Точка росы углеводородов — это температура (при заданном давлении ), при которой углеводородные компоненты любой богатой углеводородами газовой смеси, такой как природный газ , начнут конденсироваться из газообразной фазы. Ее часто также называют HDP или HCDP . Максимальная температура, при которой происходит такая конденсация, называется крикондентермом . [1] Точка росы углеводородов является функцией состава газа, а также давления.
Точка росы углеводородов повсеместно используется в газовой промышленности как важный параметр качества, предусмотренный в контрактных спецификациях и применяемый на протяжении всей цепочки поставок природного газа — от производителей через компании по переработке , транспортировке и распределению до конечных потребителей.
Точка росы углеводородов в газе — это понятие, отличное от точки росы воды, которая представляет собой температуру (при заданном давлении), при которой водяной пар, присутствующий в газовой смеси, будет конденсироваться из газа.
В Соединенных Штатах точка росы углеводородов обработанного, трубопроводного природного газа связана и характеризуется термином GPM, который представляет собой галлоны сжижаемых углеводородов, содержащихся в 1000 кубических футах (28 м 3 ) природного газа при указанной температуре и давлении. Когда сжижаемые углеводороды характеризуются как гексан или компоненты с более высокой молекулярной массой , они сообщаются как GPM (C6+). [2] [3]
Однако качество сырого добываемого природного газа также часто характеризуется термином GPM, означающим галлоны сжижаемых углеводородов, содержащихся в 1000 кубических футах (28 м 3 ) сырого природного газа. В таких случаях, когда сжижаемые углеводороды в сыром природном газе характеризуются как этан или компоненты с более высокой молекулярной массой, они указываются как GPM (C2+). Аналогично, когда они характеризуются как пропан или компоненты с более высокой молекулярной массой, они указываются как GPM (C3+). [4]
Необходимо проявлять осторожность, чтобы не путать два разных определения термина GPM.
Хотя GPM является дополнительным параметром, имеющим некоторую ценность, большинство операторов трубопроводов и других лиц, которые обрабатывают, транспортируют, распределяют или используют природный газ, в первую очередь интересуются фактическим HCDP, а не GPM. Кроме того, GPM и HCDP не являются взаимозаменяемыми, и следует быть осторожным, чтобы не путать, что именно означает каждый из них.
В первую очередь существуют две категории определения HCDP. Одна категория включает «теоретические» методы, а другая — «экспериментальные» методы.
Теоретические методы используют компонентный анализ газовой смеси (обычно с помощью газовой хроматографии, ГХ), а затем используют уравнение состояния (УС) для расчета точки росы смеси при заданном давлении. Уравнения состояния Пенга–Робинсона и Квонга–Редлиха–Соаве наиболее часто используются для определения HCDP в газовой промышленности.
Теоретические методы, использующие ГХ-анализ, страдают от четырех источников ошибок:
Значительным преимуществом использования теоретических моделей является то, что HCDP при нескольких давлениях (а также крикондентерм) можно определить из одного анализа. Это обеспечивает операционное использование, например, определение фазы потока, протекающего через расходомер, определение того, повлияла ли на образец температура окружающей среды в системе образца, и предотвращение вспенивания амина из жидких углеводородов в аминном контакторе. Однако недавние разработки в области объединения экспериментальных методов и усовершенствований программного обеспечения устранили этот недостаток (см. комбинированный экспериментальный и теоретический подход ниже).
Поставщиками ГХ, продукция которых предназначена для анализа HCDP, являются Emerson, [6] ABB, Thermo-fisher, а также другие компании.
В «экспериментальных» методах фактически охлаждается поверхность, на которой конденсируется газ, а затем измеряется температура, при которой происходит конденсация. Экспериментальные методы можно разделить на ручные и автоматизированные системы. Ручные системы, такие как тестер точки росы Бюро горнодобывающей промышленности, зависят от оператора, который вручную медленно охлаждает охлажденное зеркало и визуально обнаруживает начало конденсации. Автоматизированные методы используют автоматические средства управления охлаждением зеркала и датчики для определения количества света, отраженного зеркалом, и обнаружения момента конденсации по изменениям в отраженном свете. Метод охлажденного зеркала является измерением первого принципа. В зависимости от конкретного метода, используемого для установления температуры точки росы, могут потребоваться некоторые корректировочные расчеты. Поскольку конденсация обязательно должна уже произойти, чтобы ее можно было обнаружить, сообщаемая температура ниже, чем при использовании теоретических методов. [5]
Подобно анализу ГХ, экспериментальный метод подвержен потенциальным источникам ошибок. Первая ошибка заключается в обнаружении конденсата. Ключевым компонентом в измерениях точки росы охлажденного зеркала является тонкость, с которой можно обнаружить конденсат — другими словами, чем тоньше пленка при обнаружении, тем лучше. Ручное устройство охлажденного зеркала полагается на оператора, чтобы определить, когда на зеркале образовался туман, и, в зависимости от устройства, может быть весьма субъективным. Также не всегда ясно, что конденсируется: вода или углеводороды. Из-за низкого разрешения, которое традиционно было доступно, оператор был склонен занижать точку росы, другими словами, сообщать температуру точки росы как ниже той, что есть на самом деле. Это связано с тем, что к тому времени, когда конденсат накопился достаточно, чтобы быть видимым, точка росы уже была достигнута и пройдена. Самые современные ручные устройства позволяют значительно повысить точность отчетов. Существует два производителя ручных устройств, и каждое из их устройств соответствует требованиям к приборам для измерения точки росы, как определено в Руководстве ASTM по анализу углеводородов. Однако между устройствами имеются существенные различия, включая оптическое разрешение зеркала и метод охлаждения зеркала, в зависимости от производителя.
Автоматизированные охлаждаемые зеркальные устройства обеспечивают значительно более воспроизводимые результаты, но на эти измерения могут влиять загрязняющие вещества, которые могут испортить поверхность зеркала. Во многих случаях важно включить эффективную систему фильтрации, которая подготавливает газ для анализа. С другой стороны, фильтрация может немного изменить состав газа, а фильтрующие элементы подвержены засорению и насыщению. Достижения в области технологий привели к появлению анализаторов, которые меньше подвержены влиянию загрязняющих веществ, а некоторые устройства также могут измерять точку росы воды, которая может присутствовать в газе. Одним из последних нововведений является использование спектроскопии для определения природы конденсата в точке росы. Другое устройство использует лазерную интерферометрию для регистрации чрезвычайно малых количеств конденсата. Утверждается, что эти технологии меньше подвержены влиянию загрязняющих веществ. Другим источником погрешности является скорость охлаждения зеркала и измерение температуры зеркала при обнаружении конденсации. Эту погрешность можно свести к минимуму, контролируя скорость охлаждения или имея быструю систему обнаружения конденсации.
Экспериментальные методы обеспечивают только HCDP при давлении, при котором проводится измерение, и не могут обеспечить крикондентерм или HCDP при других давлениях. Поскольку крикондентерм природного газа обычно составляет около 27 бар, в настоящее время доступны системы подготовки газа, которые регулируют входное давление до этого значения. Хотя, поскольку операторы трубопроводов часто хотят знать HCDP при текущем давлении в линии, входное давление многих экспериментальных систем можно отрегулировать с помощью регулятора.
В компании «Вымпел» [7] имеются приборы, которые могут работать как в ручном, так и в автоматическом режиме .
Компании, предлагающие автоматизированную систему охлаждаемых зеркал, включают: Vympel, [7] Ametek, Michell Instruments, ZEGAZ Instruments [8] и Bartec Benke (модель: Hygrophil HCDT).
Недавнее нововведение заключается в объединении экспериментального метода с теоретическим. Если состав газа анализируется с помощью ГХ C6+, а точка росы экспериментально измеряется при любом давлении, то экспериментальную точку росы можно использовать в сочетании с анализом ГХ для получения более точной фазовой диаграммы. Такой подход преодолевает главный недостаток экспериментального метода, заключающийся в незнании всей фазовой диаграммы. Пример такого программного обеспечения предоставлен Starling Associates.
https://www.bartec.de/en/products/analyzers-and-measurement-technology/trace-moisture-measurement-for-gases/hygrophil-hcdt/