CN104130812A - 煤层气专用的基于甲醇气态回收的恒温露点控制橇装装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤层气专用的基于甲醇气态回收的恒温露点控制橇装装置，属于煤层气田地面工程领域。所述装置至少包括煤层气进口、一级冷却器、换热器、雾化器、二级冷却器、恒温冷却器、分离器、煤层气出口、防冻液储罐、注入泵、循环泵、气体流量计相关设备及相关阀门、相关管路、相关控制装置；所述相关设备及所述相关阀门、相关管路为橇装式布置。通过多级冷却、换热装置及使用制冷剂的恒温冷却器，可将煤层气的露点温度根据外输需求控制在一恒定值，提高装置的可靠性；通过在分离器内部设置甲醇气态回收装置，可实现甲醇防冻剂的循环使用，有效降低能耗。采用橇装式集成布置，占地面积小，操作维护方便，降低投资成本。

Description

煤层气专用的基于甲醇气态回收的恒温露点控制橇装装置

技术领域

本发明涉及煤层气田地面工程领域，特别涉及一种煤层气专用的基于甲醇气态回收的恒温露点控制橇装装置。

背景技术

煤层气又称“瓦斯”，其主要成分是甲烷（CH4)与煤炭伴生，以吸附状态储存于煤层内的非常规天然气，燃烧后很洁净，几乎不产生任何废气，是上好的清洁型能源。

为了提高煤层气的管输效率,保障输气安全,必须对煤层气进行处理,控制其水露点。煤层气的水露点主要与煤层气中的水汽含量有关，也就是说天然气的气态水在某个温度是变为液态，而这时的温度就是水露点。所谓天然气水露点温度，是指天然气在水汽含量和气压都不改变的条件下，冷却到饱和时的温度。水露点是用来测湿度的参数，露点温度越低，空气的干燥程度越高。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

由于煤层气中饱和水蒸气含量较高，而且单井产量低，井口压力低，采用常规的低温冷凝法、溶剂吸收脱水法或固体吸附脱水法控制天然气露点，往往不能恒定煤层气的露点温度，影响装置的可靠性，而且对煤层气的处理不具备甲醇防冻剂的气态回收，循环使用的功能；另外现场煤层气田地面工程建设布局分散，占地面积大，施工工作量大，建设周期长，投资高，不适用于低压、低产、高含水特性的煤层气田。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种煤层气专用的基于甲醇气态回收的恒温露点控制橇装装置。可将煤层气的露点控制在一个恒定的温度，可实现甲醇防冻剂的气态回收，循环使用。所述技术方案如下：

一种煤层气专用的基于甲醇气态回收的恒温露点控制橇装装置，所述装置至少包括煤层气进口、一级冷却器、换热器、雾化器、二级冷却器、恒温冷却器、分离器、煤层气出口、防冻液储罐、注入泵、循环泵、气体流量计相关设备及相关阀门、相关管路、相关控制装置；所述相关设备及所述相关阀门、相关管路为橇装式布置。

具体地，所述相关管路至少包括：煤层气主管线、煤层气换热管线、煤层气出气管线、注入甲醇液管线、甲醇液循环管线、甲醇气态回收管线。

具体地，所述煤层气主管线是自所述煤层气进口至所述分离器之间的管线，所述煤层气换热管线是自所述分离器至所述换热器管程入口之间的管线，所述煤层气出气管线是自所述换热器管程出口至所述煤层气出口的管线，所述注入甲醇液管线是自所述防冻液储罐至所述雾化器之间的管线，所述甲醇液循环管线是所述分离器内的所述气液分离装置的液相出口至所述甲醇气态回收装置的液相入口之间的管线，所述甲醇气态回收管线是自所述煤层气进口至所述煤层气主管线之间的管线。

具体地，所述相关阀门至少包括：煤层气进口闸阀、煤层气出口闸阀、甲醇气态回收截止阀。

具体地，所述煤层气主管线上按照煤层气气流前进方向顺次连通所述煤层气进口闸阀、所述一级冷却器、所述换热器壳程、所述雾化器、所述二级冷却器、所述恒温冷却器、所述分离器内的所述气液分离装置入口。

具体地，所述分离器内的所述气液分离装置7-1气相出口通过所述煤层气换热管线连通所述换热器的一端管程，所述换热器的另一端管程顺次连通所述煤层气出气管线、所述煤层气出口闸阀至所述煤层气出口。

具体地，所述注入甲醇液管线上按照甲醇液进液方向顺次连通所述防冻液储罐、所述注入泵、所述雾化器。

进一步地，所述雾化器位于所述换热器壳程出口与所述二级冷却器进口之间的所述煤层气主管线上。

具体地，所述甲醇液循环管线连通所述分离器的所述气液分离装置的液相出口接头和所述甲醇气态回收装置的液相入口接头。

具体地，所述甲醇气态回收管线上按照甲醇气态气流前进方向顺次连通所述煤层气入口后的所述煤层气主管线、所述甲醇气态回收截止阀、所述气体流量计、所述分离器内的甲醇气态回收装置、所述雾化器后的所述煤层气主管线。

具体地，所述相关控制装置至少包括：测量进出口温度的温度变送器、压差变送器、智能控制柜及配套的所述电控系统、所述相关电路。

进一步地，所述相关控制装置与所述相关设备、相关阀门及所述相关管路集成于整体底座上，为橇装式布置。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过多级冷却、换热装置，特别是使用制冷剂的恒温冷却器，可将煤层气的露点温度根据外输需求控制在一恒定值，提高装置的可靠性；通过在分离器内部设置甲醇气态回收装置，可实现甲醇防冻剂的循环使用功能，有效地降低装置能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的煤层气专用的基于甲醇气态回收的恒温露点控制橇装装置结构示意图。

图中各符号表示含义如下：

1煤层气进口；2一级冷却器；3换热器；4雾化器；5二级冷却器；6恒温冷却器；

7分离器，7-1气液分离装置，7-2甲醇气态回收装置；

8煤层气出口；9防冻液储罐；10注入泵；11循环泵；

12相关阀门，12a煤层气进口闸阀，12b煤层气出口闸阀，12c甲醇气态回收截止阀；

13气体流量计。

A煤层气主管线；B煤层气加热管线；C煤层气出气管线；D注入甲醇液管线；E甲醇液循环管线；F甲醇气态回收管线（虚线）。

图中实心箭头方向为煤层气气流前进方向；空心箭头方向为甲醇气态气流前进方向；单箭头方向为注入甲醇防冻液方向；方向向上的单箭头为甲醇防冻液流动方向。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1所示，本发明实施例提供了一种煤层气专用的基于甲醇气态回收的恒温露点控制橇装装置，该装置至少包括煤层气进口1、一级冷却器2、换热器3、雾化器4、二级冷却器5、恒温冷却器6、分离器7、煤层气出口8、防冻液储罐9、注入泵10、循环泵11、气体流量计13相关设备及相关阀门12、相关管路、相关控制装置；所述相关设备及所述相关阀门、相关管路为橇装式布置。

所述相关管路至少包括：煤层气主管线A、煤层气换热管线B、煤层气出气管线C、注入甲醇液管线D、甲醇液循环管线E、甲醇气态回收管线F（虚线）等；其中所述煤层气主管线A是自煤层气进口1至分离器7之间的管线，所述煤层气换热管线B是自分离器7至换热器3之间的管线，所述煤层气出气管线C是自换热器3至煤层气出口8的管线，所述注入甲醇液管线D是自防冻液储罐9至雾化器4之间的管线，所述甲醇液循环管线E是分离器7内气液分离装置液相出口至甲醇气态回收装置液相进口之间的管线，所述甲醇气态回收管线F是自煤层气进口1至煤层气主管线A之间的管线；所述相关阀门12至少包括：煤层气进口闸阀12a、煤层气出口闸阀12b、甲醇气态回收截止阀12c等。

具体地，所述煤层气主管线A上按照煤层气气流前进方向，即实心箭头方向顺次连通煤层气进口闸阀12a、一级冷却器2、换热器3壳程、雾化器4、二级冷却器5、恒温冷却器6、分离器7内的气液分离装置7-1等设备，所述分离器7内还设置有甲醇气态回收装置7-2，所述气液分离装置7-1气相出口通过煤层气换热管线B连通换热器3的一端管程，所述换热器3的另一端管程顺次连通煤层气出气管线C、煤层气出口闸阀12b至煤层气出口8。

具体地，所述注入甲醇液管线D上按照甲醇液进液方向，即单箭头方向顺次连通防冻液储罐9、注入泵10、雾化器4，所述雾化器4位于所述换热器3壳程出口与二级冷却器5进口之间的煤层气主管线A上，所述注入泵10可将防冻液储罐9内的甲醇经过雾化器4雾化后注入位于所述换热器3壳程出口的煤层气主管线A内；所述甲醇液循环管线E用于连通分离器7的气液分离装置7-1的液相出口接头和甲醇气态回收装置7-2的液相入口接头；所述甲醇气态回收管线F上按照甲醇气态气流前进方向，即空心箭头方向顺次连通煤层气入口1后的煤层气主管线A、甲醇气态回收截止阀12c、气体流量计13、分离器7内的甲醇气态回收装置7-2、雾化器4后的煤层气主管线A。

本发明实施例所涉及的设备均为外购产品，所述一级冷却器2及二级冷却器5为板翅式换热器并带有风机，板翅式换热器换热效率高，占地面积小，节省安装空间，可选用宁波北仑迪奥机械有限公司产品，所述换热器3可选用苏州卓群钛镍设备有限公司产品，所述雾化器4可选用佛山市南海科日超声电子有限公司产品，所述恒温冷却器6可选用洛阳洛冷制冷机械有限公司产品，所述恒温冷却器6内部带有制冷剂的自循环流程，利用制冷剂冷却煤层气温度至要求的恒定值，恒温冷却器6的制冷剂为R22、R134a或R410A中的任意一种，单一使用，不混合；所述分离器7可选用上海厚镨贸易有限公司产品，所述气液分离装置7-1可选用上海厚镨贸易有限公司产品，所述甲醇气态回收装置7-2可选用无锡市储信机械设备有限公司产品，所述防冻液储罐9可选用上海雄昱工业设备安装有限公司产品，所述注入泵10、循环泵11可选用德帕姆泵业科技有限公司产品，所述气体流量计13可选用天津斯密特产品；除上述厂家产品外，所述换热器3、雾化器4、分离器7、防冻液储罐9及相关阀门等也可以选用迪威尔公司生产产品。所述设备选用厂家不唯一，不受上述厂家限制，可根据性价比优选。

另外，与所述煤层气专用的基于甲醇气态回收的恒温露点控制橇装装置相关的控制装置采用现有技术，至少包括：测量进出口温度的温度变送器、压差变送器、智能控制柜及配套的电控系统、相关电路等，电控系统可根据工况要求实现对注入泵10、循环泵11的自动变频控制，对一级冷却器2、二级冷却器5、恒温冷却器6的启停及制冷功率实现自动控制。并且所述相关控制装置与本发明实施例所述的相关设备及相关管路采用橇装式布置，橇装式是指将功能组件集成于一个整体底座上，可以整体安装、移动的一种集成方式，使用撬杠便可以方便地进行移动、就位，橇装式布置便于在工厂内制造完毕后安放在煤层气气田站场内，对进入装置的煤层气来气进行脱水处理。

本发明实施例的工作原理：图1所示实心箭头方向为煤层气气流前进方向；按照实心箭头流程，可达到煤层气露点恒温控制的功能。

具体地，来自煤层气入口1的煤层气气体通过煤层气主管线A进入一级冷却器2，由温度较低的环境气体对煤层气进行一级冷却，冷却后的煤层气再经煤层气主管线进入换热器3的壳程通道，并与分离器7出口的煤层气气体进行换热，进一步预冷，预冷后的煤层气经煤层气主管线A进入雾化器4。

由于遇冷后的煤层气温度较低，为了防止再后续的冷却元件中产生冻堵，需要对煤层气加入防冻液甲醇。防冻液储罐9内的甲醇通过注入甲醇液管线D进入注入泵10，再通过注入甲醇液管线D将其打入雾化器4内，液态的甲醇被雾化成小液滴，并与进入雾化器4的煤层气均匀混合后通过煤层气主管线A进入二级冷却器5。当环境温度低于进入二级冷却器5内的煤层气介质时，二级冷却器5的风机打开工作，利用较低的环境温度对煤层气进行冷却；当环境温度高于二级冷却器5内的煤层气介质时，二级冷却器5的风机关闭不工作，煤层气直接通过煤层气主管线A进入恒温冷却器6。因此，当环境温度较低时，通过二级冷却器5的预降温，可减小恒温冷却器6的制冷功率，整套系统更加节能。所述恒温冷却器6通过制冷剂对煤层气进行冷却，可以恒定地控制恒温冷却器6出口的煤层气温度。煤层气介质自恒温冷却器6出口经煤层气主管线A进入分离器7内部的气液分离装置7-1，在恒定低温下进行气液分离，因此保证了输出装置的煤层气恒温露点温度，恒温露点在物理上是指在恒温状态下，由气态变成液态，一定压力下，天然气中凝结出第一滴水时的温度，就是当前压力下的露点。从气液分离装置7-1分离出的低温煤层气气体经煤层气换热管线B进入换热器3的管程通道进行复热，再经煤层气出气管线C使低温煤层气排出煤层气出口8，离开本装置。

图1所示空心箭头方向为甲醇气态气流前进方向；单箭头方向为注入甲醇防冻液方向；方向向上的单箭头为甲醇防冻液流动方向，流体流向是唯一的；按照空心箭头流程，可实现本装置的甲醇气态回收的功能。

具体地，在煤层气气体进入一级冷却器2前，自煤层气入口1后的煤层气主管线A处分流出一股高温的气体，通过甲醇气态回收管线F（虚线）进入分离器7内部的甲醇气态回收装置7-2，高温气体在甲醇气态回收装置7-2内自下而上流动。分离器7内部的气液分离装置7-1分离出的含甲醇的水溶液通过甲醇液循环管线E进入循环泵11，再经甲醇液循环管线E被打入甲醇气态回收装置7-2的上部，该液体在甲醇气态回收装置7-2内部自上而下流动。此时自下而上流动的高温气体回收向下流动的液体内的甲醇后，通过甲醇气态回收管线F进入二级空冷器5入口前的煤层气主管线A内，其中的甲醇可实现在流程中的循环过程，从而减少自防冻液储罐9及注入泵10打入煤层气主管线A的甲醇量，降低整套装置的能耗。

本发明实施例还具有的优点：

目前，已有两套恒温露点装置准备分别应用于山西鄂东气田保德区块北部5亿立方米产能建设工程及山西临汾地区勘探开发一体化试采工程，使用该装置后，可使煤层气出口的水露点不高于-5℃，甲醇回收率可达98%，降低了运行成本。

同时，由于该装置的所述设备、元器件采用橇装式集成布置，减少了现场安装工作量，降低现场施工风险，加快了煤层气田建设速度，提高了建设质量，降低了投资成本，占地面积小，操作维护方便，有助于实现煤层气高效、快速、低成本开发。适用于低压、低产、高含水特性的煤层气田。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种煤层气专用的基于甲醇气态回收的恒温露点控制橇装装置，其特征在于，所述装置至少包括煤层气进口(1)、一级冷却器(2)、换热器(3)、雾化器(4)、二级冷却器(5)、恒温冷却器(6)、分离器(7)、煤层气出口(8)、防冻液储罐(9)、注入泵(10)、循环泵(11)、气体流量计(13)相关设备及相关阀门(12)、相关管路、相关控制装置；所述相关设备及所述相关阀门、相关管路为橇装式布置。

2.根据权利要求1所述的煤层气专用的基于甲醇气态回收的恒温露点控制橇装装置，其特征在于，所述相关管路至少包括：煤层气主管线(A)、煤层气换热管线(B)、煤层气出气管线(C)、注入甲醇液管线(D)、甲醇液循环管线(E)、甲醇气态回收管线(F)。

3.根据权利要求2所述的煤层气专用的基于甲醇气态回收的恒温露点控制橇装装置，其特征在于，所述煤层气主管线(A)是自所述煤层气进口(1)至所述分离器(7)之间的管线，所述煤层气换热管线(B)是自所述分离器(7)至所述换热器(3)管程入口之间的管线，所述煤层气出气管线(C)是自所述换热器(3)管程出口至所述煤层气出口(8)的管线，所述注入甲醇液管线(D)是自所述防冻液储罐(9)至所述雾化器(4)之间的管线，所述甲醇液循环管线(E)是所述分离器(7)内的所述气液分离装置的液相出口至所述甲醇气态回收装置的液相入口之间的管线，所述甲醇气态回收管线(F)是自所述煤层气进口(1)至所述煤层气主管线(A)之间的管线。

4.根据权利要求1所述的煤层气专用的基于甲醇气态回收的恒温露点控制橇装装置，其特征在于，所述相关阀门(12)至少包括：煤层气进口闸阀(12a)、煤层气出口闸阀(12b)、甲醇气态回收截止阀(12c)。

5.根据权利要求2所述的煤层气专用的基于甲醇气态回收的恒温露点控制橇装装置，其特征在于，所述煤层气主管线(A)上按照煤层气气流前进方向顺次连通所述煤层气进口闸阀(12a)、所述一级冷却器(2)、所述换热器(3)壳程、所述雾化器(4)、所述二级冷却器(5)、所述恒温冷却器(6)、所述分离器(7)内的所述气液分离装置(7-1)入口。

6.根据权利要求5所述的煤层气专用的基于甲醇气态回收的恒温露点控制橇装装置，其特征在于，所述分离器(7)内的所述气液分离装置7-1气相出口通过所述煤层气换热管线(B)连通所述换热器(3)的一端管程，所述换热器(3)的另一端管程顺次连通所述煤层气出气管线(C)、所述煤层气出口闸阀(12b)至所述煤层气出口(8)。

7.根据权利要求2所述的煤层气专用的基于甲醇气态回收的恒温露点控制橇装装置，其特征在于，所述注入甲醇液管线(D)上按照甲醇液进液方向顺次连通所述防冻液储罐(9)、所述注入泵(10)、所述雾化器(4)。

8.根据权利要求7所述的煤层气专用的基于甲醇气态回收的恒温露点控制橇装装置，其特征在于，所述雾化器(4)位于所述换热器(3)壳程出口与所述二级冷却器(5)进口之间的所述煤层气主管线(A)上。

9.根据权利要求2所述的煤层气专用的基于甲醇气态回收的恒温露点控制橇装装置，其特征在于，所述甲醇液循环管线(E)连通所述分离器(7)的所述气液分离装置(7-1)的液相出口接头和所述甲醇气态回收装置(7-2)的液相入口接头。

10.根据权利要求2所述的煤层气专用的基于甲醇气态回收的恒温露点控制橇装装置，其特征在于，所述甲醇气态回收管线(F)上按照甲醇气态气流前进方向顺次连通所述煤层气入口(1)后的所述煤层气主管线(A)、所述甲醇气态回收截止阀(12c)、所述气体流量计(13)、所述分离器(7)内的甲醇气态回收装置(7-2)、所述雾化器(4)后的所述煤层气主管线(A)。

11.根据权利要求1所述的煤层气专用的基于甲醇气态回收的恒温露点控制橇装装置，其特征在于，所述相关控制装置至少包括：测量进出口温度的温度变送器、压差变送器、智能控制柜及配套的所述电控系统、所述相关电路。

12.根据权利要求11所述的煤层气专用的基于甲醇气态回收的恒温露点控制橇装装置，其特征在于，所述相关控制装置与所述相关设备、相关阀门及所述相关管路集成于整体底座上，为橇装式布置。