利用高效換熱器在高壓氣田完成復(fù)溫外輸?shù)墓に嚰跋到y(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油天然氣處理工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用高效換熱器在高壓氣田完成復(fù)溫外輸?shù)墓に嚰跋到y(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]“單井高壓進(jìn)站，站內(nèi)加熱節(jié)流，低溫制冷脫水”是高壓氣田集氣站常用的集氣工藝。該高壓集輸工藝?yán)玫貙幽芰抗?jié)流制冷脫水，達(dá)到了節(jié)能降耗的效果；通過兩級節(jié)流低溫分離精細(xì)脫水，降低外輸天然氣的水露點(diǎn)，使處理后的外輸天然氣達(dá)到了 GB17820《天然氣》一類氣質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，是一套高效、經(jīng)濟(jì)、安全、可靠、環(huán)保的地面工藝流程。
[0003]但是由于高壓集輸工藝依靠地層能量節(jié)流低溫制冷解決天然氣脫水問題，因此井口壓力在流程中可以分為節(jié)流所需壓力、管網(wǎng)及站內(nèi)損耗壓力、外輸壓力三部分。
[0004]即P井口=P節(jié)流+P損失+P外輸
在外輸壓力與露點(diǎn)要求一定的情況下，隨著氣田氣井壓力的逐步降低，氣井內(nèi)可用的節(jié)流壓差逐漸變小。氣田開發(fā)中期，當(dāng)氣井壓力下降到一定程度時(shí)，在保證外輸氣田將不再有足夠的可利用的壓力進(jìn)行節(jié)流制冷膨脹脫水，氣田外輸氣水露點(diǎn)逐漸上升至不達(dá)標(biāo)(低于管線運(yùn)行溫度5°C )，隨著水露點(diǎn)逐年上升，最終將不滿足外輸氣質(zhì)要求。
[0005]面對氣田壓力降低，在氣田外輸壓力和天然氣的水露點(diǎn)要求無法同時(shí)滿足的情況下，現(xiàn)有的改造處理工藝有兩種:第一，對氣田實(shí)施增壓，通過在氣田內(nèi)部增設(shè)壓縮機(jī)，對外輸天然氣進(jìn)行增壓，在保持外輸壓力不變的情況下，降低各集氣站節(jié)流后的壓力，擴(kuò)大可利用的節(jié)流壓差，保持天然氣的外輸露點(diǎn)在達(dá)標(biāo)范圍之內(nèi)。第二，對天然氣外加其他脫水工藝裝置，通過外加脫水裝置對天然氣進(jìn)行脫水，節(jié)省下來的節(jié)流壓差補(bǔ)充到管網(wǎng)及站內(nèi)的損失壓力和外輸壓力中。
[0006]上述兩種方式在不同程度上都存在著一些缺陷:1、雖然可以徹底的解決氣田氣井壓力下降所帶來的露點(diǎn)不達(dá)標(biāo)或外輸壓力降低的問題，但需要消耗外能來實(shí)現(xiàn)；2、增設(shè)脫水裝置及增壓裝置改造流程復(fù)雜，且前期投資及后期維護(hù)成本較高。3、節(jié)流脫水產(chǎn)生的冷量，逐漸消耗于氣田管網(wǎng)中，造成了能量的浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種利用高效換熱器在高壓氣田完成復(fù)溫外輸?shù)墓に嚰跋到y(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、節(jié)省能耗、工作狀態(tài)較平穩(wěn)。
[0008]本發(fā)明提到的一種利用高效換熱器在高壓氣田完成復(fù)溫外輸?shù)墓に?，包括以下步驟實(shí)現(xiàn):
首先，在集氣站現(xiàn)有兩級節(jié)流低溫分離精細(xì)脫水流程之間以及二級低溫分離與外輸計(jì)量之間，增設(shè)高效換熱器；
其次，將一級的生產(chǎn)分離器(D1)出口天然氣作為高效換熱器熱端進(jìn)口的原料氣，將二級的生產(chǎn)分離器(D2)脫水后的天然氣作為高效換熱器冷端進(jìn)口氣，在高效換熱器中進(jìn)行熱交換；
最后，通過熱交換，回收外輸天然氣中的冷量用于冷卻高效換熱器熱端進(jìn)口的原料氣，降低用于二級的生產(chǎn)分離器(D2)所需要的壓力，僅用小壓差即可實(shí)現(xiàn)水露點(diǎn)脫水深度的要求。
[0009]上述的利用高效換熱器在高壓氣田完成復(fù)溫外輸?shù)墓に?，包括以下詳?xì)步驟實(shí)現(xiàn):
將高壓進(jìn)站的天然氣，經(jīng)過加熱爐以及一級節(jié)流脫水后，得到經(jīng)過初次脫水的原料氣，隨后將原料氣作為熱端進(jìn)口氣以進(jìn)入新增高效換熱器(E1)后，此時(shí)熱端出口氣出換熱器溫度仍與相同，熱端出口氣經(jīng)節(jié)流閥以小壓差節(jié)流后進(jìn)入低溫分離器(D1)脫水，成為溫度較低的冷端進(jìn)口氣，其溫度為t&a，再經(jīng)過管路重新入高效式換熱器(E1)，此時(shí)溫度為^^^的冷端進(jìn)口氣與溫度為的熱端進(jìn)口氣進(jìn)行換熱，由于熱端進(jìn)口氣與冷端進(jìn)口氣存在溫差，兩者間產(chǎn)生熱交換，熱端進(jìn)口氣溫度降低，此時(shí)熱端出口氣出換熱器溫度小于，同時(shí)冷端進(jìn)口氣溫度升高，成為溫度為的冷端出口氣，即外輸干氣作為成品氣。
[0010]上述的循環(huán)中的熱端進(jìn)口氣經(jīng)過換熱器預(yù)冷后，溫度降低，再經(jīng)過節(jié)流降溫、第二次分離，使冷端進(jìn)口氣溫度比上一輪循環(huán)更低，在高效換熱器(E1)中熱端進(jìn)口氣與冷端進(jìn)口氣溫差更大，兩者熱交換量更大，熱端進(jìn)口氣溫度將降得更低；如此循環(huán)積累，當(dāng)熱端進(jìn)口氣與冷端進(jìn)口氣之間的熱交換達(dá)到換熱器的負(fù)荷時(shí)，本系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)；熱平衡狀態(tài)對應(yīng)的溫度，由換熱器的換熱面積決定。
[0011]上述的高效換熱器(E1)選用具有在小溫差條件下冷量回收效果好，設(shè)備單位體積、換熱面積大的板翅式換熱器。
[0012]上述的熱端進(jìn)口氣與冷端進(jìn)口氣之間的所有管段和工藝設(shè)備均進(jìn)行保冷處理，減少整個(gè)系統(tǒng)對外界的冷損失量。
[0013]本發(fā)明提到的一種利用高效換熱器在高壓氣田完成復(fù)溫外輸系統(tǒng)，包括生產(chǎn)分離器(D1)、旋流分離器(D2)、油水緩沖罐(D3)、高效換熱器(E1)、加熱爐(H1)，氣井(D)通過閥門連接到生產(chǎn)分離器(D1)，加熱爐(H1)安設(shè)在生產(chǎn)分離器(D1)與氣井(D)之間，生產(chǎn)分離器(D1)的上部通過高效換熱器(E1)連接旋流分離器(D2)的輸入端，旋流分離器(D2)的底部連接到油水緩沖罐(D3 )，生產(chǎn)分離器(D1)的下部連接到油水緩沖罐(D3 )，所述的旋流分離器(D2)的頂部通過管線再穿過高效換熱器(E1)。
[0014]上述的高效換熱器(E1)采用板翅式換熱器。
[0015]上述的高效換熱器(E1)與旋流分離器(D2)之間設(shè)有節(jié)流閥(F)。
[0016]上述的節(jié)流閥(F)外連接外冷機(jī)組(Z2)。
[0017]上述的旋流分離器(D2)的頂部連接的管線上設(shè)有壓縮機(jī)組(Z1)，天然氣經(jīng)過壓縮機(jī)組(Z1)后外輸。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:相對于在壓力不能同時(shí)滿足外輸及脫水需要而直接采用的增設(shè)壓縮機(jī)或脫水裝置的改造工藝來說，復(fù)溫外輸工藝僅需增設(shè)一臺高效換熱器就可以成功降低脫水所需壓力，成功延緩氣田增壓及脫水的時(shí)機(jī)，且改造流程簡單，對站內(nèi)原有工藝流程影響小，可以在保證集氣站其他流程正常運(yùn)行的情況下，實(shí)施復(fù)溫外輸工藝改造。同時(shí)，復(fù)溫外輸技術(shù)通過一個(gè)小的節(jié)流壓差利用高效換熱器使天然氣產(chǎn)生一個(gè)大的溫降，無任何外能消耗，且不會造成任何污染，符合當(dāng)今社會節(jié)能降耗的需要，也能大幅降低使用方的生產(chǎn)運(yùn)行成本。因此利用高效換熱器在高壓氣田完成復(fù)溫外輸?shù)墓に嚲哂泻喴?、?jié)能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的多項(xiàng)優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0019]附圖1是本發(fā)明的流程示意圖；
附圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中所采用的工藝流程圖；
附圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中換熱器安裝前后兩級分離溫度對比曲線圖附圖4是本發(fā)明實(shí)施例1中換熱器安裝前后二級節(jié)流前后溫差曲線圖附圖5是本發(fā)明實(shí)施例2中所采用的工藝流程圖；
上圖中:氣井D、生產(chǎn)分離器D1、旋流分離器D2、油水緩沖罐D(zhuǎn)3、高效換熱器E1、節(jié)流閥F、股流1-13，加熱爐H1、壓縮機(jī)組Z1、外冷機(jī)組Z2。
【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例1，結(jié)合附圖1、圖2、圖3、圖4，對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述:
本實(shí)施例按照圖2所示工藝流程進(jìn)行，圖2是針對常規(guī)高壓集氣工藝集氣站采用復(fù)溫外輸實(shí)現(xiàn)外輸天然氣水露點(diǎn)達(dá)標(biāo)，延緩增壓時(shí)機(jī)功能的流程示意圖。
[0021]本發(fā)明提到的一種利用高效換熱器在高壓氣田完成復(fù)溫外輸系統(tǒng)，包括生產(chǎn)分離器(D1)、旋流分離器(D2)、油水緩沖罐(D3)、高效換熱器(E1)、加熱爐(H1)，氣井(D)通過閥門連接到生產(chǎn)分離器(D1)，加熱爐(H1)安設(shè)在生產(chǎn)分離器(D1)與氣井(D)之間，生產(chǎn)分離器(D1)的上部通過高效換熱器(E1)連接旋流分離器(D2)的輸入端，旋流分離器(D2)的底部連接到油水緩沖罐(D3 )，生產(chǎn)分離器(D1)的下部連接到油水緩沖罐(D3 )，所述的旋流分離器(D2)的頂部通過管線再穿過高效換熱器(E1)。上述的高效換熱器(E1)采用板翅式換熱器，上述的高效換熱器(E1)與旋流分離器(D2)之間設(shè)有節(jié)流閥(F)。
[0022]實(shí)例邊界條件為:氣井D進(jìn)站為壓力6~19MPa的天然氣(股流1)，氣井平均壓降速率0.0043MPa/