CN109869130B - 一种高含硫气田分硫排硫装置 - Google Patents

Abstract

一种高含硫气田分硫排硫装置，主要包括液固分离罐、螺旋输硫器、硫罐车以及数据采集控制模块。硫、水混合物进入积硫室后，依靠水、硫密度差，自然沉降分离，采用隔硫栅防止沉积硫颗粒进入水相。数据采集控制模块时刻监测沉积硫高度，当沉积硫厚度达到临界值，螺旋输硫器的电机驱动螺旋叶片旋转，硫颗粒在离心力和摩擦力作用下随叶片转动不断向下运移，通过卸硫管进入硫罐车。与现有的技术相比，本发明在卸硫过程中无需对分离器停运，不影响正常生产，全程密闭、安全性高、排硫速度均匀，且装置结构简单、建造成本低、维护费用低，具有广阔的应用前景。

Description

一种高含硫气田分硫排硫装置

技术领域:

本发明涉及一种高含硫气田分硫排硫装置，具体涉及一种将高含硫气田沉积硫和采出水分离，并将分出的硫排出分离器的一种装置，属于高含硫天然气生产领域。

背景技术:

在高含硫的酸性气田中，元素硫以多硫化物的形式溶解在含硫天然气中，当气井开采时，由于温度和压力降低，气体中溶解元素硫的量也会减少，过饱和的硫就会在集输系统中析出，进而发生沉积。硫沉积危害巨大,主要体现在如下几个方面：

(1)集输站场设备、管网复杂，单质硫极易在节流孔板、三通等处沉积,严重影响着设备安全运行。

(2)堵塞下游集输管道，造成集输管道效率降低。在集输过程中，随着温度、压力下降,使天然气对硫的溶解能力降低,从而析出硫，从而在管壁发生沉积，降低管道有效流通面积，增加输送能耗,在沉积量较大时,硫结晶体堆积,能够堵塞流体通道,导致关井停产。

(3)增加集输系统腐蚀风险。因单质硫沉积不均匀,现场设备、管道的腐蚀表现为局部腐蚀，极大增加了碳钢的腐蚀速率,从而增加泄漏风险。

我国华北油田赵兰庄气藏在1976年试采时，因对高含硫气藏开发认识不足，产生严重的硫沉积而被迫关井，至今尚未投产。普光气田于2009年10月开始投入试运行，一个多月后即发现集输系统中出现疑似硫沉积的粉末、胶状物等。普光气田将近两年的生产运行表明，硫沉积现象主要发生在集输系统节流阀前后、仪表引压管、分离器及汇管等处。

在高含硫气田开采中，井口采出物中通常还含有游离水。在井口设置气液固分离装置，将采出水和沉积硫从气相中分离出来，是大幅降低下游硫沉积风险的有效措施。为了实现采出水和沉积硫的安全处理，还需要将从气相中分离出的水、硫进行分离并单独输送至各自的处理站场进一步处理。然而由于元素硫为固体，固体流动性差，实现固体硫与液态水分离，并将固体硫安全卸放到拉运罐车是该项工艺面临的主要难题。传统的方法是将集输系统停产，将分离器打开，采用人工方法，清理沉积硫。该方法影响正常生产，工作人员劳动强度大，存在中毒风险，安全难以保证。

为了克服现有技术的缺陷，本发明提出了一种高含硫气田分硫排硫装置，无需停产即可实现液固分离和安全排硫，具有不影响生产、操作简便、安全高效、运行成本低等优点。

发明内容：

一种高含硫气田分硫排硫装置，其特征在于：主要包括液固分离罐、螺旋输硫器、硫罐车以及数据采集控制模块，液固分离罐为卧式高压容器，液固分离罐左右两端靠近底部位置各设置一个排水管，液固分离罐内部设置有积硫室，积硫室内设置有隔硫栅，硫水混合物入口管从液固分离罐顶部穿过隔硫栅的导向孔深入到积硫室内部，积硫室底部的排硫口通过连接法兰与螺旋输硫器的输硫管相连，螺旋输硫器的卸硫管通过快速管接头与硫罐车的高压进料软管相连；液固分离罐外壁安装有水位监测探头，水位监测探头安装高度约为液固分离罐高度的2/3；积硫室圆筒体外壁上设有积硫高度监测探头，积硫高度监控探头与圆筒体顶端距离约为隔硫栅的厚度，水位监测探头以及积硫高度监测探头通过电缆与数据采集控制模块相连，螺旋输硫器的电机亦通过电缆与数据采集控制模块相连。

所述的积硫室上部为圆筒体，下部为锥筒体，锥筒体的锥角不大于100°，圆筒体内设有隔硫栅，排硫口设在锥筒体末端，排硫口处设有连接法兰。

所述的隔硫栅为圆形盘状结构，中心设有导向孔，隔硫栅直径比积硫室的圆筒体内径小2-5mm，其导向孔直径比硫水混合物入口管外径大1-2mm，隔硫栅采用多孔材质，材质密度介于水和固体硫密度之间，能以硫水混合物入口管为导向杆上下浮动。

所述的螺旋输硫器由输硫管、螺旋体、卸硫管以及电机组成，输硫管入口设有连接法兰，螺旋体由螺旋叶片沿中心轴绕制而成，螺旋体材质为抗硫化氢腐蚀、耐磨损金属材质，螺旋体安装在输硫管内，与输硫管保持同轴，旋流叶片外缘与输硫管内壁保持1-2mm间距；螺旋体一端与电机输出轴相连，另一端深入到积硫室锥筒体内部，卸硫管安装在靠近电机一侧的输硫管上，与输硫管夹角不大于50°，卸硫管上安装有密封阀，卸硫管末端安装有快速管接头。

所述的硫罐车为高压卧式容器，设有高压进料软管，高压进料软管入口通过快速管接头与螺旋输硫器的排硫管相连接，高压进料软管上安装有密封阀；硫罐车的顶部设置有截断阀，截断阀出口设有放空管接头，放空接头与集气站放空管线相连。

所述的液固分离罐和硫罐车的顶部均安装有安全阀。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)清理沉积硫时，无需对分离器停运，不影响正常生产；

(2)实现了密闭排硫，操作安全方便、排硫效率高、排硫速度均匀，消除了拆卸清硫作业中天然气中毒风险；

(3)装置结构简单、造价便宜，维护费用低。

附图说明：

图1为本发明结构示意图；

图2为积硫室结构示意图；

图3为隔硫栅结构示意图；

图4为螺旋体结构示意图；

图5为本发明工作原理示意图。

图中：1-液固分离罐；2-螺旋输硫器；3-硫罐车；4-数据采集控制模块；5-排水管；6-积硫室；7-隔硫栅；8-硫水混合物入口管；9-排硫口；10-连接法兰；11-输硫管；12-卸硫管；13-快速管接头；14-高压进料软管；15-水位监测探头；16-积硫高度监测探头；17-电机；18-圆筒体；19-锥筒体；20-导向孔；21-螺旋体；22-截断阀；23-放空管接头；24-安全阀；25-密封阀；26-螺旋叶片；27-中心轴。

具体实施方式:

如图1所示，一种高含硫气田分硫排硫装置，其特征在于：主要包括液固分离罐1、螺旋输硫器2、硫罐车3以及数据采集控制模块4，液固分离罐1为卧式高压容器，液固分离罐1左右两端靠近底部位置各设置一个排水管5，液固分离罐内部设置有积硫室6，积硫室6内设置有隔硫栅7，硫水混合物入口管8从液固分离罐顶部穿过隔硫栅7的导向孔20深入到积硫室6内部，积硫室6底部的排硫口9通过连接法兰10与螺旋输硫器2的输硫管11相连，螺旋输硫器2的卸硫管12通过快速管接头13与硫罐车3的高压进料软管14相连；液固分离罐1外壁安装有水位监测探头15，水位监测探头15安装高度约为液固分离罐1高度的2/3；积硫室6圆筒体18外壁上设有积硫高度监测探头16，积硫高度监测探头16与圆筒体18顶端距离约为隔硫栅7的厚度，水位监测探头15以及积硫高度监测探头16通过电缆与数据采集控制模块4相连，螺旋输硫器2的电机17亦通过电缆与数据采集控制模块4相连。

如图2所示，积硫室上部为圆筒体18，下部为锥筒体19，锥筒体19的锥角不大于100°，圆筒体18内设有隔硫栅7，排硫口9设在锥筒体19末端，排硫口9处设有连接法兰10。

如图3所示，隔硫栅7为圆形盘状结构，中心设有导向孔20，隔硫栅7直径比积硫室6的圆筒体18内径小2-5mm，其导向孔20直径比硫水混合物入口管8外径大1-2mm，隔硫栅7采用多孔材质，材质密度介于水和固体硫密度之间，能以硫水混合物入口管为导向杆，沿着硫水混合物入口管8上下浮动。

如图1，图4所示，螺旋输硫器2由输硫管11、螺旋体21、卸硫管12以及电机17组成，输硫管11入口设有连接法兰10，连接法兰10与积硫室6的排硫口9处的连接法兰10相连。螺旋体21由螺旋叶片26沿中心轴27绕制而成。螺旋体21材质为抗硫化氢腐蚀、耐磨损金属材质。螺旋体21安装在输硫管11内，与输硫管11保持同轴，螺旋叶片26外缘与输硫管11内壁保持1-2mm间距；螺旋体21一端与电机17输出轴相连，另一端深入到积硫室6锥筒体19内部，卸硫管12安装在靠近电机17一侧的输硫管11上，与输硫管11夹角不大于50°，从而保证硫颗粒能顺利流出。卸硫管12上安装有密封阀25，卸硫管12末端安装有快速管接头13。

如图1所示，所述的硫罐车3为高压卧式容器，上设有高压进料软管14，高压进料软管14入口通过快速管接头14与螺旋输硫器2的卸硫管12相连接，高压进料软管14上安装有密封阀25；硫罐车3的顶部设置有截断阀22，截断阀22出口设有放空管接头23，放空管接头23与集气站放空管线相连。

如图1所示，液固分离罐1和硫罐车3的顶部均安装有安全阀24。

本发明实现硫水分离以及排硫过程说明如下：

如图5所示，硫、水混合物通过硫水混合物入口管8进入积硫室6，由于水、硫存在很大的密度差，在积硫室6内发生液、固分离，密度较大的硫颗粒沉积在积硫室6底部。由于锥筒体19的锥角θ不大于100°，从而锥筒体19壁面与水平面之间的夹角大于40°。硫颗粒的休止角通常小于40°，从而粘附在锥筒体19壁上的硫颗粒能迅速滑落，沉积在积硫室6底部。

随着硫、水混合物不断在积硫室6内沉积，沉积硫高度不断上升，当沉积硫到达积硫室6圆筒体18时，开始推动隔硫栅7沿着硫水混合物入口管8向上运动。如图3所示，隔硫栅7中心设有导向孔20，由于导向孔20直径比硫水混合物入口管8外径大1-2mm，隔硫栅7在运动过程中所受阻力小，同时不会发生倾斜。隔硫栅7材质密度介于水和硫之间，因此始终保持在硫-水界面处。隔硫栅7为多孔介质，水很容易透过隔硫栅7进入上部空间，而沉积硫由于隔硫栅7的阻挡积聚在隔硫栅7的下方。

积硫室6圆筒体18的外壁上设有积硫高度监测探头16，积硫高度监测探头16与圆筒体18顶端距离约为隔硫栅7的厚度，当隔硫栅7顶部接近圆筒体18顶端时，此时积硫室6充满硫颗粒，达到积硫室6的容积极限。数据采集控制模块4通过积硫高度监测探头16时刻检测沉积硫厚度信息，当沉积硫积累到一定高度时，此时便通过信号传输电缆驱动电机17工作开始排硫。液固分离罐1外壁设有水位监测探头15，当水位上升到临界水位时，开始排水，水从排水管5流出，从而保证装置稳定工作。

如图5所示，当电机17工作时，通过电机17输转轴带动与之相连的螺旋体21中心轴27旋转，从而螺旋叶片26绕中心轴旋转。硫颗粒在离心力和摩擦力作用下随叶片转动不断向下运移，积硫室6的沉积硫在重力作用下不断坍塌，进而下滑进入输硫管11，从而将积硫室6沉积硫平稳地输入到卸硫管12，再进入硫罐车3。

卸硫管12与输硫管11夹角不大于50°，卸硫管12轴线与水平方向的倾角不小于40°，不小于沉积硫休止角，从而保证硫颗粒能顺利排出。由于螺旋体材质为抗硫化氢腐蚀、耐磨损金属材质，能够保障其稳定长期工作。

卸硫管12通过快速管接头13与硫罐车3高压进料软管14相连，来自卸硫管12的硫颗粒通过高压进料软管14进入硫罐车3。向硫罐车3卸硫前，将硫罐车3顶部的放空管接头23与集气站放空管线保持连接，然后打开放空接头上游的截断阀22。固体硫进入硫罐车3的同时可能还存在少量的高含硫天然气，高含硫天然气通过放空管线进入站场的放空系统，实现安全排放。

排硫结束后，关闭电机17，关闭卸硫管12上的密封阀25，关闭截断阀22，打开放空管接头23，实现和放空管线的脱离。关闭高压进料软管14上的密封阀25，防止拉运过程中沉积硫或含硫天然气的漏失。硫罐车3将沉积硫拉运至站场进一步处理。

为保障安全，防止容器超压，液固分离罐1和硫罐车3顶部均安装有安全阀24，超过设定压力时安全阀24将启动，保障容器本体安全。

本发明无需连续运行，当沉积硫积累到一定高度后即可启动电机17进行排硫。与现有的技术相比，本发明排硫过程无需对分离器停运，不影响正常生产，全程密闭、安全性高，采用螺旋排硫，排硫速度均匀，且装置结构简单、建造成本低、维护费用低。

我国高含硫天然气资源丰富，其中川东北地区气藏普遍含硫,且大多数为特高含硫气藏。硫沉积是该类气藏开发必须解决的关键问题之一。本发明安装在井口，将有效避免硫在下游集输系统发生沉积，对实现高含硫气田安全高效开发具有重要意义，应用前景广阔。

Claims (1)

1.一种高含硫气田分硫排硫装置，其特征在于：主要包括液固分离罐(1)、螺旋输硫器(2)、硫罐车(3)以及数据采集控制模块(4)，液固分离罐(1)为卧式高压容器，液固分离罐(1)左右两端靠近底部位置各设置一个排水管(5)，液固分离罐(1)内部设置有积硫室(6)，积硫室(6)内设置有隔硫栅(7)，硫水混合物入口管(8)从液固分离罐(1)顶部穿过隔硫栅(7)的导向孔(20)深入到积硫室(6)内部，积硫室(6)底部的排硫口(9)通过连接法兰(10)与螺旋输硫器(2)的输硫管(11)相连，螺旋输硫器(2)的卸硫管(12)通过快速管接头(13)与硫罐车(3)的高压进料软管(14)相连；液固分离罐(1)外壁安装有水位监测探头(15)，水位监测探头(15)安装高度为液固分离罐(1)高度的2/3；积硫室(6)圆筒体(18)外壁上设有积硫高度监测探头(16)，积硫高度监测探头(16)与圆筒体(18)顶端距离为隔硫栅(7)的厚度，水位监测探头(15)以及积硫高度监测探头(16)通过电缆与数据采集控制模块(4)相连，螺旋输硫器(2)的电机(17)亦通过电缆与数据采集控制模块(4)相连；

所述的积硫室(6)上部为圆筒体(18)，下部为锥筒体(19)，锥筒体(19)的锥角不大于100°，圆筒体(18)内设有隔硫栅(7)，排硫口(9)设在锥筒体(19)末端，排硫口(9)处设有连接法兰(10)；

所述的隔硫栅(7)为圆形盘状结构，中心设有导向孔(20)，隔硫栅(7)直径比积硫室(6)的圆筒体(18)内径小2-5mm，其导向孔(20)直径比硫水混合物入口管(8)外径大1-2mm，隔硫栅(7)采用多孔材质，材质密度介于水和固体硫密度之间，能以硫水混合物入口管(8)为导向杆上下浮动；

所述的螺旋输硫器(2)由输硫管(11)、螺旋体(21)、卸硫管(12)以及电机(17)组成，输硫管(11)入口设有连接法兰(10)，螺旋体(21)由螺旋叶片(26)沿中心轴绕制而成，螺旋体(21)材质为抗硫化氢腐蚀、耐磨损金属材质，螺旋体(21)安装在输硫管(11)内，与输硫管(11)保持同轴，螺旋叶片(26)外缘与输硫管(11)内壁保持1-2mm间距，螺旋体(21)一端与电机(17)输出轴相连，另一端深入到积硫室(6)锥筒体(19)内部，卸硫管(12)安装在靠近电机(17)一侧的输硫管(11)上，与输硫管(11)夹角不大于50°，卸硫管(12)上安装有密封阀(25)，卸硫管(12)末端安装有快速管接头(13)；

所述的硫罐车(3)为高压卧式容器，设有高压进料软管(14)，高压进料软管(14)入口通过快速管接头(13)与螺旋输硫器(2)的卸硫管(12)相连接，高压进料软管(14)上安装有密封阀(25)；硫罐车(3)的顶部设置有截断阀(22)，截断阀(22)出口设有放空管接头(23)，放空管接头(23)与集气站放空管线相连；

所述的液固分离罐(1)和硫罐车(3)的顶部均安装有安全阀(24)。

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