17.Борьба конденсато- и гидратообразованием в газопроводах.

Все углеводородные газы в реальных условиях содержат водяной пар. Его количество при заданных температуре и давлении газа строго определенно. Насыщение газов водяным паром возможно до предельного давления, равного упругости насыщенного пара при заданной температуре. Различают абсолютную и относительную влажность газов.

Абсолютная влажность (влагосодержание) газа — количество водяных паров в единице объема или массы газа (соответственно различают абсолютную объемную, г/м³, и абсолютную массовую влажность, г/кг).

Относительная влажность газа φ (степень насыщения газа водяными парами), доля единицы или процент, — отношение фактически содержащегося в газе количества водяного пара к максимально возможному при заданных температуре и давлении. Относительную влажность газа можно выразить и через отношение парциального давления находящегося в газе водяного пара к давлению насыщенного пара при той же температуре, т. е. . Для воздуха (при атмосферном или близком к нему давлении), насыщенного водяным паром, т. е. при , абсолютная объемная влажность и упругость паров в зависимости от температуры приведены в табл. 1.14. В практических расчетах и для других газов, если они находятся под давлением, близким к атмосферному, также можно пользоваться данными табл. 1.14. Для углеводородных газов отклонение от табличных данных тем больше, чем выше в них содержание углерода.

Поскольку влажный газ следует законам идеального газа, влажность газа при различных давлениях, кг на 1 кг сухого газа,

(1-79)

где и — удельные газовые постоянные сухого газа и водяного пара, Дж/(кг-К); φ — относительная влажность газа; — упругость насыщенных паров воды при заданной температуре, кПа; р — общее давление влажного газа, кПа.

При давлении р, намного превышающем парциальное давление водяных паров,

(1.79а)

Сжиженные газы (жидкости) способны растворять некоторое количество воды, увеличивающееся с повышением температуры.

Содержание воды в 1 кг паров углеводородов значительно превышает таковое в 1 кг жидкости. Следовательно, при наличии в сжиженных углеводородах воды в растворенном виде она будет достаточно интенсивно переходить из жидкой фазы в паровую фазу.

Наличие влаги в сжиженных углеводородных газах значительно осложняет эксплуатацию систем газоснабжения. Пары углеводородов, входящих в состав сжиженных газов, при отрицательных температурах превращаются в жидкость, т. е. образуется конденсат. Соответственно и водяные пары, находящиеся в газе, образуя ледяные или снеговые пробки, переходят в жидкое состояние, а затем — в лед. Сам по себе конденсат сжиженного газа при неблагоприятных условиях может закупоривать газопроводы, клапаны регуляторов давления, запорную арматуру. Закупорке способствуют ледяные пробки. Кроме того, углеводороды с водой образуют кристаллогидраты, которые также приводят к закупорке газопроводов. Для предотвращения образования ледяных (и снеговых) пробок и кристаллогидратов необходимо, чтобы при самой низкой расчетной температуре в газопроводе.

Кристаллогидраты представляют собой белые кристаллические тела, похожие на снег или лед (в зависимости от условий их образования). Так, метан с водой образует гидрат СН₄·7Н₂О, этан — С₂Н₆·8Н₂О, пропан — С₃Н₈·18Н₂О и т. д. При этом гидраты возникают при температуре, значительно превышающей температуру образования льда. Однако каждый из названных углеводородов характеризуется максимальной температурой, выше которой ни при каком повышении давления нельзя вызвать гидратообразование газов. Эта температура называется критической температурой гидратообразования и равна, °С: для метана—21,5, этана—14,5, пропана—5,5, н-бутана—2,5, изобутана—1. Чем тяжелее углеводородный газ, тем скорее он в присутствии влаги образует гидрат. Высокая скорость и турбулентность потока, пульсация компрессора, быстрые повороты и другие условия, усиливающие перемешивание смеси, также способствуют возникновению гидратов.

Конденсат образуется при понижении температуры воздуха или грунта ниже определенного уровня отрицательных температур. Его образование зависит также от состава сжиженных газов и соответственно от упругости паров. Пары пропана при низком давлении (до 5 кПа) образуют конденсат, когда их температура понижается до -42 °С, а н-бутана — до -0,5 °С. Смесь паров пропана и н-бутана (50 мас. %), широко используемая при газоснабжении коммунально-бытовых потребителей, образует конденсат уже при температуре -21 °С (при избыточном давлении 0,3 МПа конденсация смеси наступает примерно при 10 °С).

Конденсация паров сжиженных углеводородов наблюдается в надземных газопроводах, проложенных без специального подогрева и утепления, а также в газопроводах среднего и высокого давления на газонаполнительных станциях и в резервуарных установках. Для предупреждения конденсации паров и закупорки газопроводов необходимо использовать сжиженные газы с повышенным содержанием технического пропана; прокладывать газопроводы низкого давления под землей, в зоне положительных температур грунта; устраивать конденсатосборники в низких точках подземного газопровода; делать минимальными по протяженности и утеплять цокольные вводы газопроводов в здания; прокладывать в необходимых случаях надземные газопроводы с обогревающими спутниками в обшей тепловой изоляции; делать минимальными по длине газопроводы высокого давления резервуарных установок; предусматривать при их прокладке возможность беспрепятственного стока конденсата в резервуар; предусматривать конденсатосборники на трубопроводах высокого давления газонаполнительных станций перед компрессорами.

Из полученных на заводах сжиженных газов, применяемых как топливо, полностью удаляют дренажную воду, в результате чего они практически не содержат влаги. Вода может попадать в сжиженный газ из резервуаров, подвергшихся гидравлическим испытаниям, если она не была полностью удалена из них, а также из транспортных резервуаров. В сухие резервуары влага может попасть из влажного воздуха при пневматическом испытании.

Образовавшиеся углеводородные гидраты можно разложить подогревом газа, снижением его давления или вводом веществ, уменьшающих упругость водяных паров и тем самым понижающих точку росы газа. Наибольшее распространение для этих целей получил метанол (метиловый спирт). Его пары с водяными парами образуют растворы, переводящие водяные пары в конденсат, который выделяется из жидкой фазы (температура замерзания спирто-водного раствора значительно ниже, чем воды). Этот раствор затем удаляют вместе с тяжелыми остатками. Масса добавляемого метанола (с учетом наличия в сжиженном газе только растворенной связанной воды) составляет 0,26 кг на 1000 кг газа. Если в сжиженном газе присутствует свободная вода, масса метанола в нем увеличится из расчета 0,5-0,6 кг метанола на 1 кг свободной воды.