煤層氣采氣管線凝水器設(shè)置

薛愛(ài)芹　茆天琪（中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司華北分公司，河北　任丘　062550）

煤層氣采氣管線凝水器設(shè)置

薛愛(ài)芹茆天琪（中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司華北分公司，河北任丘062550）

本文的主要目的是使煤層氣采氣管線上安裝的凝水器能起到收集最大量游離水及凝結(jié)水的作用，防止游離水及凝結(jié)水在管網(wǎng)其他位置聚集形成堵塞，從根本上杜絕低壓采氣管線積液、堵塞等嚴(yán)重后果的發(fā)生。

煤層氣；采氣管線；采出水；飽和氣；凝水器

煤層氣不同于常規(guī)天然氣，它是以吸附態(tài)形式吸附于煤層孔隙中。目前開(kāi)采煤層氣的主要方式為排水降壓采氣，采出氣為攜帶少量游離水的飽和氣。在輸送過(guò)程中，管線環(huán)境溫度通常低于產(chǎn)出氣溫度，會(huì)有冷凝水在采氣支、干線內(nèi)出現(xiàn)。煤層氣井口壓力較低，山區(qū)管線敷設(shè)高程差大，不利于氣體攜帶水分，導(dǎo)致低部位游離水和凝結(jié)水聚集，形成段塞流或在冬季容易發(fā)生凍堵，影響集輸系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)效益。

在采氣支干線上采用設(shè)置凝水器的方式，可以去除管線中攜帶的游離水和凝結(jié)水，但凝水器設(shè)置的最佳位置及要求，對(duì)去除管線中的積液起著至關(guān)重要的作用。

1　采氣管線凝水器位置的確定

飽和煤層氣冷凝水的析出與周?chē)h(huán)境溫度有關(guān)，在輸送過(guò)程中，隨著溫度降低，會(huì)不斷有冷凝水產(chǎn)生，溫度恒定后，氣介質(zhì)在該溫度下保持水飽和狀態(tài)。冷凝水不再析出的管段，決定在采氣管線上安裝凝水器的最佳位置。

采氣管線在夏季環(huán)境溫度較高時(shí)，不易發(fā)生凝結(jié)水析出，只有冬季溫度低時(shí)才易發(fā)生。由于管線均埋在凍土層以下，計(jì)算時(shí)設(shè)定管線周邊環(huán)境溫度為5℃。

煤層氣自井場(chǎng)出來(lái)的井流物，采用Pipelinestudio（Tgnet）軟件進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)行了以下兩種工況模擬：

1.1模擬工況一

相同輸氣量，采用鋼管和PE管作比較。在設(shè)置模擬選項(xiàng)過(guò)程中設(shè)定兩種總傳熱系數(shù)分別進(jìn)行溫降計(jì)算。鑒于總傳熱系數(shù)越大，管道的散熱熱阻越小，導(dǎo)熱越快。鋼管的傳熱系數(shù)根據(jù)常規(guī)天然氣長(zhǎng)輸管道總傳熱系數(shù)選取1.13565W/m2·℃；PE管的傳熱系數(shù)根據(jù)《油氣集輸設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50350-2005中帶保溫層輸油管道總傳熱系數(shù)最大K值選取3.72W/m2·℃。

1.2模擬工況二

煤層氣自井場(chǎng)出來(lái)的采氣管線大多采用PE100 SDR17.6聚乙烯管，本工況采用PE管材，在不同管徑條件下，比較管線內(nèi)介質(zhì)壓力與溫度的變化。

兩種工況進(jìn)行多次模擬，基本模擬結(jié)果見(jiàn)圖2-1。

1.3結(jié)論

（1）井流物出井場(chǎng)后，隨著輸送距離的增加，壓降變化不大，但溫度變化明顯。溫度下降最快的距離，均為出井場(chǎng)至井場(chǎng)外750m左右，一般2.2km以后，介質(zhì)溫度接近周?chē)h(huán)境溫度。

（2）不論總傳熱系數(shù)的高低，對(duì)0～750m溫降速率基本不產(chǎn)生影響，且總會(huì)在750m左右產(chǎn)生折點(diǎn)。

由于煤層氣井場(chǎng)井間距較小，采氣管線外輸不遠(yuǎn)，就會(huì)有其他井場(chǎng)采出氣繼續(xù)并入的情況。新井場(chǎng)氣的接入，會(huì)使管輸溫度升高，那么：

（1）合并后的介質(zhì)溫度同樣在1km范圍內(nèi)，溫降速率最大，2.5km～5km后介質(zhì)溫度接近周?chē)h(huán)境溫度。

（2）多個(gè)距離較近的井場(chǎng)，如果不超過(guò)2km，建議在最后一個(gè)井場(chǎng)氣接入約1km以后，地形較低或管線折點(diǎn)上坡地段設(shè)置凝水器，超過(guò)2km，如果地形起伏較大，可考慮就近設(shè)置凝水器。

圖2-1　不同工況下，管內(nèi)介質(zhì)溫度、壓力變化曲線圖

2　凝水器位置的設(shè)置

井場(chǎng)凝水器設(shè)定的位置，沿著介質(zhì)流向，根據(jù)管線沿線地形條件，在距離井場(chǎng)750m之前，不建議設(shè)置凝水器。出井場(chǎng)約2km以后，地形較低或管線折點(diǎn)上坡地段設(shè)置凝水器，有利于將氣體中凝結(jié)水排出。鑒于管線內(nèi)介質(zhì)流速不同，積水位置有變化，凝水器放于“V”形結(jié)構(gòu)低點(diǎn)爬坡處。具體如下圖。

圖3-1　凝水器位置設(shè)置圖

3　結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)軟件計(jì)算，確定了煤層氣采氣管線凝水器設(shè)置的最佳位置，對(duì)此類(lèi)項(xiàng)目的進(jìn)行，起到了指導(dǎo)性的作用。

［1］《Pipelinestudio（Tgnet）應(yīng)用指南》.

［2］《05系列建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集》DBJT02-45-2005河北省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì).