CN104632619A - 一种天然气加压输送系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然气加压输送系统，包括：输入管道、压缩机、油气分离器和输出管道，还包括设置在所述压缩机前端的至少一个段塞流处理罐，所述的段塞流处理罐采用旋切分离式结构，其上部分别设有进口及排气口、下部设有排水口，底部设有排污口。本发明设计的机组噪声低、振动小、可输出稳定无脉动的高压天然气，并且实现24小时不间断无人值守运行，安全高效。

Description

一种天然气加压输送系统

技术领域

本发明涉及一种压缩机组技术领域，特别是涉及石油石化行业的一种天然气加压输送系统。

背景技术

天然气在管道的运输过程中经常出现段塞流，段塞流是管道中一段气柱、一段液柱交替出现的气液两相流动状态。液体段塞流由于高流速和高动能引起的液位波动、冲击和阻塞，会造成管道运输的机械问题和工艺问题。

现有技术中，石油石化行业一般采用天然气活塞式压缩机组，天然气活塞式压缩机组除存在噪音大，振动大，易损件更换频率高，输出高压天然气有脉动等缺点外，还存在无法直接针对天然气中混有的段塞流进行压缩处理，对后续处理设备的要求高等问题。此外，现有的段塞流处理罐未设置加热装置，段塞流处理罐在气温较低时，排水口易结冰堵塞，影响段塞流处理罐的正常使用。

因此，如何设计一种能不间断持续运行、输出高压天然气稳定无脉动、安全可靠的天然气加压输送系统是业界亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种能不间断持续运行、输出高压天然气稳定无脉动、安全可靠的天然气加压输送系统。

本发明采用的技术方案是，设计一种天然气加压输送系统，包括输入管道、压缩机、油气分离器和输出管道，还包括设置在所述压缩机前端的至少一个段塞流处理罐，所述的段塞流处理罐采用旋切分离式结构，其上部分别设有进口及排气口、下部设有排水口，底部设有排污口。

其中，压缩机采用螺杆式压缩机，并通过燃气发动机提供动力，燃气发动机的进气口与段塞流处理罐的排气口管道相连。油气分离器的顶部设有排气口，排出的高压天然气与段塞流处理罐排出的水混合后输出。

段塞流处理罐底部内腔设有弯折横穿罐体的热交换油管，油气分离器底部排出的油通过供油回路与热交换油管连通，用于加热段塞流处理罐，热交换油管的入口设有油过滤器。

较优的，油气分离器与螺杆式压缩机之间设有辅助油路，用于螺杆式压缩机内部活动部件的润滑。

较优的，供油回路中还连接有一温度控制阀和油冷却器，温度控制阀串联于段塞流处理罐的热交换油管与油过滤器之间，温度控制阀一路出口直接接入油过滤器、另一路出口串联油冷却器的进油口，该油冷却器的出油口接入油过滤器。

油气分离器出口与水混合之前的管道上设有单向阀，所述段塞流处理罐的排水管道上设有水泵和单向阀。

较优的，燃气发动机的进气口处设有燃气紧急切断阀。

在一实施例中，采用两个段塞流处理罐串联，段塞流处理罐的排水管道设有单向阀和水泵。

本加压输送系统还包括一控制器，用于监控段塞流处理罐、水泵、螺杆式压缩机、发动机及油气分离器的各项运行参数，并通过网络对外通讯。

进一步的，段塞流处理罐的进口管道上串联有进气紧急切断阀。段塞流处理罐进口与进气紧急切断阀之间还串联有自力式压力调节阀。过滤器两端分别串联设有两个第二闸板阀，一第三闸板阀的两端并联接于两个第二闸板阀的外端。

进气紧急切断阀与自力式压力调节阀之间串联有过滤器，段塞流处理罐排气口处设置有精密过滤器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、采用螺杆式压缩机，噪声低，工作状态平稳，主机排气无脉动；

2、段塞流处理罐内设有热交换油管，油气分离器内输出的油经过热交换油管交换热量后再进入螺杆式压缩机，有效对进入螺杆式压缩机内的油进行冷却，保证螺杆式压缩机的工作稳定，并且，在气温较低时，热交换油管可加热段塞流处理罐内的液体，防止结冰堵塞排水口；

3、采用燃气发动机驱动螺杆式压缩机，燃气发动机可使用现场开采的天然气作为燃料，从客观上保障了加压输送系统无人值守运行的可行性；

4、采用两个段塞流处理罐来处理天然气中混有的段塞流，保证分离后的天然气中段塞流含量更低；

5、系统采用PLC控制，便于监控天然气加压输送系统的运行情况，PLC还可通过RS485端口和基站监控中心保持联系，基站监控中心既可以看到天然气加压输送系统运行的实时参数，有任何紧急情况也可以远程关机；

6、天然气加压输送系统内设有多个不同精度的过滤器对进气进行预处理，过滤天然气中的杂质；

7、段塞流处理罐进口处设有进气紧急切断阀，燃气发动机进气口处设有燃气紧急切断阀，保证天然气加压输送系统的安全；

8、段塞流处理罐进口处还设有压力调节阀稳定压力。

附图说明

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：

图1是本发明的管路连接示意图；

图2是本发明段塞流处理罐的正面示意图；

图3是发明段塞流处理罐的纵截面示意图；

图4是发明段塞流处理罐的横截面示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提出的天然气加压输送系统，包括：输入管道、螺杆式压缩机、油气分离器和输出管道。还包括设置在螺杆式压缩机前端的至少一个段塞流处理罐。本发明的系统可放置于井口，直接对混有段塞流的天然气进行压缩处理，系统的进口接入天然气，天然气内包含低压气体、液及杂质，经过机组处理后出口输出为高压气体和液体，本系统可作为一个整体部件，运输到指定地方后，将系统的进口和出口分别与相应的设备连接即可。

如图2至4所示，段塞流处理罐7内底部设有弯折横穿罐体的热交换油管71，段塞流处理罐7一侧顶部设有进口72、底部的排水口73，段塞流处理罐7另一侧顶部设有排气口74，段塞流处理罐7底面中心设有排污口75。段塞流处理罐7的排气口设有金属过滤网，段塞流进入段塞流处理罐7后被分离为气体及液体两部分，液体通过排水口73排出段塞流处理罐7，气体经过金属过滤网后从排气口74排出段塞流处理罐7。

段塞流处理罐的进口通过管路接通天然气，进口处管路形成气液混合管路。水泵36串联接入段塞流处理罐7的排水口，水泵36和段塞流处理罐7排水口之间的管道连接形成排水管路，水泵36的出水口通过单向阀接入出口，天然气被段塞流处理罐7分离出的液体从排水管路进入出口。

螺杆式压缩机15串联接入段塞流处理罐7的排气口，发动机16驱动螺杆式压缩机15，油气分离器20串联接入螺杆式压缩机15的出口，油气分离器20的出气口设有单向阀，油气分离器20的出气口和水泵18的出水口并联接入出口，油气分离器20输出的高压气体与水泵18出水口的液体混合从出口输出。油气分离器20的底端出油口通过供油回路与螺杆式压缩机15的底端进油口连接。天然气被段塞流处理罐7分离出的气体过滤后接入螺杆式压缩机内进行压缩，压缩后的高压气体和油混合进入油气分离器20中进行分离，油气分离器20将高压气体与油分离，高压气体从油气分离器20的出气口接入出口，高压气体和液体在出口处混合输出。

其中，供油回路为：油气分离器20的底端出油口串联段塞流处理罐7的热交换油管71接入螺杆式压缩机15的底端进油口。油气分离器20的底端出油口还设有一放油阀24，系统运行一段时间后，通过放油阀24可将供油回路中的油排放干净。

油气分离器20与螺杆式压缩机15之间还有辅助油路，辅助油路：油气分离器20的顶端出油口直接与螺杆式压缩机15的顶端进油口连接，螺杆式压缩机15的顶端进油口与其内部的活动部件连通，活动部件如轴承等。油气分离器20内未过滤完全的油在罐内沉积，通过顶端的出油口进入螺杆式压缩机15的顶端进油口，该辅助油路中的油用以压缩主机内部轴承的润滑油，不参与供油循环。

在供油回路中，油气分离器20内输出的油经过热交换油管71交换热量后再进入螺杆式压缩机15，有效对进入螺杆式压缩机15内的油进行冷却，保证螺杆式压缩机15的工作稳定，同时，在气温较低时，热交换油管71可加热段塞流处理罐7内的液体，防止结冰堵塞排水口。为了保证压缩主机的正常运行，供油回路中段塞流处理罐的热交换油管71与螺杆式压缩机15的底端进油口之间串联有油过滤器19，油过滤器19对供油回路中的油进行过滤。

供油回路中还连接有一温度控制阀21和油冷却器22，温度控制阀21串联于段塞流处理罐的热交换油管71与油过滤器19之间，温度控制阀21一路出口直接接入油过滤器19、另一路出口串联油冷却器22的进油口，该油冷却器22的出油口接入油过滤器19。在外界温度较低时，段塞流处理罐7内的液体温度较低，供油回路中的油与液体热交换后，温度充分降低，此时温度控制阀32连接至出口直接接入油过滤器19的一路；在外界温度较高时，段塞流处理罐7的液体温度无法满足油冷却的需要，温度控制阀21自动切换至串联有冷却器22的另一路，通过油冷却器22对油进行冷却，从而保证螺杆式压缩机进油温度较低。

压缩机主机15采用喷油式双螺杆结构，由一对互相啮合的阴阳转子构成。其中阳转子主动，阴转子从动，以不断压缩流体体积的方式来提升压力。阴阳转子受力平衡，所以螺杆式压缩机主机15工作状态平稳且排气无脉动。本实施例中，发动机16采用燃气发动机，燃气发动机16与螺杆式压缩机15的进口并联接入段塞流处理罐7的排气口。段塞流处理罐7排气口和螺杆式压缩机15、燃气发动机16之间的管道连接形成排气管路。由于使用现场条件所限，电动机无法使用，同时柴油机因为每次加油只能满足八小时不间断运行，也无法满足无人值守的要求。而燃气发动机16可以使用现场开采的天然气作为燃料，从客观上保障了加压输送系统无人值守运行的可行性。较优的，为了降低气体温度，燃气发动机16串联有第一气冷却器17，油气分离器20的出气口串联有第二气冷却器23。

加压输送系统还包括一监控段塞流处理罐7、水泵18、螺杆式压缩机15、发动机16及油气分离器20各项参数功能的PLC控制系统，PLC控制系统可通过网络对外通讯。PLC选用防爆施耐德PLC，采用高精度触摸屏操控，具有非常友好的人机交互界面。PLC程序具有监控机组运行各项参数功能以及完善的报警/预警机制，有任何异常情况均可自动关机。同时PLC可通过RS485端口和基站监控中心保持联系，在监控中心不光可以看到加压输送系统运行的实时参数，有任何紧急情况也可以远程关机。

较优的，加压输送系统设有两个段塞流处理罐7串联构成，两段塞流处理罐7的排气口与进口相串联，两个段塞流处理罐7的排水口并联接入水泵18，两个段塞流处理罐的热交换油管71并联接于油气分离器20的底端出油口和螺杆式压缩机15的底端进油口之间。其中，水泵18采用螺杆式水泵。段塞流处理罐7采用旋切分离结构分离段塞流中的气体和液体，同时采用串联的两个段塞流处理罐7来保证分离后的天然气中段塞流含量更低。

为了便于PLC精确的监控加压输送系统各部件的运行情况，每个段塞流处理罐上面安装有三个液位开关，分别是低位液位开关8、高位液位开关9和高高位液位开关10，三个液位开关均与PLC控制系统电连接。当段塞流处理罐7中的段塞流液面触及高位液位开关9时，螺杆式水泵18的离合器闭合，加压输送系统向排水管路中排放段塞流；当段塞流液面触及低位液位开关9时，螺杆式水泵18的离合器分离，加压输送系统停止向排气管路中排放段塞流；如果段塞流液面持续上升至触及高高位液位开关10时，加压输送系统会自动停机保护。油气分离器20设有低油位开关14，当油气分离器20内油面触及低油位开关14时，加压输送系统会自动报警停机保护。

更优的，为保障加压输送系统的运行安全。段塞流处理罐7的进口处串联有接通天然气的进气紧急切断阀2，该进气紧急切断阀2还与一第一闸板阀1的并联，第一闸板阀1一端接通天然气、另一端通过单向阀3接入出口，第一闸板阀1两端的连接管道形成旁通溢流管路。进气紧急切断阀2安装于整个加压输送系统的入口前，一般采用气动控制常闭型球阀，当加压输送系统正常运行时进气紧急切断阀2保持开启状态，如果加压输送系统正常关机或紧急停机时进气紧急切断阀2及时关闭，打开第一闸板阀1，天然气可通过旁通溢流管路溢流，保障加压输送系统的安全。

段塞流处理罐7进口与进气紧急切断阀2之间还串联有自力式压力调节阀5。自力式压力调节阀5安装于段塞流处理罐7入口之前，能够根据阀门的出口压力自动调节阀门的开启度，最终达到输出压力可以稳定在一定范围内。由于混有段塞流的天然气压力波动范围很大，而加压输送系统需要相对稳定的进气压力，此处自力式压力调节阀5的选用可以极大降低由于进气压力波动范围过大而引起的加压输送系统停机。

燃气发动机16的燃料进气口前串联有燃气紧急切断阀13，一般采用防爆型二位二通常闭电磁阀。当加压输送系统正常运行时燃气紧急切断阀13保持开启状态，如果加压输送系统正常关机或紧急停机时燃气紧急切断阀13及时切断燃气发动机16的燃料气，保障螺杆式压缩机15及燃气发动机16的安全。

进一步的，为充分过滤天然气中的杂质，进气紧急切断阀2与自力式压力调节阀5之间串联有过滤器4，段塞流处理罐排气口处串联有精密过滤器12，由过滤器4对天然气进行初步过滤，再通过精密过滤器12对段塞流处理罐的排气进行精细过滤，保证机组出口排气的纯净。

过滤器4两端分别串联设有两个第二闸板阀6，一第三闸板阀11的两端并联接于两个第二闸板阀6的外端。设置第三闸板阀11的目的是方便过滤器4的更换维护，第二、三闸板阀均为手动闸板阀，第二闸板阀6在机组正常运行时为常开，第三闸板阀11为常闭，当过滤器4堵塞失效时，将第三闸板阀11打开，关闭第二闸板阀6，天然气从第三闸板阀11的连接管路内进入段塞流处理罐进口，过滤器4两端被第二闸板阀6隔离，再将过滤器4从管道上拆卸更换即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种天然气加压输送系统，包括输入管道、压缩机（15）、油气分离器（20）和输出管道，其特征在于：

还包括设置在所述压缩机（15）前端的至少一个段塞流处理罐（7），所述的段塞流处理罐（7）采用旋切分离式结构，其上部分别设有进口（72）及排气口（74）、下部设有排水口（73），底部设有排污口（75）；

所述的压缩机（15）采用螺杆式压缩机，并通过燃气发动机（16）提供动力，所述的燃气发动机（16）的进气口与段塞流处理罐（7）的排气口管道相连；

所述油气分离器（20）的顶部设有排气口，排出的高压天然气与所述段塞流处理罐（7）排出的水混合后输出。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述段塞流处理罐（7）底部内腔设有弯折横穿罐体的热交换油管（71），所述油气分离器（20）底部排出的油通过供油回路与热交换油管（71）连通，用于加热段塞流处理罐（7），所述热交换油管（71）的入口设有油过滤器（19）。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述油气分离器（20）与螺杆式压缩机（15）之间设有辅助油路，用于螺杆式压缩机（15）内部活动部件的润滑。

4.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述供油回路中还连接有一温度控制阀（21）和油冷却器（22），温度控制阀（21）串联于段塞流处理罐的热交换油管（71）与油过滤器（19）之间，温度控制阀（21）一路出口直接接入油过滤器（19）、另一路出口串联油冷却器（22）的进油口，该油冷却器（22）的出油口接入油过滤器（19）。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述油气分离器（20）出口与水混合之前的管道上设有单向阀。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述燃气发动机（16）的进气口处设有燃气紧急切断阀（13）。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，采用两个段塞流处理罐（7）串联，段塞流处理罐（7）的排水管道设有单向阀和水泵（18）。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括一控制器，用于监控段塞流处理罐（7）、水泵（18）、螺杆式压缩机（15）、燃气发动机（16）及油气分离器（20）的各项运行参数，并通过网络对外通讯。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述段塞流处理罐（7）的进口管道上串联有进气紧急切断阀（2）；

所述段塞流处理罐（7）进口与进气紧急切断阀（2）之间还串联有自力式压力调节阀（5）；

所述过滤器（4）两端分别串联设有两个第二闸板阀（6），一第三闸板阀（11）的两端并联接于两个第二闸板阀（6）的外端。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述进气紧急切断阀（2）与自力式压力调节阀（5）之间串联有过滤器（4），所述段塞流处理罐排气口处设置有精密过滤器（12）。