具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置及天然气脱水系统的制作方法

本实用新型涉及天然气开采技术领域，尤其涉及一种具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置及天然气脱水系统。

背景技术：

石油与天然气是世界上重要的能源形式，是整个世界工业活动的血液。天然气作为世界上最为有效、清洁的燃料及化工原料，在世界能源结构中的地位稳步上升。天然气是一种化石燃料，主要由各类烷烃混合组成，此外通常还含有硫化氢(H2S)、二氧化碳(CO2)、水和有机硫化物等杂质。H2S和CO2对设备和集输管道具有极强的腐蚀性，尤其是当天然气中存在饱和水时，将加剧这一过程。然而，地层中开采出来的原料天然气和脱硫(碳)后的湿净化天然气，一般都含有饱和水，其主要危害如下：

(1)饱和水的存在，会增加气体流动压降，使输气管道的输送能力下降，增加输气成本；还会使天然气的热值降低。

(2)在高压或低温的作用下，饱和水会从气流中析出成为液态水。液态水将和气流中的烃类、酸性组分等其他物质一起形成像冰一样的水合物，使输气压降增加，减少输气管道的通过能力，严重时还会堵塞管道或其他工艺设备，对输气供气造成影响。

(3)当液态水和H2S、CO2等酸性组分混合后，形成酸性溶液，会对管壁、管阀件产生腐蚀作用，减少管道的使用寿命。

因此，天然气运输前对天然气进行脱水显得十分重要。为了降低水分在天然气储存和输送过程中可能带来的安全隐患，必须对其进行脱水处理。脱水后的天然气达到规定的含水量指标后，才允许进入输气干线。

近年来我国在海上陆续发现大型气田，但由于深海地质结构复杂，海洋油气开发存在一定难度。海洋钻井平台上的天然气也需要脱水，由于开发平台的工作特殊性(海上平台工作环境恶略、空间资源紧张、能源供应有限)，很多现有的脱水方法都因为体积庞大、工艺复杂等无法应用到海洋平台上。所以，设计一种适用于海洋钻井平台的天然气脱水装置是非常有必要的。

天然气脱水是天然气运输前十分重要的一项工业活动，目前来说天然气脱水的主要方法分为低温冷凝法、固体吸附法、溶剂吸附法和薄膜脱水法。

现有技术中存在一种海上气田天然气脱水装置，包括通过管路串联在一起的换热装置、超音速脱水器、气体压缩机、冷却装置、气液分离器，换热装置与天然气气源连接，超音速脱水器上设有第一液相出口，气液分离器上设有气相出口和第二液相出口，气相出口通过管路与换热装置连接，换热装置上设有输出口；气相出口进入换热装置的天然气从输出口排出。该装置中主要利用超音速脱水器进行天然气脱水，具有一定的脱水效果。但是，该装置结构复杂，体型庞大，不适用于海上平台，维护维修不变；超音速脱水器在高压下应用会产生最佳的脱水效果，其进口天然气压力一般超过7MPa可认为是较佳的状态，由此对天然气气源的压力要求较高，因此本装置仅能适用于高压气田天然气脱水，不适用于一般海上气田，存在局限性。

现有技术中还存在一种旋流式天然气脱水装置，该装置包括筒体、支腿，支腿支撑筒体，筒体中下部开有人孔，筒体顶部上封头上设有排气管和安全阀接管，筒体中轴线的中上部设置有旋流分离器，旋流分离器的进口管入口接在筒体外壁，旋流分离器由一端固定在筒体内壁的支撑板固定，旋流分离器上部接有集气室，集气室内装有叶片式旋转叶轮，叶片式旋转叶轮对应旋流分离器的溢流管出口，集气侧面靠近底部沿圆周开有若干圆孔，靠上部位置两端接有集气排出管，集气排出管出口导向筒体下部，集气排出管出口的下部设有倾斜的折流挡板，折流挡板接在旋流分离器与筒体内壁间，折流挡板下部的筒体外壁装有液位计接管，筒体的下部为液体储存区，液体储存区下部装有排液管和排污管，集气与筒体上封头之间安装有固定旋流伞，固定旋流伞由若干倾斜的叶片构成。该装置的旋流分离器进行螺旋运动，产生强烈的涡流，依据离心沉降原理，天然气中混有的液体向旋流器壁沉降形成底流，汇入筒体底部，实现脱水。但是，该装置的工作原理和系统结构复杂，体积相对庞大，并不适合在有限的海上平台区域内进行安装及生产，设备的后期维护维修也存在局限性；由于该装置的设计缺陷，离心沉降过程中，气液无法做到完全分离，无法进行高纯度脱水，从而无法达到理想的脱水效果。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置及天然气脱水系统，以克服现有技术的缺陷。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置及天然气脱水系统，克服现有技术中存在的装置结构复杂、体积庞大以及适应性差、脱水效果有限等问题，该天然气脱水装置及天然气脱水系统基于薄膜脱水实现高纯度脱水，模块化设置、体积紧凑，具有很强的适应性，适合在海洋开发平台上使用。

本实用新型的目的是这样实现的，一种具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置，包括多个沿轴向密封串联设置的天然气脱水单元，多个所述天然气脱水单元构成脱水组，各所述天然气脱水单元内沿轴向密封穿设通过多个能对湿天然气脱水处理的纳米干燥薄膜管，所述具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置上设置装置液体出口；所述具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置的轴向一端设置装置湿天然气入口，所述具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置的轴向另一端设置装置处理后天然气出口。

在本实用新型的一较佳实施方式中，各所述纳米干燥薄膜管包括两端开口的陶瓷管，所述陶瓷管的侧壁上设置脱水透孔，所述陶瓷管的内侧壁上涂覆有纳米脱水薄膜，所述纳米脱水薄膜上设有多个脱水孔，所述脱水孔的孔径小于天然气分子尺寸且大于水分子尺寸。

在本实用新型的一较佳实施方式中，各所述天然气脱水单元包括脱水单元筒体，各所述脱水单元筒体的轴向两端分别密封设置端板，多个所述纳米干燥薄膜管沿轴向穿设通过所述脱水单元筒体两端的端板，所述脱水单元筒体的侧壁上设置筒体液体出口。

在本实用新型的一较佳实施方式中，各所述脱水单元筒体上的筒体液体出口通过排液管并联连通于所述装置液体出口。

在本实用新型的一较佳实施方式中，各所述脱水单元筒体的两端分别固定套设一连接法兰，相邻两个所述天然气脱水单元通过所述连接法兰串接。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置的轴向一端设置天然气入口管，所述天然气入口管的入口构成所述装置湿天然气入口，所述天然气入口管的出口通过第一过渡管与所述脱水组的入口连通，所述具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置的轴向另一端设置天然气出口管，所述天然气出口管的入口通过第二过渡管与所述脱水组的出口连通，所述天然气出口管的出口构成所述装置处理后天然气出口。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述第一过渡管、所述第二过渡管的管径与所述脱水单元筒体的管径相同设置，且所述第一过渡管的管径大于所述天然气入口管的管径。

本实用新型的目的还可以这样实现，一种天然气脱水系统，包括至少一个前述的具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置，所述天然气脱水系统串接于天然气主管道上，所述天然气脱水系统的一端设置系统湿天然气入口，所述系统湿天然气入口通过聚结过滤器和加热器与所述装置湿天然气入口连通，所述装置液体出口上连通设置能提高薄膜分离推动力的真空泵，所述真空泵的出口与系统排液口连通；所述装置处理后天然气出口与系统天然气出口连通设置。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述天然气脱水系统包括并联设置的两个所述具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置，两个所述装置湿天然气入口与所述加热器之间均串接有管道阀门。

由上所述，本实用新型提供的具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置及天然气脱水系统具有如下有益效果：

本实用新型的具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置及天然气脱水系统中，纳米干燥薄膜管基于天然气膜法分离原理，通过物理渗透的方式分离混合气体，利用水蒸气和天然气不同的渗透性来脱除天然气中的水蒸气，分离能力强；多个天然气脱水单元串联可实现多级脱水，实现高纯度脱水；

本实用新型的具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置及天然气脱水系统，可以直接与天然气管道相连接，脱水的过程不会影响天然气的运输效率和运输速度；具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置中，串联使用的天然气脱水单元形成模块化结构，简单机械结构的设计便于拆卸更换以及后期的维护维修；

本实用新型的具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置及天然气脱水系统，对进出口压力无特殊要求，工艺流程简单，适用性强，适合在海洋开发平台上使用。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1：为本实用新型的具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置的示意图。

图2：为本实用新型的天然气脱水单元的示意图。

图3：为本实用新型的天然气脱水单元的端面视图。

图4：为本实用新型的天然气脱水单元内部结构示意图。

图5：为图4中Ⅰ处放大图。

图6：为本实用新型的天然气脱水系统的示意图。

图中：

100、具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置；

101、装置湿天然气入口；102、装置处理后天然气出口；103、装置液体出口；

200、天然气脱水系统；

201、系统湿天然气入口；202、系统天然气出口；203、系统排液口；

1、天然气脱水单元；

11、脱水单元筒体；12、端板；13、筒体液体出口；14、排液管；15、连接法兰；

2、纳米干燥薄膜管；21、脱水透孔；

31、天然气入口管；32、天然气出口管；

41、第一过渡管；42、第二过渡管；

5、聚结过滤器；

6、加热器；

7、真空泵；

8、管道阀门。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

如图1至图5所示，本实用新型提供一种具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置100，包括多个沿轴向密封串联设置的天然气脱水单元1，多个天然气脱水单元构成脱水组，在本实用新型的一具体实施例中，串联的天然气脱水单元1的数量为4个，根据实际工况中不同气田所产出的天然气的不同含水量及脱水效率，天然气脱水单元1的数量可以进行调整；各天然气脱水单元1内沿轴向密封穿设通过多个能对湿天然气脱水处理的纳米干燥薄膜管2，在本实用新型的一具体实施例中，纳米干燥薄膜管2的数量为12个，根据实际工况中不同气田所产出的天然气的不同含水量及脱水效率，纳米干燥薄膜管2的数量可以进行调整；具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置100上设置装置液体出口103；具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置100的轴向一端设置装置湿天然气入口101，具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置的轴向另一端设置装置处理后天然气出口102。

本实用新型的具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置中，纳米干燥薄膜管基于天然气膜法分离原理，通过物理渗透的方式分离混合气体，利用水蒸气和天然气不同的渗透性来脱除天然气中的水蒸气，分离能力强；多个天然气脱水单元串联可实现多级脱水，实现高纯度脱水；具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置的两端可以直接与天然气主管道相连接，脱水的过程不会影响天然气的运输效率和运输速度；具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置中，串联使用的天然气脱水单元形成模块化结构，简单机械结构的设计便于拆卸更换以及后期的维护维修；具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置对进出口压力无特殊要求，工艺流程简单，适用性强，适合在海洋开发平台上使用。

进一步，如图4和图5所示，各纳米干燥薄膜管2包括两端开口的陶瓷管，陶瓷管的侧壁上设置脱水透孔21，陶瓷管的内侧壁上涂覆有纳米脱水薄膜，纳米脱水薄膜上设有多个脱水孔(现有技术)，脱水孔的孔径小于天然气分子尺寸且大于水分子尺寸。湿天然气流经12根纳米干燥薄膜管2，由于天然气分子尺寸比薄膜上脱水孔的孔径大，无法透过，只能继续沿纳米干燥薄膜管2流出，而水分子直径小于薄膜上脱水孔的孔径，在压力作用下，液体渗透到陶瓷管外侧，纳米干燥薄膜管2利用水蒸气和天然气不同的渗透性来脱除天然气中的水蒸气，分离能力强。

进一步，如图2、图3所示，各天然气脱水单元1包括脱水单元筒体11，各脱水单元筒体11的轴向两端分别密封设置端板12，多个纳米干燥薄膜管2沿周向均匀间隔设置且沿轴向穿设通过脱水单元筒体11两端的端板12，脱水单元筒体11的侧壁上设置筒体液体出口13。湿天然气经多个纳米干燥薄膜管2脱水并流出天然气脱水单元1，经纳米干燥薄膜管2脱出的水流向脱水单元筒体11内，并经筒体液体出口13流出天然气脱水单元1。为便于液体流出，筒体液体出口13设置于脱水单元筒体11上与陶瓷管上脱水透孔21相对的一侧，即筒体液体出口13设置于天然气脱水单元1的膜渗透侧。呈筒状结构设置的各天然气脱水单元1串接构成的具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置100，整体呈管状，结构简单，便于串接于天然气主管道上。

进一步，如图1所示，各脱水单元筒体11上的筒体液体出口13通过排液管14并联连通于前述的装置液体出口103。

进一步，如图1、图2所示，各脱水单元筒体11的两端分别固定套设一连接法兰15，相邻两个天然气脱水单元1通过连接法兰15串接。

进一步，如图1所示，具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置的轴向一端设置天然气入口管31，天然气入口管31的入口构成前述的装置湿天然气入口101，天然气入口管31的出口通过第一过渡管41与脱水组的入口连通，第一过渡管41的内腔构成天然气缓冲腔，湿天然气经天然气缓冲腔均匀流经多个纳米干燥薄膜管2；具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置100的轴向另一端设置天然气出口管32，天然气出口管32的入口通过第二过渡管42与脱水组的出口连通，天然气出口管32的出口构成前述的装置处理后天然气出口102。

第一过渡管41和第二过渡管42的管径与脱水单元筒体11的管径相同设置，天然气入口管31和天然气出口管32的管径相同设置，且第一过渡管41的管径大于天然气入口管31的管径，使得湿天然气进入装置后，能够在第一过渡管41内形成缓冲，从而均匀流经天然气脱水单元1内的多个纳米干燥薄膜管2。具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置中两种不同直径的管道材料使用螺旋埋弧焊钢管，钢材为L360N。

如图6所示，本实用新型还提供一种天然气脱水系统200，包括至少一个前述的具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置100，天然气脱水系统200串接于天然气主管道上，天然气脱水系统200的一端设置系统湿天然气入口201，系统湿天然气入口201通过聚结过滤器5和加热器6与前述的装置湿天然气入口101连通，装置液体出口103上连通设置能提高薄膜分离推动力的真空泵7，装置液体出口103设置于具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置100的膜渗透侧，真空泵7的出口与系统排液口203连通；装置处理后天然气出口102与系统天然气出口202连通设置。真空泵7令各天然气脱水单元1内产生负压，提高薄膜分离过程的推动力，以提高薄膜分离效率。

进一步，如图6所示，在本实用新型的一具体实施例中，天然气脱水系统200包括并联设置的两个具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置100，两个装置湿天然气入口101与加热器6之间均串接有管道阀门8。根据实际工况中不同气田所产出的天然气的不同含水量及脱水效率，并联设置的具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置100的数量可以根据实际需要进行调整。管道阀门8控制各具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置100的开启和关闭。

本实用新型的天然气脱水系统200使用时，将其密封串接于天然气主管道上，天然气主管道内的湿天然气通过系统湿天然气入口201进入聚结过滤器5，进行初过滤，除去气流中夹带的大尺寸的液体和固体颗粒，湿天然气经由输气管路通过加热器6，加热器6加热流经的湿天然气使其温度升高3～10℃，湿天然气偏离露点温度，湿天然气完成预处理。根据实际需要开启要求数量的具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置100入口前的管道阀门8，经过预处理的湿天然气经各装置湿天然气入口101进入具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置100，湿天然气流经串联的多个天然气脱水单元1，开启真空泵7，湿天然气实现多级脱水，处理后天然气最终汇集于系统天然气出口202，继续沿天然气主管道流通，具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置100脱离出的液相废水经系统排液口203流出天然气脱水系统200。

由上所述，本实用新型提供的具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置及天然气脱水系统具有如下有益效果：

本实用新型的具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置及天然气脱水系统中，纳米干燥薄膜管基于天然气膜法分离原理，通过物理渗透的方式分离混合气体，利用水蒸气和天然气不同的渗透性来脱除天然气中的水蒸气，分离能力强；多个天然气脱水单元串联可实现多级脱水，实现高纯度脱水；

本实用新型的具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置及天然气脱水系统，可以直接与天然气管道相连接，脱水的过程不会影响天然气的运输效率和运输速度；具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置中，串联使用的天然气脱水单元形成模块化结构，简单机械结构的设计便于拆卸更换以及后期的维护维修；

本实用新型的具有纳米干燥薄膜的天然气脱水装置及天然气脱水系统，对进出口压力无特殊要求，工艺流程简单，适用性强，适合在海洋开发平台上使用。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。