CN108559559A - 一种天然气冷冻脱水装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天然气冷冻脱水装置，包括第一冷凝罐（1）、第二冷凝罐（2）以及顺次连接的露点仪（3）、电磁阀（4）、干燥过滤器（5）、板翅式换热器（6）、气液分离器（7）；板翅式换热器（6）内且由上往下顺次设置有第一级制冷部分和第二级制冷部分；冷凝罐内设置有多根竖向分布的换热管，冷凝罐的壳体内开设有冷凝介质流道，阀门N与阀门M连接且连接节点处顺次连接有热箱（13）、热泵（14）和蒸发器（15），阀门B与阀门A连接且连接节点处顺次连接有冷箱（16）、冷泵（17）和冷凝器（18）。本发明的有益效果是：结构紧凑、脱水效率高、避免翅片发生结冰、节约成本。
Description
技术领域
本发明涉及天然气冷冻脱水的技术领域，特别是一种天然气冷冻脱水装置。
背景技术
在人们不断增加对于资源需求量的形式下，原有的煤矿资源已无法与人们的工业、生活之需保持同步。在极大意义上，天然气和页岩气资源的发掘，缓解了当前能源极度匮乏的现状，给国民经济的发展，带来了良好的助推作用。近期以来，人们逐步深化了对于天然气的研究，在极大意义上，也改善了该能源的开采、净化工艺。而对于天然气的采集输送常常有一定的要求。
天然气或页岩气在未经处理之前常含有高于露点温度的水和少量高沸点轻烃。随着气体温度下降，水分和轻质油将出现自然冷凝。极易造成管路冻堵和熄火等安全事故。因此，为了避免天然气、页岩气中的水蒸气和轻烃在管网中自然凝析造成用气设备熄火或爆燃等安全事故，改善天然气管网输气能力和减少冬季天然气进入总管网前发生冻堵事故，所以，在天然气、页岩气集输站设置天然气脱水预处理装置以净化外输天然气，达到产品输运国家标准，同时也对全局具有很高的社会效益。
以往寒冷地区传统的天然气管路输送中的预处理方法有：途中二次或多次加热、掺加防冻液（甲醇等）等。上述方法虽然具有设备简单、投资少，但存在着二次资源消耗大、不可控制因素多，往往达不到预计效果，事故依然。天然气脱水方法主要有以下2种：1.吸附法 2.冷冻法。吸附法是一种利用固体（分子筛）或液体（甲醇、乙二醇等）吸附剂来脱除天然气中水分，前者具有脱水完全、纯度高等优点，但能耗大，操作复杂，需要加热再生，加上防火间距的要求，使装置占地面积大，因此，通常只用于轻烃回收装置；后者脱水不完全、污染严重、材料消耗成本大，一般作为冬季天然气管线或设备发生冻堵情况时的应急措施。
采用传统的冷冻法脱水可以脱除天然气中的部分水分，但因操作温度降低到冰点温度以下而产生的冻结问题需要采用周期切换的方法预以解决。由于采用冷媒和换热设备的不同，实施过程往往不不尽人意，存在切换周期频率高，脱水深度不足，能耗高等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种结构紧凑、脱水效率高、避免翅片发生结冰、节约成本的天然气冷冻脱水装置。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种天然气冷冻脱水装置，它包括第一冷凝罐、第二冷凝罐以及顺次连接的露点仪、电磁阀、干燥过滤器、板翅式换热器、气液分离器；所述板翅式换热器内且由上往下顺次设置有第一级制冷部分和第二级制冷部分；板翅式换热器上设置有成品天然气出口；所述冷凝罐内设置有多根竖向分布的换热管，冷凝罐的壳体内开设有冷凝介质流道，冷凝罐的壳体的上下端部分别设置有冷凝介质出口和冷凝介质入口，冷凝介质出口和冷凝介质入口均与冷凝介质流道连通，冷凝罐的顶部设置有干天然气出口，冷凝罐的下端部还设置有湿天然气入口；所述第一冷凝罐的冷凝介质出口处并联有阀门M和阀门A，第二冷凝罐的冷凝介质出口处并联有阀门N和阀门B，阀门N与阀门M连接且连接节点处顺次连接有热箱、热泵和蒸发器，阀门B与阀门A连接且连接节点处顺次连接有冷箱、冷泵和冷凝器；第一冷凝罐的冷凝介质入口出并联有阀门E和阀门C，第二冷凝罐的冷凝介质入口处并联有阀门F和阀门D，阀门F和阀门E连接且连接节点与蒸发器的出口端连接，阀门D和阀门C连接且连接节点与冷凝器的出口端连接；所述第一冷凝罐的干天然气出口经阀门R与第一级制冷部分连通，第二冷凝罐的干天然气出口经阀门P与第一级制冷部分连通，第一冷凝罐的湿天然气入口经阀门T与气液分离器的出口端连接，第二冷凝罐的湿天然气入口经阀门K与气液分离器的出口端连接，所述冷凝器的入口端和出口端均通过管道与第二级制冷部分连通。
所述蒸发器和冷凝器之间连接有制冷机组。
所述冷箱和冷箱中均设置有液位计和温度计。
所述冷箱和热箱并列设置，且冷箱和热箱之间设置有通孔。
所述第一冷凝罐和第二冷凝罐的顶部均设置有超声波发生器。
所述第一冷凝罐和第二冷凝罐内且位于换热管下方均设置有电加热盘管。
本发明具有以下优点：（1）本发明采用板翅式换热器，板翅式换热器设计成上下两段，上段热交换介质为湿天然气和干天然气，下部换热介质为干天然气和来自制冷机组的制冷剂，这样换热装置具有结构紧凑，换热性能卓越的特点。（2）在板翅式换热器不发生冻堵前提下，将湿天然气中水分冷凝下来，同时又利用冷凝罐壳程空间宽敞，换热性能高的特点，将天然气中大部分残余水分冻结下来，满足产品质量要求。（3）本装置采用双脱水罐设计，为防止在脱水过程中，翅片结冰发生堵塞，导致压力过大，通过两罐循环使用，可以解决这个问题，同时提高脱水效果。（4）本装置中所述第一冷凝罐和第二冷凝罐的顶部均设置有超声波发生器，当超声波发生器启动后发出超声波，超声波使换热管发生震动，减缓换热管内结冰速度，同时产生的震动还能将依附在换热管内的结冰迅速震动下来，防止冰堵塞换热管，保证脱水的顺利进行。
附图说明
图1 为本发明的结构示意图；
图2 为冷箱和热箱的安装示意图；
图3 为冷箱上通孔的结构示意图；
图中，1-第一冷凝罐，2-第二冷凝罐，3-露点仪，4-电磁阀，5-干燥过滤器，6-板翅式换热器，7-气液分离器，8-成品天然气出口，9-冷凝介质出口，10-冷凝介质入口，11-干天然气出口，12-湿天然气入口，13-热箱，14-热泵，15-蒸发器，16-冷箱，17-冷泵，18-冷凝器，19-，液位计，20-温度计，21-通孔， 23-管道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：
如图1所示，一种天然气冷冻脱水装置，它包括第一冷凝罐1、第二冷凝罐2以及顺次连接的露点仪3、电磁阀4、干燥过滤器5、板翅式换热器6、气液分离器7；所述板翅式换热器6内且由上往下顺次设置有第一级制冷部分和第二级制冷部分；板翅式换热器6上设置有成品天然气出口8；所述冷凝罐内设置有多根竖向分布的换热管，冷凝罐的壳体内开设有冷凝介质流道，冷凝罐的壳体的上下端部分别设置有冷凝介质出口9和冷凝介质入口10，冷凝介质出口9和冷凝介质入口10均与冷凝介质流道连通，冷凝罐的顶部设置有干天然气出口11，冷凝罐的下端部还设置有湿天然气入口12。
如图1所示，所述第一冷凝罐1的冷凝介质出口9处并联有阀门M和阀门A，第二冷凝罐2的冷凝介质出口9处并联有阀门N和阀门B，阀门N与阀门M连接且连接节点处顺次连接有热箱13、热泵14和蒸发器15，阀门B与阀门A连接且连接节点处顺次连接有冷箱16、冷泵17和冷凝器18；第一冷凝罐1的冷凝介质入口10出并联有阀门E和阀门C，第二冷凝罐2的冷凝介质入口10处并联有阀门F和阀门D，阀门F和阀门E连接且连接节点与蒸发器15的出口端连接，阀门D和阀门C连接且连接节点与冷凝器18的出口端连接；所述第一冷凝罐1的干天然气出口11经阀门R与第一级制冷部分连通，第二冷凝罐2的干天然气出口11经阀门P与第一级制冷部分连通，第一冷凝罐1的湿天然气入口12经阀门T与气液分离器7的出口端连接，第二冷凝罐2的湿天然气入口12经阀门K与气液分离器7的出口端连接，所述冷凝器18的入口端和出口端均通过管道23与第二级制冷部分连通。
如图1~3所示，所述蒸发器15和冷凝器18之间连接有制冷机组。所述冷箱16和冷箱16中均设置有液位计19和温度计20，冷箱和热箱为一体结构，结构形状为方形，结构外框材料采用聚氨酯，液位计19和温度计20均与PLC控制系统，能够监控箱体内制冷剂的温度和液位。所述冷箱16和热箱13并列设置，且冷箱16和热箱13之间设置有通孔21，通孔21数量6到10个，布置方式采用倒三角形排列，布置高度为箱高的60%-65%。管子总流通截面积等于或略大于较大泵出口截面积。
所述第一冷凝罐1和第二冷凝罐2的顶部均设置有超声波发生器，当超声波发生器启动后发出超声波，超声波使换热管发生震动，减缓换热管内结冰速度，同时产生的震动还能将依附在换热管内的结冰迅速震动下来，防止冰堵塞换热管，保证脱水的顺利进行。
所述第一冷凝罐1和第二冷凝罐2内且位于换热管下方均设置有电加热盘管，电加热盘管能够使掉落于冷凝罐底部的结冰快速融化。
本发明的工作步骤如下：
S1、打开阀门T、阀门R、阀门A、阀门C和冷泵17；将湿天然气通入露点仪3中，湿天然气经电磁阀4进入干燥过滤器5中，干燥过滤器5过滤部分大的杂质以及除去混杂在湿天然气中的部分水汽，经干燥过滤器5过滤后的湿天然气顺次经板翅式换热器6、气液分离器7、阀门T、第一冷凝罐1的湿天然气入口12最后进入第一冷凝罐1的底部，湿天然气在换热管中由下往上流动；冷泵17将冷箱16中的制冷剂抽出并泵送于冷凝器18中，制冷剂为乙二醇，冷凝器18降低制冷剂的温度，低温制冷剂经冷凝器18的出口端流出，一部分低温制冷剂经管道23进入第二级制冷部分中，而另一部分低温制冷剂顺次经阀门C、第一冷凝罐1的冷凝介质入口10最后进入第一冷凝罐1的冷凝介质流道中，冷凝剂在向上流动过程中与换热管中的湿天然气发生热交换，湿天然气中携带的水冻结在换热管中，冻结掉水的湿天然气变成冷干天然气I，冷干天然气I经阀门R进入板翅式换热器6的第一级制冷部分中，冷干天然气I与第一级制冷部分中的湿天然气发生热交换，此时冷干天然气I复温至常温，而湿天然气降低至5~15℃，能够有效节约能源，同时为保证温度降低的效果；
S2、5~15℃湿天然气进入板翅式换热器6的第二级制冷部分中，5~15℃湿天然气与第二级制冷部分中的低温制冷剂发生热交换，确保湿天然冷却降温至2~3℃，从而将湿天然气中水分冷凝下来，最终得到成品干天然气，成品干天然气从成品天然气出口8流出；
S3、步骤S1中由于第一冷凝罐1内的换热管中结冰，而无法正常工作，此时关闭阀门T、阀门R、阀门A和阀门C，打开阀门P、阀门B、阀门D和阀门K，此时第一冷凝罐1停止工作，而第二冷凝罐2运行，冷泵17将冷箱16中的制冷剂抽出并泵送于冷凝器18中，冷凝器18降低制冷剂的温度，低温制冷剂经冷凝器18的出口端流出，一部分低温制冷剂经管道23进入第二级制冷部分中，而另一部分低温制冷剂顺次经阀门D、第二冷凝罐2的冷凝介质入口10最后进入第二冷凝罐2的冷凝介质流道中，冷凝剂在向上流动过程中与换热管中的湿天然气发生热交换，湿天然气中携带的水冻结在换热管中，冻结掉水的湿天然气变成冷干天然气II，冷干天然气II经阀门P进入板翅式换热器6的第一级制冷部分中，冷干天然气II与第一级制冷部分中的湿天然气发生热交换，此时冷干天然气II复温至常温，而湿天然气也降低至5~15℃；同时打开阀门E、阀门M和热泵14，热泵14将热箱13中的制冷剂抽出并泵入到蒸发器15中，蒸发器15将制冷剂加热，加热后高温制冷剂从蒸发器15的出口端流出，流出后顺次经阀门E、第一冷凝罐1的冷凝介质入口10进入冷凝介质流道中，高温制冷剂使第一冷凝罐1内换热管中的结冰融化，从而实现了第一冷凝罐1和第二冷凝罐2的工作切换，实现连续制备成品干天然气，防止翅片结冰发生堵塞，提高了脱水效果；
S4、所述步骤S3中在融化结冰的过程中，启动第一冷凝罐1顶部的超声波发生器，超声波发生器发出的超声波通过与换热管的共振加强冰块的脱落，同时开启位于第一冷凝罐1下部的电加热盘管，电加热盘管将掉入到第一冷凝罐1底部的冰块融化。
Claims (6)
1.一种天然气冷冻脱水装置，其特征在于：它包括第一冷凝罐（1）、第二冷凝罐（2）以及顺次连接的露点仪（3）、电磁阀（4）、干燥过滤器（5）、板翅式换热器（6）、气液分离器（7）；所述板翅式换热器（6）内且由上往下顺次设置有第一级制冷部分和第二级制冷部分；板翅式换热器（6）上设置有成品天然气出口（8）；所述冷凝罐内设置有多根竖向分布的换热管，冷凝罐的壳体内开设有冷凝介质流道，冷凝罐的壳体的上下端部分别设置有冷凝介质出口（9）和冷凝介质入口（10），冷凝介质出口（9）和冷凝介质入口（10）均与冷凝介质流道连通，冷凝罐的顶部设置有干天然气出口（11），冷凝罐的下端部还设置有湿天然气入口（12）；所述第一冷凝罐（1）的冷凝介质出口（9）处并联有阀门M和阀门A，第二冷凝罐（2）的冷凝介质出口（9）处并联有阀门N和阀门B，阀门N与阀门M连接且连接节点处顺次连接有热箱（13）、热泵（14）和蒸发器（15），阀门B与阀门A连接且连接节点处顺次连接有冷箱（16）、冷泵（17）和冷凝器（18）；第一冷凝罐（1）的冷凝介质入口（10）出并联有阀门E和阀门C，第二冷凝罐（2）的冷凝介质入口（10）处并联有阀门F和阀门D，阀门F和阀门E连接且连接节点与蒸发器（15）的出口端连接，阀门D和阀门C连接且连接节点与冷凝器（18）的出口端连接；所述第一冷凝罐（1）的干天然气出口（11）经阀门R与第一级制冷部分连通，第二冷凝罐（2）的干天然气出口（11）经阀门P与第一级制冷部分连通，第一冷凝罐（1）的湿天然气入口（12）经阀门T与气液分离器（7）的出口端连接，第二冷凝罐（2）的湿天然气入口（12）经阀门K与气液分离器（7）的出口端连接，所述冷凝器（18）的入口端和出口端均通过管道（23）与第二级制冷部分连通。
2.根据权利要求1所述的一种天然气冷冻脱水装置，其特征在于：所述蒸发器（15）和冷凝器（18）之间连接有制冷机组。
3.根据权利要求1所述的一种天然气冷冻脱水装置，其特征在于：所述冷箱（16）和冷箱（16）中均设置有液位计（19）和温度计（20）。
4.根据权利要求1所述的一种天然气冷冻脱水装置，其特征在于：所述冷箱（16）和热箱（13）并列设置，且冷箱（16）和热箱（13）之间设置有通孔（21）。
5.根据权利要求1所述的一种天然气冷冻脱水装置，其特征在于：所述第一冷凝罐（1）和第二冷凝罐（2）的顶部均设置有超声波发生器。
6.根据权利要求1所述的一种天然气冷冻脱水装置，其特征在于：所述第一冷凝罐（1）和第二冷凝罐（2）内且位于换热管下方均设置有电加热盘管。
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