PR方程與SRK方程在計算水露點中的比較與應用

李慶杰，楊 圃，張辰源，吳明浩，張?zhí)睚垼瑢O建波

（新疆油田油氣儲運公司，新疆 克拉瑪依 834002）

PR方程與SRK方程在計算水露點中的比較與應用

李慶杰，楊 圃，張辰源，吳明浩，張?zhí)睚垼瑢O建波

（新疆油田油氣儲運公司，新疆 克拉瑪依 834002）

水露點是天然氣管道輸送安全的一個重要指標。介紹了PR方程與SRK方程，利用兩個方程的不同混合法則及相平衡計算，通過編寫程序，計算出在相同條件下，不同方程之間計算出的水露點的差異，得出利用PR方程計算出的水露點較SRK方程計算的結果偏低。

PR方程；SRK方程；水露點

含水率是天然氣管道輸送的一項重要的參數。水露點的形成由溫度、壓力、組分等直接決定，GB50251[1]規(guī)定，在管輸天然氣最高運行壓力下水露點的溫度較周圍最低環(huán)境溫度低5 ℃。水露點的析出將對管道運行造成巨大的危害，當管道運行溫度低于相應的水露點時，容易降低管道的輸送效率，加速對管道腐蝕的速度；如果形成固體水合物，將導致管道或其他設備的堵塞。例如2014年2月24日，新疆某油田一條56.6 km的天然氣管線因析水造成冰堵，歷時三天通過放空及注醇等方法進行搶修，管線逐步恢復正常。所以通過科學計算可有效預防和減少水露點所帶來的危害。

1 理論部分

天然氣含水量與水露點換算涉及復雜的計算過程，包括狀態(tài)方程、氣體混合規(guī)則、氣液相平衡等理論計算，過程十分繁雜。目前適用于天然氣的狀態(tài)方程比較多，計算方法不同，為此需要比較常用方程的計算結果，便于實際應用的選取。

1.1 PR方程[2-7]

式中：P—系統(tǒng)壓力，Pa;

V—摩爾體積m3/mol;

T—絕對溫度,K;

R—氣體常數J/（mol·K）;

a、b、ai、bi、aj、bj、βj—與混合物所含組分的種類及狀態(tài)有關的常量;

aij—組分i、j的交叉系數;

xi、xl—進料組分i、j摩爾分數;

N—混合物所含組分的種類數;

Tci—組分i的臨界溫度，K;

Pci—組分j的臨界壓力，Pa;

Kij—二元交互作用系數;

wi—組分i的偏心因子;

Tri—組分i的對比溫度;

Tc—臨界溫度，Pc為臨界壓力，Tr=T/Tc

w—為偏心因子。

k1是物質的特征參數其數據可見文獻[2]

逸度方程計算：

式中：Z—壓縮因子

1.2 SRK方程[8,9]

其中符號意義同PR方程。

2 計算應用

2.1 計算結果比較

選取新疆油田金龍一級站天然氣樣品，具體組成見表1。在計算過程中，環(huán)境溫度為20 ℃，壓力范圍0.5～2.0 MPa。

通過PR方程和SRK方程，所計算出的結果見圖1。

圖1 PR方程與SRK方程計算結果比較Fig.1 The calculation results of PR and SRK equations

通過表1可以明顯看出，PR方程計算出結果較SRK方程計算水露點溫度偏低；在1.0 MPa下，其實際測量水露點為-22.1℃，較方程所計算數值偏高。顯然，PR方程和SRK方程均能滿足計算要求，但為了提高管道運行安全系數，建議采用PR方程作為計算方法更為安全合理。

表1 金龍一級站天然氣組分Table 1 The gas composition of Jinlong station

2.2 實際應用

目前新疆油田天然氣主管網設計承壓能力均在6.3 MPa，但實際運行壓力普遍偏低，造成管網利用效率不高的境地。

隨著風城超稠油開采量增加，其用氣量將逐年上升，勢必要求提高管網的運行壓力。當管網壓力在高壓環(huán)境下運行，到達某一節(jié)點時壓力可升高到5.13 MPa，溫度降低至0.24 ℃，經過調壓閥節(jié)流后壓力降低到1.7 MPa時，其溫度將降低到-22.3 ℃，這將勢必在水露點-17.23 ℃以下，這將要求在管網壓力提升的同時對調壓閥迚行加熱保溫或提高對天然氣氣質處理的要求。

4 結 論

（1）水露點的計算，各方程特點各不相同，對于PR方程和SRK方程計算水露點，相比較而言，PR方程的應用較為安全；

（2）高壓管網輸送天氣時，當節(jié)流后輸往用戶時，應該充分考慮節(jié)流后介質溫度的降低，以免形成凝水現象，給管道運行帶來安全隱患。

［1］葉學禮，章申進，仸啟瑞，等.GB 50251-2003輸氣管道工程設計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2003．

［2］Stryjek R,Vera J H.PRSV: An improved Peng-Robins on equation of state for pure compounds and mixtures[J].Can J Chem Eng,1986,64:323-333．

［3］Peng D Y, Robinson D B. A new two-constant equation of state [J].Ind Eng Chem Fundam,1976,15:59-64．

［4］朱開宏.化工過程流程模擬[M].北京：中國石化出版社，1993.

［5］童景山，高光華，劉裕品.化工熱力學[M].北京：清華大學出版社，1996．

［6］馮霄.化工節(jié)能原理與技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004．

［7］馬沛生.化工熱力學[M].北京：化學工業(yè)出版社，2005:89-101．

［8］Sozve G.. Equilibrium constants from a modified Redich-Kong equation of state[J]. Chem Eng Science, 1972：1197-1203．

［9］吳侃，劉景龍，賀承祖.用改迚的SRK狀態(tài)方程計算高溫氣體在水中的溶解度[J].油氣田地面工程，2003（7）：15-16．

Comparison and Application of PR and SRK Equations in Calculation of the Water Dew Point

LI Qing-jie，YANG Pu，ZHANG Chen-yuan，WU Ming-hao，ZHANG Tian-long，SUN Jian-bo
（PetroChina XinJiang Oilfield Company Oil & Gas Storage & Transportation Branch, Xinjiang Karamay 834002, China）

The water dew point is an important indicator for the natural gas pipeline safety. In this article, PR and SRK equations were described. Using mixing rules and phase equilibrium calculation of the two equations, the difference of the water dew points calculated by the two equations under the same conditions was calculated. The results show that, the water dew point calculated by the PR equation is lower than that calculated by the SRK equation.

PR equation; SRK equation; Water dew point

TQ 018

A

1671-0460（2014）10-2186-02

2014-03-16

李慶杰（1984-），男，江蘇連云港人，工程師，研究生學歷，2011年畢業(yè)于遼寧石油化工大學油氣儲運專業(yè)，研究方向：從事原油與天然氣運行工作。E-mail：liqingjie01@aliyun.com。