一种天然气膨胀制冷脱水脱烃实验装置的制造方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种制冷、天然气、石油化工等行业的脱水脱烃实验装置，具体涉及一 种天然气膨胀制冷脱水脱烃实验装置。
【背景技术】：
[0002] 水是天然气从采出至消费过程中，在各个处理或加工步骤中最常见的杂质，而且 其含量经常达到饱和状态。水汽的存在，不仅减少了管线的有效输送能力，还降低单位气体 体积的热值。天然气中含水量达到饱和状态时，当输送量和其它参数变化时，还可能引起水 汽从天然气流中析出，形成液态水或与天然气中分子量较小的烃类生成水化物，从而减少 管线截面积，增加管路压降，严重时堵塞管道。因此天然气脱水是进行长距离管道安全输送 或进行轻烃回收前必不可少的环节。只有将天然气中的水汽含量控制在工艺流程要求的范 围内，才能保证气体输送或冷凝分离法轻烃回收工艺的实施。
[0003] 目前天然气工业常用的脱水方法主要有固体吸附法、溶液吸收法和冷却分离法。 固体吸附法主要利用气体在固体表面上积聚的特性，使某些气体组分吸附在分子筛、硅胶 等吸附剂上达到脱水的目的。此法常用于气体或溶液的脱湿和深度干燥，由于吸附剂的吸 附饱和周期很短，切换操作频繁，虽能满足天然气脱水的露点要求，但其再生干燥剂要消耗 大量的热能，使用寿命也有限，是不经济的。另外，由于投资高，运行费用昂贵也使其应用受 到限制。
[0004] 溶剂吸收法是利用溶剂与水的亲和力来达到脱水的目的。吸收溶剂一般采用相对 分子质量较高的醇类，如三甘醇（TEG)、二甘醇（DEG)和乙二醇（EG)等。其中三甘醇溶液具 有热温度性好、易于再生、吸湿性很高、蒸汽压低、携带损失量小、运行可靠、达到的露点降 大、浓溶液不会固化等优点，是目前世界上应用最为广泛的天然气脱水技术。三甘醇脱水适 用于较大规模的天然气脱水，主要应用在集气站或集中脱水净化厂。该技术露点降要求较 低时（22?28°C )较经济，露点降较高时，要求甘醇浓度较高。一般脱除Ikg水需甘醇循环 量约25?60L，脱水过程中存在甘醇损失。吸收剂再生时会产生苯、甲苯等物质，对环境造 成污染。当天然气中含有轻烃液体时，还会引起甘醇起泡、乳化等。
[0005] 冷却分离法常采用膨胀降温使天然气中的水气冷凝并分离。利用气源压力降使能 量得到充分的利用。传统的膨胀脱水方法如节流膨胀、透平机膨胀等方法或适用范围窄，或 造价高、系统复杂，应用具有较大的局限性。
【发明内容】
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[0006] 本发明的目的是解决目前天然气工业中应用的各种脱水方法存在的问题，提供了 一种天然气膨胀制冷脱水脱烃实验装置。
[0007] 为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：
[0008] 一种天然气膨胀制冷脱水脱烃实验装置，包括变截面膨胀管以及设置在变截面膨 胀管左右两端的膨胀管进口法兰和膨胀管出口法兰；其中，变截面膨胀管的内部从左至右 依次为过渡段、膨胀段和稳定段；过渡段的侧壁上从左至右依次设置有注醇管道、来流温度 传感器接头和前侧引压管接头，稳定段的侧壁上从左至右依次设置有后侧引压管接头和去 流温度传感器接头；
[0009] 来流温度传感器设置在来流温度传感器接头处，去流温度传感器设置在去流温度 传感器接头处；
[0010] 三阀组通过其顶部设置的引压管分别连接至前侧引压管接头和后侧引压管接头， 三阀组的底端连接有差压传感器；
[0011] 来流温度传感器、去流温度传感器和差压传感器的输出端分别连接至仪表箱的输 入端。
[0012] 本发明进一步的改进在于：仪表箱上设置有24V的外接电源接口。
[0013] 本发明进一步的改进在于：该实验装置的工作流量为250000m3/day，工作温度 为-8°C，工作压力为6. 4MPa。
[0014] 本发明进一步的改进在于：变截面膨胀管从膨胀管进口法兰的进口到膨胀管出口 法兰的出口总长度为IOOOmm ;其中，过渡段的管道内径为57_，长度为521_ ;膨胀段（14) 的长度为l〇6mm，管道内经由57mm逐渐缩小为21mm ;稳定段的管道内径为21mm，长度为 215mm〇
[0015] 本发明进一步的改进在于：变截面膨胀管材质选用20#碳钢，设计压力为lOMPa， 设计温度为_20°C。
[0016] 本发明进一步的改进在于：三阀组包括左侧阀门、中央阀门和右侧阀门；且三阀 组顶部设有引压管接口，底部设有差压传感器接口。
[0017] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0018] 本实验装置原理是以有限的变截面技术，使得流体流经通道时符合压强和密度的 变化规律，流体的压力和温度能够有效地得到控制，即在有限的压力降和温度差内，提高天 然气中水分和重烃的凝聚与雾化。
[0019] 1、与现有的固体吸附技术相比具有操作简单、投资少、运行可靠等优点；
[0020] 2、与溶液吸收法相比具有环保方面的优势；
[0021] 3、与针阀节流相比，其能量损失少，可以在较小的压降内实现较大温降。
[0022] 本发明可以在不改变天然气企业现有工业流程的基础上，实现天然气的脱水脱 烃。我方于2006年在长庆油田榆13号站进行了实验，在整个实验过程中，平均压降为 0? 76MPa，平均温降为4. 1°C。
【附图说明】：
[0023] 图1为本发明的实验系统装置图；
[0024] 图2为本发明的实验系统中变截面膨胀管正向剖视图；
[0025] 图3为本发明的实验系统中三阀组结构示意图；
[0026] 其中：1.膨胀管进口法兰；2.变截面膨胀管；3.注醇管道；4.仪表箱；5.来流温 度传感器；6.引压管；7.三阀组；8.差压传感器；9.去流温度传感器；10.膨胀管出口法 兰；11.过渡段；12.来流温度传感器接头；13.前侧引压管接头；14.膨胀段；15.后侧引压 管接头；16.去流温度传感器接头；17.稳定段；18.左侧阀门；19.引压管接口；20.中央阀 门；21.差压传感器接口；22.右侧阀门；a代表24V的外接电源；b.代表天然气在实验装置 中的流动方向。
【具体实施方式】：
[0027] 以下结合附图对本发明做进一步的详细说明。
[0028] 如图1至3所示，一种天然气膨胀制冷脱水脱烃实验装置，包括变截面膨胀管2以 及设置在变截面膨胀管2左右两端的膨胀管进口法兰1和膨胀管出口法兰10 ;其中，变截 面膨胀管2的内部包括从左至右依次为过渡段11、膨胀段14和稳定段17 ;过渡段11的侧 壁上从左至右依次设置有注醇管道3、来流温度传感器接头12和前侧引压管接头13,稳定 段17的侧壁上从左至右依次设置有后侧引压管接头15和去流温度传感器接头16 ;
[0029] 来流温度传感器5设置在来流温度传感器接头12处，去流温度传感器9设置在去 流温度传感器接头16处；
[0030] 三阀组7通过其顶部设置的引压管6分别连接至前侧引压管接头13和后侧引压 管接头15,三阀组7的底端连接有差压传感器8 ;
[0031] 来流温度传感器5、去流温度传感器9和差压传感器8的输出端分别连接至仪表箱 4的输入端。
[0032] 为了对本发明进一步的了解，现对其工作原理做一说明。
[0033] 在任意流道上稳定流动的天然气体，服从稳定流动的能量方程，即：
【主权项】
1. 一种天然气膨胀制冷脱水脱烃实验装置，其特征在于：包括变截面膨胀管（2)以及 设置在变截面膨胀管（2)左右两端的膨胀管进口法兰（1)和膨胀管出口法兰（10);其中， 变截面膨胀管（2)的内部从左至右依次为过渡段（11)、膨胀段（14)和稳定段（17);过渡段 (11)的侧壁上从左至右依次设置有注醇管道（3)、来流温度传感器接头（12)和前侧引压管 接头（13)，稳定段（17)的侧壁上从左至右依次设置有后侧引压管接头（15)和去流温度传 感器接头（16); 来流温度传感器（5)设置在来流温度传感器接头（12)处，去流温度传感器（9)设置在 去流温度传感器接头（16)处； 三阀组（7)通过其顶部设置的引压管（6)分别连接至前侧引压管接头（13)和后侧引 压管接头（15)，三阀组（7)的底端连接有差压传感器⑶； 来流温度传感器（5)、去流温度传感器（9)和差压传感器（8)的输出端分别连接至仪表 箱⑷的输入端。
2. 根据权利要求1所述的天然气膨胀制冷脱水脱烃实验装置，其特征在于：仪表箱（4) 上设置有24V的外接电源接口。
3. 根据权利要求1所述的天然气膨胀制冷脱水脱烃实验装置，其特征在于：该实验装 置的工作流量为250000m3/day，工作温度为-8°C，工作压力为6. 4MPa。
4. 根据权利要求1所述的天然气膨胀制冷脱水脱烃实验装置，其特征在于：变截面膨 胀管⑵从膨胀管进口法兰⑴的进口到膨胀管出口法兰（10)的出口总长度为1000mm; 其中，过渡段（11)的管道内径为57mm，长度为521mm;膨胀段（14)的长度为106mm，管道内 经由57mm逐渐缩小为21mm ;稳定段（17)的管道内径为21mm，长度为215mm〇
5. 根据权利要求1所述的天然气膨胀制冷脱水脱烃实验装置，其特征在于：变截面膨 胀管（2)材质选用20#碳钢，设计压力为lOMPa，设计温度为-20°C。
6. 根据权利要求1所述的天然气膨胀制冷脱水脱烃实验装置，其特征在于：三阀组（7) 包括左侧阀门（19)、中央阀门（21)和右侧阀门（23);且三阀组（7)顶部设有引压管接口 (20)，底部设有差压传感器接口（22)。
【专利摘要】本发明公开了一种天然气膨胀制冷脱水脱烃实验装置，其通过渐缩管道使天然气温度降低，提高天然气中水分和重烃的凝聚和雾化，达到脱水脱烃的目的。本发明包括膨胀管进口法兰、变截面膨胀管、仪表箱、三阀组、差压传感器、引压管、来流温度传感器、去流温度传感器、注醇管道和膨胀管出口法兰。仪表箱与差压传感器、温度传感器及外接电源通过导线相连，膨胀管与天然气管道、引压管、注醇管道通过管道和法兰相连，三阀组和差压传感器通过螺钉相连。天然气流过膨胀管即可从仪表箱上读出膨胀前后的压降和温降。
【IPC分类】F25B9-06, C10L3-10
【公开号】CN104611081
【申请号】CN201510036038
【发明人】王跃社, 王天靖, 尚静
【申请人】西安交通大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月23日