二氧化碳飽和含水量預測及應用

班鐵兵

（大慶油田有限責任公司采氣分公司第三作業(yè)區(qū)，黑龍江 大慶 163453）

二氧化碳飽和含水量預測及應用

班鐵兵

（大慶油田有限責任公司采氣分公司第三作業(yè)區(qū)，黑龍江 大慶 163453）

飽和水含量是評價天然氣的一項重要技術(shù)指標。而且隨著壓力、溫度變化，飽和含水量也發(fā)生變化。掌握氣體飽和含水量及其變化規(guī)律有助于準確判斷氣體含水量，確定脫水深度；精確評價脫水裝置運行效果，優(yōu)化運行參數(shù)。

二氧化碳；飽和含水；軟件；圖版

一、氣體飽和含水量研究現(xiàn)狀

在氣體飽和含水量研究方面，烴類氣體飽和含水量與壓力、溫度的關(guān)系已有定論和計算工具，且被廣泛應用于氣體含水量計算和露點測定。

由于某液化站要進行二氧化碳液化處理，因此對二氧化碳飽和含水量的要求比烴類氣體更高，但其飽和含水量與壓力、溫度的關(guān)系，沒有類似于烴類氣體飽和含水量特征曲線，無法確定一定條件下二氧化碳的飽和含水量。

目前有國外機構(gòu)，通過實驗繪出了二氧化碳飽和含水量隨溫度和壓力變化的曲線。分別為50℃、75℃、100℃、125℃4條曲線和數(shù)據(jù)點。這一特征，可以指導我們優(yōu)選分離、脫水過程中運行參數(shù)。但只有4條曲線，且溫度與生產(chǎn)實際相差甚遠，難以實現(xiàn)生產(chǎn)過程中飽和含水量的準確預測。

因此需要摸索曲線的相似規(guī)律，擬合出二氧化碳飽和含水量的通用公式，計算實際生產(chǎn)過程中的含水量，指導運行參數(shù)和工作制度確定。

二、二氧化碳飽和含水量模擬思路及方法

根據(jù)各條曲線上的數(shù)值，確定曲線的相同變化規(guī)律，進行函數(shù)擬合，檢驗和修正。編程計算，確定各溫度、壓力下的含水值。

1 繪制散點圖：

找出圖版雙對數(shù)坐標中單個格數(shù)長度與單位長度之間的關(guān)系，將這些坐標值繪制成散點圖。

2 確定 “拐點”的坐標值：

用繪成的散點圖版結(jié)合原圖版曲線確定各組曲線的共同特征點——“拐點”的坐標。在原圖版中，各曲線的拐點近似排列成直線，根據(jù)直線斜率一定特點，找到4條曲線的拐點坐標，然后通過擬合，根據(jù)拐點坐標值推導的任意拐點坐標（X，Y）與K氏溫度有關(guān)的計算公式是：

3 確定標準曲線：

將50℃和75℃曲線拐點下半段通過“對數(shù)平移”平移到100℃處；將50℃和75℃曲線拐點上半段通過“算術(shù)平移”平移到100℃處，通過平移對比分析發(fā)現(xiàn)，將50℃曲線上部和75℃曲線的下部平移后，各點的相對誤差較小，這兩段被選定為參考標準曲線。

4 擬合函數(shù)：

對選取的參考標準曲線進行擬合，求出擬合公式，再根據(jù)函數(shù)平移法則求出任意溫度下的擬合公式；擬合得到標準曲線的公式分別是：

的壓力和溫度。由于第二條曲線擬合程度高且平移對比誤差小無需修正。

圖1-1 二氧化碳含水曲線原圖

圖3-1 二氧化碳含水量曲線圖版

表2-1 75℃曲線誤差檢驗

6 編制二氧化碳飽和含水應用軟件：

將標準曲線擬合公式、修正公式等，利用VB語言編程。輸入壓力溫度條件，點擊運行，軟件自動判斷條件，選擇函數(shù)方程，可求出二氧化碳飽和含水量。

7 檢驗預測模擬軟件計算誤差：

檢驗誤差時，一方面可通過軟件繪制成曲線圖版，與對原圖版形態(tài)相比較，可直觀檢驗軟件計算結(jié)果的可靠性；另一方面是利用計算值與原數(shù)據(jù)進行對比求誤差，即以部分75℃曲線試驗數(shù)據(jù)點檢驗軟件計算精度。

軟件應用是在溫度取值范圍15～150℃， 壓力取值范圍1.8～73MPa，滿足工程精度誤差5%以內(nèi)，在上述范圍之外部分的誤差可能會增大，適合于對精度要求不高情況下的含水預測。

三、認識及應用

1 計算飽和含水量

二氧化碳飽和含水與甲烷不完全相同，它具有雙重變化趨勢。目前某化驗室應用HumiCalc軟件適用范圍小，同時經(jīng)大量取點用此軟件計算分析，計算結(jié)果無雙重變化規(guī)律。經(jīng)檢驗應用二氧化碳隨溫度壓力變化關(guān)系模擬軟件計算與實驗測得的飽和含水量值基本接近。

2 優(yōu)化運行參數(shù)

由于二氧化碳的飽和含水量具有反向變化性質(zhì)，在固定溫度下，存在最小飽和含水的壓力值，即拐點。

因此，在確定分離、脫水設備運行參數(shù)時，應盡量使參數(shù)值處在拐點或接近拐點，保證該條件下的飽和含水最少，脫水設備負荷最小。

3 確定干燥裝置工作制度

某集氣站改造后，干燥塔規(guī)格為Ф700×2500，吸附能力為8kg/m3，則每個干燥塔吸附能力為7.7kg。

根據(jù)設計的工藝參數(shù)，利用軟件計算分子篩前二氧化碳飽和含水量為500mg/kg。要求干燥后含水為20ppm，則脫水深度ΔW為490mg/kg。按照3×104m3/d，瞬時流量Q為1250m3。

t × ΔW ×Q /0.55 ﹦ 7.7kg

t﹦6.9h

即產(chǎn)量為3×104m3/d時，干燥塔經(jīng)過6.9小時吸附飽和。

五、結(jié)論

1 二氧化碳飽和含水量的預測模擬軟件在工程允許誤差范圍內(nèi)的使用范圍為溫度15℃～150℃，壓力1.8 Mpa—73Mpa。

2 該軟件可計算二氧化碳脫水的設備的最大脫水量，并成為一種計算露點的新方法。

3 在某集氣站投產(chǎn)時，需要根據(jù)處理量確定周期。若處理量為3×104m3/d，則工作制度應為6小時干燥/再生。

[1]楊雪蓮.非飽和土的強度及變形特性研究[D].四川大學，2001.

TU41

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10.13612/j.cnki.cntp.2014.07.097