十八页，本课件共有63页4.5 4.5 总传热系数总传热系数K K 第二十九页，本课件共有63页对于无保温的大直径管道，如忽略内外径的差值，则对于无保温的大直径管道，如忽略内外径的差值，则对于无保温的大直径管道，如忽略内外径的差值，则对于无保温的大直径管道，如忽略内外径的差值，则4.5 4.5 总传热系数总传热系数K K 第三十页，本课件共有63页钢管钢管钢管钢管 防腐绝缘层防腐绝缘层防腐绝缘层防腐绝缘层保温层保温层保温层保温层管壁导热管壁导热管壁导热管壁导热第三十一页，本课件共有63页几个叁数的确定几个叁数的确定几个叁数的确定几个叁数的确定（一）气体至管内壁的放热系数（一）

13、气体至管内壁的放热系数（一）气体至管内壁的放热系数（一）气体至管内壁的放热系数 的计算的计算的计算的计算（二）管壁的导热系数（二）管壁的导热系数（二）管壁的导热系数（二）管壁的导热系数（三）管外壁至大气的放热系数（三）管外壁至大气的放热系数（三）管外壁至大气的放热系数（三）管外壁至大气的放热系数（四）管外壁到土壤的放热系数（四）管外壁到土壤的放热系数（四）管外壁到土壤的放热系数（四）管外壁到土壤的放热系数（五）埋地管道总传热系数（五）埋地管道总传热系数（五）埋地管道总传热系数（五）埋地管道总传热系数 K K 值的选用值的选用值的选用值的选用4.5 4.5 总传热系数总传热系数K K 第三十二页

14、，本课件共有63页（一）（一）（一）（一）气体至管内壁的放热系数气体至管内壁的放热系数气体至管内壁的放热系数气体至管内壁的放热系数 的计算的计算的计算的计算 放热强度决定于气体的物理性质及流动状态。放热强度决定于气体的物理性质及流动状态。放热强度决定于气体的物理性质及流动状态。放热强度决定于气体的物理性质及流动状态。可用可用可用可用 1 1与放热准数与放热准数与放热准数与放热准数NuNu、ReReReRe和流体物理性质准数和流体物理性质准数和流体物理性质准数和流体物理性质准数Pr Pr 之间的数之间的数之间的数之间的数学关系式来表示。学关系式来表示。学关系式来表示。学关系式来表示。4.5 4.

15、5 总传热系数总传热系数K K 第三十三页，本课件共有63页几个叁数的确定几个叁数的确定几个叁数的确定几个叁数的确定（一）气体至管内壁的放热系数（一）气体至管内壁的放热系数（一）气体至管内壁的放热系数（一）气体至管内壁的放热系数 的计算的计算的计算的计算（二）管壁的导热系数（二）管壁的导热系数（二）管壁的导热系数（二）管壁的导热系数（三）管外壁至大气的放热系数（三）管外壁至大气的放热系数（三）管外壁至大气的放热系数（三）管外壁至大气的放热系数（四）管外壁到土壤的放热系数（四）管外壁到土壤的放热系数（四）管外壁到土壤的放热系数（四）管外壁到土壤的放热系数（五）埋地管道总传热系数（五）埋地管道总传

16、热系数（五）埋地管道总传热系数（五）埋地管道总传热系数 K K 值的选用值的选用值的选用值的选用4.5 4.5 总传热系数总传热系数K K 第三十四页，本课件共有63页（二）管壁的导热系数（二）管壁的导热系数（二）管壁的导热系数（二）管壁的导热系数钢管钢管钢管钢管 保温层保温层保温层保温层沥青绝缘层沥青绝缘层沥青绝缘层沥青绝缘层4.5 4.5 总传热系数总传热系数K K 第三十五页，本课件共有63页硅酸铝管硅酸铝管硅酸铝管硅酸铝管硅酸铝毡硅酸铝毡硅酸铝毡硅酸铝毡硅酸铝板硅酸铝板硅酸铝板硅酸铝板复合复合复合复合型高型高型高型高温保温保温保温保温管温管温管温管（二）管壁的导热系数（二）管壁的导热系

17、数（二）管壁的导热系数（二）管壁的导热系数4.5 4.5 总传热系数总传热系数K K 第三十六页，本课件共有63页 钢管壁钢管壁钢管壁钢管壁热阻很小，可以热阻很小，可以热阻很小，可以热阻很小，可以忽略忽略忽略忽略；非金属非金属非金属非金属管材的导热系数小，管壁较厚，管材的导热系数小，管壁较厚，管材的导热系数小，管壁较厚，管材的导热系数小，管壁较厚，热阻相当大热阻相当大热阻相当大热阻相当大；6 69mm9mm厚的厚的厚的厚的沥青绝缘层沥青绝缘层沥青绝缘层沥青绝缘层，热阻占埋地管道总热阻的，热阻占埋地管道总热阻的，热阻占埋地管道总热阻的，热阻占埋地管道总热阻的10%10%15%15%；保温管道，保

18、温管道，保温管道，保温管道，保温层的热阻保温层的热阻保温层的热阻保温层的热阻起起起起决定影响决定影响决定影响决定影响，特别是架空或水下管道；，特别是架空或水下管道；，特别是架空或水下管道；，特别是架空或水下管道；4.5 4.5 总传热系数总传热系数K K 第三十七页，本课件共有63页几个叁数的确定几个叁数的确定几个叁数的确定几个叁数的确定（一）气体至管内壁的放热系数（一）气体至管内壁的放热系数（一）气体至管内壁的放热系数（一）气体至管内壁的放热系数 的计算的计算的计算的计算（二）管壁的导热系数（二）管壁的导热系数（二）管壁的导热系数（二）管壁的导热系数（三）管外壁至大气的放热系数（三）管外壁至

19、大气的放热系数（三）管外壁至大气的放热系数（三）管外壁至大气的放热系数（四）管外壁到土壤的放热系数（四）管外壁到土壤的放热系数（四）管外壁到土壤的放热系数（四）管外壁到土壤的放热系数（五）埋地管道总传热系数（五）埋地管道总传热系数（五）埋地管道总传热系数（五）埋地管道总传热系数 K K 值的选用值的选用值的选用值的选用4.5 4.5 总传热系数总传热系数K K 第三十八页，本课件共有63页（三）管外壁至大气的放热系数（三）管外壁至大气的放热系数（三）管外壁至大气的放热系数（三）管外壁至大气的放热系数 架空管道的管外壁到大气的放热为架空管道的管外壁到大气的放热为架空管道的管外壁到大气的放热为架空

20、管道的管外壁到大气的放热为对流对流对流对流与与与与辐射换热辐射换热辐射换热辐射换热同时存在的复同时存在的复同时存在的复同时存在的复合换热，故合换热，故合换热，故合换热，故对流换热对流换热对流换热对流换热辐射换热辐射换热辐射换热辐射换热4.5 4.5 总传热系数总传热系数K K 第三十九页，本课件共有63页 因有保温层，因有保温层，因有保温层，因有保温层，一般较小，可取一般较小，可取一般较小，可取一般较小，可取 2 25 W/m5 W/m2 2；可按空气中的受迫对流计算，当可按空气中的受迫对流计算，当可按空气中的受迫对流计算，当可按空气中的受迫对流计算，当 4.5 4.5 总传热系数总传热系数K

21、 K 第四十页，本课件共有63页几个叁数的确定几个叁数的确定几个叁数的确定几个叁数的确定（一）气体至管内壁的放热系数（一）气体至管内壁的放热系数（一）气体至管内壁的放热系数（一）气体至管内壁的放热系数 的计算的计算的计算的计算（二）管壁的导热系数（二）管壁的导热系数（二）管壁的导热系数（二）管壁的导热系数（三）管外壁至大气的放热系数（三）管外壁至大气的放热系数（三）管外壁至大气的放热系数（三）管外壁至大气的放热系数（四）管外壁到土壤的放热系数（四）管外壁到土壤的放热系数（四）管外壁到土壤的放热系数（四）管外壁到土壤的放热系数（五）埋地管道总传热系数（五）埋地管道总传热系数（五）埋地管道总传热系

22、数（五）埋地管道总传热系数 K K 值的选用值的选用值的选用值的选用4.5 4.5 总传热系数总传热系数K K 第四十一页，本课件共有63页（四）管外壁到土壤的放热系数（四）管外壁到土壤的放热系数（四）管外壁到土壤的放热系数（四）管外壁到土壤的放热系数 埋地管道的管外壁到土壤的埋地管道的管外壁到土壤的埋地管道的管外壁到土壤的埋地管道的管外壁到土壤的传热传热传热传热是主要环节。是主要环节。是主要环节。是主要环节。埋深较浅时，土壤表面对大气的放热也有较大的影响。埋深较浅时，土壤表面对大气的放热也有较大的影响。埋深较浅时，土壤表面对大气的放热也有较大的影响。埋深较浅时，土壤表面对大气的放热也有较大的

23、影响。不保温的埋地管道，当管内为紊流时，总传热系数近似为不保温的埋地管道，当管内为紊流时，总传热系数近似为不保温的埋地管道，当管内为紊流时，总传热系数近似为不保温的埋地管道，当管内为紊流时，总传热系数近似为 。4.5 4.5 总传热系数总传热系数K K 第四十二页，本课件共有63页等温线等温线等温线等温线第四十三页，本课件共有63页 未考虑土壤自然温度场及土壤表面与大气热交换对管道散未考虑土壤自然温度场及土壤表面与大气热交换对管道散未考虑土壤自然温度场及土壤表面与大气热交换对管道散未考虑土壤自然温度场及土壤表面与大气热交换对管道散热的影响。热的影响。热的影响。热的影响。计算大口径浅埋管道时误差

24、较大。计算大口径浅埋管道时误差较大。计算大口径浅埋管道时误差较大。计算大口径浅埋管道时误差较大。4.5 4.5 总传热系数总传热系数K K 第四十四页，本课件共有63页几个叁数的确定几个叁数的确定几个叁数的确定几个叁数的确定（一）气体至管内壁的放热系数（一）气体至管内壁的放热系数（一）气体至管内壁的放热系数（一）气体至管内壁的放热系数 的计算的计算的计算的计算（二）管壁的导热系数（二）管壁的导热系数（二）管壁的导热系数（二）管壁的导热系数（三）管外壁至大气的放热系数（三）管外壁至大气的放热系数（三）管外壁至大气的放热系数（三）管外壁至大气的放热系数（四）管外壁到土壤的放热系数（四）管外壁到土壤

25、的放热系数（四）管外壁到土壤的放热系数（四）管外壁到土壤的放热系数（五）埋地管道总传热系数（五）埋地管道总传热系数（五）埋地管道总传热系数（五）埋地管道总传热系数 K K 值的选用值的选用值的选用值的选用4.5 4.5 总传热系数总传热系数K K 第四十五页，本课件共有63页（五）埋地管道总传热系数（五）埋地管道总传热系数（五）埋地管道总传热系数（五）埋地管道总传热系数 K K 值的选用值的选用值的选用值的选用 埋地不保温管道的埋地不保温管道的埋地不保温管道的埋地不保温管道的 K K 值主要取决于管道至土壤的放热系数，值主要取决于管道至土壤的放热系数，值主要取决于管道至土壤的放热系数，值主要取

26、决于管道至土壤的放热系数，而土壤的导热系数受多种因素的影响，故难以得到准确的计算而土壤的导热系数受多种因素的影响，故难以得到准确的计算而土壤的导热系数受多种因素的影响，故难以得到准确的计算而土壤的导热系数受多种因素的影响，故难以得到准确的计算结果，结果，结果，结果，设计时采用经验方法确定设计时采用经验方法确定设计时采用经验方法确定设计时采用经验方法确定 K K 值。值。值。值。常采用反算法计算已正常运行的管道的常采用反算法计算已正常运行的管道的常采用反算法计算已正常运行的管道的常采用反算法计算已正常运行的管道的K K 值，作同类设计参考。值，作同类设计参考。值，作同类设计参考。值，作同类设计参

27、考。4.5 4.5 总传热系数总传热系数K K 第四十六页，本课件共有63页1.1.天然气水合物天然气水合物(NGH)(NGH)概念概念物理性质：水合物又称水化物，白物理性质：水合物又称水化物，白色结晶，外观类似压实的冰雪。色结晶，外观类似压实的冰雪。密度密度0.88-0.900.88-0.90g/cmg/cm3 3，是一种是一种笼形笼形晶格包络物晶格包络物。气体分子被包围在。气体分子被包围在晶格中，晶格中，水分子借氢键结合形成水分子借氢键结合形成笼形结晶笼形结晶。分子式：分子式：M nHM nH2 2O O，如，如CHCH4 4 6H 6H2 2O O，CHCH4 4 7H 7H2 2O O

28、，C C2 2H H6 6 6H 6H2 2O O4.6 4.6 天然气水合物天然气水合物第四十七页，本课件共有63页1.1.天然气水合物天然气水合物(NGH)(NGH)概念概念4.6 4.6 天然气水合物天然气水合物第四十八页，本课件共有63页1.1.天然气水合物天然气水合物(NGH)(NGH)概念概念4.6 4.6 天然气水合物天然气水合物参数结构I结构II结构H单位晶胞中水分子数4613634单位晶胞中小孔穴数2163单位晶胞中中孔穴数-2单位晶胞中大孔穴数681小孔穴平均直径（埃）3.913.903.91中孔穴平均直径（埃）-4.06大孔穴平均直径（埃）4.334.685.17单元形体

29、尺寸，mm1.2011.7301.226第四十九页，本课件共有63页1.1.天然气水合物天然气水合物(NGH)(NGH)概念概念4.6 4.6 天然气水合物天然气水合物现有一种现有一种天然气运输方式天然气运输方式-天然气水合物运输天然气水合物运输，这方面研究比较多的是挪，这方面研究比较多的是挪威、美国。威、美国。地球上，尤其是地球上，尤其是海底中，水合物的资源非常多海底中，水合物的资源非常多，可用作一种能源。水合物的开采，可用作一种能源。水合物的开采还没有成熟的方式。还没有成熟的方式。输气管道中有水合物形成，会影响管道的正常运行，降低管道输送效输气管道中有水合物形成，会影响管道的正常运行，降低

30、管道输送效率，甚至堵塞管道。率，甚至堵塞管道。第五十页，本课件共有63页第五十一页，本课件共有63页第五十二页，本课件共有63页第五十三页，本课件共有63页2.2.形成水合物的条件形成水合物的条件4.6 4.6 天然气水合物天然气水合物1 1）足够的水分（游离水）；（内因）足够的水分（游离水）；（内因 internal agencyinternal agency）温度低于水汽的露点温度，出现温度低于水汽的露点温度，出现“自由水自由水”。没有自由水，一定不。没有自由水，一定不会生成水合物。会生成水合物。2 2）适当的温度和压力；）适当的温度和压力；（内因（内因 internal agencyin

31、ternal agency）低温、高压条件。低温、高压条件。3 3）气体处于脉动、紊流扰动中，并有结晶中心存在。）气体处于脉动、紊流扰动中，并有结晶中心存在。（外因外因 intrinsic factor intrinsic factor)第五十四页，本课件共有63页3.3.输气管道中气体含水量变化输气管道中气体含水量变化c c 点点以后以后含水量不可能再增大含水量不可能再增大。TPhbWminc 气体的压力、温度、含水率 s（距离）daW饱和含水量曲线饱和含水量曲线4.6 4.6 天然气水合物天然气水合物a-c a-c，压力压力 p p 变化小，温度变化小，温度 t t 下降下降快，饱和含水量

32、快，饱和含水量 W W 也随之下降也随之下降 。c-d c-d，P P 压力下降快，温度压力下降快，温度 t t 变化小，变化小，饱和含水量饱和含水量 W W 上升。上升。如进入输气管的气体未被饱和，例如如进入输气管的气体未被饱和，例如含水量相当于含水量相当于 h h 点，气体向前流动，点，气体向前流动，含水量含水量 W W 并不改变，由于温度并不改变，由于温度 t t 下降，下降，到到 b b 点饱和，点饱和，b-cb-c 有水析出有水析出。第五十五页，本课件共有63页欲使输气管不具备水分条件，则进欲使输气管不具备水分条件，则进入气管的气体含水量要远小于入气管的气体含水量要远小于 c c 点

33、点的含水量，如的含水量，如 fg fg 直线直线。ghtpedabWminfc 气体的压力、温度和水合物 s（距离）W4.6 4.6 天然气水合物天然气水合物干线输送的气体的露点要低于周围干线输送的气体的露点要低于周围介质最低温度度以上。介质最低温度度以上。3.3.输气管道中气体含水量变化输气管道中气体含水量变化第五十六页，本课件共有63页曲线曲线左左上方为水合物存在区上方为水合物存在区，右右下方为下方为水合物不存在区水合物不存在区。由平衡曲线可知，由平衡曲线可知，低温、高压易形成低温、高压易形成水合物水合物。P(MPa)t(0C)水合物存水合物存在区在区水合物不水合物不存在区存在区甲烷甲烷

34、形成水合物的最高温度称之为形成水合物的最高温度称之为形成水合物临界温度形成水合物临界温度。甲烷甲烷形成水合物的临界温度为形成水合物的临界温度为21.5 21.5 0 0C C，高于此温度高于此温度，任何压力下也不可能，任何压力下也不可能形成水合物。形成水合物。4.6 4.6 天然气水合物天然气水合物4.4.形成水合物的温度、压力条件形成水合物的温度、压力条件M M第五十七页，本课件共有63页MNMN对应于对应于输气管压力分布曲线输气管压力分布曲线的的水合物形成的温度曲线水合物形成的温度曲线。ABAB输气管压力分布曲线输气管压力分布曲线。LpABMNHCDT5.5.输气管道上水合物可能形成区输气

35、管道上水合物可能形成区4.6 4.6 天然气水合物天然气水合物MNMN曲线上的曲线上的Mm,nNMm,nN两段水合物形成温两段水合物形成温度低于输气管温度，度低于输气管温度，水合物根本不水合物根本不可能形成可能形成。mn mn 段水合物形成温度高于输气管温度，段水合物形成温度高于输气管温度，温度、压力条件满足，但水分条件是温度、压力条件满足，但水分条件是否满足应具体分析否满足应具体分析。m mn n CD输气管温度分布曲线。输气管温度分布曲线。第五十八页，本课件共有63页CpAMLBDNnm1rr1mKfHT4.6 4.6 天然气水合物天然气水合物气体露点为气体露点为J J，低于输气管温度。低

36、于输气管温度。随着压力下降，露点也下降，到随着压力下降，露点也下降，到K K点点饱和，饱和，K-mK-m段段满足水分条件，但不满满足水分条件，但不满足温度、压力条件足温度、压力条件。5.5.输气管道上水合物可能形成区输气管道上水合物可能形成区r r点等于气体露点，满足压力、温点等于气体露点，满足压力、温度条件，再次生成水合物，露点下度条件，再次生成水合物，露点下降为降为r r1 1。m m点点满足压力、温度和水分条件满足压力、温度和水分条件，有，有水合物生成，露点水合物生成，露点下降为下降为m m1 1。f f点点后，气体由于水的析出而不饱和，后，气体由于水的析出而不饱和，始终保持最小含水量始

37、终保持最小含水量W Wminmin到终点，到终点，形成形成水合物条件不具备水合物条件不具备。J第五十九页，本课件共有63页6.6.水合物生成预测水合物生成预测4.6 4.6 天然气水合物天然气水合物曲线上方为水合物形成区，下方为不存曲线上方为水合物形成区，下方为不存在区在区。压力越高压力越高，温度越低温度越低，越易越易形成形成水合物。水合物。天然气中若含有天然气中若含有H H2 2S S，则误差较大，不，则误差较大，不宜使用。宜使用。相对密度在两条曲线之间，可以通过插相对密度在两条曲线之间，可以通过插值近似计算。值近似计算。也可通过公式，计算水合物生成也可通过公式，计算水合物生成所需要的压力条

38、件。所需要的压力条件。第六十页，本课件共有63页4.6 4.6 天然气水合物天然气水合物）加热）加热防止水合物生成，排除已生成水合物的有效防止水合物生成，排除已生成水合物的有效方法之一。方法之一。该方法能量消耗大，且提高输送温度导致输该方法能量消耗大，且提高输送温度导致输气量下降，气量下降，一般不适用于干线输气管道中一般不适用于干线输气管道中。在配气站、集气站等场所在配气站、集气站等场所，经常大幅度，经常大幅度对天然气进行节流降压，由于焦耳汤姆对天然气进行节流降压，由于焦耳汤姆逊效应，气体温度下降，为了防止节流逊效应，气体温度下降，为了防止节流阀、孔板等发生冻结，阀、孔板等发生冻结，常采用加热

39、气体常采用加热气体的方式防止水合物生成的方式防止水合物生成。7.7.防止水合物形成方法防止水合物形成方法2 21 13 34 4用加热的方法防止生成和排除已生成的水合用加热的方法防止生成和排除已生成的水合物物 1-1-压降曲线压降曲线;2-;2-加热后的温降曲线加热后的温降曲线;3-;3-生成生成水合物温度曲线水合物温度曲线;4-;4-温降曲线温降曲线 第六十一页，本课件共有63页4.6 4.6 天然气水合物天然气水合物 2）降压）降压降低天然气压力，使生成水合物温度曲降低天然气压力，使生成水合物温度曲线下降，从而线下降，从而解决解决水合物水合物冰堵冰堵。该方法也可用于排除在输气管道中已该方法

40、也可用于排除在输气管道中已形成的水合物，其途径就是通过放空形成的水合物，其途径就是通过放空管放空。管放空。但需在环境温度高于但需在环境温度高于0以上条以上条件进行，否则水合物分解后可能转化为冰件进行，否则水合物分解后可能转化为冰塞。塞。当干线输气管的最低温度可能接近度当干线输气管的最低温度可能接近度时，相应的水合物形成压力范围在时，相应的水合物形成压力范围在1-1.5MPa，但输气管上最优输送压力在，但输气管上最优输送压力在5.0-7.0MPa，所以降压无效。，所以降压无效。7.7.防止水合物形成方法防止水合物形成方法1 13 34 41-1-压降曲线压降曲线;2-;2-降压后的压降曲线降压后

41、的压降曲线;3-;3-生生成水合物温度曲线成水合物温度曲线;4-;4-温降曲线；温降曲线；5 5降压降压后的生成水合物温度曲线后的生成水合物温度曲线 2 25 5第六十二页，本课件共有63页4.6 4.6 天然气水合物天然气水合物 3）干燥）干燥防止天然气在输气管道中生成水合物最防止天然气在输气管道中生成水合物最根本的办法就是干燥天然气，脱去其中根本的办法就是干燥天然气，脱去其中的水分，降低其露点。的水分，降低其露点。7.7.防止水合物形成方法防止水合物形成方法1 13 34 41-1-压降曲线压降曲线;2-;2-降压后的压降曲线降压后的压降曲线;3-;3-生生成水合物温度曲线成水合物温度曲线;4-;4-温降曲线；温降曲线；5 5降压后降压后的生成水合物温度曲线的生成水合物温度曲线 2 25 5 4）添加抑制剂）添加抑制剂抑制剂主要是醇类，包括甲醇、乙醇、异丙抑制剂主要是醇类，包括甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇等。氯化钙和氨也可以作为抑制醇、乙二醇等。氯化钙和氨也可以作为抑制剂。剂。第六十三页，本课件共有63页