CN115638372A - 一种基于压力能释热的天然气管道防冻装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于压力能释热的天然气管道防冻装置及方法，该装置由天然气入口管道、分离装置、换热器、壳体、热端管道、涡流管、冷端管道、水汽收集装置、缓冲罐、渐扩喷管和天然气出口管道组成；将该装置放置于开阔地面上，天然气从入口管道通入，通过天然气的高压力能，经过涡流管冷热分离的作用，对冷热端气流加以综合利用。本发明以天然气具有的压力能为输入能源，采用压力能转换的方式使天然气自身的温度升高，相较于传统的天然气管道防冻方法，实现成本更低，更高效的天然气管道防冻，并减小设备占用空间、节约材料。
Description
技术领域
本发明涉及天然气管道防冻堵的技术领域，具体涉及一种基于压力能释热的天然气管道防冻装置及方法。
背景技术
在能源结构转型过程中，天然气将承担重要的桥梁作用，推动天然气消费增长与产业发展是中国清洁能源体系建设的必由之路。因此，为满足经济社会发展对清洁能源增量的需求，推动传统高燃化石能源的存量替代，应重点关注天然气基础设施的升级与优化调整。
在天然气的开采利用过程中，水分是天然气工程中的主要干扰物，在天然气的使用和输运中过多的含水量会造成许多不良后果，尤其天然气管道冬季冻堵问题是天然气生产保量增效的重要瓶颈。
传统生产过程中对于天然气管道防冻堵技术分成“脱水防冻技术”和“抑制水合物形成技术”两大类。常规的天然气脱水技术虽利于消除水分对工程的不利影响，但各种手段均存在一定不足，在大规模输气工程中经济性或操作性优势不明显。而抑制水合物形成技术防冻效果有限，而且没有从根本上解决包括管路腐蚀在内的天然气含水问题，更适合作为辅助手段提高管道防冻性能。
发明内容
为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种基于压力能释热的天然气管道防冻装置及方法，该装置利用气井的高压力天然气，通过涡流管分离(释放)出的热量来加热天然气，，防止井口处由于节流调压形成天然气水合物，从而避免管道冻堵，实现成本更低、更高效的天然气管道防冻。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于压力能释热的天然气管道防冻装置，该装置由天然气入口管道1、分离装置2、换热器3、壳体4、热端管道5、涡流管6、冷端管道7、水汽收集装置8、缓冲罐9、渐扩喷管10和天然气出口管道11组成；
天然气入口管道1位于该装置上方，一端与气井相连接，另一端与分离装置2一端相连接；分离装置2是一个弯管结构，天然气气体在弯管部分由于离心力的作用被分离出来，分离出的水从弯管外侧的小孔流出被收集到分离装置下方的水汽收集装置8中，分离装置2的另一端与换热器3相连接；换热器3布置在涡流管6的上方气体入口的位置，涡流管6的入口气流管道通过换热器3上下两侧，热端管道5穿过换热器3；换热器3下方的涡流管6有两个出口，一出口为热端气流出口与热端管道5连接，热端管道5通过换热器3后，与缓冲罐9相连接；涡流管6的另一出口为冷端气流出口与冷端管道7相连接，冷端管道7穿过水汽收集装置8后与缓冲罐9相连接；缓冲罐9入口与热端管道5和冷端管道7相连接，缓冲罐9出口通过出流管道与渐扩喷管10一端连接；渐扩喷管10另一端与天然气出口管道11一端相连接；天然气出口管道11另一端与下游处理厂连接；壳体4包裹着整个装置。
所述换热器3为气气换热器，涡流管入口气流管道和热端管道5通过其中，使得热端管道5的热量传递给涡流管入口气流管道，使入口气流温度升高，防止管道发生冻堵。
所述涡流管6为冷热分离装置，高压空气通过在涡流管6中加速膨胀，能瞬间将高压空气分流成冷热两股气流，冷端气流流入冷端管道7，热端气流流入热端管道5。
所述水汽收集装置8用于收集经过分离装置2分离出的天然气中含有的水分，由于天然气中含有硫化物杂质，使得天然气中水分含有硫酸盐，其中主要为硫酸钠，因此通过将冷端管道7通过水汽收集装置8，使得的温度降低，硫酸钠在低温环境中就会以晶体的形式析出，同时水汽收集装置8中留有两个出口分别为液体出口和结晶体出口。
所述热端管道5和冷端管道7中的天然气在下游通入到缓冲罐9中，然后汇合为一股均匀的气流，再经过渐扩喷管10对管道中的天然气进行减速增压，恢复天然气的部分压力能。
工作时，将该装置放置于开阔地面上，然后将气井的高压天然气从天然气入口管道1流入，然后经过分离装置2，在弯管外侧壁面分离出天然气中的水分，水被收集到水汽收集装置8中，随后天然气流入涡流管6中，被分离为冷热两股气流，热端气流流入热端管道5，热端管道5中的热气流同时通过换热器3将部分热量用于对涡流管入口气流的加热；冷端气流流入冷端管道7，冷端管道7中的冷气流通过水汽收集装置8；随后两股冷热气流被通入缓冲罐9中，合为一股气流，这股气流经过渐扩喷管10，然后由天然气出口管道11流向下游处理厂，实现对天然气的高效低成本加热。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
本发明利用气井的高压力天然气，通过涡流管将高压天然气分为冷热两股气流，对冷热两股气流加以综合利用；将热端的气流导入换热器3中可以对涡流管入口气流进行加热，起到入口管道防冻；由于天然气中含有水分，水分中含有硫酸盐，如硫酸钠，可以利用涡流管冷端的气流来对水溶液进行低温结晶析出硫酸钠晶体；在冷热端气流汇合后，通过一个渐扩喷管来对天然气进行减速加压，恢复一定压力，相较于传统天然气防冻方法，实现成本更低，更高效的天然气管道防冻，并减小设备占用空间、节约材料。
附图说明
图1为本发明一种基于压力能释热的天然气管道防冻装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明是一种基于压力能释热的天然气管道防冻装置，该装置由天然气入口管道1、分离装置2、换热器3、壳体4、热端管道5、涡流管6、冷端管道7、水汽收集装置8、缓冲罐9、渐扩喷管10和天然气出口管道11组成；
天然气入口管道1位于该装置左上方，一端与气井相连接，另一端与分离装置2相连接；分离装置2是一个弯管结构，天然气气体在弯管部分由于离心力的作用被分离出来，分离出的水从弯管外侧的小孔流出被收集到分离装置下方的水汽收集装置8中，分离装置2的右端与换热器3相连接；换热器3布置在涡流管6的上方气体入口的位置，涡流管6的入口气流管道通过换热器3上下两侧，热端管道5自右向左通过换热器3；换热器3下方的涡流管6有左右两个出口，右端出口为热端气流出口与热端管道5连接，热端管道5通过换热器3后，它的左端与缓冲罐9相连接；涡流管6的左端出口为冷端气流出口与冷端管道7相连接，冷端管道7自左向右通过水汽收集装置8，然后冷端管道7的左端与缓冲罐9相连接；缓冲罐9位于该装置的左下角，与热端管道5和冷端管道7相连接，在右端通过出流管道与渐扩喷管10右端连接；渐扩喷管10的左端与天然气出口管道11右端相连接；天然气出口管道11左端与下游处理厂连接；壳体4包裹着整个装置。
实施例：井口天然气管道的加热防冻堵：
(1)如图1所示，将本发明防冻装置放置于开阔地面上，然后将气井的高压天然气从天然气入口管道1流入，然后经过分离装置2，在弯管外侧壁面分离出天然气中的水分，水被收集到水汽收集装置8中，随后天然气流入涡流管6中；
(2)如图1所示，涡流管6中天然气被分离为冷热两股气流，热端气流位于右侧流入热端管道5，热端管道5中的热气流同时通过换热器3将部分热量用于对涡流管入口气流的加热；冷端气流位于左侧流入冷端管道7，冷端管道7中的冷气流通过水汽收集装置8；
(3)如图1所示，随后两股冷热气流被通入缓冲罐9中，合为一股气流，这股气流经过渐扩喷管10，然后由天然气出口管道11流向下游处理厂，实现对天然气的高效低成本加热。
Claims (6)
1.一种基于压力能释热的天然气管道防冻装置，其特征在于：该装置由天然气入口管道(1)、分离装置(2)、换热器(3)、壳体(4)、热端管道(5)、涡流管(6)、冷端管道(7)、水汽收集装置(8)、缓冲罐(9)、渐扩喷管(10)和天然气出口管道(11)组成；
天然气入口管道(1)位于该装置上方，一端与气井相连接，另一端与分离装置(2)一端相连接；分离装置(2)是一个弯管结构，天然气气体在弯管部分由于离心力的作用被分离出来，分离出的水从弯管外侧的小孔流出被收集到分离装置下方的水汽收集装置(8)中，分离装置(2)的另一端与换热器(3)相连接；换热器(3)布置在涡流管(6)的上方气体入口的位置，涡流管(6)的入口气流管道通过换热器(3)上下两侧，热端管道(5)穿过换热器(3)；换热器(3)下方的涡流管(6)有两个出口，一出口为热端气流出口与热端管道(5)连接，热端管道(5)通过换热器(3)后，与缓冲罐(9)相连接；涡流管(6)的另一出口为冷端气流出口与冷端管道(7)相连接，冷端管道(7)穿过水汽收集装置(8)后与缓冲罐(9)相连接；缓冲罐(9)入口与热端管道(5)和冷端管道(7)相连接，缓冲罐(9)出口通过出流管道与渐扩喷管(10)一端连接；渐扩喷管(10)另一端与天然气出口管道(11)一端相连接；天然气出口管道(11)另一端与下游处理厂连接；壳体(4)包裹着整个装置。
2.根据权利要求1所述的一种基于压力能释热的天然气管道防冻装置，其特征在于：所述换热器(3)为气气换热器，涡流管入口气流管道和热端管道(5)通过其中，使得热端管道(5)的热量传递给涡流管入口气流管道，使入口气流温度升高，防止管道发生冻堵。
3.根据权利要求1所述的一种基于压力能释热的天然气管道防冻装置，其特征在于：所述涡流管(6)为冷热分离装置，高压空气通过在涡流管(6)中加速膨胀，能瞬间将高压空气分流成冷热两股气流，冷端气流流入冷端管道(7)，热端气流流入热端管道(5)。
4.根据权利要求1所述的一种基于压力能释热的天然气管道防冻装置，其特征在于：所述水汽收集装置(8)用于收集经过分离装置(2)分离出的天然气中含有的水分，由于天然气中含有硫化物杂质，使得天然气中水分含有硫酸盐，其中主要为硫酸钠，因此通过将冷端管道(7)通过水汽收集装置(8)，使得的温度降低，硫酸钠在低温环境中就会以晶体的形式析出，同时水汽收集装置(8)中留有两个出口分别为液体出口和结晶体出口。
5.根据权利要求1所述的一种基于压力能释热的天然气管道防冻装置，其特征在于：所述热端管道(5)和冷端管道(7)中的天然气在下游通入到缓冲罐(9)中，然后汇合为一股均匀的气流，再经过渐扩喷管(10)对管道中的天然气进行减速增压，恢复天然气的部分压力能。
6.权利要求1至5任一项所述的一种基于压力能释热的天然气管道防冻装置的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，将防冻装置放置于开阔地面上，然后将气井的高压天然气从天然气入口管道(1)流入，然后经过分离装置(2)，在弯管外侧壁面分离出天然气中的水分，水被收集到水汽收集装置(8)中，随后天然气流入涡流管(6)中；
步骤2，涡流管(6)中天然气被分离为冷热两股气流，热端气流流入热端管道(5)，热端管道(5)中的热气流同时通过换热器(3)将部分热量用于对涡流管入口气流的加热；冷端气流流入冷端管道(7)，冷端管道(7)中的冷气流通过水汽收集装置(8)；
步骤3，随后两股冷热气流被通入缓冲罐(9)中，合为一股气流，这股气流经过渐扩喷管(10)，然后由天然气出口管道(11)流向下游处理厂，实现对天然气的高效低成本加热。
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|---|---|---|---|---|
| CN117450348A (zh) * | 2023-12-25 | 2024-01-26 | 无锡佳龙换热器股份有限公司 | 一种物联网型天然气管道电磁换热器 |
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- 2022-10-20 CN CN202211285290.XA patent/CN115638372A/zh active Pending
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