煤層氣采氣管線凝水器設置

薛愛芹　茆天琪（中國石油集團工程設計有限責任公司華北分公司，河北　任丘　062550）

煤層氣采氣管線凝水器設置

薛愛芹茆天琪（中國石油集團工程設計有限責任公司華北分公司，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水的作用，防止游離水及凝結水在管網其他位置聚集形成堵塞，從根本上杜絕低壓采氣管線積液、堵塞等嚴重后果的發生。

煤層氣；采氣管線；采出水；飽和氣；凝水器

煤層氣不同于常規天然氣，它是以吸附態形式吸附于煤層孔隙中。目前開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。在輸送過程中，管線環境溫度通常低于產出氣溫度，會有冷凝水在采氣支、干線內出現。煤層氣井口壓力較低，山區管線敷設高程差大，不利于氣體攜帶水分，導致低部位游離水和凝結水聚集，形成段塞流或在冬季容易發生凍堵，影響集輸系統的安全性和經濟效益。

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

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圍環境溫度有關，在輸送過程中，隨著溫度降低，會不斷有冷凝水產生，溫度恒定后，氣介質在該溫度下保持水飽和狀態。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。

采氣管線在夏季環境溫度較高時，不易發生凝結水析出，只有冬季溫度低時才易發生。由于管線均埋在凍土層以下，計算時設定管線周邊環境溫度為5℃。

煤層氣自井場出來的井流物，采用Pipelinestudio（Tgnet）軟件進行計算，進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。在設置模擬選項過程中設定兩種總傳熱系數分別進行溫降計算。鑒于總傳熱系數越大，管道的散熱熱阻越小，導熱越快。鋼管的傳熱系數根據常規天然氣長輸管道總傳熱系數選取1.13565W/m2·℃；PE管的傳熱系數根據《油氣集輸設計規范》GB50350-2005中帶保溫層輸油管道總傳熱系數最大K值選取3.72W/m2·℃。

1.2模擬工況二

煤層氣自井場出來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，比較管線內介質壓力與溫度的變化。

兩種工況進行多次模擬，基本模擬結果見圖2-1。

1.3結論

（1）井流物出井場后，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，均為出井場至井場外750m左右，一般2.2km以后，介質溫度接近周圍環境溫度。

（2）不論總傳熱系數的高低，對0～750m溫降速率基本不產生影響，且總會在750m左右產生折點。

由于煤層氣井場井間距較小，采氣管線外輸不遠，就會有其他井場采出氣繼續并入的情況。新井場氣的接入，會使管輸溫度升高，那么：

（1）合并后的介質溫度同樣在1km范圍內，溫降速率最大，2.5km～5km后介質溫度接近周圍環境溫度。

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

圖2-1　不同工況下，管內介質溫度、壓力變化曲線圖

2　凝水器位置的設置

井場凝水器設定的位置，沿著介質流向，根據管線沿線地形條件，在距離井場750m之前，不建議設置凝水器。出井場約2km以后，地形較低或管線折點上坡地段設置凝水器，有利于將氣體中凝結水排出。鑒于管線內介質流速不同，積水位置有變化，凝水器放于“V”形結構低點爬坡處。具體如下圖。

圖3-1　凝水器位置設置圖

3　結語

本文通過軟件計算，確定了煤層氣采氣管線凝水器設置的最佳位置，對此類項目的進行，起到了指導性的作用。

［1］《Pipelinestudio（Tgnet）應用指南》.

［2］《05系列建筑標準設計圖集》DBJT02-45-2005河北省工程建設標準設計.