温度控制方法及天然气分子筛脱水系统与流程

1.本技术属于天然气开采技术领域，具体涉及一种温度控制方法及天然气分子筛脱水系统。


背景技术：

2.随着国内一些偏远山区的天然气开采，尤其是川渝地区的页岩气开采，基本都是在大山深处，开采出来的天然气如何外输，是亟待解决的问题。大山深处的井口不集中，修建长输管线外输难度大和成本高，更多的是在井口附近采用小型撬装化的井口液化装置将开采出来的天然气进行液化，再采用低温槽车外运方式。井口气液化前需对其进行除沙、脱酸、脱水等净化处理。
3.在利用分子筛进行天然气脱水工艺中，处理规模较大时，一般采用导热油对再生气进行加热，而在一些小型分子筛脱水装置中多采用电加热器对在生气进行加热。而分子筛脱水流程又分为2塔流程、2+1流程(2塔半)、3塔流程和4塔流程，在2+1流程(2塔半)中，再生气在不同的时序阶段流经电加热器时存在正反向，当已经被热吹好的吸附塔切换到冷吹的过程(时序切换)时，流过电加热器的再生气需换流向(正向改为反向或反向改为正向)，此时由于热吹过后的吸附塔温度很高，此时流向电加热器的再生气温度会较高，同时由于气体的热容低，短时间带不走电加热器所产生的热量，造成电加热器因内部超温而频繁停机。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的是提供一种温度控制方法及天然气分子筛脱水系统，能够解决电加热器内部超高温而频繁停机等问题。
5.为了解决上述技术问题，本技术是这样实现的：
6.本技术实施例提供了一种温度控制方法，应用于天然气分子筛脱水系统，所述温度控制方法包括：
7.分别检测加热元件的第一接口和第二接口各处的温度，其中，所述第一接口和所述第二接口中的一者为进口，另一者为出口；
8.对所述进口处的温度值和所述出口处的温度值进行对比；
9.在所述天然气分子筛脱水系统的分子筛脱水塔由热吹时序切换至冷吹时序的过程中，当所述进口处的温度值高于所述出口处的温度值时，控制所述加热元件降低功率；
10.当所述进口处的温度值低于或等于所述出口处的温度值时，控制所述加热元件进行pid控制。
11.本技术实施例还提供了一种天然气分子筛脱水系统，包括：分子筛脱水塔、控制元件、加热元件、制冷元件、第一温度检测元件和第二温度检测元件；
12.所述分子筛脱水塔具有第一开口和第二开口，所述加热元件通过热吹管线与所述第一开口连接，所述制冷元件通过冷吹管线与所述第二开口连接；
13.所述加热元件具有第一接口和第二接口，所述第一温度检测元件设置于所述第一接口处，所述第二温度检测元件设置于所述第二接口处；
14.所述控制元件与所述加热元件、所述制冷元件、所述第一温度检测元件及所述第二温度检测元件分别电连接，所述控制元件用于在所述分子筛脱水塔由热吹时序切换至冷吹时序的过程中，当所述进口处的温度值高于所述出口处的温度值时，控制所述加热元件降低功率，当所述进口处的温度值低于或等于所述出口处的温度值时，控制所述加热元件进行pid控制。
15.本技术实施例中，对加热元件的第一接口处的温度进行实时检测，还对加热元件的第二接口处的温度进行实时检测，将第一接口和第二接口处所检测到的温度值进行对比；另外，第一接口和第二接口中的一者可以作为进口，另一者可以作为出口，如此，在所述天然气分子筛脱水系统的分子筛脱水塔由热吹时序切换至冷吹时序的过程中，当进口处的温度值高于出口处的温度值时，控制加热元件降低加热功率；当进口处的温度值低于或等于出口处的温度值时，控制加热元件进行pid控制，以使出口处的温度在预设范围内波动。通过上述控制方式，本技术实施例可以有效保证在分子筛脱水时序切换过程中加热元件内部温度超温而出现停机的问题，从而可以使加热元件平稳工作。
附图说明
16.图1为本技术实施例公开的温度控制方法的流程图；
17.图2为本技术实施例公开的温度控制方法的控制逻辑示意图；
18.图3为本技术实施例公开的温度控制方法的控制原理图；
19.图4为本技术实施例公开的天然气分子筛脱水系统的示意图；
20.图5为本技术实施例公开的天然气分子筛脱水系统中各构件的连接示意图；
21.图6为本技术实施例公开的加热元件的结构示意图。
22.附图标记说明：
23.10-控制元件；11-主控制器；12-副控制器；20-加热元件；21-第一接口；22-第二接口；23-加热管；30-制冷元件；41-第一温度检测元件；42-第二温度检测元件；43-第三温度检测元件；44-流量检测元件；51-控制主路；52-主反馈支路；53-副反馈支路；60-调节器；70-分子筛脱水塔。
具体实施方式
24.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
25.本技术的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及
26.权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前5后关联对象是一种“或”的关系。
27.下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本技术实施例进行详细地说明。
28.参考图1至图6，本技术实施例公开了一种温度控制方法，应用于天然气
29.分子筛脱水系统，以便于对天然气的温度进行控制。所公开的温度控制方法包0括：
30.分别检测加热元件20的第一接口21和第二接口22各处的温度，其中，
31.第一接口21和第二接口22中的一者为进口，另一者为出口；
32.对进口处的温度值和出口处的温度值进行对比；
33.在天然气分子筛脱水系统的分子筛脱水塔70由热吹时序切换至冷吹时序5的过程中：
34.当进口处的温度时高于出口处的温度值时，控制加热元件20降低功率；
35.当进口处的温度值低于或等于出口处的温度值时，控制加热元件20进行pid控制。
36.具体地，在天然气分子筛脱水系统运行过程中，分子筛脱水塔70可以包0括吸附时序、热吹时序、冷吹时序等，通过上述时序周期性运转，可以实现对
37.天然气的脱水处理，以避免后续处理过程中相关设备的冻堵以及储运过程中液态水的析出，保证生产的正常运行。
38.在利用分子筛进行天然气脱水工艺过程中，采用加热元件20对再生气进
39.行加热。然而，再生气在不同的时序阶段流经加热元件20时存在正反向，例5如，在热吹时序阶段，再生气可以从加热元件20的第一接口21流入，并从第
40.二接口22流出；在冷吹时序阶段，再生气可以从加热元件20的第二接口22流入，并从第一接口21流出；当然，还可以与上述流动方向相反。
41.当已经完成热吹时序阶段的分子筛脱水塔70切换至冷吹时序阶段时，流过加热元件20的再生气需要更换流向，使分子筛脱水塔70内的气体向加热元件20流动，此时，由于热吹过后的分子筛脱水塔70温度很高，使得流向加热元件20的再生气的温度同样较高，与此同时，由于再生气的热容较低，短时间内无法带走加热元件20所产生的热量，如此，高温的再生气进入加热元件20后会造成加热元件20内温度过高，从而导致加热元件20因内部超温而频繁停机，进而影响整个天然气分子筛脱水系统的正常运行。
42.由此，本技术实施例通过检测并对比第一接口21处的温度和第二接口22处的温度，使得在分子筛脱水塔70由热吹时序切换至冷吹时序的过程中，可以根据两个接口处的温度差值进行适应性控制，以便于使热吹过后的分子筛脱水塔70内的高温气体在进入加热元件20后，不会导致加热元件20内部的温度过高，从而保证了加热元件20的正常使用以及整个天然气分子筛脱水系统的正常运行。
43.具体地，当检测到的加热元件20的进口处的温度值高于出口处的温度值时，表明回流至加热元件20的再生气的温度过高，此种情况下会导致加热元件20内部超温而停机，此时，可以对加热元件20进行控制，使其降低加热功率，从而使加热元件20内部自身发出的热量减少，使加热元件20内部自身温度有所降低，如此，即使回流至加热元件20的再生气的温度较高，也不会导致加热元件20内部温度超过设定值，从而也就不会出现加热元件20内
部超温而停机的情况，进而可以保证加热元件20平稳工作，进一步实现天然气分子筛脱水系统的正常运行。
44.当检测到的加热元件20的进口处的温度值低于或等于出口处的温度值时，表明回流至加热元件20的再生气的温度不至于过高，此种情况下，即使再生气进入加热元件20内部也不会导致加热元件20内部出现超温而停机的情况，如此，控制加热元件20进行正常的pid控制，以实现对再生气温度的合理控制。
45.可选地，温度控制方法还包括：
46.检测加热元件20内部的温度值；
47.在进口处的温度值高于出口处的温度值的情况下，当加热元件20内部的温度值高于第一预设温度值时，控制加热元件20降低功率；
48.当加热元件20内部的温度值低于或等于第一预设温度值时，控制加热元件20进行pid控制。
49.此处需要说明的是，由于加热元件20的不同部位的温度有所不同，使得第一接口21和第二接口22各处的温度值与加热元件20内部的温度值存在偏差，从而可能会出现第一接口21和第二接口22处各自的温度值满足要求，但加热元件20内部的温度偏高，此种情况下同样会导致加热元件20停机。
50.基于上述情况，本技术实施例可以对加热元件20内部的温度值进行检测，从而可以与第一接口21和第二接口22各自处的温度值一起表征加热元件20的温度，由此，当第一接口21处的温度值、第二接口22处的温度值以及加热元件20内部的温度值三者均满足要求时，表明加热元件20处于正常工作状态，而不存在内部过热的情况，从而可以保证加热元件20的平稳运行。
51.然而，当加热元件20内部的温度值高于第一预设温度值时，表明加热元件20内部温度过高，容易导致停机情况发生，由此，可以控制加热元件20适当降低加热功率来防止加热元件20内部温度过高而造成停机。
52.示例性地，可以在加热元件20内部的加热管23上设置温度检测元件，以便于更加精确地检测出加热元件20内部的温度值，从而可以降低加热元件20出现停机现象的概率。
53.进一步地，温度控制方法还可以包括：
54.检测加热元件20内部的多点位置的温度值，且多点位置沿加热元件20内部天然气的流动方向间隔设置；
55.当多点位置中的至少一处的温度值高于第一预设温度值时，控制加热元件20降低功率；
56.当多点位置处的温度值均低于或等于第一预设温度值时，控制加热元件20进行pid控制。
57.通过对加热元件20内部的多点位置进行测温，以便于更加全面地获知加热元件20内部多个位置处的温度，从而可以提高加热元件20内部温度检测的精度，以避免出现加热元件20内的局部出现高温而影响加热元件20平稳运行的情况。
58.基于上述设置，当至少一点位置的温度值高于第一预设温度值时，则判定加热元件20内部的温度偏高，此时可以通过降低加热元件20功率的方式来降低内部温度，以避免内部出现超温现象。相反，当所有检测位置处的温度值均低于或等于第一预设温度值时，则
判定加热元件20内部不超温，此时，加热元件20可以处于平稳运行状态。
59.示例性地，可以将加热元件20内部的加热管23的多个位置选定为检测点，且多个检测点尽可能分布于加热管23的各个位置，以便于提高温度检测精度。
60.考虑到在热吹时序阶段，当流入加热元件20内的再生气的流量较小或者断流时，导致加热元件20内部被再生气带走的热量减少，使得加热元件20内部的温度升高，经过长时间的热量积存后，加热元件20内部出现过热，影响加热元件20的平稳运行。
61.基于上述情况，本技术实施例中的温度控制方法还包括：
62.当天然气输送管道内的流量值小于预设流量值时，控制加热元件20降低功率或停机，如此，在天然气输送管道流向加热元件20内部的再生气流量值相对较小时，可以控制加热元件20降低功率，以便于减少加热元件20内部产生的热量，在一定程度上可以控制加热元件20内部的温度不至于过高；当天然气输送管道被截断而导致再生气无法进入加热元件20内部时，控制加热元件20停机，此时，加热元件20不再产生热量，从而可以避免加热元件20内部温度超温的情况发生。
63.考虑到热吹时序存在工作周期，为了能够使热吹时序阶段，分子筛脱水塔70内的温度能够满足温度要求，本技术实施例中，在分子筛脱水塔70进行热吹时序的过程中，温度控制方法还可以包括：
64.检测分子筛脱水塔70的出气管线内的温度值；
65.在达到一个热吹周期的情况下，当出气管线内的温度值低于第二预设温度值时，控制延时一个周期继续执行热吹时序。
66.具体地，热吹过程中，加热切换时间计时器开始计时，当达到一个加热周期时，检测分子筛脱水塔70的出气管线处的温度值是否达到第二预设温度值，若已经达到第二预设温度值，则判定分子筛脱水塔70完成再生加热过程，此时，可以进行切换，以进入冷吹时序阶段；若没有达到第二预设温度值，则继续加热且延时计时器计时一个周期，进行热吹，待延时的一个周期完成后，再次检测出气管线处的温度值，直到出气管线处的温度达到第二预设温度值，切换至冷吹时序阶段。
67.基于上述温度控制方法，本技术实施例还公开了一种天然气分子筛脱水系统，如图1至图6所示，所公开的天然气分子筛脱水系统包括：分子筛脱水塔70、控制元件10、加热元件20、制冷元件30、第一温度检测元件41和第二温度检测元件42。
68.其中，分子筛脱水塔70具有第一开口和第二开口，加热元件20通过热吹管线与第一开口连接，制冷元件30通过冷吹管线与第二开口连接，如此，可以通过热吹管线将加热后的气体经由第一开口通入至分子筛脱水塔70内，以实现热吹过程；同样地，通过制冷管线可以将冷却后的气体经由第二开口通入至分子筛脱水塔70内，以实现冷吹过程。
69.加热元件20具有第一接口21和第二接口22，其中，第一温度检测元件41设置于第一接口21处，第二温度检测元件42设置于第二接口22处。其中，第一接口21和第二接口22中的一者为进口，另一者为出口，在不同时序阶段，气体方向改变，第一接口21与第二接口22也可以在进口和出口之间切换。通过第一温度检测元件41实时检测第一接口21处的温度值，通过第二温度检测元件42实时检测第二接口22处的温度值。
70.控制元件10与加热元件20、制冷元件30、第一温度检测元件41及第二温度检测元件42分别电连接，使得第一温度检测元件41和第二温度检测元件42各自所检测到的温度信
息发送至控制元件10，以通过控制元件10进行对比、分析、处理。另外，控制元件10还可以控制加热元件20工作，以进行热吹时序过程，以及控制制冷元件30工作，以进行冷吹时序过程。
71.在分子筛脱水塔70由热吹时序切换至冷吹时序的过程中，当进口处的温度值高于出口处的温度值时，表明回流至加热元件20的再生气的温度过高，此种情况下会导致加热元件20内部超温而停机，此时，控制元件10用于控制加热元件20降低加热功率，从而使加热元件20内部自身发出的热量减少，使加热元件20内部自身温度有所降低，如此，即使回流至加热元件20的再生气的温度较高，也不会导致加热元件20内部温度超过设定值，从而也就不会出现加热元件20内部超温而停机的情况，进而可以保证加热元件20平稳工作，进一步实现天然气分子筛脱水系统的正常运行。
72.当进口处的温度值低于或等于出口处的温度值时，表明回流至加热元件20的再生气的温度不至于过高，此种情况下，即使再生气进入加热元件20内部也不会导致加热元件20内部出现超温而停机的情况，此时，控制元件10用于控制加热元件20进行pid控制，以实现对再生气温度的合理控制。
73.在一些实施例中，天然气分子筛脱水系统还可以包括第三温度检测元件43，该第三温度检测元件43与控制元件10电连接，以便于向控制元件10发送温度信号。加热元件20的内部设有加热管23，第三温度检测元件43设置于加热管23。
74.基于上述设置，通过第三温度检测元件43可以实时检测加热元件20内部的加热管23的温度，在进口处的温度值高于出口处的温度值的情况下，当加热元件20内部的温度值高于第一预设温度值时，表明加热元件20内部温度过高，容易导致停机情况发生，，由此，可以通过控制元件10控制加热元件20适当降低加热功率，以防止加热元件20内部温度过高而造成停机。
75.当第三温度检测元件43检测到的加热元件20内部的温度值低于或等于第一预设温度值时，表明加热元件20处于正常工作状态，而不存在内部过热的情况下，此时，控制加热元件20进行pid控制，以保证加热元件20的平稳运行。
76.进一步地，天然气分子筛脱水系统可以包括多个第三温度检测元件43，且多个第三温度检测元件43沿加热元件20内部天然气的流动方向间隔设置，以便于通过对加热元件20内部的多点位置进行测温，更加全面地获知加热元件20内部多个位置处的温度，从而可以提高加热元件20内部温度检测的精度，以避免出现加热元件20内的局部出现高温而影响加热元件20平稳运行的情况。
77.基于上述设置，当多个第三温度检测元件43所检测到的至少一处的温度值高于第一预设温度值时，控制元件10判定加热元件20内部的温度偏高，此时可以通过降低加热元件20功率的方式来降低内部温度，以避免内部出现超温现象。相反，当所有第三温度检测元件43所检测到的温度值均低于或等于第一预设温度值时，控制元件10判定加热元件20内部不超温，此时，加热元件20可以处于平稳运行状态。
78.示例性地，可以将加热元件20内部的加热管23的多个位置选定为检测点，且多个第三温度检测元件43尽可能分布于加热管23的各个位置，以便于提高温度检测精度。
79.在一些实施例中，天然气分子筛脱水系统还可以包括调节器60，其用于调节加热元件20的加热功率，示例性地，调节器60可以为可控硅调节器等。另外，控制元件10可以包
括主控制器11和副控制器12，其中，主控制器11、副控制器12、调节器60、第三温度检测元件43，以及第一温度检测元件41或第二温度检测元件42依次串联，形成控制主路51；并且，第一温度检测元件41或第二温度检测元件42通过主反馈支路52连接至主控制器11，第三温度检测元件43通过副反馈支路53连接至副控制器12。
80.基于上述设置，可以通过第一接口21处设置的第一温度检测元件41、第二接口22处设置的第二温度检测元件42以及加热元件20内部设置的第三温度检测元件43构成一个串级调节控制回路，以便于实现加热元件20的及时稳定工作。
81.具体地，当第一温度检测元件41或第二温度检测元件42所检测到的再生气的温度值过高或过低时，通过主反馈支路52向主控制器11发送信号，以控制加热元件20进行适应性调整；当第三温度检测元件43所检测到的加热元件20内部的温度过高或过低时，通过副反馈支路53向副控制器12发送信号，同样可以控制加热元件20进行适应性调整。
82.考虑到在热吹时序阶段，当流入加热元件20内的再生气的流量较小或者断流时，导致加热元件20内部被再生气带走的热量减少，使得加热元件20内部的温度升高，经过长时间的热量积存后，加热元件20内部出现过热，影响加热元件20的平稳运行。
83.基于上述情况，本技术实施例中的天然气分子筛脱水系统还可以包括流量检测元件44，该流量检测元件44设置于天然气输送管道内，并与控制元件10电连接，控制元件10用于当流量检测元件44检测到天然气输送管道中的气体流量值小于预设流量值时，控制加热元件20降低功率或停机。
84.具体地，在流量检测元件44所检测到的天然气输送管道内流向加热元件20内部的再生气流量值相对较小时，可以控制加热元件20降低功率，以便于减少加热元件20内部产生的热量，在一定程度上可以控制加热元件20内部的温度不至于过高；当流量检测元件44所检测到的天然气输送管道内的流量为零，表明天然气输送管道被截断而导致再生气无法进入加热元件20内部时，此时控制元件10控制加热元件20停机，此时，加热元件20不再产生热量，从而可以避免加热元件20内部温度超温的情况发生。
85.综上所述，本技术实施例在不增加成本的情况下，通过对控制程序进行设计，可以对加热元件20的加热温度进行稳定控制，从而可以确保分子筛脱水塔70在时序切换过程中以及切换后的再生气温度的稳定性；并且，加热元件20在内部温度超温保护和再生气低流量限制的双重保护下，可以有效提高加热元件20运行的安全性和平稳性。
86.上面结合附图对本技术的实施例进行了描述，但是本技术并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本技术的启示下，在不脱离本技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本技术的保护之内。