一种高含硫气田集输系统高效脱硫、脱水装置及方法与流程

本发明涉及一种高含硫气田集输系统高效脱硫、脱水装置及方法，属于天然气净化处理技术领域。

背景技术

含硫天然气是指含有h2s、硫醇及硫醚等含硫化合物的天然气，其中h2s是含硫化合物中的主要成分。我国h2s体积含量大于1％的气藏储量约占天然气总储量的25％，其中大部分属于h2s体积含量大于2％的高含硫气田，如四川卧龙河气田的硫化氢含量为5.0％～7.28％；渡口河气田飞仙关组气藏硫化氢含量为12.83％～17.06％；川东北普光气田硫化氢的平均含量在8％以上。

与常规气田开发相比较，高含硫气田开发具有更大的困难与挑战。例如，我国普光气田集输系统节流阀后、分离器内、集气管道内均发现不同程度的硫沉积，沉积的元素硫可能与元素fe发生反应引起管道及设备腐蚀，其中的腐蚀产物fes还能够自燃，我国西气东输二线就发生过多起fes自燃事故；澳大利亚发现的硫沉积影响了测量设备的准确度，还发现气流携带的硫颗粒损坏了涡轮机叶片，并引起换热器严重堵塞；法国天然气公司gazdusud-ouest(gso)在调压站内消声器上发现有元素硫的沉积，引起了站内设备的密封问题，也影响了调压站的正常运行，增加了运行维护费用。

另一方面，由于湿天然气集输管道在运行过程中积液在管线低洼处聚积，减少了有效输送截面积，降低输送效率，单位长度管线压降增加，动力消耗大大增加。严重时可能会产生段塞流，造成不稳定压力波向前传递，导致管道末端工艺处理设备的不稳定运行，影响气田正常生产。

因此，针对目前高含硫气田开发亟待解决的问题，设计一种高含硫气田集输系统高效脱硫、脱水装置，提出一种操作简单的高效脱硫、脱水方法，对解决高含硫气田地面集输管网的堵塞问题、保证气田正常生成运行具有重要的实际意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高含硫气田集输系统高效脱硫、脱水装置及方法，从确保管线安全运行的高度出发，综合分析高含硫气田湿天然气集输管道输送过程中可能面临的不安全因素，总结高含硫气田集输系统生成运行过程中亟需解决的技术问题，结合元素硫的溶解机理、流体动力学原理，进行地面集输系统高效脱硫、脱水装置设计，为高含硫气田提供一种地面集输系统硫沉积防治与高效脱水的新技术。

本发明主要解决以下问题：

(1)设计一种脱水降压器，脱水筒体内增设脱水螺旋管，湿天然气经折流板的碰撞聚集及自身重力沉降作用进行一级脱水，再经回流管回流、降压器降压、分子筛吸附完成管输天然气二级脱水。

(2)设计再生循环单元，通过控制阀调节作用，完成分子筛吸附与再生的循环操作，借助加热炉出口管线的高温天然气实现4a分子筛循环再生。

(3)设计恒温降压单元，保温降压管内安装一级、二级降压器，分子筛再生后的高温气体通入保温降压管，为节流降压过程提供充足的热量，实现天然气恒温降压。

(4)设计脱硫脱水单元，上喷射器与下喷射器沿脱硫脱水筒对角线方向倾斜安装，干气在降压器降压后沿斜向下方向喷出，与沿斜向上方向喷出的高温湿气剧烈碰撞，实现天然气中单质硫与水脱除。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种高含硫气田集输系统高效脱硫、脱水装置包括流量调节单元、脱水降压单元、再生循环单元、恒温降压单元、脱硫脱水单元；

所述的流量调节单元包括流量调节阀1、一号控制阀2、二号控制阀3、三号控制阀4；

所述的脱水降压单元包括第一脱水降压器5、第二脱水降压器6、四号控制阀7、五号控制阀8；

所述的再生循环单元包括六号控制阀9、七号控制阀10、八号控制阀11、九号控制阀12；

所述的第一脱水降压器5通过二号控制阀3、一号控制阀2与进气管线连接，通过四号控制阀7与脱硫脱水单元连接，通过六号控制阀9与加热炉连接，通过八号控制阀11与恒温降压单元连接，所述的第二脱水降压器6通过三号控制阀4、一号控制阀2与进气管线连接，通过五号控制阀8与脱硫脱水单元连接，通过七号控制阀10与加热炉连接，通过九号控制阀12与恒温降压单元连接，所述的恒温降压单元一端通过流量调节阀1与进气管线连接，另一端与脱硫脱水单元连接。

进一步的，所述的第一脱水降压器5包括脱水筒体13、折流板14、回流管15、第一降压器16、脱水螺旋管17；

所述的脱水筒体13的底部气体入口处设有折流板14，上部设有脱水螺旋管17，外部设有回流管15，所述的回流管15上设有第一降压器16，底部呈三通结构，一端与脱水螺旋管17连接，另一端与来自加热炉的热气管路连接。

进一步的，所述的脱水螺旋管17中装填4a分子筛。

进一步的，所述的第一脱水降压器5与第二脱水降压器6的结构、尺寸大小完全相同。

进一步的，所述的恒温降压单元包括保温降压管18、第二降压器19、第一换热绕管20、导流管21、第三降压器22、第二换热绕管23；

所述的保温降压管18内设有第二降压器19、第一换热绕管20、第三降压器22、第二换热绕管23，所述的第一换热绕管20一端与第二降压器19连接，另一端与导流管21连接，所述的第三降压器22一端与导流管21连接，另一端与第二换热绕管23连接。

进一步的，所述的保温降压管18是一个圆筒形的耐压管，直径为0.4～0.8m，长度为1.5～3m。

进一步的，所述的第二降压器19、第三降压器22安装在保温降压管18入口0～0.5m处，第二降压器19、第三降压器22通过长为1.2～2.7m的直管段分别与第一换热绕管20、第二换热绕管23连接。

进一步的，所述的脱硫脱水单元包括脱硫脱水筒24、第四降压器25、第一喷射器26、第二喷射器27；

所述的脱硫脱水筒24内设有第四降压器25、第一喷射器26、第二喷射器27，所述的第四降压器25与第一脱水降压器5、第二脱水降压器6、第一喷射器26构成两条连接管路，第一连接管路中第一脱水降压器5通过四号控制阀7依次与第四降压器25、第一喷射器26连接，第二连接管路中第二脱水降压器6通过五号控制阀8依次与第四降压器25、第一喷射器26连接，所述的第二喷射器27与恒温降压单元中的第二换热绕管23连接。

进一步的，所述的第一喷射器26设于脱硫脱水筒24顶部，所述的第二喷射器27设于脱硫脱水筒24底部，第一喷射器26与第二喷射器27的连线与水平面间夹角为25°～55°。

一种高含硫气田集输系统高效脱硫、脱水方法，包括以下步骤；

s1、井口采出气进入进气管线，通过流量调节阀1调节进入恒温降压单元的气体流量，通过控制二号控制阀3与三号控制阀4的启闭状态控制天然气的流向，当第一脱水降压器5处于工作状态时，二号控制阀3开启，三号控制阀4关闭，当第二脱水降压器6处于工作状态时，二号控制阀3关闭，三号控制阀4开启；

s2、当第一脱水降压器5处于工作状态时，天然气通过一号控制阀2、二号控制阀3进入第一脱水降压器5，经折流板14的碰撞作用及自身的重力作用完成一级脱水后进入回流管15，在第一降压器16降压后进入脱水螺旋管17，通过4a分子筛吸附脱水后进入脱硫脱水单元的第四降压器25；

s3、此时第二脱水降压器6处于非工作状态，加热炉加热后的天然气通过七号控制阀10进入第二脱水降压器6的脱水螺旋管17，吸水后的湿气经九号控制阀12、保温降压管18，与第二换热绕管23出来的天然气汇合后进入第二喷射器27中；

s4、天然气通过流量调节阀1进入恒温降压单元，经第二降压器19、第一换热绕管20、导流管21、第三降压器22、第二换热绕管23完成恒温二级降压，降压后的天然气进入第二喷射器27中；

s5、脱水、降压后的低温干气经第四降压器25完成二级降压后进入第一喷射器26沿向斜下方喷射，仅降压的高温湿气经第二喷射器27沿斜向上方喷射，天然气中脱除的单质硫、水经脱硫脱水筒24的排硫口外排，气体经排气口流向下一环节。

该发明的有益效果在于：

(1)本发明主要针对高含硫气田湿天然气集输系统，通过设计流量调节单元、脱水降压单元、再生循环单元、恒温降压单元、脱硫脱水单元，实现高含硫气田管输天然气中单质硫与水高效脱除，降低集输管道的硫沉积风险、积液形成风险、管道冰堵风险及腐蚀风险等，保证集输系统的安全、正常生成运行。

(2)设计脱水降压单元与再生循环单元，集成一种深度脱水、降压及分子筛再生等多功能的一体化脱水降压器，天然气通过折流板碰撞、重力沉降、降压、分子筛吸附流程实现湿天然气脱水、降压，降低管内天然气的水露点，避免管道沿线发生水合物冰堵或管线腐蚀。

(3)设计一种恒温降压单元，保温降压管内持续流动的高温气体为降压节流环节提供充足热量，实现天然气两级恒温降压。

(4)设计脱硫脱水单元，改变上喷射器与下喷射器的安装方位，干气在降压器降压后沿斜向下方向喷出，高温湿气沿斜向上方向喷出，通过高低温气流的剧烈碰撞作用，实现管输天然气中单质硫与水的高效脱除。

附图说明

图1是本发明实施例中高含硫气田集输系统高效脱硫、脱水装置的工艺流程图。

图2是本发明实施例中高含硫气田集输系统高效脱硫、脱水装置的结构示意图。

图3是本发明实施例中第一脱水降压器的结构示意图。

图4是本发明实施例中恒温降压单元的主视图。

图5是本发明实施例中恒温降压单元的俯视图。

图6是本发明实施例中恒温降压单元的仰视图。

图7是本发明实施例中脱硫脱水单元的结构示意图。

图8是本实施例中第一脱水降压器处于工作状态的示意图。

图9是本实施例中第一脱水降压器处于非工作状态的示意图。

图中：1—流量调节阀；2—一号控制阀；3—二号控制阀；4—三号控制阀；5—第一脱水降压器；6—第二脱水降压器；7—四号控制阀；8—五号控制阀；9—六号控制阀；10—七号控制阀；11—八号控制阀；12—九号控制阀；13—脱水筒体；14—折流板；15—回流管；16—第一降压器；17—脱水螺旋管；18—保温降压管；19—第二降压器；20—第一换热绕管；21—导流管；22—第三降压器；23—第二换热绕管；24—脱硫脱水筒；25—第四降压器；26—第一喷射器；27—第二喷射器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本发明。

实施例

本实施例中，图1是本发明实施例中高含硫气田集输系统高效脱硫、脱水装置的工艺流程图，高含硫气田集输系统高效脱硫、脱水装置包括流量调节单元、脱水降压单元、再生循环单元、恒温降压单元、脱硫脱水单元；

所述的流量调节单元包括流量调节阀1、一号控制阀2、二号控制阀3、三号控制阀4；

所述的脱水降压单元包括第一脱水降压器5、第二脱水降压器6、四号控制阀7、五号控制阀8；

所述的再生循环单元包括六号控制阀9、七号控制阀10、八号控制阀11、九号控制阀12；

所述的第一脱水降压器5通过二号控制阀3、一号控制阀2与进气管线连接，通过四号控制阀7与脱硫脱水单元连接，通过六号控制阀9与加热炉连接，通过八号控制阀11与恒温降压单元连接，所述的第二脱水降压器6通过三号控制阀4、一号控制阀2与进气管线连接，通过五号控制阀8与脱硫脱水单元连接，通过七号控制阀10与自加热炉的热气管路连接，通过九号控制阀12与恒温降压单元连接，所述的恒温降压单元一端通过流量调节阀1与进气管线连接，另一端与脱硫脱水单元连接。

图2是本发明实施例中高含硫气田集输系统高效脱硫、脱水装置的结构示意图，整个装置可划分为五条主管路，管路一中井口采出天然气依次经过一号控制阀2、二号控制阀3、第一脱水降压器5完成湿天然气脱水、降压后经四号控制阀7进入脱硫脱水筒24喷出低温天然气；管路二中井口采出天然气依次经过一号控制阀2、三号控制阀4、第二脱水降压器6完成湿天然气脱水、降压后经五号控制阀8进入脱硫脱水筒24喷出低温天然气；管路三中井口采出天然气依次经过流量调节阀1、保温降压管18、导流管21、保温降压管18完成恒温二级降压后进入脱硫脱水筒24喷出高温湿气；管路四中加热炉加热后的天然气依次经过六号控制阀9、第一脱水降压器5、八号控制阀11进入保温降压管18，为管输天然气节流降压过程提供热量后汇入保温降压管18出来的高温湿气中；管路五中加热炉加热后的天然气依次经过七号控制阀10、第二脱水降压器6、九号控制阀12进入保温降压管18，为管输天然气节流降压过程提供热量后汇入保温降压管18出来的高温湿气中。

图3是本发明实施例中第一脱水降压器的结构示意图，第一脱水降压器5包括脱水筒体13、折流板14、回流管15、第一降压器16、脱水螺旋管17；

所述的脱水筒体13的底部气体入口处设有折流板14，上部设有脱水螺旋管17，外部设有回流管15，所述的回流管15上设有第一降压器16，底部呈三通结构，一端与脱水螺旋管17连接，另一端与来自加热炉的热气管路连接，所述的脱水螺旋管17中装填4a分子筛。

本发明的装置中第二脱水降压器6与第一脱水降压器5的结构、尺寸大小完全相同。

图4、图5、图6分别为本发明实施例中恒温降压单元的主视图、俯视图、仰视图。从图中可以看出，恒温降压单元包括保温降压管18、第二降压器19、第一换热绕管20、导流管21、第三降压器22、第二换热绕管23；

所述的保温降压管18是一个圆筒形的耐压管，直径为0.4～0.8m，长度为1.5～3m，内部设有第二降压器19、第一换热绕管20、第三降压器22、第二换热绕管23，所述的第一换热绕管20一端与第二降压器19连接，另一端与导流管21连接，所述的第三降压器22一端与导流管21连接，另一端与第二换热绕管23连接。

第二降压器19、第三降压器22安装在保温降压管18入口0～0.5m处，第二降压器19、第三降压器22通过长为1.2～2.7m的直管段分别与第一换热绕管20、第二换热绕管23连接。结合图2可以看出，导流管21从保温降压管18末端开始围绕该装置四周一圈后与保温降压管18起始端连接。

图7是本发明实施例中脱硫脱水单元的结构示意图，脱硫脱水单元包括脱硫脱水筒24、第四降压器25、第一喷射器26、第二喷射器27；

所述的脱硫脱水筒24内设有第四降压器25、第一喷射器26、第二喷射器27，所述的第四降压器25与第一脱水降压器5、第二脱水降压器6、第一喷射器26构成两条连接管路，第一连接管路中第一脱水降压器5通过四号控制阀7依次与第四降压器25、第一喷射器26连接，第二连接管路中第二脱水降压器6通过五号控制阀8依次与第四降压器25、第一喷射器26连接，所述的第二喷射器27与恒温降压单元中的第二换热绕管23连接。

从图中可以看出，第一喷射器26设于脱硫脱水筒24顶部，所述的第二喷射器27设于脱硫脱水筒24底部，第一喷射器26与第二喷射器27的连线与水平面间夹角为25°～55°。

图8是本实施例中第一脱水降压器处于工作状态的示意图，结合图3～图7进行说明，整个工艺流程包括以下步骤：

s1、井口采出气进入进气管线，通过流量调节阀1调节进入恒温降压单元的气体流量，通过控制二号控制阀3与三号控制阀4的启闭状态控制天然气的流向，此时第一脱水降压器5处于工作状态，二号控制阀3开启，三号控制阀4关闭；

s2、天然气通过一号控制阀2、二号控制阀3进入第一脱水降压器5，经折流板14的碰撞作用及自身的重力作用完成一级脱水后进入回流管15，在第一降压器16降压后进入脱水螺旋管17，通过4a分子筛吸附脱水后进入脱硫脱水单元的第四降压器25；

s3、此时第二脱水降压器6处于非工作状态，加热炉加热后的天然气通过七号控制阀10进入第二脱水降压器6的脱水螺旋管17，吸水后的湿气经九号控制阀12、保温降压管18与第二换热绕管23出来的天然气汇合后进入第二喷射器27中

s4、天然气通过流量调节阀1进入恒温降压单元，经第二降压器19、第一换热绕管20、导流管21、第三降压器22、第二换热绕管23完成恒温二级降压，降压后的天然气进入第二喷射器27中；

s5、脱水、降压后的低温干气经第四降压器25完成二级降压后进入第一喷射器26沿向斜下方喷射，仅降压的高温湿气经第二喷射器27沿斜向上方喷射，天然气中脱除的单质硫、水经脱硫脱水筒24的排硫口外排，气体经排气口流向下一环节。

图9是本实施例中第一脱水降压器处于非工作状态的示意图，此时第一脱水降压器5处于非工作状态，脱水螺旋管内填充的分子筛处于再生流程，第二脱水降压器6处于工作状态，脱水螺旋管内填充的分子筛处于吸附脱水流程，整个工艺流程包括以下步骤：

s1、井口采出气进入进气管线，通过流量调节阀1调节进入恒温降压单元的气体流量，通过控制二号控制阀3与三号控制阀4的启闭状态控制天然气的流向，此时第二脱水降压器6处于工作状态，二号控制阀3关闭，三号控制阀4开启；

s2、天然气通过一号控制阀2、三号控制阀4进入第二脱水降压器6，经折流板的碰撞作用及自身的重力作用完成一级脱水后进入回流管，在第一降压器降压后进入脱水螺旋管，通过4a分子筛吸附脱水后进入脱硫脱水单元的第四降压器；

s3、此时第一脱水降压器5处于非工作状态，加热炉加热后的天然气通过六号控制阀9进入第一脱水降压器5的脱水螺旋管，吸水后的湿气经八号控制阀11、保温降压管与换热后的湿气与第二换热绕管出来的天然气汇合后进入第二喷射器中；

s4、天然气通过流量调节阀1进入恒温降压单元，经第二降压器、第一换热绕管、导流管、第三降压器、第二换热绕管完成恒温二级降压，降压后的天然气进入第二喷射器中；

s5、脱水、降压后的低温干气经第四降压器完成二级降压后进入第一喷射器沿向斜下方喷射，仅降压的高温湿气经第二喷射器沿斜向上方喷射，天然气中脱除的单质硫、水经脱硫脱水筒的排硫口外排，气体经排气口流向下一环节。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。