CN216111284U - 喷淋冷却辅助的油田伴生气回收液环压缩机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种喷淋冷却辅助的油田伴生气回收液环压缩机系统，包括喷淋装置、控制模块、冷凝器、第一压力变送器、回流气自动调节阀、温度变送器、液环压缩机、气水分离器、气体回流管路、排气管、第二压力变送器、气水分离器阀门、回水管路、换热器、液环压缩机排出管、液环压缩机进气管路、喷淋冷却水自动调节阀、冷却水出水管、冷却水进水管、冷凝器进口管路、液位计；本实用新型以液环压缩机系统替代油田伴生气回收系统中的螺杆压缩机系统，并对油田伴生气采用冷凝器的常规冷却与喷淋冷却水的辅助冷却相结合的换热冷却方式，节省了冷却水的用量，降低了设备的维护成本，显著提高了生产过程的可靠性、安全性和设备的可调节性与稳定性。

Description

喷淋冷却辅助的油田伴生气回收液环压缩机系统

技术领域

本实用新型属于油田伴生气回收技术领域，具体涉及一种喷淋冷却辅助的油田伴生气回收液环压缩机系统。

背景技术

近年来，人们针对油田伴生气的回收利用研发了多种技术方案，其中不少技术方案以申请专利或者发表学术论文的形式公开，或者公开应用于油田的生产实践中。例如申请号为201710756645.1的发明专利申请公开了一种基于水合物法的油田伴生气回收和采出污水处理装置，包括油气水三相分离器，气液固三相分离器，原油储罐，沉降罐，冷凝塔，过滤器，污水罐，气体缓冲罐，螺杆泵，浆液泵，气液两相泵，压缩机，压力表，流量计，水合物生成分解单元，单向阀，截止阀，两相分离器，蓄水罐。总的说来，现有的油田伴生气回收技术在保护环境和提高资源利用率方面发挥了积极的作用，然而，现有的油田伴生气回收技术也存在以下缺陷：

在处理油田伴生气的过程中，现有技术主要是通过螺杆压缩机系统(油田伴生气回收系统的子系统)来输送和增压，再经其他工序后实现对田伴生气的回收利用。一方面，由于油田伴生气的温度通常高达140℃，而且流量变化较大，最小流量值可能为零，因此经常需要调节回流一些排出的气体到螺杆压缩机的进气口来稳定设备的工作压力；另一方面，螺杆压缩机压缩气体的过程中也会造成较大的温升(一般达到90℃以上)，从而造成螺杆压缩机的排气温升显著加大，导致螺杆压缩机热胀卡死或油滴结焦卡死的故障率增大，致使螺杆压缩机进口气体流量下降明显。而螺杆压缩机进口气体流量下降明显，则会造成气流失速、排压无法上升乃至气体倒流，致使螺杆压缩机产生大幅喘振的现象，严重时，会造成螺杆压缩机零件脱落或损坏。此外，低压天然气中含有较多的水滴，螺杆压缩机前的冷凝器中的冷凝水会随气体吸入到螺杆压缩机中。吸入气体含水量过多时可能造成螺杆压缩机流道堵塞、磨损加剧、振动变大、润滑油乳化和零件生锈等问题。由此可见，螺杆压缩机系统在使用过程存在较多的问题，为保证螺杆压缩机在工作过程温度不会过高，现有技术需要在螺杆压缩机吸入口和排出口都设置冷凝器冷却气体，这种结构设计不仅耗费能量而且后续降温会析出大量液体，对油田伴生气回收系统的后续流程造成较大的负面影响。

发明内容

本实用新型的目的旨在克服现有的油田伴生气回收系统中的螺杆压缩机系统所存在的故障率高、回流调节范围窄和冷却水损耗大的技术缺陷。该目的是通过下述技术方案实现的：

一种喷淋冷却辅助的油田伴生气回收液环压缩机系统，包括喷淋装置、控制模块、冷凝器、第一压力变送器、回流气自动调节阀、温度变送器、液环压缩机、气水分离器、气体回流管路、排气管、第二压力变送器、气水分离器阀门、回水管路、换热器、液环压缩机排出管、液环压缩机进气管路、喷淋冷却水自动调节阀、冷却水出水管、冷却水进水管、冷凝器进口管路、液位计；

冷凝器进口管路依次与冷凝器、液环压缩机进气管路、液环压缩机、液环压缩机排出管和气水分离器连通；喷淋装置通过喷淋冷却水管路与液环压缩机进气管路连通，喷淋冷却水自动调节阀设置在喷淋冷却水管路上；

气水分离器的一侧与排气管的一端连通，排气管的另一端设有排气口，排气管的侧面设有与气体回流管路连通的开口，回流气自动调节阀设置在气体回流管路上；气水分离器的另一侧依次与回水管路、换热器和液环压缩机连通；第二压力变送器、气水分离器阀门和液位计分别与气水分离器连通；

喷淋装置、第一压力变送器、回流气自动调节阀、温度变送器、第二压力变送器、气水分离器阀门、喷淋冷却水自动调节阀、液位计与控制模块通讯连接。

上述技术方案的基本发明构思是，在油田伴生气回收系统中，以液环压缩机系统这一子系统替代螺杆压缩机系统，在克服螺杆压缩机系统所固有的技术缺陷——就油田伴生气回收这一特定的技术任务而言——的同时，从总体上改善油田伴生气回收系统的技术效果。此外，在油田伴生气的换热冷却问题上，本实用新型采用了冷凝器的常规换热冷却与喷淋冷却水的辅助换热冷却相结合的方式进行。所谓辅助换热冷却是指，当且仅当油田伴生气经冷凝器中的冷却水换热冷却后温度仍然偏高时，才需要使用喷淋冷却水进一步给油田伴生气换热冷却。

在上述技术方案中，所述控制模块优选单片机、工控机或者PLC。

另需说明的是，实施本实用新型的技术方案时，所述各压力变送器可以用相应的压力传感器替代，所述温度变送器可以用相应的温度传感器替代。

本实用新型的主要有益效果如下：

(1)液环压缩机压缩气体时接近等温压缩，不会因温度上升造成内部零件卡死或磨损，排出气体温度较低，也避免了因压缩后的气体含水量大而影响后续工序的问题，同时还可以省去排出口的冷凝器(亦即无需在液环压缩机的排出口设置冷凝器)，既节省了冷却水的用量，又降低了设备的维护成本。

(2)液环压缩机本身需要水作为工作液，故可以吸入大量的水滴，因此，低压天然气含水滴的问题，不会对液环压缩机造成任何影响，反而可以起到减少工作液补充量的积极作用，有效避免螺杆压缩机因吸入水量过大而产生故障的情况，从而大幅度提高了生产过程的可靠性和安全性。

(3)由于液环压缩机是靠工作水形成的液环来压缩气体，液环并非刚性零件，自身有较大的可调节性，对于吸入压力值允许有较大的偏差，因此，与采用螺杆压缩机的系统相比，本实用新型可调节性要高出很多，调节时的稳定性也更好，不会出现喘振等问题。

(4)采用冷凝器的常规换热冷却与喷淋冷却水的辅助换热冷却相结合的方式对油田伴生气进行换热冷却，不仅节省了冷却水的用量，而且简化了控制过程(单独采用冷凝器进行换热冷却的技术方案需要使用四个温度变送器，才能完成换热冷却的控制过程)，此外，喷淋冷却水吸入到液环压缩机后，还可以作为液环压缩机的补充工作液使用。

附图说明

图1为本实用新型的一个实施例的结构与工作原理示意图。

图中：

1——喷淋装置； 2——控制模块；

3——冷凝器； 4——第一压力变送器；

5——回流气自动调节阀； 6——温度变送器；

7——液环压缩机； 8——气水分离器；

9——气体回流管路； 10——排气管；

11——第二压力变送器 12——气水分离器阀门；

13——回水管路； 14——换热器；

15——液环压缩机排出管； 16——液环压缩机进气管路；

17——喷淋冷却水自动调节阀； 18——冷却水出水管；

19——冷却水进水管； 20——冷凝器进口管路；

21——液位计。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，以下结合附图介绍本实用新型的一个实施例：

如图1所示，一种喷淋冷却辅助的油田伴生气回收液环压缩机系统，包括喷淋装置1、控制模块2、冷凝器3、第一压力变送器4、回流气自动调节阀5、温度变送器6、液环压缩机7、气水分离器8、气体回流管路9、排气管10、第二压力变送器11、气水分离器阀门12、回水管路13、换热器14、液环压缩机排出管15、液环压缩机进气管路16、喷淋冷却水自动调节阀17、冷却水出水管18、冷却水进水管19、冷凝器进口管路20、液位计21。

冷凝器进口管路20依次与冷凝器3、液环压缩机进气管路16、液环压缩机7、液环压缩机排出管15和气水分离器8连通；喷淋装置1通过喷淋冷却水管路与液环压缩机进气管路16连通，喷淋冷却水自动调节阀17设置在喷淋冷却水管路上。冷凝器进口管路20、冷凝器3内部的通气管路、液环压缩机进气管路16、液环压缩机7和液环压缩机排出管15构成本实用新型中的进气系统。喷淋装置1，将喷淋装置1与液环压缩机进气管路16连通的喷淋冷却水管路，设置在喷淋冷却水管路上的喷淋冷却水自动调节阀17，冷凝器3内部的通水管路，以及与冷凝器3连通的冷却水进水管19和冷却水出水管18，共同构成本实用新型中的冷却水系统。

气水分离器8的一侧与排气管10的一端连通，排气管10的另一端设有排气口，排气管10的侧面设有与气体回流管路9连通的开口，回流气自动调节阀5设置在气体回流管路9上；气水分离器8的另一侧依次与回水管路13、换热器14和液环压缩机7连通；第二压力变送器11、气水分离器阀门12和液位计21分别与气水分离器8连通。

喷淋装置1、第一压力变送器4、回流气自动调节阀5、温度变送器6、第二压力变送器11、气水分离器阀门12、喷淋冷却水自动调节阀17、液位计21与控制模块2通讯连接。

另需说明的是，本实施例中的温度变送器可以使用相应的温度传感器替代，同样，本实施例中的各压力变送器也可以使用相应的压力传感器替代，亦即以第一压力传感器、第二压力传感器分别替代本实施例中的第一压力变送器、第二压力变送器。所谓第一、第二，是指压力传感器或压力变送器所安装的位置不同，除此以外，第一、第二并无其他限定作用。另外，本实施例中的控制模块2可以是现有技术中具有相应控制功能的单片机、PLC(可编程序控制器)或者工控机等。

以上，结合附图描述了本实用新型的一个实施例的结构特征，以下进一步介绍其工作原理和工作过程：

工作时，先通过气水分离器阀门12给气水分离器8供水至一定的液位，工作水经过回水管路13和换热器14流入至液环压缩机7中，此时，可启动液环压缩机7开始抽吸油田伴生气。被抽吸的油田伴生气经冷凝器进口管路20进入到冷凝器3中，冷却水经过冷却水进水管19进入到冷凝器3中与油田伴生气进行换热冷却，然后经冷却水出水管18排出。如果油田伴生气在冷凝器3中换热冷却后的温度仍然偏高，则打开喷淋冷却水自动调节阀17，启动喷淋装置1，将喷淋冷却水喷淋到液环压缩机进气管路16内，使温度偏高的油田伴生气与喷淋冷却水进一步换热冷却。

冷却后的油田伴生气(挟带着部分水分)经液环压缩机进气管路16进入到液环压缩机7中，经压缩后排出到气水分离器8中。挟带着水分的油田伴生气在气水分离器8中分离，分离出来的液态水汇入到工作水中，从气水分离器8的底部流到回水管路13中，经换热器14降温后进入到液环压缩机7中循环使用，而分离出来的气体则经排气管10排出气水分离器8之外，然后通往下一道工序流程中(视具体情况，或者经后续处理程序回收利用，或者经气体回流管路9回到冷凝器3中)。

上述工作是在控制模块2的控制下完成的，例如，控制模块2根据第一压力变送器4检测到液环压缩机进气管路16中的油田伴生气的压力值p₁(亦即液环压缩机7的进气口压力值)，并将P₁和预设的压力值P₀比对，来确认是否需要开启回流气自动调节阀5来实现气体回流。

总的说来，本实用新型喷淋冷却辅助的油田伴生气回收液环压缩机系统的控制分为回流气体的控制和喷淋冷却水的控制两个方面，这是两个同时进行，但相对独立的过程。至于在冷凝器3中进行换热的冷却水流量，则无需使用阀门调节。具体地说，本实用新型中的冷凝器3可以按平均的进气量来选型，无需按最大容量来选型，这样设备的成本会明显下降，而冷却水的水量也只要保持在一个平均值即可。当油田伴生气经冷凝器3换热冷却后温度仍然偏高时(这种情况并非经常发生)，温度变送器6将温度偏高的信息发送到控制模块2，控制模块2发出指令，打开喷淋冷却水自动调节阀17，启动喷淋装置1，使用喷淋冷却水进一步对油田伴生气进行换热冷却。本实用新型所采用的这种换热冷却方式，不仅有利于节约冷却水，而且喷淋冷却水吸入到液环压缩机后，可以作为液环压缩机的补充工作液使用。

以下，分别介绍喷淋冷却水的控制方法和回流气体的控制方法。

一、喷淋冷却水的控制方法

步骤1，在控制模块2中预设好冷凝后的气体温度值t₀；

步骤2，温度变送器6检测到热交换后的油田伴生气的温度值t₂，反馈到控制模块2；

步骤3，当t₂>t₀时，喷淋冷却水自动调节阀17需打开进行喷淋，如果此时喷淋冷却水自动调节阀17开度已经是100％，控制模块2需发出警报提示用户检查故障；如果没有以上情况，由控制模块2计算出喷淋冷却水自动调节阀17的开度调整量；

喷淋冷却水自动调节阀17的开度调整量可以通过经验公式计算如下：

Ks＝5.058*S₃*V₀*(t₂-t₀)/d²；

式中，V₀：液环压缩机的额定抽气量，单位：m³/min；

t₂：温度变送器6检测到的热交换后的油田伴生气的温度值，亦即经过冷凝器3换热冷却后的油田伴生气温度，单位：℃；

d：喷淋冷却水自动调节阀17的通径，单位：mm；

S₃：开度安全系数，通常取值范围：1.1～1.2；

步骤4，调整好喷淋冷却水自动调节阀17的开度，间隔1分钟后，再回到步骤2，控制模块2会根据温度的变化不断调节喷淋冷却水自动调节阀17的开度。

以下，代入实验中的具体数值，进一步说明冷却水流量控制方法：

在该实验中，已知液环压缩机7的额定抽气量V₀＝12m³/min，所使用的冷却水自动调节阀17的阀门通径为d＝25mm，S₃取值1.1。

步骤1，在控制模块2中预设好冷凝后的气体温度值t₀＝45℃；

步骤2，第二温度变送器6检测到的温度值t₂＝50℃，反馈到控制模块2；

步骤3，此时t₂>t₀，而喷淋冷却水自动调节阀17的开度为零，由控制模块2计算出喷淋冷却水自动调节阀17的开度调整量：

Ks＝5.058*S₃*V₀*(t₂-t₀)/d²＝5.058*1.1*12*(50-45)/25²≈53％

控制模块2根据以上数值调整喷淋冷却水自动调节阀17的开度，间隔1分钟后再回到步骤2，控制模块2会根据温度的变化不断调节喷淋冷却水自动调节阀的开度。

二、回流气体的控制方法

回流气体的控制方法包括以下步骤：

步骤1，在控制模块2中预设好油田伴生气的吸入压力值P₀和大幅调整的允许偏差范围率dp；

步骤2，第一压力变送器4检测到液环压缩机7的进口压力值P₁，第二压力变送器11检测到液环压缩机7的出口压力值P₂，反馈到控制模块2；

步骤3-1，当︱(P₀-P₁)/P₀︱>dp时，气体回流管路9上的回流气自动调节阀5的开度需大幅调整，如果此时P₀<P₁，而且回流气自动调节阀5的开度为0，则控制模块2发出警报，提示操作人员检查进气系统是否有故障；如果没有以上情况，则由控制模块2计算出回流气自动调节阀5的开度调整量；

回流气自动调节阀5的开度调整量可以通过经验公式计算如下：

Kq₂＝V₀*(P₀-P₁)/(S₁*P₂*d²)；

式中，

P₀：控制模块2预设好的油田伴生气的吸入绝对压力值，单位：MPa；

P₁：第一压力变送器4检测到的进口绝对压力值，单位：MPa；

P₂：第二压力变送器11检测到的出口绝对压力值，单位：MPa；

V₀：液环压缩机的额定抽气量，单位：m³/min；

d：回流气自动调节阀5的阀门通径，单位：m；

S₁：回流气自动调节阀5的开度计算经验系数，通常取值范围为：1000～3000；(该数值范围主要影响的是调节的响应速度，实施本实用新型时，一般取平均数，可根据实际的调试情况作调整。)

步骤3-2，当︱(P₀-P₁)/P₀︱<dp时，回流气自动调节阀5的开度只需小幅度调整，可根据以下经验公式计算出调整量：

Kq₂＝V₀*(P₀-P₁)/(S₂*p₂*d²)；

式中S₂：回流气自动调节阀5的开度计算经验系数，通常取值范围为：200～1000；(该数值范围主要影响的是调节的响应速度，实施本实用新型时，一般取平均数，可根据实际的调试情况作调整。)

步骤4，确定回流气自动调节阀5现有的开度值Kq₁＝Kq，Kq为重新调整开度前的开度值；

步骤5，计算需调整的回流气自动调节阀5的开度值Kq＝Kq₁+Kq₂，然后重新调整回流气自动调节阀5的开度；

步骤6，调整好回流气自动调节阀5的开度后，再回到步骤2，从而实现回流气体的循环控制。

以下，代入某次实验中的具体数值，进一步说明回流气体的控制方法：

在该实验中，液环压缩机7的额定抽气量V₀＝12m³/min，预设吸入压值P₀＝0.11MPa，大幅调整的允许偏差范围率设定为dp＝15％，所使用的回流气自动调节阀5的阀门通径为d＝50mm＝0.05m，第一压力变送器4检测到的进口压力值P₁＝0.09MPa，压力变送器11检测到的出口压力值P₂＝0.6MPa，S₁取值1413；

此时,︱(P₀-P₁)/P₀︱＝(0.11-0.09)/0.11≈0.18>dp，回流气自动调节阀5的开度需大幅调整：

Kq₂＝V₀*(P₀-P₁)/(1413*p₂*d²)；

＝12*(0.11-0.09)/(1413*0.6*0.05²)

≈0.113＝11.3％；

此时，Kq₁＝Kq＝0；

计算需调整的开度值Kq＝Kq₁+Kq₂＝11.3％，重新调整回流气自动调节阀5的开度后，再回到步骤2，从而实现回流气体的循环控制。

Claims (4)

1.一种喷淋冷却辅助的油田伴生气回收液环压缩机系统，其特征在于：包括喷淋装置(1)、控制模块(2)、冷凝器(3)、第一压力变送器(4)、回流气自动调节阀(5)、温度变送器(6)、液环压缩机(7)、气水分离器(8)、气体回流管路(9)、排气管(10)、第二压力变送器(11)、气水分离器阀门(12)、回水管路(13)、换热器(14)、液环压缩机排出管(15)、液环压缩机进气管路(16)、喷淋冷却水自动调节阀(17)、冷却水出水管(18)、冷却水进水管(19)、冷凝器进口管路(20)、液位计(21)；

冷凝器进口管路(20)依次与冷凝器(3)、液环压缩机进气管路(16)、液环压缩机(7)、液环压缩机排出管(15)和气水分离器(8)连通；喷淋装置(1)通过喷淋冷却水管路与液环压缩机进气管路(16)连通，喷淋冷却水自动调节阀(17)设置在喷淋冷却水管路上；

气水分离器(8)的一侧与排气管(10)的一端连通，排气管(10)的另一端设有排气口，排气管(10)的侧面设有与气体回流管路(9)连通的开口，回流气自动调节阀(5)设置在气体回流管路(9)上；气水分离器(8)的另一侧依次与回水管路(13)、换热器(14)和液环压缩机(7)连通；第二压力变送器(11)、气水分离器阀门(12)和液位计(21)分别与气水分离器(8)连通；

喷淋装置(1)、第一压力变送器(4)、回流气自动调节阀(5)、温度变送器(6)、第二压力变送器(11)、气水分离器阀门(12)、喷淋冷却水自动调节阀(17)、液位计(21)与控制模块(2)通讯连接。

2.如权利要求1所述的喷淋冷却辅助的油田伴生气回收液环压缩机系统，其特征在于：所述控制模块(2)为单片机、工控机或者PLC。

3.如权利要求1所述的喷淋冷却辅助的油田伴生气回收液环压缩机系统，其特征在于：以温度传感器替代所述温度变送器(6)。

4.如权利要求1所述的喷淋冷却辅助的油田伴生气回收液环压缩机系统，其特征在于：以第一压力传感器、第二压力传感器分别替代所述第一压力变送器(4)、第二压力变送器(11)。

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