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[摘 要]本研究围绕加纳国家天然气陆上管线投产展开，在业主要求将海上平台来气跨过未完工的天然气处理厂，直接进入陆管输送至电厂，本研究探讨了在常压下实现富气输送技术的投产输送模式，为加纳国家天然气陆上管线投产提出了新的思路。
[关键词]天然气投产 富气输送
中图分类号：TE973.92 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）20-0187-01
1 项目概况
加纳天然气管道是加纳第一条自主天然气管道，将Jubilee（海上气田）所产出的密相天然气从FPSO（浮式生产平台）经海底管道输送至位于Atuabo的天然气处理厂（GPP）进行脱水脱烃处理，处理后产出的干气输经陆上管道送至位于Takoradi的火电厂（VRA），对于改善加纳国内能源及电力紧张有重要意义。
2 陆管富气输送存在的问题
加纳业主受国内政治环境的要求，希望缩短投产周期、实现陆上天然气管道主干线尽快通气，而由于施工建设工程进度滞后，造成气体处理厂及部分长输系统设施未完工，因此欲采用未经过深度处理的富气进行临时性投产。
相比于富气密相输送高压环境，富气处于单相流动状态，但由于陆管设计压力较低，且下游用户要求压力较低，无法满足全线压力高于富气临界压力。同时富气中C3和C4含量过高（超过10%），富气脱油后的烃露点无法满足传统压力下的单相输送，输送过程中容易产生凝析液。液相析出不仅影响管道的正常运行，还会影响下游用户，因此针对陆管系统，必须要求输送参数满足烃露点要求，实现陆管操作压力下的单相流，避免出现两相流。
2.1 富气组分分析
为了对比相态特征，研究小组用三种状态方程模型（RKSA、PR78、PR）对富气相包络线进行了模拟，并描绘了水、水合物相平衡线，如图1所示。
图中临界点为泡点线和露点线的交汇点，临界点右侧为露点线，临界点左侧为泡点线，相包络线内部区域为气液两相区。临界凝析压力是指气液两相共存的最高压力点，临界凝析温度是指气液两相共存的最高温度点。露点线为气相区和两相区的分界线，线上氣相摩尔分数为100%，当压力升高到露点线上压力值时，体系上会出现第一批液滴。
如图中包络线所示，当压力低于临界凝析压力和临界凝析温度时，系统中会产生凝析液，出现两相流。三种热力学状态方程模型模拟出的临界凝析压力计温度值，临界凝析压力大约110bara，临界凝析温度最大为35.8℃。因此，当系统压力大于110bara或者系统温度高于36℃时，不会出现液体析出。根据水相平衡线可知，当温度高于-20℃时系统中不会析出游离水。水合物相平衡线预测当温度大于-12.5℃时不会产生水合物，温度高于水凝析温度。
2.2 陆管流动保障研究
陆上管线设计压力110barg，最大可操作压力为100barg，小于临界凝析压力110barg，因此如果输送温度小于临界凝析温度，则必然存在液体析出，为此为保证输送过程全程无液体析出，则必须满足在相应压力下，气体温度大于凝析温度，最好大于临界凝析温度（36℃以上）。
海管接收气体温度约为10℃，根据富气相包络线，相对应的凝析压力为1.2MPa，同时由于陆管埋深处土壤温度平均在27℃左右，随着管线充压，气体温度会逐渐升高。为了更好对陆管进行流动保障研究，研究小组利用PipelineStudio建立了模型。
120MMSCFD流量时，满足业主与VRA签署的4MPa压力需求前提下，首站压力只需达到4.88MPa。
根据图2所示温度压力趋势，结合水的相平衡线和水合物相平衡线，在输送温度、压力下不存在游离水析出和水合物形成。海底管道出口气体温度过低，同时由于海管接收压力过高，如果将压力由110barg将为5MPa，则压力将进一步降低至-21℃，如图3所示。-21℃不仅远低于流量计计量温度，甚至会产生游离水或水合物。由于陆上管道管材设计温度为70℃，假设在海管接收区、外输气体进入陆上管道系统前增加减压阀与加热器，
为保证陆管沿线温度均满足要求，分别在首站、分输站、1#阀室、2#阀室、末站设置加热器，如图4所示，提升输送温度，可以达到全线温度高于凝析温度的要求，实现气相单相输送。通过计算，首站、分输站、1#阀室、2#阀室需将温度提至70℃，末站须将出口温度提升至40℃。在1#阀室与2#阀室，温度较低，分别为33.2℃与32.5℃，但在8.8MPa压力条件下，凝析温度大约为30℃，依然满足无凝析液的要求。
图5表示出在全线添加加热器情况下的压力与温度变化趋势，同时，由于首站与末站需要对气体进行减压，因此除在减压阀后设置加热器提升气体温度外，还需要在减压阀前设置加热器，提升减压前气体温度。
通过模拟计算可以得出，旁路天然气处理厂将海管未处理的富气直接输入陆上管道为下游用户供气在理论上是可行的。但是由于需要全线添加加热器将会造成额外的资金与时间投入，同时加热器能源供给也是有待解决的问题。因此，虽然在理论上陆管富气输送可以实现，但需要比较大的设备投入。
3 评价与认识
通过科学分析论证，优化与核算工艺参数，量化了陆管传统压力下富气输送的参数控制点，使常压单相输送成为可能。
虽然加纳天然气管道系统实际与其所采用的投产方案均具有独特性，但其创新的投产思路及设计为类似工程实践提供了宝贵的经验。此研究项目的开展，为中心以后管道投产提供新的借鉴与参考，对于技术提升及业务拓展具有重要的意义。
[关键词]天然气投产 富气输送
中图分类号：TE973.92 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）20-0187-01
1 项目概况
加纳天然气管道是加纳第一条自主天然气管道，将Jubilee（海上气田）所产出的密相天然气从FPSO（浮式生产平台）经海底管道输送至位于Atuabo的天然气处理厂（GPP）进行脱水脱烃处理，处理后产出的干气输经陆上管道送至位于Takoradi的火电厂（VRA），对于改善加纳国内能源及电力紧张有重要意义。
2 陆管富气输送存在的问题
加纳业主受国内政治环境的要求，希望缩短投产周期、实现陆上天然气管道主干线尽快通气，而由于施工建设工程进度滞后，造成气体处理厂及部分长输系统设施未完工，因此欲采用未经过深度处理的富气进行临时性投产。
相比于富气密相输送高压环境，富气处于单相流动状态，但由于陆管设计压力较低，且下游用户要求压力较低，无法满足全线压力高于富气临界压力。同时富气中C3和C4含量过高（超过10%），富气脱油后的烃露点无法满足传统压力下的单相输送，输送过程中容易产生凝析液。液相析出不仅影响管道的正常运行，还会影响下游用户，因此针对陆管系统，必须要求输送参数满足烃露点要求，实现陆管操作压力下的单相流，避免出现两相流。
2.1 富气组分分析
为了对比相态特征，研究小组用三种状态方程模型（RKSA、PR78、PR）对富气相包络线进行了模拟，并描绘了水、水合物相平衡线，如图1所示。
图中临界点为泡点线和露点线的交汇点，临界点右侧为露点线，临界点左侧为泡点线，相包络线内部区域为气液两相区。临界凝析压力是指气液两相共存的最高压力点，临界凝析温度是指气液两相共存的最高温度点。露点线为气相区和两相区的分界线，线上氣相摩尔分数为100%，当压力升高到露点线上压力值时，体系上会出现第一批液滴。
如图中包络线所示，当压力低于临界凝析压力和临界凝析温度时，系统中会产生凝析液，出现两相流。三种热力学状态方程模型模拟出的临界凝析压力计温度值，临界凝析压力大约110bara，临界凝析温度最大为35.8℃。因此，当系统压力大于110bara或者系统温度高于36℃时，不会出现液体析出。根据水相平衡线可知，当温度高于-20℃时系统中不会析出游离水。水合物相平衡线预测当温度大于-12.5℃时不会产生水合物，温度高于水凝析温度。
2.2 陆管流动保障研究
陆上管线设计压力110barg，最大可操作压力为100barg，小于临界凝析压力110barg，因此如果输送温度小于临界凝析温度，则必然存在液体析出，为此为保证输送过程全程无液体析出，则必须满足在相应压力下，气体温度大于凝析温度，最好大于临界凝析温度（36℃以上）。
海管接收气体温度约为10℃，根据富气相包络线，相对应的凝析压力为1.2MPa，同时由于陆管埋深处土壤温度平均在27℃左右，随着管线充压，气体温度会逐渐升高。为了更好对陆管进行流动保障研究，研究小组利用PipelineStudio建立了模型。
120MMSCFD流量时，满足业主与VRA签署的4MPa压力需求前提下，首站压力只需达到4.88MPa。
根据图2所示温度压力趋势，结合水的相平衡线和水合物相平衡线，在输送温度、压力下不存在游离水析出和水合物形成。海底管道出口气体温度过低，同时由于海管接收压力过高，如果将压力由110barg将为5MPa，则压力将进一步降低至-21℃，如图3所示。-21℃不仅远低于流量计计量温度，甚至会产生游离水或水合物。由于陆上管道管材设计温度为70℃，假设在海管接收区、外输气体进入陆上管道系统前增加减压阀与加热器，
为保证陆管沿线温度均满足要求，分别在首站、分输站、1#阀室、2#阀室、末站设置加热器，如图4所示，提升输送温度，可以达到全线温度高于凝析温度的要求，实现气相单相输送。通过计算，首站、分输站、1#阀室、2#阀室需将温度提至70℃，末站须将出口温度提升至40℃。在1#阀室与2#阀室，温度较低，分别为33.2℃与32.5℃，但在8.8MPa压力条件下，凝析温度大约为30℃，依然满足无凝析液的要求。
图5表示出在全线添加加热器情况下的压力与温度变化趋势，同时，由于首站与末站需要对气体进行减压，因此除在减压阀后设置加热器提升气体温度外，还需要在减压阀前设置加热器，提升减压前气体温度。
通过模拟计算可以得出，旁路天然气处理厂将海管未处理的富气直接输入陆上管道为下游用户供气在理论上是可行的。但是由于需要全线添加加热器将会造成额外的资金与时间投入，同时加热器能源供给也是有待解决的问题。因此，虽然在理论上陆管富气输送可以实现，但需要比较大的设备投入。
3 评价与认识
通过科学分析论证，优化与核算工艺参数，量化了陆管传统压力下富气输送的参数控制点，使常压单相输送成为可能。
虽然加纳天然气管道系统实际与其所采用的投产方案均具有独特性，但其创新的投产思路及设计为类似工程实践提供了宝贵的经验。此研究项目的开展，为中心以后管道投产提供新的借鉴与参考，对于技术提升及业务拓展具有重要的意义。