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1、第23卷第10期煤气与热力Vol.23No.102003年10月Gas&HeatOct.2003文章编号:1000-4416(2003)10-0583-04X天然气节流过程水化物的生成与消除田贯三,马一太,杨昭(天津大学热能研究所,天津300072)摘要:分析了焦耳-汤姆逊系数的近似计算,讨论了冬季压缩天然气减压后在管道内产生水化物和冰堵的原因和消除方法。关键词:天然气水化物;焦耳-汤姆逊效应;脱水;加热中图分类号:TU996文献标识码:AProductionandEliminationofHydrateinThrottlingProcessofNaturalG
2、asTIANGuan2san,MAYi2tai,YANGZhao(ThermalEnergyResearchInstitute,TianjinUniversity,Tianjin300072,China)Abstract:TheapproximatecalculationofJoule2Thomsoncoefficientisanalyzed.Theproductionreasonsofhydrateandicingcramwhencompressednaturalgasisthrottledinwinterandeliminatingmethodsaredis
3、2cussed.Keywords:naturalgashydrate;Joule2Thomsoneffect;waterremoval;heating1引言2.1节流效应气体在等焓过中的温度变化与压力变化之比的极限称为微分节流效应系数或焦耳-汤姆逊系数:天然气的非管道储运方式主要有液化储运和压9T缩储运。压缩储运一般将天然气加压到20MPa以μJ=()h=μ(h,p)(1)9p上,利用可移动高压储罐(瓶)储存,这种储运方式适对于理想气体焓是温度的单值函数,节流过程用于用量较小的用户,主要用于天然气汽车、小区和不产生温度的变化。压缩天然气是非理想气体,节[1—3]
4、小城镇供气等方面。在压缩天然气(CNG)的使流过程总是伴随温度变化。天然气在环境温度下从用过程中,天然气通过阻力件(如调压器、阀门、过滤高压节流到常压总是伴随着冷效应(焦耳-汤姆逊器)时,特别是在压力降很大的情况下,气体温度要系数为正)。降低。温度的降低会使管路、调压器、阀门、过滤器由热力学基本关系式可导出微分节流效应系数及测量仪表外表面结霜或结冰。湿天然气在管路中μJ与节流前气体状态参数(p,v,T)之间关系的会产生水化物,导致在减压阀口后出现堵塞现象。通用方程式:下面对天然气节流过程中水化物的生成与消除进行19v讨论。μJ=cT9Tp-v(2)p式中:cp气
5、体的比定压热容;2焦耳-汤姆逊效应T气体的热力学温度;X收稿日期:2003-01-10;修回日期:2003-09-20作者简介:田贯三(1963—),男,山东安丘人,教授,博士,研究方向为燃气技术。©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net·584·煤气与热力2003年κ-1v比体积。κp1-Δp从式(2)看出,μΔT=T1-T2=T11-α(6)J取决于温度和压力的变化,为p1了求出(9vP9T)p必须给出气体的状态方
6、程pv=式中:ΔT节流过程的温度降,K。ZR0T,需知道压缩因子的解析方程Z=f(p,T)。图1为用式(5)计算的压缩天然气绝热节流后在实际工程计算中,μJ可通过经验公式或诺模图查的温度与节流压差的关系,当节流压差超过4MPa得,或由实验测定。时,节流后的天然气温度T2在200K(-73℃)以2.2节流降温原理下,此时的温度小于等于天然气的露点,天然气中的根据焓和微分节流效应系数的定义,由热力学水分或重碳氢化合物将会凝结出来。焦耳-汤姆逊关系式得系数可用下式近似估算:19u19(pv)μΔT(7)μJ=--(3)J=Δpcp9pTcp9pTh式中:u比热力学能。
7、式(3)表明节流效应由热力学能和流动功两部分能量变化所组成。μJ可为正、为负或为零,为正产生冷效应,为负产生热效应,为零温度不变。对天然气由于气体在绝热膨胀过程中,压力降低,比体积增大,导致分子间的平均距离增大。此时必须消耗功来克服分子间的吸引力,于是分子间的位能增加。由于外界无能量供给气体,分子间位能增加只能导致分子动能减少,因此产生使气体温度降低的效应。2.3焦耳-汤姆逊系数的近似计算由于高压天然气通过减压阀口节流时压力降图1节流后的温度T2与节流压差ΔP的关系大,天然气的压力、密度和温度等参数都发生变化。由于体积膨胀在通过阀口时要损失能量,温度变化表1为用
8、式(7)估算的在相同节流
