合物的生成规律提出了含水合物抑制剂体系下水合物的生长速率模型和气体消耗速率模型。

Ｇａ（ｔ，ｚ）＝εａｈＤｅｆｃＣｅ１＋ｋｇ

Ｃａ［ｅΔ

Ｇ（ｔ，ｚ）／ｋＴ－１

］（１

９）ｒｈ（

ｔ）＝∫

ｚ＝Ｌｐｉｐ

ｅｘｈ

ｋｂρｈ（ｔ，ｚ）Ｇａ（ｔ，ｚ）Ｊａ（ｔ，ｚ）Ｍｈ（ｔ，ｚ）

×ｔ３　

ｍａｉｎｔ（

ｚ）πｄ２ｐｉｐ

ｅ４

ｄｚ（２０）式中Ｇａ为生长函数；

ε为水合物晶体表面的黏附系数；ａｈ为水合物晶体的表面积，ｍ２

；Ｄｅｆｃ为扩散系数，ｍ２

／ｓ；Ｃｅ为气体成分的平衡溶解度，

ｍ－３；ΔＧ为吉布斯自由能的变化量；ｒｈ为气体消耗速率，ｍｏｌ／ｓ；Ｊａ为

固定成核速率，１／（ｍ３

·ｓ）；ｂ为形状系数；ｘｋｈ为水合

物相中各组分的气体含量；Ｌｐｉｐ

ｅ为管道的长度，ｍ；ａｉｎｔ为单位体积管道的气液接触面积，ｍ

２

；ｚ为衡量管道中位置的水平坐标；ｄｐｉｐ

ｅ为管道直径，ｍ。　　此外，

Ｆｉｄｅｌ－Ｄｕｆｏｕｒ等［４７］

研究了管道十二烷乳状液流动体系中水合物的结晶及堵塞情况，认为水滴周围的传质速率是气体消耗速率的主要控制因素。Ｓａｒ－

ｓｈａｒ等［４

８］

将水合物颗粒看成一个球体，在幂率增长模式的基础上，得到了水合物半径的增长模型。Ｇｒｅａｖｅｓ等［４

９］建立了水合物的生成速率模型，认为气体消耗速率与过冷度、比表面积、反应温度有关。Ｂａｌａｋｉｎ等［５

０］

基于质量守恒建立了一个计算模型，用于对管道湍流体系下水合物的生长情况进行预测，他们认为，管道流动体系下水合物的成核、扩散、生长均与流体的剪切强

度有关。仿真结果显示与数据拟合较好。Ｊａｓｓｉｍ［５１］

、Ｋｅｎｄｏｕｓｈ［５

２］

等也通过实验研究建立了管道中水合物的生长沉积模型。

　　可以看出，

管道中水合物生成过程的研究借鉴了静态釜式反应器水合物的生成理论。在晶体生成模型的基础上，Ｋａｓｈｃｈｉｅｖ和Ｆｉｒｏｏｚａｂａｄｉ分别从水合物的驱动力、成核和生长３方面系统地研究了管道水合物的生成过程，并建立了相关模型。这些模型由于准确性较高，被大多数研究者所采用并进行了一定程度的优化。然而，这一模型只是考虑了管道某一截面处水合物的生成情况，无法对管道的沿线生成情况进行有效预测。

４　结束语

　　当前，有关管道流动体系下水合物生成的模型较少，且大多是从静态水合物生成模型发展而来的。Ｋ

ａｓｈｃｈｉｅｖ和Ｆｉｒｏｏｚａｂａｄｉ通过对水合物的生成机理进行研究，分别在驱动力、成核、生长３方面取得了突破

性的进展，其所提出的水合物的驱动力模型、成核速率模型、诱导时间模型、气体消耗速率模型与管道流动体系下实验数据拟合较好，因而被广泛地应用于管道流动体系下水合物生成规律的研究。然而，这些模型的建立都是针对管道的某一截面提出的，不能对管道沿线水合物的生成情况进行有效的预测。管道流动体系下水合物的生成过程仍有许多问题尚待解决，这也将是今后水合物研究的重点，主要包括以下４个方面内容。

　　１

）管道流动体系下水合物的生成机理及其与釜式反应器中水合物生成过程的区别。

　　２）管道沿线温度的变化对水合物生成的影响。　　３）流动界面对气体的传质以及液体内部气体扩散的影响。

　　４）有无添加剂作用下管道沿线水合物的生成模型建立。

参　考　文　献

［１］ＭＯＲＡＤＩ　Ｓ，ＨＡＧＨＴＡＬＡＢ　Ａ，ＦＡＺＬＡｌ　Ａ．Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　

ｏｆｈｙｄｒａｔｅ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　ｅ－ｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ　ａｎｄ　ａｌｃｏｈｏｌ　ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｍｉｘｔｕｒｅｓ　ｕｓｉｎｇ

ＵＮＩＱＵＡＣ－ＮＲＦ　ｍｏｄｅｌｓ［Ｊ］．Ｆｌｕｉｄ　Ｐｈａｓｅ　Ｅｑｕｉｌｉｂｒｉａ，２０１３，３４９：６１－

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］孙志高，刘成刚，周波．水合物储存气体促进技术实验研究［Ｊ］．石油与天然气化工，２０１１，４０（４）：３３７－

３３８．ＳＵＮ　Ｚｈｉｇａｏ，ＬＩＵ　Ｃｈｅｎｇｇａｎｇ，ＺＨＯＵ　Ｂｏ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｔｕｄｙｏｆ　ｇａｓ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｉｎ　ｈｙ

ｄｒａｔｅｓ　ｗｉｔｈ　ｗｅｔ　ａｃｔｉｖｅ　ｃａｒｂｏｎ［Ｊ］．ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｏｆ　Ｏｉｌ　＆Ｇａｓ，２０１１，４０（４）：３３７－３３８．［４］张琦．天然气水合物的生产储运技术及现状［Ｊ］．石油与天然气化工，２０１３，４２（３）：２６１－

２６４．ＺＨＡＮＧ　Ｑｉ．Ｎａｔｕｒａｌ　ｇａｓ　ｈｙｄｒａｔｅ　ｓｔｏｒａｇｅ　ａｎｄ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

ａｎｄ　ｉｔｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｓｔａｔｕｓ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉ－ｎｅｅｒｉｎｇ　ｏｆ　Ｏｉｌ　＆Ｇａｓ，２０１３，４２（３）：２６１－２６４．［５］ＺＡＲＥＮＥＺＨＡＤ　Ｂ，ＶＡＲＡＭＩＮＩＡＮ　Ｆ．Ａ　ｕｎｉｆｉｅｄ　ａｐｐ

ｒｏａｃｈｆｏｒ　ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ　ｏｆ　ｇａｓ　ｈｙｄｒａｔｅ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｋｉｎｅｔｉｃｓ　ｉｎ　ｔｈｅｐｒｅｓｅｎｃｅ　ｏｆ　ｋｉｎｅｔｉｃ　ｐｒｏｍｏｔｅｒｓ　ｉｎ　ｇａｓ　ｈｙ

ｄｒａｔｅ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｙ　Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ａｎｄ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，２０１３，７３：１４４－１４９．［６］ＺＥＲＰＡ　Ｌ　Ｅ，ＲＡＯ　Ｉ，ＡＭＡＮ　Ｚ　Ｍ，ｅｔ　ａｌ．Ｍｕｌｔｉｐ

ｈａｓｅ　ｆｌｏｗｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｏｆ　ｇａｓ　ｈｙｄｒａｔｅｓ　ｗｉｔｈ　ａ　ｓｉｍｐｌｅ　ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ　ｓｌｕｇｆｌｏｗ　ｍｏｄｅｌ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１３，９９：２９８－

３０４．［７］ＹＡＮＧ　Ｍｉｎｇｊｕｎ，ＬＩＵ　Ｗｅｉｇｕｏ，ＳＯＮＧ　Ｙｏｎｇ

ｃｈｅｎ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ａｄｄｉｔｉｖｅ　ｍｉｘｔｕｒｅ（ＴＨＦ／ＳＤＳ）ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍｏｄｙ

－·６９·　　　　　　　　　　　　天　然　气　工　业　　　　　　　　　　　　　　　　　　２

０１４年２月