节流式天然气在线轻烃分离装置制造方法
【专利摘要】一种从天然气中回收烃类化合物【技术领域】的节流式天然气在线轻烃分离装置，包括：若干轻烃析出件和用于收集分离析出的轻烃收集装置，其中：轻烃析出件均为板状结构且以相等间距分别竖直设置于天然气管道的内壁，其侧面的形状与天然气管道的内壁形状相适应且与内壁为面接触，其中部开有通孔，使得天然气通过轻烃析出件时分离析出轻烃并汇集于天然气管道的内壁上，轻烃收集装置设置于天然气管道上。本发明用于天然气长输管道中连续利用天然气的压力能分离出天然气中轻烃，可以降低轻烃分离装置的设备成本，并且额外动力提供，进一步降低运行成本，节能环保。
【专利说明】节流式天然气在线轻烃分离装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种从天然气中回收烃类化合物【技术领域】的装置，具体是一种节流式天然气在线轻烃分离装置。
【背景技术】
[0002]随着西气东输二线投产，我国已初步形成天然气管网。按照规划，2014年西三线全线贯穿通气，届时将与西一线、西二线、陕京一二线、川气东送线等主干管网联网，一个横贯东西、纵贯南北的天然气基础管网将形成。
[0003]数据显示，目前我国西气东输二线中段天然气中轻烃含量不低于3.8% (摩尔分数)。随着我国长输天然气管网的蓬勃发展，长输管道中天然气的轻烃分离技术变得尤为重要。天然气中轻烃的分离指将天然气中比甲烷更重的组分(在组成上覆盖C2~C6+)液态形式回收的过程。其目的一方面是为了控制天然气的烃露点以达到商品气质量指标，避免管道中出现气液两相流动；另一方面，回收的轻烃比比甲烷有更高的热值，还可用作化工原料。
[0004]目前长输管道中天然气轻烃的分离方法主要分为在线分离和离线分离两类。离线分离往往比在线分离的分离率更高，但是需要使高速流动的天然气静置，耗费能量，并且必须使用巨大的储气罐。目前，在天然气加压站使用旋风分离器和滤网结合的方式分离轻烃。这种方法设备复杂昂贵，维护麻烦，能耗较高。
[0005]经对现有技术文献的检索发现，天然气中轻烃分离的研究大多数局限于对利用液化天然气(LNG)中的冷能，分离其中轻烃。最具代表的是申安云等在2009年4月在期刊《煤气与热力》29卷第4期中发表 的文章《利用天然气压力能的轻烃分离方法》中设计了一套利用天然气压力能分离轻烃的工艺。但是该工艺需要增加换热器、压缩制冷系统、气液分离器、脱甲烷塔等设备，天然气压损大，实际上也是一种离线分离的方法。
[0006]中国专利文献号CNCN101571500，
【公开日】2009_11_4，公开了一种轻烃燃气在线热值分析方法及装置，该装置由过程气调理单元A、检测数据采集单元B、计算补正分析单元C组成，过程气调理单元A由入口电磁阀D1、D2连接气/液分离器Q、减压阀F2，减压阀F2再连接过滤器G，过滤器G连接稳压阀F3构成，在减压阀F2输出端设有PLC入口端压力变送器；检测数据采集单元B由气体密度变送单元M、分压阀F4、检测端差压变送器A P、温度变送器T、节流喷嘴J、AC/DC系统供电装置组成，在气体密度变送单元M的入口端和出口端设有分压阀F4和检测端差压变送器A P，温度变送器T连接在气体密度变送单元M的出口端，温度变送器T输出端还连接节流喷嘴J ;计算补正分析单元C由PLC可编程控制系统和嵌入式计算机组成，入口压力信号(P)、过程气气体密度信号(M)、检测端差压信号(AP)、过程气温度信号(T)的测量参数由PLC可编程控制器A/D采集后进行运算分析，并由嵌入式计算机(PC)显示实时数据、历史记录、报警或统计。但该装置的缺陷在于:仅能在线分析出轻烃的含量，而不能实现轻烃分离。该装置基于混合集体密度等于组成气体密度与百分比乘积的总和，通过密度测量，可以在线分析长输管道天然气中轻烃含量，却无法分离轻烃。
【发明内容】
[0007]本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种节流式天然气在线轻烃分离装置，用于天然气长输管道中连续利用天然气的压力能分离出天然气中轻烃，可以降低轻烃分离装置的设备成本，并且额外动力提供，进一步降低运行成本，节能环保。
[0008]本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括:若干轻烃析出件和用于收集分离析出的轻烃收集装置，其中:轻烃析出件均为板状结构且以相等间距分别竖直设置于天然气管道的内壁，其侧面的形状与天然气管道的内壁形状相适应且与内壁为面接触，其中部开有通孔，使得天然气通过轻烃析出件时分离析出轻烃并汇集于天然气管道的内壁上，轻烃收集装置设置于天然气管道上。
[0009]所述的轻烃析出件为圆形的板状结构，其直径与天然气管道的内壁直径相同，其厚度根据需求自行设计，兼顾造成的天然气压力能损失和分离效果。
[0010]所述的轻烃析出件中部的通孔的孔直径为内壁直径的25%-75%，具体数值应根据天然气的压损、轻烃的预计分离率的关系计算获得，不过不可过大或过小。过大的孔径会导致分离效果很差，过小的孔径不仅会造成很大的压损，同时也会破坏天然气的流场，造成其它问题。
[0011]所述的轻烃析出件的后部设置填料区，进一步提高轻烃的分离效果，不过会进一步增加天然气的压损。填料区的位置应待确定轻烃析出件的孔径和厚度之后，进行CFD模拟，布置在避 免轻烃富集析出处。
[0012]所述的轻烃收集装置包括:排污阀和用于储存轻烃的容器，其中:天然气管道的内部于天然气通过轻烃析出件的位置开设排污口，排污阀的一端与排污口相连，另一端与容器相连。
[0013]高压的管道内天然气通过轻烃析出件的节流作用，在轻烃析出件后的管道内形成一段低压、低温、高速、有回流区的流体。之后，天然气的流速降低，温度、压力上升。在轻烃析出件后的区域，天然气的温度降低，有利于轻烃进一步析出。在回流区内，由于液体的密度大于气体，液态轻烃的离心作用明显于天然气，轻烃会在管壁上富集。天然气遇到管壁会折流而走，液体则会附着在管壁上，在重力的作用下在管道底部汇集。
[0014]本发明对原有设备的改造小，维护方便，仅需在进入天然气加压站的管道上增加本装置；并且成本低，增加设备少；利用天然气自身的压力能进行轻烃分离，无需外部提供能量；省去了诸如制冷机、分离器等复杂设备，节约了维护费用。
[0015]本发明可以实现在线分离，无需将高速运动的天然气静置，再重新泵到高速；且对管道内天然气的流动影响小，例如选择轻烃析出件的通孔的孔直径是内壁直径的1/2，通过轻烃析出件后天然气的压损为1%。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明的结构示意图；
[0017]图2为单个轻烃析出件设置于天然气管道内的剖视图；
[0018]图3为为本发明轻烃析出件后流场分布图；
[0019]图4为本发明轻烃析出件后温度场分布图。【具体实施方式】
[0020]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
[0021]如图1所示，本实施例包括:若干轻烃析出件I和用于收集分离析出的轻烃收集装置，其中:轻烃析出件I均为板状结构且以相等间距分别竖直设置于天然气管道2的内壁，其侧面的形状与天然气管道2的内壁形状相适应且与内壁为面接触，其中部开有通孔，使得天然气通过轻烃析出件I时分离析出轻烃并汇集于天然气管道2的内壁上，轻烃收集装置设置于天然气管道2上。
[0022]如图2所示，所述的轻烃析出件I为圆形的板状结构，其直径与天然气管道2的内壁直径相同，根据需求自行设计，兼顾造成的天然气压力能损失和分离效果，本实施例的厚度为天然气管道直径的10%。
[0023]所述的轻烃析出件中部的通孔的孔直径为内壁直径的25%_75%，具体数值应根据天然气的压损、轻烃的预计分离率的关系计算获得，不过不可过大或过小。过大的孔径会导致分离效果很差，过小的孔径不仅会造成很大的压损，同时也会破坏天然气的流场，造成其它问题。
[0024]本实施例中，轻烃析出件I中部的通孔的孔直径为内壁直径的50%，经过模拟计算，这样选择的单个分离器结构可以兼顾压力能损失与轻烃分离率。
[0025]根据不同需要，所述的轻烃析出件的后部设置填料区，进一步提高轻烃的分离效果，不过会进一步增加天然气的压损。填料区的位置应待确定轻烃析出件的孔径和厚度之后，进行CFD模拟，布置在避免轻烃富集析出处。填料可以使用仅仅利用填料离线分离天然气中轻烃的填料。
[0026]本实施例中未设置填料区，因为该例的轻烃分离效果已可以满足需求。
[0027]各个轻烃析出件I由法兰5和其上的螺栓6固定于天然气管道2的内壁。有多个轻烃析出件时，其布置应满足互相之间不发生干扰的设计需求，即流场稳定之后天然气才会进入下一个轻烃析出件。
[0028]所述的轻烃析出件的间距为管径的10倍。
[0029]所述的轻烃收集装置包括:排污阀3和用于储存轻烃的容器4，其中:天然气管道2的内部于天然气通过轻烃析出件I的位置开设排污口，排污阀3的一端与排污口相连，另一端与容器4相连。
[0030]本实施例工作时，高压的管道内天然气通过轻烃析出件I的节流作用，在轻烃析出件I后的天然气管道2内形成一段低压、低温、高速、有回流区的流体。之后，天然气的流速降低，温度、压力上升。在轻烃析出件I后的区域，天然气的温度降低，有利于轻烃进一步析出。在回流区内，由于液体的密度大于气体，液态轻烃的离心作用明显于天然气，轻烃会在管壁上富集。天然气遇到管壁会折流而走，液体则会附着在管壁上，在重力的作用下在管道底部汇集。
[0031]实施轻烃分离的天然气管道2选择进入天然气压气站之前的一段管道，根据对轻烃分离率的需要，安装合适数目的轻烃析出件I。经过轻烃析出件I节流作用，经过一周期的时间，在排污口附近会积聚相当数量的轻烃。打开排污阀3，将各个排污口的轻烃汇集到容器4。
[0032]如图2所示，用户可以根据自己的需求更改轻烃析出件I上通孔的大小。本例中选取轻烃析出件I的通孔的孔直径为管道直径的50%，厚度为管道直径10%，天然气压损为1%，其中轻烃的分离率预估为15%。减小孔直径，会增加天然气压损，但可以获得更高的轻烃分离率。
[0033]如图3、图4所示，天然气经轻烃析出件I节流后形成较大的回流区。回流区内流速降低，温度降低，有利于·轻烃的析出还排除。
【权利要求】
1.一种节流式天然气在线轻烃分离装置，其特征在于，包括:若干轻烃析出件和用于收集分离析出的轻烃收集装置，其中:轻烃析出件均为板状结构且以相等间距分别竖直设置于天然气管道的内壁，其侧面的形状与天然气管道的内壁形状相适应且与内壁为面接触，其中部开有通孔，使得天然气通过轻烃析出件时分离析出轻烃并汇集于天然气管道的内壁上，轻烃收集装置设置于天然气管道上。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的轻烃析出件为圆形的板状结构，其直径与天然气管道的内壁直径相同。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征是，所述的轻烃析出件的厚度为管径的10%。
4.根据权利要求1、2或3所述的装置，其特征是，所述的轻烃析出件中部的通孔的孔直径为内壁直径的25%-75%。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征是，所述的轻烃析出件中部的通孔的孔直径为内壁直径的50%。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征是，所述的轻烃收集装置包括:排污阀和用于储存轻烃的容器，其中:天然气管道的内部于天然气通过轻烃析出件的位置开设排污口，排污阀的一端与排污口相连，另一端与容器相连。
7.根据上述任一权 利要求所述的装置，其特征是，所述的轻烃析出件的间距为管径的10倍。
【文档编号】C10L3/10GK103627459SQ201310618366
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】周登极, 梅姣姣, 张蒙, 张会生 申请人:上海交通大学