CN111979004B - 一种基于高压的节流天然气脱水系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于高压的节流天然气脱水系统，包括：三相分离器，用于分离去除天然气中的液态水及固体杂质，得干燥天然气；换热器，其用于对干燥天然气进行冷却，对其进行冷量回收；第一喷射器和第二喷射器，所述第一喷射器的工作流体入口和所述第二喷射器的工作流体入口分别并联连接于所述换热器的高压气体出口；第一气液分离器，其气液混合入口与所述第一喷射器的压缩流体出口连通，第二气液分离器，其气液混合入口与所述第二喷射器的压缩流体出口连通，以及第三气液分离器，其液体入口与所述第二气液分离器的液体出口连通，本申请的基于高压的节流天然气脱水系统工艺流程简单，高效节能，装置体积小，脱水效果好。

Description

一种基于高压的节流天然气脱水系统
技术领域
本发明涉及天然气脱水系统领域。更具体地说，本发明涉及一种基于高压的节流天然气脱水系统。
背景技术
从天然气井采出的天然气含有饱和水、液态水、重组分碳氢化合物及固体杂质等的多项流体。这种多相流体如果未加处理就进入输送管道系统，会带来严重的后果。尤其是饱和水的存在，降低了天然气的热值和管道的输送能力；当条件适宜时，天然气中的饱和水就会以游离水的形式析出，形成重组分碳氢化合物，冷凝液在管道或设备中造成积液。这不仅会增加流动压降，甚至形成段塞流，还会加速天然气中酸性组分对管道和设备的腐蚀。游离水不仅在冰点时会结冰，即使在天然气的温度高于水的冰点时，还会形成水合物，严重时会堵塞管道，影响管道与设备的正常运行。所以，在天然气进入输送管道前，必须除去其中的游离水、重烃等物质。
目前，常用的天然气脱水处理技术主要有：化学吸附-再生法、物理吸附-再生法、绝热节流法、机械制冷法和透平膨胀机制冷法等。这些常规方法有自身的优点，如分离效果好、除湿深度大、可以达到较低的露点温度等，所以这些常规方法得到了广泛的应用。但是，这些方法也存在许多缺点，如工艺流程复杂、设备多、工程投资大、占地面积大、消耗能量较多，还对环境有一定的污染。
常规的天然气脱水系统为TEG处理系统，该系统占地面积，不适合海上平台使用，同时需要人工加入乙二醇以达到除湿与分离净化的目的，这增大成本及对环境造成污染。在管道中加入乙二醇还会造成水合物的形成、结垢、流体乳化、腐蚀管道等严重后果。在TEG系统中，防止腐蚀及水合物产生的装置必须可靠，否则，由于管道缺陷造成的后果会非常严重。为防止管道腐蚀通常采用防腐合金管道及电极防腐，造价十分高昂。同时，为了防止有毒水合物对环境造成污染，必须采用价格昂贵的真空脱盐装置，相应的维护和运行费用增加。
因此，有必要开发一种新的天然气脱水技术，以满足市场需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺流程简单，高效节能，装置体积小，脱水效果好的基于高压的节流天然气脱水系统。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于高压的节流天然气脱水系统，包括：
三相分离器1，用于分离去除天然气中的液态水及固体杂质，得干燥天然气；
换热器2，其气体入口连接于所述三相分离器1的气体出口，用于对干燥天然气进行冷却，对其进行冷量回收；
第一喷射器3和第二喷射器4，所述第一喷射器3的工作流体入口和所述第二喷射器4的工作流体入口分别并联连接于所述换热器2的高压气体出口；
第一气液分离器5，其气液混合入口与所述第一喷射器3的压缩流体出口连通，
第二气液分离器6，其气液混合入口与所述第二喷射器4的压缩流体出口连通，所述第二气液分离器6的气体出口与第一喷射器3的引射流体入口连通；以及
第三气液分离器7，其液体入口与所述第二气液分离器6的液体出口连通，所述第三气液分离器7的气体出口与第二喷射器4的引射流体入口连接。
根据本发明的一优选实施例，所述的基于高压的节流天然气脱水系统，所述第一气液分离器5的气体出口通过管道与换热器2的冷却介质管道连通；
根据本发明的一优选实施例，所述的基于高压的节流天然气脱水系统，所述第一气液分离器5的液体出口管道上设置有第一自动调节阀。
根据本发明的一优选实施例，所述的基于高压的节流天然气脱水系统，所述第二气液分离器6的液体出口与所述第三气液分离器7的液体入口之间的连通管道上设置有第一闸阀。
根据本发明的一优选实施例，所述的基于高压的节流天然气脱水系统，还包括污水储罐8，其进液口与所述第三气液分离器7的液体出口连通，所述污水储罐8的液体入口与所述第一自动调节阀、所述第二自动调节阀的出口均连接。
根据本发明的一优选实施例，所述的基于高压的节流天然气脱水系统，所述污水储罐8的进液口与所述第三气液分离器7的液体出口之间的连通管道上设置有第二自动调节阀。
根据本发明的一优选实施例，所述的基于高压的节流天然气脱水系统，所述第二喷射器4的气体出口与第二气液分离器6内置的换热盘管的进液端连通，所述换热盘管的出液端与第三气液分离器7的气液混合入口连通，所述第三气液分离器7的液体出口与第二喷射器4的气体入口连通。
根据本发明的一优选实施例，所述的基于高压的节流天然气脱水系统，所述第一喷射器与所述第二喷射器结构一致，均包括：
拉法尔喷嘴；
第一柱体，其内设有接受室，所述拉法尔喷嘴伸入所述第一柱体内，且连通于所述接受室；所述第一柱体上设置引射流体入口；
第二柱体，其内设有混合室，所述第二柱体通过接受室调节块连接于所述第一柱体，所述接受室调节块具有贯通的连通空间，且所述第一柱体内的接受室、所述接受室调节块内的连通空间、所述第二柱体内的混合室依次贯通连接；以及
第三柱体，其内设有扩散室，所述第三柱体和所述第二柱体连接，以使得所述混合室和所述扩散室连通，且随着远离所述混合室，所述扩散室的内径逐步增大。
根据本发明的一优选实施例，所述的基于高压的节流天然气脱水系统，所述接受室调节块的连通空间呈圆台状，且较大的一端连通于所述接受室，较小的一端连通于所述扩散室。
根据本发明的一优选实施例，所述的基于高压的节流天然气脱水系统，所述接受室调节块的锥角范围为45°-60°，所述拉法尔喷嘴出口与所述接受室调节块较小的一端相距2-4mm。
根据本发明的一优选实施例，所述的基于高压的节流天然气脱水系统，所述扩散室的圆台状，其锥角范围为3.5°～4.5°。
本发明至少包括以下有益效果：
(1)本申请的基于高压的节流天然气脱水系统工艺流程简单，高效节能，装置体积小，脱水效果好。
(2)本申请的喷射机使用寿命长，无易损件，不需频繁更换；结构简单，制造成本低；整体机械结构设计，易于安装，可以提高运行可靠性和运行效果；以解决现有技术中，带膨胀机的液化工艺中高速旋转设备多，设备复杂，占地面积大，控制系统复杂，整体可靠性低的问题。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明中一实施例中的基于高压的节流天然气脱水系统的结构示意图；
图2为本发明中一实施例中喷射器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变形。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
如图1所示，本发明的一优选实施例提供了一种基于高压的节流天然气脱水系统，包括：
三相分离器1，用于分离去除天然气中的液态水及固体杂质，得干燥天然气；
换热器2，其气体入口连接于所述三相分离器1的气体出口，用于对干燥天然气进行冷却，对其进行冷量回收；
第一喷射器3和第二喷射器4，所述第一喷射器3的工作流体入口和所述第二喷射器4的工作流体入口分别并联连接于所述换热器2的高压气体出口；
第一气液分离器5，其气液混合入口与所述第一喷射器3的压缩流体出口连通，
第二气液分离器6，其气液混合入口与所述第二喷射器4的压缩流体出口连通，所述第二气液分离器6的气体出口与第一喷射器3的引射流体入口连通；以及
第三气液分离器7，其液体入口与所述第二气液分离器6的液体出口连通，所述第三气液分离器7的气体出口与第二喷射器4的引射流体入口连接。
所述第二喷射器4的气体出口与第二气液分离器6内置的换热盘管的进液端连通，所述换热盘管的出液端与第三气液分离器7的气液混合入口连通，所述第三气液分离器7的液体出口与第二喷射器4的气体入口连通。
上述实施例中，S31，经三相分离器1初步分离去除天然气中游离水和固体杂质，得到20MPa左右的天然气，且控制分离后的天然气温度不高于40℃；
S2，除杂后的天然气经过所述换热器2内部的冷却介质管道道降温至5℃，此处的换热器2可为任何市面上现有的换热器，本实施例中所述换热器2采用的是缠绕换热器，
S31、降温后的天然气分为两股分别经过所述第一喷射器3和所述第二喷射器4降压为7.0MPa、6.7MPa，其中经第一喷射器3降压喷射的天然气进入所述第一气液分离器5，经过所述第一气液分离器5分离出游离水和轻烃；所述第一气液分离器5的气体出口通过管道与换热器2的冷却介质管道连通，以使得经所述第一气液分离器5产生的气体由气相出口进入所述换热器2。所述第一气液分离器5的液体出口管道上设置有第一自动调节阀。
S32、经第二喷射器4降压喷射的天然气进入第二气液分离器6和第三气液分离器7，第二气液分离器6的气液混合物(大概为-45℃)通过第一闸阀降压至6.4MPa，并输送至第三气液分离器7，第二气液分离器6的气体(处理后的天然气)输送至第一喷射器3，这样是为了对经过一次处理的天然气进行二次循环处理，处理效果更佳；
S33、所述第三气液分离器7的液体(大概为-45℃)输送至污水储罐8，第三气液分离器7的气体(处理后的天然气)输送至第二喷射器4，这样是为了对经过一次处理的天然气进行二次循环处理，处理效果更佳；
S34、污水储罐8，用来集中收集污水和分离出来的轻烃。
根据本发明的一优选实施例，所述的基于高压的节流天然气脱水系统，所述第二气液分离器6的液体出口与所述第三气液分离器7的液体入口之间的连通管道上设置有第一闸阀，控制启闭，更为方便。
根据本发明的一优选实施例，所述的基于高压的节流天然气脱水系统，还包括污水储罐8，其进液口与所述第三气液分离器7的液体出口连通，所述污水储罐8的液体入口与所述第一自动调节阀、所述第二自动调节阀的出口均连接。
根据本发明的一优选实施例，所述的基于高压的节流天然气脱水系统，所述污水储罐8的进液口与所述第三气液分离器7的液体出口之间的连通管道上设置有第二自动调节阀，控制启闭，更为方便。
第一气液分离器5、第二气液分离器6、第三气液分离器7内均设置有液位检测装置，用于自动调节分离器液位高低。
如图2所示，本发明的另一实施例还提供了喷射器的结构，所述第一喷射器与所述第二喷射器结构一致，均包括：
拉法尔喷嘴91；
第一柱体92，其内设有接受室921，所述拉法尔喷嘴91伸入所述第一柱体内，且连通于所述接受室921；所述第一柱体92上设置引射流体入口，此处设置引射流体入口法兰93；
第二柱体94其内设有混合室941，所述第二柱体94通过接受室调节块95连接于所述第一柱体91，所述接受室调节块95具有贯通的连通空间951，且所述第一柱体92内的接受室921、所述接受室调节块95内的连通空间951、所述第二柱体94内的混合室941依次贯通连接；以及
第三柱体96，其内设有扩散室961，所述第三柱体96和所述第二柱体94连接，以使得所述混合室941和所述扩散室961连通，且随着远离所述混合室941，所述扩散室961的内径逐步增大。所述接受室调节块95的连通空间呈圆台状，且较大的一端连通于所述接受室921，较小的一端连通于所述扩散室961。所述接受室调节块95的锥角范围为45°-60°，所述拉法尔喷嘴91出口与所述接受室调节块95较小的一端相距2-4mm。所述扩散室961的圆台状，其锥角范围为3.5°～4.5°。
上述实施例中，净化天然气以一定流量从所述拉法尔喷嘴91的入口进入其内的收缩段，在喉部气体达到超声速状态，通过扩张段速度进一步增加，在所述拉法尔喷嘴91出口达到在接受室形成局部负压的速度；天然气以一定流量从引射流体入口法兰93进入接受室921；超声速工作流体在接受室921带着引射流体进入混合室941；在混合室941里工作流体与引射流体能量充分交换，压力、温度和速度渐渐均衡；混合气体逐渐进入扩散室961，在扩散室961逐渐恢复压力，出现气液混合物。
上述实施例中的喷射机使用寿命长，无易损件，不需频繁更换；结构简单，制造成本低；整体机械结构设计，易于安装，可以提高运行可靠性和运行效果；以解决现有技术中，带膨胀机的液化工艺中高速旋转设备多，设备复杂，占地面积大，控制系统复杂，整体可靠性低的问题。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.一种基于高压的节流天然气脱水系统，其特征在于，包括：
三相分离器，用于分离去除天然气中的液态水及固体杂质，得干燥天然气；
换热器，其气体入口连接于所述三相分离器的气体出口，用于对干燥天然气进行冷却，对其进行冷量回收；
第一喷射器和第二喷射器，所述第一喷射器的工作流体入口和所述第二喷射器的工作流体入口分别并联连接于所述换热器的高压气体出口；
第一气液分离器，其气液混合入口与所述第一喷射器的压缩流体出口连通，
第二气液分离器，其气液混合入口与所述第二喷射器的压缩流体出口连通，所述第二气液分离器的气体出口与第一喷射器的引射流体入口连通；以及
第三气液分离器，其液体入口与所述第二气液分离器的液体出口连通，所述第三气液分离器的气体出口与第二喷射器的引射流体入口连接；
所述第一气液分离器的液体出口管道上设置有第一自动调节阀，
还包括污水储罐，其进液口与所述第三气液分离器的液体出口连通，所述污水储罐的液体入口与所述第一自动调节阀、第二自动调节阀的出口均连接；所述污水储罐的进液口与所述第三气液分离器的液体出口之间的连通管道上设置有第二自动调节阀；
所述第一喷射器与所述第二喷射器结构一致，均包括：
拉法尔喷嘴；
第一柱体，其内设有接受室，所述拉法尔喷嘴伸入所述第一柱体内，且连通于所述接受室；所述第一柱体上设置引射流体入口；
第二柱体，其内设有混合室，所述第二柱体通过接受室调节块连接于所述第一柱体，所述接受室调节块具有贯通的连通空间，且所述第一柱体内的接受室、所述接受室调节块内的连通空间、所述第二柱体内的混合室依次贯通连接；以及
第三柱体，其内设有扩散室，所述第三柱体和所述第二柱体连接，以使得所述混合室和所述扩散室连通，且随着远离所述混合室，所述扩散室的内径逐步增大，
所述接受室调节块的连通空间呈圆台状，且较大的一端连通于所述接受室，较小的一端连通于所述扩散室。
2.根据权利要求1所述的基于高压的节流天然气脱水系统，其特征在于，所述第一气液分离器的气体出口通过管道与换热器的冷却介质管道连通。
3.根据权利要求1所述的基于高压的节流天然气脱水系统，其特征在于，所述第二气液分离器的液体出口与所述第三气液分离器的液体入口之间的连通管道上设置有第一闸阀。
4.根据权利要求1所述的基于高压的节流天然气脱水系统，其特征在于，
所述第二喷射器的气体出口与第二气液分离器内置的换热盘管的进液端连通，所述换热盘管的出液端与第三气液分离器的气液混合入口连通，所述第三气液分离器的气体出口与第二喷射器的气体入口连通。
5.根据权利要求4所述的基于高压的节流天然气脱水系统，其特征在于，所述接受室调节块的锥角范围为45°-60°，所述拉法尔喷嘴出口与所述接受室调节块较小的一端相距2-4mm；
所述扩散室的圆台状，其锥角范围为3.5°～4.5°。
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