二氧化碳饱和含水量预测及应用

班铁兵

（大庆油田有限责任公司采气分公司第三作业区，黑龙江 大庆 163453）

二氧化碳饱和含水量预测及应用

班铁兵

（大庆油田有限责任公司采气分公司第三作业区，黑龙江 大庆 163453）

饱和水含量是评价天然气的一项重要技术指标。而且随着压力、温度变化，饱和含水量也发生变化。掌握气体饱和含水量及其变化规律有助于准确判断气体含水量，确定脱水深度；精确评价脱水装置运行效果，优化运行参数。

二氧化碳；饱和含水；软件；图版

一、气体饱和含水量研究现状

在气体饱和含水量研究方面，烃类气体饱和含水量与压力、温度的关系已有定论和计算工具，且被广泛应用于气体含水量计算和露点测定。

由于某液化站要进行二氧化碳液化处理，因此对二氧化碳饱和含水量的要求比烃类气体更高，但其饱和含水量与压力、温度的关系，没有类似于烃类气体饱和含水量特征曲线，无法确定一定条件下二氧化碳的饱和含水量。

目前有国外机构，通过实验绘出了二氧化碳饱和含水量随温度和压力变化的曲线。分别为50℃、75℃、100℃、125℃4条曲线和数据点。这一特征，可以指导我们优选分离、脱水过程中运行参数。但只有4条曲线，且温度与生产实际相差甚远，难以实现生产过程中饱和含水量的准确预测。

因此需要摸索曲线的相似规律，拟合出二氧化碳饱和含水量的通用公式，计算实际生产过程中的含水量，指导运行参数和工作制度确定。

二、二氧化碳饱和含水量模拟思路及方法

根据各条曲线上的数值，确定曲线的相同变化规律，进行函数拟合，检验和修正。编程计算，确定各温度、压力下的含水值。

1 绘制散点图：

找出图版双对数坐标中单个格数长度与单位长度之间的关系，将这些坐标值绘制成散点图。

2 确定 “拐点”的坐标值：

用绘成的散点图版结合原图版曲线确定各组曲线的共同特征点——“拐点”的坐标。在原图版中，各曲线的拐点近似排列成直线，根据直线斜率一定特点，找到4条曲线的拐点坐标，然后通过拟合，根据拐点坐标值推导的任意拐点坐标（X，Y）与K氏温度有关的计算公式是：

3 确定标准曲线：

将50℃和75℃曲线拐点下半段通过“对数平移”平移到100℃处；将50℃和75℃曲线拐点上半段通过“算术平移”平移到100℃处，通过平移对比分析发现，将50℃曲线上部和75℃曲线的下部平移后，各点的相对误差较小，这两段被选定为参考标准曲线。

4 拟合函数：

对选取的参考标准曲线进行拟合，求出拟合公式，再根据函数平移法则求出任意温度下的拟合公式；拟合得到标准曲线的公式分别是：

的压力和温度。由于第二条曲线拟合程度高且平移对比误差小无需修正。

图1-1 二氧化碳含水曲线原图

图3-1 二氧化碳含水量曲线图版

表2-1 75℃曲线误差检验

6 编制二氧化碳饱和含水应用软件：

将标准曲线拟合公式、修正公式等，利用VB语言编程。输入压力温度条件，点击运行，软件自动判断条件，选择函数方程，可求出二氧化碳饱和含水量。

7 检验预测模拟软件计算误差：

检验误差时，一方面可通过软件绘制成曲线图版，与对原图版形态相比较，可直观检验软件计算结果的可靠性；另一方面是利用计算值与原数据进行对比求误差，即以部分75℃曲线试验数据点检验软件计算精度。

软件应用是在温度取值范围15～150℃， 压力取值范围1.8～73MPa，满足工程精度误差5%以内，在上述范围之外部分的误差可能会增大，适合于对精度要求不高情况下的含水预测。

三、认识及应用

1 计算饱和含水量

二氧化碳饱和含水与甲烷不完全相同，它具有双重变化趋势。目前某化验室应用HumiCalc软件适用范围小，同时经大量取点用此软件计算分析，计算结果无双重变化规律。经检验应用二氧化碳随温度压力变化关系模拟软件计算与实验测得的饱和含水量值基本接近。

2 优化运行参数

由于二氧化碳的饱和含水量具有反向变化性质，在固定温度下，存在最小饱和含水的压力值，即拐点。

因此，在确定分离、脱水设备运行参数时，应尽量使参数值处在拐点或接近拐点，保证该条件下的饱和含水最少，脱水设备负荷最小。

3 确定干燥装置工作制度

某集气站改造后，干燥塔规格为Ф700×2500，吸附能力为8kg/m3，则每个干燥塔吸附能力为7.7kg。

根据设计的工艺参数，利用软件计算分子筛前二氧化碳饱和含水量为500mg/kg。要求干燥后含水为20ppm，则脱水深度ΔW为490mg/kg。按照3×104m3/d，瞬时流量Q为1250m3。

t × ΔW ×Q /0.55 ﹦ 7.7kg

t﹦6.9h

即产量为3×104m3/d时，干燥塔经过6.9小时吸附饱和。

五、结论

1 二氧化碳饱和含水量的预测模拟软件在工程允许误差范围内的使用范围为温度15℃～150℃，压力1.8 Mpa—73Mpa。

2 该软件可计算二氧化碳脱水的设备的最大脱水量，并成为一种计算露点的新方法。

3 在某集气站投产时，需要根据处理量确定周期。若处理量为3×104m3/d，则工作制度应为6小时干燥/再生。

[1]杨雪莲.非饱和土的强度及变形特性研究[D].四川大学，2001.

TU41

A

10.13612/j.cnki.cntp.2014.07.097