凝析气田高压采气管道的防冻堵系统

摘要

本发明公开了一种凝析气田高压采气管道的防冻堵系统，包括气井采集树、卧式分离器、涡旋式高压气体膨胀机、电源接线盒、管道电伴热带、发电机和变压器，卧式分离器连通气井采集树和涡旋式高压气体膨胀机，出口管道和输气管道上均设置有电源接线盒和管道电伴热带，涡旋式高压气体膨胀机通过同心转轴与发电机连接，发电机通过输出电路与变压器进线端连接，变压器的出线端通过输电线分别与出口管道和输气管道上的电源接线盒连通，电源接线盒与管道电伴热带电连接，并为管道电伴热带提供电能。该系统利用天然气自身的压力转化为热能，最终实现保温防冻的目的，并且不需要额外的加热炉或防冻药剂，进一步节约了能源，整个系统结构简单，效果明显。

说明书

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，特别涉及一种凝析气田高压采气管道的防冻堵系统。

背景技术

一般在凝析气田天然气的开采过程中，由于天然气密度及粘度小，膨胀系数大，天然气开采出来时压力极高，有时甚至高达80MPa，而天然气管道的承受压力一般为7.5MPa，在天然气外输过程中，经井口节流降压后的天然气温度下降，可能会与伴生的水汽形成天然气水合物，造成管道冻堵。为使开采出来的天然气能够进行集输并且不会发生管线内结冰冻堵，就需要在井口同时设置节流降压装置和防冻堵工艺装置(加热炉、注醇工艺装置或者管道伴热带)，使采出天然气的压力降至管输压力以下，同时管输温度保持在水合物形成温度以上。一般在井口天然气节流降压的过程中，节流前后产生极大的压差，这个压差都没有被利用，造成了能源的浪费。而防冻加热炉工艺利用的是处理厂净化后的干气，需要采用管线反输工艺，投资增加；注醇工艺中乙二醇需设置回收装置，工艺复杂，会增加成本，传统的电伴热系统也需外部供电，能耗高，运行费用增加，上述三种传统防冻工艺都需消耗外部能源，不够便捷和经济。

在已成熟的天然气开采技术中，没有对天然气开采压能进行有效利用，而为了防止天然气水合物的生成也增加了很多成本投入。目前，对天然气开采压力进行利用有两种：(1)将压能通过膨胀机带动发电机转换为电能后外输；(2)利用膨胀机发电机组、热泵系统和环境热源对井口进行膨胀发电和加热。但是，这两种方法都需要加热炉对膨胀机前的管线加热来防止膨胀机出口冻堵，加热过程选用的仍然是外界热源，并且没有对膨胀机出口管道进行加热，有形成天然气水合物造成管道冻堵的危险。以上方法，对外界热源的要求较高，受环境影响较大，未对管道冻堵进行全面预防，无法广泛使用。

发明内容

本发明要解决的是传统方式的天然气采集系统在利用天然气开采中产生压力的同时，仍需要额外的加热装置对采集管道进行加热，且未对膨胀机出口管道进行加热易形成管道冻堵的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：提供凝析气田高压采气管道的防冻堵系统，包括气井采集树、卧式分离器、涡旋式高压气体膨胀机、电源接线盒、管道电伴热带、发电机和变压器，气井采集树通过出气管道与卧式分离器连通，卧式分离器的底部安装有排污管道，卧式分离器通过其顶部设置的出口管道与涡旋式高压气体膨胀机的一端连通，涡旋式高压气体膨胀机的另一端设置有输气管道，出口管道和输气管道上均设置有电源接线盒和管道电伴热带，涡旋式高压气体膨胀机通过同心转轴与发电机连接，发电机通过输出电路与变压器进线端连接，变压器的出线端通过输电线分别与出口管道和输气管道上的电源接线盒连通，电源接线盒与管道电伴热带电连接，并为管道电伴热带提供电能。

较优的，在上述技术方案中，气井采集树与涡旋式高压气体膨胀机间的出气管道上安装有调节阀。

较优的，在上述技术方案中，排污管道上设置有排污阀。

较优的，在上述技术方案中，管道电伴热带采用敷设的形式设置在出口管道和输气管道上。

较优的，在上述技术方案中，发电机利用涡旋式高压气体膨胀机的压差产生的电能接入到电源接线盒上供管道电伴热带使用。

本发明提供的凝析气田高压采气管道的防冻堵系统，选用了膨胀机、发电机组、变压器和管道电伴热带结合的形式，集合成了一个完整的能量转化系统，采出的天然气经过卧式分离器分离液体杂质，随后进入涡旋式高压气体膨胀机，高压的天然气气流推动涡旋式高压气体膨胀机上的同心转轴转动，从而带动发电机转动，发电机将天然气的压力能转换为电能，发电机发出的电经变压器调节电压后，将电流输出到管道电伴热带，管道电伴热带将电能转化为热能，用于提高管道内气体的温度，补充管道内沿程热量的损失，确保管道的温度，最终实现保温防冻的工作要求。本发明不需要额外的加热炉或防冻药剂，进一步节约了能源，不会对环境造成任何的污染，并且整个系统结构简单，效果明显。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明提供的凝析气田高压采气管道的防冻堵系统的示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的凝析气田高压采气管道的防冻堵系统，包括气井采集树1、卧式分离器3、涡旋式高压气体膨胀机5、电源接线盒10、管道电伴热带11、发电机6和变压器7，气井采集树1通过出气管道2与卧式分离器3连通，卧式分离器3的底部安装有排污管道9，卧式分离器3通过其顶部设置的出口管道4与涡旋式高压气体膨胀机5的一端连通，涡旋式高压气体膨胀机5的另一端设置有输气管道8，出口管道4和输气管道8上均设置有电源接线盒10和管道电伴热带11，涡旋式高压气体膨胀机5通过同心转轴51与发电机6连接，发电机6通过输出电路61与变压器7进线端连接，变压器7的出线端通过输电线71分别与出口管道4和输气管道8上的电源接线盒10连通，电源接线盒10与管道电伴热带11电连接，并为管道电伴热带11提供电能。

作为一种可实施方式，气井采集树1与涡旋式高压气体膨胀机5间的出气管道2上安装有调节阀21。调节阀21的设置使得进入卧式分离器的天然气压力在合适的范围内。

作为一种可实施方式，排污管道9上设置有排污阀91。排污阀91的设置，方便了卧式分离器3内的污水排出。作为一种可实施方式，管道电伴热带11采用敷设的形式设置在出口管道4和输气管道8上。采用敷设的形式，使得管道电伴热带11为出口管道4和输气管道8加热时更加的充分，取得的防冻堵的效果更好。

作为一种可实施方式，发电机6利用涡旋式高压气体膨胀机5的压差产生的电能接入到电源接线盒10上供管道电伴热带11使用。整个系统利用自身的能量为管道电伴热带11提供电能，不需要添加额外的辅助工具，符合节能减排的理念，具有很高的实用性。

实施具体方法是：经气井采气树采出的天然气经过井口处的出口管道输至调压阀调压，调压后的天然气进入卧式分离器进行气液分离，分离液体后的天然气进入涡旋式高压气体膨胀机进行膨胀降压，天然气的流动推动同心转轴转动，从而带动发电机转动，发电机将天然气的压力能转换为电能；发电机发出的电接入变压器进行电压调节，最终通过电源接线盒接入管道电伴热带，管道电伴热带将电能转化为热能，同时对涡旋式高压气体膨胀机前后两段管道进行电伴热。

以四川凝气气田气井的天然气为例，结合以上气井的天然气状态参数，对本发明的技术方案做详细描述。四川气井的天然气井口流动压力为80MPa，流动温度20℃，其天然气组成为：甲烷(93.23％)、乙烷(3.77％)、丙烷(1.38％)、正丁烷(0.05％)、异丁烷(0.06％)、氮气(1.51％)。

其中，选用的管道线长为3km，冬季埋地管线处土壤温度取3℃。经过模拟测试后得出，井口天然气调压后温度60℃，压力30MPa，分离器处理后的天然气经管道电伴热带加热后温度65℃，膨胀机后天然气压力14MPa，温度26℃；电伴热带管道内天然气平均温度25℃，平均压力13.8MPa，水合物形成温度是20℃。可以看出，膨胀机出口天然气压力已降至输送压力等级范围内，不会形成冻堵。管道内平均温度是25℃，高于水合物形成温度，在管道内也不会发生冻堵。并且，膨胀机前管道电伴热带加热所需加热功率为65kw，膨胀机后管道电伴热带加热所需加热功率为98kw，两部分共为163kw，而由膨胀机压差产生的电能功率可达185kw，足以提供管道电伴热带所需电能，因此本发明是切实可行的。

本发明提供的凝析气田高压采气管道的防冻堵系统，选用了膨胀机、发电机组、变压器和管道电伴热带结合的形式，集合成了一个完整的能量转化系统，采出的天然气经过卧式分离器分离液体杂质，随后进入涡旋式高压气体膨胀机，高压的天然气气流推动涡旋式高压气体膨胀机上的同心转轴转动，从而带动发电机转动，发电机将天然气的压力能转换为电能，发电机发出的电经变压器调节电压后，将电流输出到管道电伴热带，管道电伴热带将电能转化为热能，用于提高管道内气体的温度，补充管道内沿程热量的损失，确保管道的温度，最终实现保温防冻的工作要求。本发明不需要额外的加热炉或防冻药剂，进一步节约了能源，不会对环境造成任何的污染，并且整个系统结构简单，效果明显。

上述实施方式旨在举例说明本发明可为本领域专业技术人员实现或使用，对上述实施方式进行修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，故本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，均落入本发明的保护范围之内。