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區，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區，黑龍江 大慶 163453）

飽和水含量是評價天然氣的一項重要技術指標。而且隨著壓力、溫度變化，飽和含水量也發生變化。掌握氣體飽和含水量及其變化規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，優化運行參數。

二氧化碳；飽和含水；軟件；圖版

一、氣體飽和含水量研究現狀

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，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條曲線和數據點。這一特征，可以指導我們優選分離、脫水過程中運行參數。但只有4條曲線，且溫度與生產實際相差甚遠，難以實現生產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律，擬合出二氧化碳飽和含水量的通用公式，計算實際生產過程中的含水量，指導運行參數和工作制度確定。

二、二氧化碳飽和含水量模擬思路及方法

根據各條曲線上的數值，確定曲線的相同變化規律，進行函數擬合，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：

找出圖版雙對數坐標中單個格數長度與單位長度之間的關系，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，根據拐點坐標值推導的任意拐點坐標（X，Y）與K氏溫度有關的計算公式是：

3 確定標準曲線：

將50℃和75℃曲線拐點下半段通過“對數平移”平移到100℃處；將50℃和75℃曲線拐點上半段通過“算術平移”平移到100℃處，通過平移對比分析發現，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：

對選取的參考標準曲線進行擬合，求出擬合公式，再根據函數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，與對原圖版形態相比較，可直觀檢驗軟件計算結果的可靠性；另一方面是利用計算值與原數據進行對比求誤差，即以部分75℃曲線試驗數據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，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，同時經大量取點用此軟件計算分析，計算結果無雙重變化規律。經檢驗應用二氧化碳隨溫度壓力變化關系模擬軟件計算與實驗測得的飽和含水量值基本接近。

2 優化運行參數

由于二氧化碳的飽和含水量具有反向變化性質，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、脫水設備運行參數時，應盡量使參數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。

根據設計的工藝參數，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

即產量為3×104m3/d時，干燥塔經過6.9小時吸附飽和。

五、結論

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 在某集氣站投產時，需要根據處理量確定周期。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

A

10.13612/j.cnki.cntp.2014.07.097