天然氣飽和含水量計算

明 宗 營

（1. 中國石油大學（華東）， 山東 青島 266580； 2. 中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司， 山東 青島 266071）

天然氣是一種多組分的混合物，其中的水蒸氣成分雖然含的摩爾分數(shù)很小，但在天然氣輸送過程中因為受到壓力和溫度變化的影響變成游離的水析出。含有一定水分的天然氣在一定壓力下逐漸降低溫度，剛開始出現(xiàn)微小水滴時溫度稱為天然氣的水露點溫度，此時天然氣的含水量稱為飽和含水量。飽和含水量為該天然氣在給定溫度和壓力下最大含水量。很顯然，在給定天然氣成分（除水外其它組成）時，露點溫度與飽和含水量是一一對應的，給定含水量可以求得水露點溫度，同樣，給定水露點溫度可以得到天然氣的飽和含水量。

計算天然氣的飽和含水量與露點溫度目前有狀態(tài)方程法、查圖法和經(jīng)驗關(guān)系法三種。狀態(tài)方程法理論依據(jù)很強，但由于液相水的成分難于精確描述，含有溶解物的水相狀態(tài)方程缺乏，計算費時費力，所得結(jié)果有的誤差較大，但有精確的氣相和液相狀態(tài)方程可用，這種方法還是相當精確的。查圖法本身比較可靠，但由于曲線數(shù)目有限，所得結(jié)果誤差只能滿足工程應用，在精度較高時不合適。另外，查圖法已經(jīng)不適應計算機自動計算的需求了。經(jīng)驗公式把實驗數(shù)據(jù)點通過擬合成多項式，在實驗的參數(shù)范圍內(nèi)，所得結(jié)果相當可靠，但不能夠外推，同時避免了計算費時費力的問題。

1 計算模型

根據(jù)文獻，酸性天然氣中的含水量可以用下式得到：

其中yw,sweet為非酸性天然氣中的含水量，摩爾分數(shù)，可以由式（2）求得； Fsour是酸性氣體對含水量的影響系數(shù)，通過式（4）計算；Fhh是相對密度對含水量的影響系數(shù)，通過式（6）得到；FSalt是液相中的含鹽量對氣體中含水量的影響系數(shù)，通過式（7）計算。

式中: PwSat— 水的飽和蒸汽壓, MPa;

T — 溫度，K;

a1和a2— 均為常數(shù)。

式（6）中：g — 天然氣的相對密度；

b1、b2和 b3—常數(shù)；

T0= 273.15 K。

式（7）中wSalt為液相中鹽分的質(zhì)量濃度。

公式中常數(shù)的數(shù)值見表1。

表1 常數(shù)數(shù)值Table 1 Constant values

2 計算結(jié)果對比

程序計算可以完成如下工作：

（1）已知組成、壓力、溫度，計算含水量；

（2）已知組成、壓力、含水量，計算天然氣露點。

利用程序計算模型可以完成對普通天然氣、酸性天然氣的計算。計算過程需要輸入的參數(shù)包括天然氣的比重、二氧化碳、硫化氫含量等。下文利用開發(fā)的計算程序，計算對比了不同天然氣的露點和飽和含水量。表2給出了不同天然氣組成、壓力和溫度情況下含水量程序計算結(jié)果與實驗和文獻[2]結(jié)果的對比。

表2 含水量程序計算結(jié)果與實驗和文獻[2]的結(jié)果對比Table 2 The comparison of the program calculation results and experimental and literature[2] results for moisture content

表2的結(jié)果表明，程序計算結(jié)果與實驗結(jié)果相差不大，幾乎與文獻［2］的計算結(jié)果相同，說明計算程序結(jié)果是正確的。為了進一步驗證程序，又與文獻[3]的計算結(jié)果進行了對比。

在《天然氣加工工程》[4]中Mcketta-Wehe算圖給出了一系列的天然氣含水量與組成、壓力、溫度的關(guān)系曲線，在工程設(shè)計中已廣泛應用，為了對比計算結(jié)果，也與他們的曲線圖進行了比較，結(jié)果如表4所示。

表3 含水量程序計算結(jié)果與文獻[3]的結(jié)果對比Table 3 The comparison of the program calculation results and literature[3] results for moisture content

表4 含水量程序計算結(jié)果與Mcketta-Wehe算圖結(jié)果對比Table4 The comparison of the program calculation results and Mcketta-Wehe chart results for moisture content

表5 程序反算溫度與Mcketta-Wehe的結(jié)果對比Table 5 The comparison of the program inverse calculation temperature and Mcketta-Wehe chart results

3 結(jié) 論

通過程序計算結(jié)果與文獻數(shù)據(jù)對比，本文采用的模型和編制的計算程序計算結(jié)果是正確的，可以很容易的實現(xiàn)在已知壓力、溫度和天然氣干氣的組成計算天然氣的飽和含水量；或已知壓力、天然氣組成和含水量計算天然氣的露點，為酸性天然氣集輸系統(tǒng)工程設(shè)計提供了一個方便快捷的工具。

［1］ Mohsen Zirrahi, Reza Azin, Hassan Hassanzadeh. Prediction of water content of sour and acid gases[J]. Fluid Phase Equilibria , 2010,299:171–179.

［2］ A. H. Mohammadi, SPE, Heriot-Watt U. Estimation of water content in sour gases[C]. SPE Euripec/EAGE Annual Conference, Madrid, Spain,13-16 June 2005.

［3］ Amir H. Mohammadi, Antonin Chapoy, Bahman Tohidi. A Key to Estimating the Water Content of Natural Gases[J]. Ind. Eng. Chem.Res. ,2006, 45:4825 – 4829.

［4］ 諸林. 天然氣加工工程[M]. 第二版.北京:石油工業(yè)出版社，2008.

［5］ 蘇長蓀. 高等熱力學[M]. 北京:高等教育出版社，1987．

［6］ 童景山. 流體熱物性計算[M]. 北京:高等教育出版社，1982．