天然气集输系统硫沉积研究

【摘要】：硫沉积研究是高含硫气田开发技术中的一项重要课题，研究的焦点多集中在气藏地层和井筒中，集输系统中硫沉积问题近年来逐渐引起重视。地面集输系统中沉积的元素硫不仅会带来严重的腐蚀问题，而且会引起管道和设备的堵塞，严重时甚至造成气田的停产。因此，准确地描述和分析地面管线和设备中硫沉积的机理及影响因素，掌握元素硫的沉积规律，开发科学有效的防控技术，是当今国内外高含硫天然气开发领域研究的难点之一。 本文通过现场试验和统计方法，确定了地面管道和设备内元素硫沉积物的种类为斜方硫，并观察到管道内元素硫的动态沉积过程。建立了元素硫的溶解度模型，理论分析了地面集输系统中元素硫的沉积机理和影响因素，通过数值模拟研究了流场对元素硫沉积的影响，提出了有效的防控技术。 研究结果表明，集输系统管道和设备内元素硫沉积的机理主要为成核和分子扩散。对现场新发现的管道内环壁等厚度硫沉积现象做出了解释：析出的硫微粒在气流脉动和布朗运行的协同作用下，一方面与管壁碰撞后均匀粘附在管壁上；另一方面，未与管壁发生碰撞的悬浮硫微粒，在管截面温度梯度和速度梯度的耦合作用下，向管壁处扩散迁移；沉积在管壁上的元素硫具有剪切稀释性，在气流作用下导致管壁元素硫等厚度沉积现象。基于热力学气固相平衡原理，提出了元素硫溶解度计算模型，建立了元素硫成核和聚团增长的理论模型。 硫沉积模拟结果表明：闸板阀后流场存在“死区”，“死区”一方面加速元素硫的析出，另一方面减弱了气流对沉积物的携带作用；蝶阀后流场存在剧烈扰动，增加了硫微粒碰撞管壁的几率；汇管入口支管附近壁面剪切应力较大，中间部位易发生硫沉积。 提出了集输系统硫沉积的井口防治方案，分析硫沉积和水合物形成之间的关系：天然气中硫化氢含量越高，越易形成水合物；析出的元素硫作为水合物的结晶中心，促进了水合物的形成。 【关键词】：高含硫天然气 硫沉积机理 溶解度 流场 防控技术
【学位授予单位】：中国石油大学（华东）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TE977
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 课题背景9-10
• 1.2 研究目的和意义10-12
• 1.3 国内外研究现状12-17
• 1.3.1 硫沉积机理研究12-13
• 1.3.2 元素硫溶解度理论研究13-15
• 1.3.3 硫沉积预测模型15-16
• 1.3.4 集输站场硫沉积防治技术16-17
• 1.4 主要研究内容17-19
• 第二章 元素硫沉积机理分析19-44
• 2.1 元素硫的来源19-20
• 2.1.1 普光气田高含硫天然气组成19
• 2.1.2 元素硫的来源19-20
• 2.2 元素硫的主要理化性质20-26
• 2.2.1 硫的同素异形体21-22
• 2.2.2 密度22-23
• 2.2.3 表面张力23-24
• 2.2.4 蒸气压24-25
• 2.2.5 粘度25-26
• 2.3 高含硫天然气的理化性质26-31
• 2.3.1 密度26-29
• 2.3.2 粘度29-30
• 2.3.3 压缩因子30-31
• 2.4 硫沉积机理及其影响因素31-38
• 2.4.1 硫沉积机理31-35
• 2.4.2 硫沉积影响因素35-38
• 2.5 硫沉积物检测技术38-44
• 2.5.1 集输系统硫沉积物分析38-41
• 2.5.2 清管物统计分析41-42
• 2.5.3 清管物组分分析42-44
• 第三章 集输系统元素硫溶解度模型44-50
• 3.1 硫的气固相平衡模型44-48
• 3.2 元素硫在酸气中的溶解度48-50
• 第四章 元素硫的成核机理50-54
• 4.1 单质硫的成核规律50-51
• 4.2 硫微粒聚团增长51-53
• 4.2.1 团聚过程中的作用力52
• 4.2.2 颗粒团聚增长模型52-53
• 4.3 壁面对颗粒的吸附53-54
• 第五章 流场数值计算结果及分析54-65
• 5.1 Fluent 软件介绍及模型选取54-55
• 5.2 阀门流场计算及分析55-63
• 5.2.1 闸板阀硫沉积模拟55-59
• 5.2.2 蝶阀硫沉积模拟59-63
• 5.3 汇管流场计算及分析63-65
• 第六章 防治技术研究65-70
• 6.1 溶硫工艺技术65-66
• 6.2 加热解堵工艺66
• 6.3 井口防治技术66-67
• 6.4 硫沉积和水合物67-70
• 结论与建议70-72
• 参考文献72-76
• 致谢76

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