一种整体燃气式天然气压缩机多级压缩节能利用技术

摘要

本发明涉及一种用于整体燃气式天然气压缩机多级压缩节能利用技术，该技术主要包括天然气压缩机组用燃气发动机尾气余能利用系统Ⅰ和天然气分离与热交换系统Ⅱ，发动机尾气余能利用系统Ⅰ主要把发动机尾气高温热能转化为气动马达的动能进而驱动制冷设备冷却管汇来气，天然气分离与热交换系统Ⅱ是把常温重力分离器初步分离后的天然气冷却后低温再分离，并把再分离后的气体在进入一级增压前与增压后的气体在热交换器里进行热量交换，然后再进入级间分离器并进行下一级增压。通过对管汇来气进行初分离、低温分离和级间分离不仅能提高压缩机组工作效率，降低机组单位产量燃气消耗节约能源，也可降低压缩缸内积液，提高机组压缩缸体及进排气阀的使用寿命。

说明书

技术领域

本发明属于天然气压缩机节能技术利用领域，涉及一种石油化工增压、集输用整体燃气 式天然气压缩机节能利用技术，整体燃气式天然气压缩机是燃气发动机和压缩机共用一根曲 轴，压缩机动力由燃气发动机提供。

背景技术

能源再利用及节能降耗技术已成为全世界普遍关注的问题。在能源消耗设备领域中，节 能技术主要体现在两个方面，其一为珍惜节约能源和余能再利用，其二为提高工作效率减少 单位产量能源消耗节能技术。其中以提高工作效率减少单位产量能源消耗是节能利用的主要 体现，本发明利用压缩机机组余能再利用把燃气发动机尾气热能转化为动能，再把动能用于 提高机组工作效率进而降低机组单位产量能源消耗以达到节约能源的目的。

整体燃气式天然气压缩机是由燃气发动机和压缩机共用一根曲轴的整体式成撬增压集输 设备，燃气发动机消耗燃气为压缩机提供动力，驱动活塞做功将低压气体增压并通过管汇输 出井站。燃气发动机排出380℃以上的高温尾气，携带走大量能量排放至空气中，若此部分 能量能够充分再利用将会节约十分可观的能源。另外燃气压缩机组由于气体中含液，将导致 机组效率较低，利用燃气发动机尾气余热制冷提高压缩气体的气液分离效率，对提高压缩机 组的系统工作效率是一个非常有效的压缩机节能技术。目前压缩机余热利用技术已有人开展 相关的理论研究，在降低发动机能量消耗方面也处于研究阶段，但从机组本身余能利用并提 高机组工作效率的技术尚未有人进行研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种整体燃气式天然气压缩机多级压缩节能利用技术，通过对天然 气水汽等杂质的进一步分离提高机组工作效率来达到节能的效果，以解决这种整体结构的往 复式压缩机能耗高、工作效率低的问题。

本发明的基本原理是将燃气发动机尾气高温热能转化为马达动能驱动制冷设备冷却机组 进气，通过对机组进气低温分离把常温未能分离出来的部分水汽等杂质进一步分离，提高压 缩机压缩效率和避免压缩缸“液击”损坏缸体及进排气阀。整体燃气式天然气压缩机尾气热 能利用技术及装置有多种，本发明高温尾气热能的收集及利用是通过换热蒸发器将尾气热能 转换为蒸汽能传递给气动马达转化为动能，通过气动马达的高速转动驱动制冷设备冷却井口 管汇来气，通过冷却井口管汇来气进行低温再分离纯化压缩气体来提高机组效率和使用寿命。 在现场天然气井口增压工艺流程中一般只对井口管汇来气进行常温重力分离，然后进入压缩 机缓冲罐和压缩缸增压，增压后直接输出汇管，由于在进入压缩机压缩缸之前气体常温分离 并不彻底，会留有少量硫化氢、水汽等杂质，不仅影响压缩机增压效率也会在压缩缸内积液 影响缸体及进排气阀寿命，故对进入压缩缸之前的气体进行降温分离对提高机组工作效率和 使用寿命具有重要意义。

本发明一种整体燃气式天然气压缩机多级压缩节能利用技术包括燃气发动机尾气余能利 用系统Ⅰ和天然气分离与热交换系统Ⅱ。燃气发动机尾气余能利用系统I是由燃气发动机14、 尾气排气管线15、换热蒸发器16、气动马达17和制冷设备18串联组成；天然气分离及热交 换系统Ⅱ是由重力分离器2、冷却装置3、低温分离器4、换热装置5及级间分离器9串联组 成。整体燃气式天然气压缩机多级压缩节能利用技术的工作过程为燃气发动机14排放的高温 尾气通过尾气排气管线15统一引导进入换热蒸发器16，进行热能收集并把蒸汽能量转化为 气动马达17的动能驱动制冷设备18冷却管汇1经过重力分离器2初步分离后的天然气，通 过冷却装置3冷却后的气体进入低温分离器4实现低温分离，然后进入换热器5、一级进气 缓冲罐6和一级压缩缸7，经一级出口缓冲罐8排出的气体与低温来气在换热器5中进行热 量交换，换热器5是将一级增压后的气体与冷却后的低温来气进行热量交换提高一级压缩进 气温度，避免气体过冷影响机组正常工作，一级增压后的气体换热之后经级间分离器9进一 步分离，然后进入二级进气缓冲罐10、二级压缩缸11和二级排气缓冲罐12，排出的气体进 入下一级增压或通过高压管汇19输出增压站，其中一级、二级压缩缸7、11活塞的压缩做功 是通过与燃气发动机14共用的一根曲柄连杆结构13驱动完成的。

本发明专利的有益效果是：本发明利用燃气发动机尾气余能转化为气动马达的动能驱动 制冷设备冷却管汇来的天然气，通过降低管汇来气温度进行低温分离，将天然气初步分离后 仍含有的少量水蒸气及其它杂质的气体进一步分离，进而可提高压缩机的工作效率和压缩缸 的使用寿命。其优点在于（1）降低温度进行低温再分离可进一步除去天然气携带的水蒸汽等 杂质，不仅提高机组效率，而且减少压缩缸内的“积液”，减少对缸体及阀的损害；（2）对压 缩机进气温度冷却的能量来自于燃气发动机尾气余能利用，不增加其它能量消耗；（3）把低 温管汇来的天然气进行一级增压之前与增压后温升的气体进行热量交换以避免进气温度过低 影响机组正常工作。

附图说明

图1为一种整体燃气式天然气压缩机多级压缩节能利用技术示意图。

图1中标记为：管汇来气1、重力分离器2、冷却装置3、低温分离器4、热交换器5、 一级进气缓冲罐6、一级压缩缸7、一级出口缓冲罐8、级间分离器9、二级进气缓冲罐10、 二级压缩缸11、二级排气缓冲罐12、机组曲轴连杆机构13、燃气发动机14、尾气排气管线 15、换热蒸发器16、气动马达17、制冷设备18、下一级压缩或天然气高压管汇输出气体19。

具体实施方式

下面结合附图对本发明整体燃气式天然气压缩机多级压缩节能利用技术做进一步说明。

本发明是利用整体燃气式天然气压缩机组燃气发动机排放的高温尾气余能利用和通过对 管汇来气进行低温再分离以提高机组工作效率的节能方法，主要包括机组系统燃气发动机尾 气余能利用系统Ⅰ和天然气分离和热交换系统Ⅱ。天然气压缩机组系统燃气发动机尾气余能 利用系统Ⅰ是由燃气发动机14、尾气排气管线15、换热蒸发器16、气动马达17和制冷设备 18串联组成；天然气分离和热交换系统Ⅱ是由重力分离器2、冷却装置3、低温分离器4、换 热装置5及级间分离器9串联组成。其中燃气发动机余能利用系统I的制冷设备18与天然气 分离和热交换系统II的冷却装置3相连，机组增压用压缩缸7、11由与燃气发动机14相连 的曲轴连杆机构13驱动。

本发明整体燃气式天然气压缩机多级压缩节能利用技术是将燃气发动机尾气高温热能通 过换热蒸发器将尾气热能转换为蒸汽能，驱动气动马达高速转动，再驱动制冷设备冷却管汇 来气，通过低温分离器进一步除去天然气水分及杂质提高机组压缩效率和避免缸体“液击” 损坏。现场天然气增压工艺流程一般只是在井口管汇来气通过重力分离器实现初次分离，进 入压缩机缓冲罐和压缩缸进行增压，增压后直接通过高压汇管输出；由于在进入压缩缸之前 气体常温分离并不彻底，会留有少量硫化氢、水汽等杂质，不仅影响压缩机增压效率也会在 压缩缸内积液，影响缸体压缩效率及进排气阀寿命，故对管汇来气1进行低温再分离对提高 机组工作效率和使用寿命具有重要意义。本发明的工作过程为燃气发动机14排放的高温尾气 通过尾气排气管15统一进入到换热蒸发器16，把热能转化为气动马达17的动能驱动制冷设 备18冷却管汇1经过重力分离器2初步分离后的天然气，通过冷却装置3冷却后进入低温分 离器4分离水汽等杂质然后进入换热器5、一级进气缓冲罐6和一级压缩缸7，从一级出口缓 冲罐8排出的气体与低温进气在换热器5中进行热量交换，换热器5是将一级增压后的气体 与冷却后的低温来气进行热量交换提高一级压缩缸进气温度，避免过冷的气体影响机组正常 工作，然后通过级间分离器9对经过增压后的气体进一步分离，然后进入二级进气缓冲罐10、 二级压缩缸11、二级排气缓冲罐12，增压后的气体进入下一级增压或通过高压管汇19输出 井站。其中一级、二级压缩缸7、11活塞的往复压缩做功是通过与燃气发动14机共用的一根 曲柄连杆结构13驱动完成的。

以上仅就结合一种整体燃气式天然气压缩机多级压缩节能利用技术的实施方案说明了本 发明方案的技术原理，对于通过初步分离后的天然气进行低温冷却的驱动方式可以有多种， 本方案是利用燃气发动机尾气余能再利用技术来驱动制冷设备工作，也可以通过整体燃气式 压缩机共用曲轴或其它方式如电能等来驱动制冷设备18、冷却装置3，来达到对井口管汇来 气进行冷却低温再分离提高机组效率降低能耗的目的。