西一线天然气烃凝析物对水露点检测的影响

董浩

国家管网西部管道公司 乌鲁木齐分站（新疆 乌鲁木齐830011）

水露点是指一定压力下气体中水分达到饱和时的温度，用于体现气体样品中水分含量的高低，测定天然气水蒸气含量∕水露点的方法甚多[1]，目前用于天然气水露点检测的相关仪器从原理上可分为冷镜式、完全吸收电解式、A1203电容式、薄膜电容式、电阻式、干湿球、机械式等。其中冷镜式露点仪是最直接、最可靠的测量仪器，被广泛用于标准传递和检测活动，但其价格比较昂贵，并需要操作人员具有一定的使用和分析经验，同时极端气质条件与环境条件会对测量准确性带来较多不利影响。冷镜式露点测试执行GB∕T 17283—2014《天然气水露点的测定冷却镜面凝析湿度计法》中的相关要求，主要是在恒定压力下，使被测气体以一定的流量流经露点仪测定室中抛光的金属镜面，镜面温度随着测量温度逐渐被冷却至有凝析物产生时，可观察到镜面上开始结露。露点测试值越高，表明气体样品中水分含量越高，露点测试值越低，表明气体样品中水分含量则越低。目前对于水含量和烃含量不高的天然气冷镜式检测积累了很多经验，但是在烃含量较高的西一线天然气冷镜式检测过程中，出现天然气中烃类预先凝析和反凝析而影响水露点检测的情况，针对判断依据不足和生产实际难题，提出了降低检测压力、增加烃类过滤器、检测过程中加装光电显示器并摄像以及多台露点仪串联使用等方法，解决生产实际问题并提高水露点检测准确度。

1 测量原理

1.1 冷镜式露点仪测量原理

本文所述西一线水露点检测采用阿美泰克公司生产的CHANDLER冷镜式露点分析仪[2]，按照GB∕T 17283—2014开展操作。被测气体进入露点仪测量时，其温度可以人为降低并且可准确测量。当镜面温度高于天然气的露点温度时，镜面呈洁净的干燥状态，随着温度不断降低，镜面温度被冷却至有凝析物产生时，可观察到镜面上开始模糊结露。当镜面温度继续下降时，凝析物会随时间延长逐渐增加，高于此温度时，凝析物则逐渐减少直至消失，此时的镜面温度即为通过仪器的被测介质的露点。通常可通过自动光学检测或手动人工目测观察到露点。

1.2 天然气烃相态

由于天然气的组成比较复杂，在一定条件下，天然气中高碳数的烃类物质可能出现凝析，天然气烃相态不像水的相态特性那样，随着压力升高水露点逐渐增加，烃露点是指在规定压力下，气体析出第一滴液态烃的温度。它与水露点的本质区别在于：在给定的烃露点温度下，可能存在一个反凝析现象，即压力低于某一值后，在一定压力变化范围内随着气压力降低烃露点反而升高的现象。临界冷凝温度则规定了可能出现烃类冷凝的最高温度。天然气烃相态曲线具有反凝析[3]现象，呈包络线型，图1为天然气烃的典型相态图[4]，由图1可知压力在其露点线以下时液态烃不析出，同时压力在泡点线以上时液态烃也不会析出，可以利用这些特性，通过控制检测压力来控制液态烃相态。

图1 常见的天然气烃的典型相态图

2 检测结果和分析

2.1 西一线天然气气质

西气东输一线天然气起始新疆轮南油气田，主要输送克拉2#气、牙哈气的混合气体，受克拉2#气脱烃工艺中存在的微量超重烃组分以及牙哈凝析气田[5]天然气中重烃含量高的影响，西一线轮南首站接收的天然气烃露点较高，同时水含量较高，管输天然气烃露点及水露点均在较高水平，表1、表2为当时典型组分。

2.2 西一线天然气烃相态

采用PR、SRK状态方程开展天然气相包络曲线中露点线及泡点线的求解方法，此次通过对相包线的合理拆分，充分说明了当时西一线烃含量较高。从图2可以看到西一线天然气烃露点临界温度分别为18℃、22℃；临界压力分别为9.5 MPa、10 MPa，烃相态存在反凝析,反凝析拐点压力约为3 MPa。

表1 克拉2#气的典型组分

表2 牙哈气田天然气的典型组分

图2中露点曲线为相边界线，曲线的右边和上边部分只有单相的气态存在，露点线里面为气液两相区，气液比例取决于气体的温度和压力，临界凝析温度约22℃，高于该温度时，无论压力如何变化，都只有单相气体存在，临界凝析压力约10 MPa，高于该临界凝析压力时，无论温度如何变化，也只有单相气体存在。天然气烃相态逆行现象的出现是烃类混合物在特定的温度压力条件下，分子间作用力的特殊变化造成的，而且一旦有烃凝析物析出，不太可能立即返回气态，并且在较低的压力下继续有液烃的存在，西一线水露点检测初期检测工况正处于析烃包络线内，具体见表3。

2.3 西一线水露点检测

检测人员按照GB∕T 17283—2014进行操作，使用冷镜式露点分析仪对西一线水露点进行分析，由于西一线重烃含量高，烃露点高于或接近水露点，且现场使用的露点仪未安装光电显示器及液烃起泡器，所以在水露点检测过程中烃类物质首先凝析在镜面上，从而影响了水露点观测，造成水露点成像不明显，干扰了测试人员对水露点初露及消露温度的判断。具体检测数据见表3。

图2 西一线天然气烃相态拆分拟合图（2016年）

表3 测试期间典型的西一线水露点检测数据（2016年）

在西一线多个站点多个压力下的检测过程中发现，受烃的影响，冷却镜面上凝析物消失的“消露温度”比凝析物形成的“初露温度”高很多，甚至很多镜面上的“凝析物”难以消失（图3），这些情况均大大影响了水露点的消露温度判断，影响了水露点观测的准确性。

图3 测试过程中形成的镜面凝析物

受烃类的影响，在相同环境温度和测试压力条件下，对同一检测点进行多次水露点检测，检测过程中镜面上“露点”的形成和消失的过程反复而多变，不能及时判定水的初露温度，且水露点检测数据重复性较差；图4为2016年3月9日新疆段某站出站管线3次测量过程观测情况。

图4 某站出站管线露点测量

受烃凝析物的影响，人工观测的水露点检测过程成像较复杂，无法准确判断水的初露温度和消露温度，如图5所示。

图5 露点成像多变难判断

2.4 西一线天然气烃对水露点检测影响分析

水露点检测采用冷镜面法，当天然气进入露点测量室时掠过冷镜面，冷镜面的温度随着制冷在逐渐下降，由于西一线天然气重烃含量高，当部分重烃组分接近饱和状态，受引力作用在镜面上结成薄膜，薄膜的表面张力小，不会缩聚成液体，在观测过程中可以很清晰地看到彩色的烃薄膜向外围扩大。但是西一线天然气水露点略低于烃露点，随着冷镜面温度继续降低，天然气中水蒸气达到饱和，并开始在镜面上形成模糊的薄膜，受烃薄膜上分子运动，水薄膜上分子也被带着运动，所以大部分时间水膜难以缩聚成明显的液滴，偶尔可以观察到标准的水露，通常从检测过程可以看到镜面上无序的白色液膜，而不是镜面中间圆形白雾,同时也会受镜面杂质的影响[6]。因此，当天然气重烃含量较高、烃露点高于水露点或者与水露点接近时，如果使用普通冷镜面法检测水露点，应高度关注烃类凝析物对检测过程的影响。

3 改进措施

受烃凝析物以及检测装置的影响，西一线天然气水露点检测比较困难，往往需要进行多次重复检测和观测，有时因检测装置条件限制，检测多次也无法获得统一的可信数据，GB∕T 17283—2014中对烃类凝析镜面之上凝析、镜面凝析物去除、测定室中去除提出了控制方法，同时在检测过程中也采取了一些可行的控制措施。

3.1 控制检测压力

选择合适的检测点，该检测点压力满足临界温度检测需求。西一线天然气烃有反凝析，可以利用这种特性，寻找一个检测点，随着这个点压力的降低，烃露点增加，而水露点随着压力的降低也会降低，这样可以将烃露点与水露点的温度差加大，减少烃的干扰。因此可将低压燃料气撬上的放空管作为检测点，通过选择合适的检测点和检测压力，水露点的初露有了较为明显的图像，初露温度的重复性也较稳定，但消露观测改善较少。

3.2 在检测过程中加装光电显示器并摄像

冷镜面目测法检测天然气水露点的过程中，由于肉眼观察的滞后性和对水露点敏感程度的不同,测定结果会比实际露点偏低，如果天然气烃露点比较高，烃在镜面上也会形成凝析物，人工观测过程中受烃的影响，水形成薄膜后难以缩聚成水滴，要准确观察到水露就更加困难，因此可以在检测过程中安装光电成像式露点传感器[7]并摄像，利用摄像放大的原理，根据检测过程中形成的薄膜颜色进行判断，一般烃膜呈现淡黄色，水膜呈现淡白色，这样就可以有效地判定水的初露及消露温度。

3.3 改变冷镜室的压力

在一定压力、温度下，冷镜面上已形成水露，可以通过加大检测气排放，降低冷镜室的压力，观察到水露的消失。因为随着压力降低，水露点也降低，水露会变成水蒸气，这个方法在单纯的水露中完全符合。而西一线天然气烃露点较高，在水露点前已形成烃凝析物，虽然降低冷镜室压力可以提高烃露点，降低水露点，但是烃形成凝析物后，即使降低压力，也难以返回气态，同时水露也没有明显的气化。

3.4 增加重烃分离装置

冷镜面法水露点检测仪在水露点高于烃露点时用于测定水露点，数据准确，操作相对简单，但是当烃露点高于水露点时，水露点的检测就比较困难，而且准确度也受到影响，针对这种情况，应在取样管线上配备不吸湿的重烃分离装置[8]，减少进入冷镜室气体的烃含量，降低烃露点，同时应适当增加待测气体进入的流量和观测时间，以保证水露点的准确检测，这种方法相对简单，但是目前国内没有能应用于水露点测试过程的此类过滤器，需要继续关注。

3.5 两套露点仪连用

烃可以在镜面上冷凝，对于烃露点高于水露点的天然气，在检测水露点时将两套冷镜面仪连用，与取样管线直接相连的仪器用于检测烃露点并保证冷却温度为烃露点的温度，将其排气管线与另一冷镜面仪相连，此仪器温度继续冷却至水露点，因为进入该冷镜室的气体中的重烃已凝析，因此烃露点也降低了[9]。此方法有待在实践中验证。

4 结论

在西一线管道天然气水露点检测过程中发现管输天然气中烃含量较高，对冷镜式水露点检测观察和判断造成较大影响。结合生产实际通过降低检测压力、检测过程摄像等方式达到了较好的检测效果，除了以上控制措施外，还可以采用多种仪器并用、增加重烃过滤器等方式。但是无论采取何种方法，首先要确保取样管线的温度，防止烃在管线中凝析，同时还要将镜面上的残留物清除干净，保证检测数据准确。

西一线管道天然气重烃含量较高,当环境温度低于天然气的烃露点时,易引起管道的积液,影响天然气的正常输送以及降低管道的输送能力。因此建议不定期检测天然气的烃露点,提供科学的数据参考,从而保证管道的安全运行并提高管输能力。