天然气饱和含水量计算

明 宗 营

（1. 中国石油大学（华东）， 山东 青岛 266580； 2. 中国石油工程建设公司华东设计分公司， 山东 青岛 266071）

天然气是一种多组分的混合物，其中的水蒸气成分虽然含的摩尔分数很小，但在天然气输送过程中因为受到压力和温度变化的影响变成游离的水析出。含有一定水分的天然气在一定压力下逐渐降低温度，刚开始出现微小水滴时温度称为天然气的水露点温度，此时天然气的含水量称为饱和含水量。饱和含水量为该天然气在给定温度和压力下最大含水量。很显然，在给定天然气成分（除水外其它组成）时，露点温度与饱和含水量是一一对应的，给定含水量可以求得水露点温度，同样，给定水露点温度可以得到天然气的饱和含水量。

计算天然气的饱和含水量与露点温度目前有状态方程法、查图法和经验关系法三种。状态方程法理论依据很强，但由于液相水的成分难于精确描述，含有溶解物的水相状态方程缺乏，计算费时费力，所得结果有的误差较大，但有精确的气相和液相状态方程可用，这种方法还是相当精确的。查图法本身比较可靠，但由于曲线数目有限，所得结果误差只能满足工程应用，在精度较高时不合适。另外，查图法已经不适应计算机自动计算的需求了。经验公式把实验数据点通过拟合成多项式，在实验的参数范围内，所得结果相当可靠，但不能够外推，同时避免了计算费时费力的问题。

1 计算模型

根据文献，酸性天然气中的含水量可以用下式得到：

其中yw,sweet为非酸性天然气中的含水量，摩尔分数，可以由式（2）求得； Fsour是酸性气体对含水量的影响系数，通过式（4）计算；Fhh是相对密度对含水量的影响系数，通过式（6）得到；FSalt是液相中的含盐量对气体中含水量的影响系数，通过式（7）计算。

式中: PwSat— 水的饱和蒸汽压, MPa;

T — 温度，K;

a1和a2— 均为常数。

式（6）中：g — 天然气的相对密度；

b1、b2和 b3—常数；

T0= 273.15 K。

式（7）中wSalt为液相中盐分的质量浓度。

公式中常数的数值见表1。

表1 常数数值Table 1 Constant values

2 计算结果对比

程序计算可以完成如下工作：

（1）已知组成、压力、温度，计算含水量；

（2）已知组成、压力、含水量，计算天然气露点。

利用程序计算模型可以完成对普通天然气、酸性天然气的计算。计算过程需要输入的参数包括天然气的比重、二氧化碳、硫化氢含量等。下文利用开发的计算程序，计算对比了不同天然气的露点和饱和含水量。表2给出了不同天然气组成、压力和温度情况下含水量程序计算结果与实验和文献[2]结果的对比。

表2 含水量程序计算结果与实验和文献[2]的结果对比Table 2 The comparison of the program calculation results and experimental and literature[2] results for moisture content

表2的结果表明，程序计算结果与实验结果相差不大，几乎与文献［2］的计算结果相同，说明计算程序结果是正确的。为了进一步验证程序，又与文献[3]的计算结果进行了对比。

在《天然气加工工程》[4]中Mcketta-Wehe算图给出了一系列的天然气含水量与组成、压力、温度的关系曲线，在工程设计中已广泛应用，为了对比计算结果，也与他们的曲线图进行了比较，结果如表4所示。

表3 含水量程序计算结果与文献[3]的结果对比Table 3 The comparison of the program calculation results and literature[3] results for moisture content

表4 含水量程序计算结果与Mcketta-Wehe算图结果对比Table4 The comparison of the program calculation results and Mcketta-Wehe chart results for moisture content

表5 程序反算温度与Mcketta-Wehe的结果对比Table 5 The comparison of the program inverse calculation temperature and Mcketta-Wehe chart results

3 结 论

通过程序计算结果与文献数据对比，本文采用的模型和编制的计算程序计算结果是正确的，可以很容易的实现在已知压力、温度和天然气干气的组成计算天然气的饱和含水量；或已知压力、天然气组成和含水量计算天然气的露点，为酸性天然气集输系统工程设计提供了一个方便快捷的工具。

［1］ Mohsen Zirrahi, Reza Azin, Hassan Hassanzadeh. Prediction of water content of sour and acid gases[J]. Fluid Phase Equilibria , 2010,299:171–179.

［2］ A. H. Mohammadi, SPE, Heriot-Watt U. Estimation of water content in sour gases[C]. SPE Euripec/EAGE Annual Conference, Madrid, Spain,13-16 June 2005.

［3］ Amir H. Mohammadi, Antonin Chapoy, Bahman Tohidi. A Key to Estimating the Water Content of Natural Gases[J]. Ind. Eng. Chem.Res. ,2006, 45:4825 – 4829.

［4］ 诸林. 天然气加工工程[M]. 第二版.北京:石油工业出版社，2008.

［5］ 苏长荪. 高等热力学[M]. 北京:高等教育出版社，1987．

［6］ 童景山. 流体热物性计算[M]. 北京:高等教育出版社，1982．