专利名称：气田井口低温分离脱水装置及方法
技术领域：
本发明属于天然气集输领域，尤其是涉及一种气田井口低温分离脱水装置及方法。
背景技术：
井口天然气压力一般情况下均高于集输压力，井口天然气在生产过程中，采用节流阀调压，使高压气流降到集输压力。由于压力降低，气体膨胀导致气体温度降低，如果节流后温降达到或超过水合物形成温度，在节流后气体中将会产生水合物，引起管线、阀门、仪表被堵塞，降低管线的生产能力，严重时导致管道破坏或停产。防止水合物产生一般采用以下两种方法一种方法是加热法，即将节流前的天然气加热，使得节流后的温度高于水化物形成温度，以防止节流降温后形成水合物。这种方法能有效解决水合物产生问题，但是要消耗大量的天然气作为燃料。以10X104m3/d单井为 例，节流前压力20MPa，节流后压力4MPa，井口天然气流动温度10°C，经计算水套加热炉热负荷220kw，燃气耗量40m3/h，设备重量6000km。另一种是加注化学抑制剂的方法，即将化学抑制剂喷注到天然气气流中，吸收气体中的水分，使露点下降，从而降低水合物的形成温度，通常喷注的抑制剂有甲醇、乙二醇。甲醇相对价廉，但是剧毒易挥发，可以蒸发在天然气中，溶于液态烃中，约占质量的3%，溶解于液相水中的甲醇回收经济性差，加注量大，一般不回收，气田污水处理难度大，同样以前述中的10X104m3/d单井为例，若含有少量液态烃和游离水，则甲醇喷注量每天高达几百千克。乙二醇无毒不易挥发，吸水性强，不溶于液态烃中，同样条件下喷注量要小些，可以回收使用，但要建一套甘醇精馏装置，增加投资，消耗燃料。为了减少抑制剂的加注量，需要在节流阀增加高压前置气液分离器，将天然气中的游离水和液态烃分离器出来，由于节流前压力高，前置气液分离器为高压设备，质量重，制造难度大，价格较高，增加了投资。为了确保井口天然气的正常生产，防止高压节流后产水合物所采取的两种工艺措施，即加热法和抑制剂喷注法，不但节流所产生的能量未加利用，而且都存在工艺装置复杂，消耗能源等问题，需要寻找一种新的更环保节能的工艺装置及方法。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种气田井口低温分离脱水装置及方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种气田井口低温分离脱水装置，包括通过游离水分离器和低温分离器，其中游离水分离器的气相空间通过天然气管线与低温分离器连接，在低温分离器内进口端设置有初分旋流分离装置；所述低温分离器分为上部的气相区和底部的液相区，在低温分离器内、气相区的出口处设置有组合式分离元件，在低温分离器内、液相区设置有与热水锅炉连接的热水锅炉出口管线和热水锅炉回流管线。
所述初分旋流分离装置包括入口引锥和由叶片、外壳以及内壳组成的流道，在所述内壳下端设置有下锥体，在流道中部设置有分水口，在分水口下方设置有分水罩，在外壳下端依次设置有弯头和扩散出口。所述叶片的出口角为20° 30°。在天然气管线上、靠近低温分离器进口处设置有节流阀。在天然气管线上、靠近低温分离器进口处设置有音速喷管。本发明还提供了一种气田井口低温分离脱水方法，包括如下步骤
井口来气先进入游离水分离器，经过重力沉降后，游离水沉降于游离水分离器底部的液相空间，然后经排液管线排出；井口来气经过游离水分离器后的天然气通过游离水分离器的气相空间进入低温分离器；在低温分离器内，天然气先经过初分旋流分离装置，经入口引锥导流、降压、增速后垂直进入由叶片、外壳和内壳组成的流道内，天然气流在流道内进一步降压增速，并以叶片出口角形成旋流气喷出，其中 (1)夹杂在旋流气中的液体在离心力的作用下被“甩”到外壳壁上，然后经分水口、分水罩流入低温分离器的液相区；为防止节流后的凝液形成水合物，热水锅炉通过热水锅炉出口管线和热水锅炉回流管线对液相区的凝液进行循环加热，使凝液温度保持在水合物形成温度以上，然后经排液管线排出；
(2)天然气经下锥体、弯头和扩散出口增压、减速后流出，进入低温分离器的气相区，再经过低温分离器出口处的组合式分离元件排出，进入下游装置。井口来气经过游离水分离器后的天然气通过游离水分离器的气相空间先进入节流阀节流，然后再进入低温分离器。井口来气经过游离水分离器后的天然气通过游离水分离器的气相空间先进入音速喷管，然后再进入低温分离器。与现有技术相比，本发明的积极效果是本发明集降压、气液分离及脱水三个工艺过程为一体，不采用加热法将节流前天然气整体升温或加入抑制剂阻止水化产生的方法，而是利用节流产生的低温冷量将天然气中的水蒸气凝结成水雾或水合物凝结核，将节流后的高速气流送入低温分离器的旋流器，水雾中的微小水滴及水化物的凝结核在旋流器中高速旋转，在离心力作用下被甩到旋流器壳体内壁，实现气液分离；然后经过专门出口流入低温分离器内筒底部。根据有关试验，在节流到液滴水化物凝结核排出过程中高速状态极短时间内不会生成水合物，但是液滴、水化物凝结核掉到分离器底部后，在高压、低温、有水、有天然气及水合物凝结核条件下，只要有足够的时间，水合物凝结核会很快长大，形成水合物。为了阻止水合物凝结核长大成水合物，在低温分离器的底部设有加热盘管将底部液体温度提高到水合物形成温度以上，阻止水化物凝结核发展、溶化已生成的水化物。本发明充分利用了节流产生的冷量，化害为利进行低温分离脱水使出口天然气露点降低。本发明不是将进口天然气整体加热，而是只加热天然气中的冷凝液，将其提高到水合物形成温度以上。由于一般情况下天然气凝液仅占天然气的质量千分之以下，即使加上天然气中少量游离水也不会超过百分之一，所以加热天然气凝液所消耗的热量远低于将整个天然气加温所需要的热量，起到了节能的效果；本发明与加注抑制剂相比不仅工艺简单，不需要新增加注设备，而且节省了抑制剂购买及自生费用。本发明装置具有节流、分离，脱水三种功能，省去了脱水装置，大大减少了投资、运行和管理费用。
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中
图I是本发明装置的结构示意 图2是初分旋流分离装置的结构示意 图3为叶片的组合示意图。
具体实施例方式一种气田井口低温分离脱水装置，如图I所示，包括游离水分离器2、节流阀4、初分旋流分离装置5、低温分离器6、低温分离器气相区7、低温分离器出口处组合式分离元件
8、热水锅炉10、热水锅炉出口管线11、热水锅炉回流管线12、低温分离器液相区14、游离水分离器气相空间17、游离水分离器液相空间18等，其中
游离水分离器2分为上部的气相空间17和底部的液相空间18，其中，液相空间18接游离水分离器排液管线20，在管线20上设置有游离水分离器排液阀19 ;气相空间17通过天然气管线与低温分离器6连接，在天然气管线上、靠近低温分离器进口处设置有节流阀4 ；在低温分离器6内进口端设置有初分旋流分离装置5 (又称旋流器)；所述低温分离器6分为上部的气相区7和底部的液相区14，在低温分离器内、气相区的出口处设置有组合式分离元件8，在低温分离器内、液相区设置有与热水锅炉10连接的热水锅炉出口管线11和热水锅炉回流管线12。所述初分旋流分离装置5的结构如图2所示，包括入口引锥21、连接法兰盘22、外壳23、叶片24、分水口 25、内壳26、下锥体28、分水罩27、弯头29、扩散出口 30等，其中
外壳23通过连接法兰盘22与分离器6连接，在初分旋流分离装置5上部设置入口引锥21，用于将天然气引入由叶片24、外壳23和内壳26组成的流道内；在内壳26下端设置有下锥体28，在流道中部设置有分水口 25，在分水口下方设置有分水罩27，在外壳23下端依次设置有弯头29和扩散出口 30。如图3所示，叶片24的出口角Λ—般为20° 30°，相邻两叶片互相覆盖，形成叶片间流道31，天然气流在叶片间流道31内进一步降压增速，并以叶片出口角《形成旋流气32喷出。本发明还提供了一种气田井口低温分离脱水方法，包括如下步骤
井口来气I先进入游离水分离器2，经过重力沉降后，游离水沉降于游离水分离器2底部的液相空间18，然后通过游离水分离器排液阀19控制排放，经过游离水分离器排液管线20排出；井口来气I经过游离水分离器2后的天然气通过游离水分离器的气相空间17进入节流阀4节流，然后进入低温分离器6 ;在低温分离器内，天然气先经过初分旋流分离装置5，经入口引锥21导流、降压、增速后垂直进入由叶片24、外壳23和内壳26组成的流道内，天然气流在流道内进一步降压增速，并以叶片出口角《形成旋流气32喷出，其中
(I)夹杂在气流中的液体在离心力的作用下被“甩”到外壳23的壁上，实现气液初步分离，然后经分水口 25、分水罩27流入低温分离器6的液相区14 ;为防止节流后的凝液形成水合物，热水锅炉10通过热水锅炉出口管线11和热水锅炉回流管线12对液相区14的凝液进行循环加热，使凝液温度保持在水合物形成温度以上，并通过排液阀15控制排放，经排液管线16排出；(2)天然气经下锥体28、弯头29和扩散出口 30增压、减速后流出，进入低温分离器6的气相区7，再经过低温分离器出口处的组合式分离元件8排出，进入下游装置。旋流器分离出来的液体经分水口 25、分水罩27滴在液相区液面上降低了液滴引起的飞溅现象，旋流器扩散出口 30降低了出口天然气33对液相区液面冲击及对液滴的卷流夹带现象。采用初分旋流分离装置有效地减少了老式分离器的初分动量吸收挡板产生的飞派、卷流和夹带。
随着气田开采周期增加，井口压力降低，采用节流制冷脱水效果会变差，此时可将节流阀4更换为音速喷管，即使在进、出口压降仅为30%的情况下，也能实现低温分离。
权利要求
1.一种气田井口低温分离脱水装置，其特征在于包括通过游离水分离器和低温分离器，其中游离水分离器的气相空间通过天然气管线与低温分离器连接，在低温分离器内进ロ端设置有初分旋流分离装置；所述低温分离器分为上部的气相区和底部的液相区，在低温分离器内、气相区的出口处设置有组合式分离元件，在低温分离器内、液相区设置有与热水锅炉连接的热水锅炉出ロ管线和热水锅炉回流管线。
2.根据权利要求I所述的气田井口低温分离脱水装置，其特征在于所述初分旋流分离装置包括入口引锥和由叶片、外壳以及内壳组成的流道，在所述内壳下端设置有下锥体，在流道中部设置有分水ロ，在分水ロ下方设置有分水罩，在外壳下端依次设置有弯头和扩散出口。
3.根据权利要求2所述的气田井口低温分离脱水装置，其特征在于所述叶片的出ロ角为20。 30。。
4.根据权利要求I所述的气田井口低温分离脱水装置，其特征在于在天然气管线上、靠近低温分离器进ロ处设置有节流阀。
5.根据权利要求I所述的气田井口低温分离脱水装置，其特征在于在天然气管线上、靠近低温分离器进ロ处设置有音速喷管。
6.一种气田井口低温分离脱水方法，其特征在于包括如下步骤 井口来气先进入游离水分离器，经过重力沉降后，游离水沉降于游离水分离器底部的液相空间，然后经排液管线排出；井口来气经过游离水分离器后的天然气通过游离水分离器的气相空间进入低温分离器；在低温分离器内，天然气先经过初分旋流分离装置，经入口引锥导流、降压、增速后垂直进入由叶片、外壳和内壳组成的流道内，天然气流在流道内进ー步降压增速，并以叶片出口角形成旋流气喷出，其中 (1)夹杂在旋流气中的液体在离心カ的作用下被“甩”到外壳壁上，然后经分水口、分水罩流入低温分离器的液相区；为防止节流后的凝液形成水合物，热水锅炉通过热水锅炉出ロ管线和热水锅炉回流管线对液相区的凝液进行循环加热，使凝液温度保持在水合物形成温度以上，然后经排液管线排出； (2)天然气经下锥体、弯头和扩散出口增压、減速后流出，进入低温分离器的气相区，再经过低温分离器出口处的组合式分离元件排出，进入下游装置。
7.根据权利要求6所述的气田井口低温分离脱水方法，其特征在于井口来气经过游离水分离器后的天然气通过游离水分离器的气相空间先进入节流阀节流，然后再进入低温分离器。
8.根据权利要求6所述的气田井口低温分离脱水方法，其特征在于井口来气经过游离水分离器后的天然气通过游离水分离器的气相空间先进入音速喷管，然后再进入低温分离器。
全文摘要
本发明公开了一种气田井口低温分离脱水装置及方法，集降压、气液分离及脱水三个工艺过程为一体，利用节流产生的低温冷量将天然气中的水蒸气凝结成水雾或水合物凝结核，将节流后的高速气流送入低温分离器的旋流器，水雾中的微小水滴及水化物的凝结核在旋流器内高速旋转，在离心力作用下被甩到旋流器壳体内壁，实现气液分离。本发明和采用加热法将节流前天然气整体升温或加入抑制剂阻止水合物产生的方法相比，具有节流、分离，脱水三种功能，省去了脱水装置，大大减少了投资和管理费用。
文档编号C10L3/10GK102839027SQ20121033779
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月13日 优先权日2012年9月13日
发明者陈宇波, 陈彰兵, 郭成华, 刘俊, 李瑜, 彭磊, 曾文, 胡锦, 谈文虎, 陈志 , 李珣, 李熹, 王海兰, 黄和, 杜毅, 汤智昀, 米力田 申请人:中国石油集团工程设计有限责任公司