2.12. Влажность углеводородных газов и жидкостей. Гидратообразование

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 газа —количество водяных паров в единице объема/массы газа (соответственно, абсолютная объемная, г/м3, /абсолютная массовая влажность, г/кг).

Относительная влажность газа φ (степень насыщения газаводяными парами), доля единицы или процент, —отношение фактически содержащегося в газе количества водяною пара к максимально возможному при заданных температуре и давлении.

Относительную влажность газа можно выразить через отношение парциального давления pi находящегося в газе водяного пара к давлению рнас насыщенного пара при той же температуре, т. е. φ = pi /рнас. Для воздуха (при атмосферном давлении), насыщенного водяным паром (φ =1), абсолютная объемная влажность и упругость паров в зависимости от температуры приведены в табл. 2.11. На практике и для других газов, если они находятся под давлением, близким к атмосферному, также можно пользоваться данными табл. 2.11. Для углеводородных газов отклонение от табличных данных тем больше, чем выше в них содержание углерода.

Сжиженные газы (жидкости) способны растворять некоторое количество воды, увеличивающееся с повышением температуры. Например, для жидкой фазы пропана справедлива эмпирическая зависимость, приведенная в табл. 2.12.

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 (табл. 2.13).

Этими данными с достаточной для практики точностью можно руководствоваться и для других углеводородов, а также для их смесей.

Влага в сжиженных углеводородных газах сильно осложняет эксплуатацию систем газоснабжения из-за образования конденсата. Водяные пары, находящиеся в газе, переходят в жидкое состояние, а затем —в лед. Конденсат сжиженного газа и ледяные пробки могут закупоривать газопроводы, клапаны регуляторов давления, запорную арматуру. Кроме того, углеводороды с водой образуют кристаллогидраты, которые также приводят к закупорке газопроводов. Для предотвращения образования ледяных пробок и кристаллогидратов необходимо выполнение условия φ < 0,6 при низшей расчетной температуре.

 Кристаллогидраты —кристаллические тела, похожие на снег или лед (в зависимости от условий их образования). Так, метан с водой образует гидрат СН4•7Н20, этан — С2Н6•8Н20, пропан — С3H8•18Н20. Гидраты возникают при температуре, значительно превышающей температуру образования льда. Однако каждый углеводород характеризуется максимальной температурой, выше которой ни при каком повышении давления нельзя вызвать гидратообразование —критической температурой гидратообразования (табл. 2.14). 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 -42С, а н-бутана —до -0,5С. Смесь паров пропана и н-бутана (например, ПБА) образует конденсат уже при температуре -21С (при избыточном давлении 0,3 МПа конденсация смеси наступает при 10С).

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 выполнять ряд мер:

•   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 газопроводы высокого давления резервуарных установок;
•   предусматривать при их прокладке возможность беспрепятственного стока конденсата в резервуар.

Образовавшиеся углеводородные гидраты можно разложить подогревом газа, снижением его давления или вводом веществ, уменьшающих упругость водяных паров и тем самым понижающих точку росы газа. Чаще всего в этих целях применяется метанол (метиловый спирт). Его пары с водяными парами образуют растворы, переводящие водяные пары в конденсат, который выделяется из жидкой фазы (температура замерзания спиртоводного раствора значительно ниже, чем воды). Этот раствор затем удаляют вместе с тяжелыми остатками.