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烃露点测量应用

烃露点测量应用

2013/10/17 16:35:18

       烃露点是指在规定压力下,气态烃开始形成液态烃的温度。由于互连管道的快速发展和非传统天然气来源的增加,天然气烃露点(HCDP)测量已成为天然气行业的关键问题。气体流路中的液态烃可能导致水合物的形成,从而增加压缩成本,引发调压器结冰的问题,并导致最终用户设备的损坏,例如燃气轮机。为了防范此类风险,越来越多的贸易交接协议开始对HCDP的指标提出要求,因此,需要一种可靠的方法,报告贸易交接位置的HCDP数据。

测量烃露点

       传统的烃露点在线测量方法是使用冷镜面凝析露点测量装置。该装置在充满天然气的测量室内,降低镜面的温度,此外,还要使用其它的采用不同测量技术的专用HCDP分析仪,然而,它们只是在某个单一压力下提供HCDP的测量结果,而且它们只是提供单次测量的专用分析仪。

       使用行业公认的、在多个不同压力下的状态方程,根据气相色谱仪测量的气体组分含量,可以计算HCDP的理论值,以及临界冷凝温度(任何压力下的HCDP最大值)。通过在气相色谱仪中引入状态方程的计算功能,可以借助于其它贸易交接测量所用的分析仪,计算并报告HCDP值和临界冷凝温度,这样便可以减少所需分析仪和相关设备的数量,进而降低成本。

       C6+气相色谱仪(通常用于天然气贸易交接)通过C6+浓度测量值的固定比例,计算己烷、庚烷和辛烷的理论值,所有这些数值都将用于天然气的能量(热能)和物理属性计算中。然而,气体流路中形成的液态烃是较重的组分,因此,与可以做到C12全组分分析后执行的计算相比,这些假设的数值将导致较大误差(图1)。为了克服这一局限性,艾默生过程管理公司开发了五分钟即可完成C9+扩展分析的应用,它可量化天然气中较重的成分,并使用Peng-Robinson(PR)或Soave-Redlich-Kwong(SRK)状态方程,完成更精确的计算。此应用采用2个耐用的热导检测器(TCD),与C12分析所需的火焰离子检测器相比,这样配置的检测器更适合典型的贸易交接环境,提供的测量结果是C12全组分分析计算值的+/- 5°F。计算值经进一步的特征化处理,可以与详细的现场实验室分析测量的同分异构物比率相匹配。

实际应用

       HCDP应用的主要目的是计算在某个固定压力下的天然气临界冷凝温度或HCDP,用于报告和气体质量监测。然而,该应用能在最多4个不同压力下,计算HCDP,因此,实际应用范围更加广泛。

图1 – 使用C6+常用固定比率计算临界冷凝温度时,各种气体组分的计算误差

图2 – 典型的相位曲线显示了在实际操作应用中,3个压力下计算的临界冷凝温度和烃露点。

两相流预警

       如果存在两相流(气态和液态),所有的流量测量技术都会产生明显的测量误差。当管道中存在两相流时,由GC(气相色谱仪)取样并分析的气体HCDP(在流体压力下)将与流体的温度相同。因此,如果存在两相流,则在流体压力下计算HCDP,并将其与流体温度进行比较,比较结果可发出报警信号。通过发出的流路流体状态正在接近两相流的预警信号,可以在其导致流量测量误差之前,采取缓解措施。

采样系统功能

       同样的原理,可以用样气的HCDP与环境温度进行比较,以确定采样处理系统是否正常工作,并且,采样处理系统的工作不受环境条件的影响。

       可以在规定的采样压力(通常为20 PSIG / 100 kPa)下,计算HCDP,并将其与环境温度进行比较。如果HCDP的数值开始跟随环境温度变化,则可以表明采样管线中的重气体组分正在减少。

预热器控制

       在管线压力和下游规定压力下计算的HCDP数值可用于调压站,目的是确定气体预热器的温度设置值,从而优化加热器性能,降低加热器运行成本,降低调压器结冰或水合物形成的风险。

 

图3 – 用于计算流动采样HCDP并提供两相流预警的流体压力。如果烃点与管道流体温度相差10°F以内,表示即将出现两相流情况的风险。

 

图4 – HCDP与环境温度的比较表明采样系统加热问题导致采样管线中重(和高能量成分)气体组分在减少。

 

700XA的应用

       C9+ HCDP计算应用作为Danalyzer的500型和700型色谱仪的选配项已经多年。最新推出的700XA产品也延续了这一传统,将HCDP计算作为标准配置,所有Danalyzer C9+应用都具备这一功能,并且,700XA支持通过模拟输入信号或Modbus通信链接,获取计算压力。

       单恒温箱/双检测器设计、一体化控制器、更高的重复性、更强的计算和警报能力,以及更宽泛的工作温度范围,将Danalyzer享有盛誉的HCDP监测方案、行业领先的天然气分析技术、以及贸易交接能力完美地整合在一起,成就了切实有效的天然气测量一揽子解决方案。

 

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