一種集輸系統硫沉積誘發捕集裝置製造方法

2023-09-23 03:52:05

一種集輸系統硫沉積誘發捕集裝置製造方法
【專利摘要】一種集輸系統硫沉積誘發捕集裝置，主要包括筒體、上筒蓋、下筒蓋，裝置外壁包覆有電加熱膜，上筒蓋設有天然氣出口管線，氣體排空管線，以及注氮管線，下筒蓋設有液硫排放管線；筒體內部安裝有捕硫網和折流傘，筒體側壁上設有節流噴嘴，節流噴嘴與天然氣進口管線相連。高含硫天然氣進入本發明後，隨著溫度、壓力以及流速的降低，溶解於載硫氣體中的元素硫將逐漸析出。被氣流從上遊攜帶和重新析出的硫顆粒在本發明中收集並單獨處理，從而降低了下遊集輸系統產生硫沉積風險。本發明克服了傳統物理清洗、加注溶硫劑等硫沉積控制方法生產成本高、基礎投資大，易對人員和環境造成傷害等缺點，為高含硫氣田集輸系統硫沉積控制提供了新的途徑。
【專利說明】一種集輸系統硫沉積誘發捕集裝置
【技術領域】:
[0001]本發明公開一種硫沉積誘發捕集裝置，特別是用於控制高含硫天然氣集輸系統內硫沉積的誘發捕集裝置。
【背景技術】:
[0002]對於高含硫氣田，在氣藏條件下，由於儲層環境是高溫高壓，元素硫的溶解度比較大，元素硫溶解於載硫氣體中。高含硫天然氣進入地面集輸系統後，隨著溫度和壓力下降，當溶硫量達到飽和時硫將會結晶析出，進而發生硫沉積現象。集輸站場內設備、管網複雜，硫極易在節流孔板、三通、閥門等處沉積，嚴重影響著設備安全和高效運行。沉積硫粘附在管壁上會降低管道有效流通面積，增加輸送能耗，甚至造成堵塞，導致關井停產。此夕卜，沉積硫會導致集輸管線設備腐蝕加劇，增加洩漏風險。
[0003]目前解決硫沉積堵塞方法主要是物理清洗法和加注溶硫劑法。物理清洗是一種發生硫堵後被動解除硫堵塞方法。清洗時需要對運行裝置進行拆卸，影響正產生產，操作人員勞動強度大，易發生因含硫天然氣洩漏所導致的中毒事故。
[0004]溶硫劑可分為物理溶劑和化學溶劑兩大類。物理溶劑一般只能處理中等硫沉積，最常用的物理溶劑是cs2。CS2有毒、易燃，溶解度較低，載硫量有限。在硫沉積量很大時，通常採用溶硫能力更強的化學溶劑來處理。中國專利(CN101824312A申請號)公開了一種用於清洗井筒硫沉積的硫溶劑，由主劑、催化劑和緩蝕劑組成。主劑為二烷基二硫或二苯基二硫，催化劑為有機胺、路易斯鹼或其混合物，緩蝕劑為β_ 二乙胺苯基酮，β_松香氨基苯基酮或其混合物。
[0005]採用溶硫劑控制硫沉積方法需要設置單獨的溶硫劑加注以及回收系統，設備投資大，溶硫速度低，現場作業時間長，生產運行成本高。且溶硫劑一般易燃、有毒，易對環境和人員造成傷害。此外，在站場加注溶硫劑後，沉積硫發生溶解，被氣流攜帶進入下遊集輸系統，隨著溫度、壓力的繼續降低，載硫氣體H2S溶解度降低，當溶硫劑濃度不足時，將繼續發生硫沉積。
[0006]鑑於此，本發明根據高含硫溼氣硫沉積發生機理和生成條件，提出一種新型硫沉積控制裝置，通過改變溫度、壓力、流場以及增加網狀結構，營造硫沉積發生環境，誘發元素硫提前析出並聚結沉積，在容器內收集起來並單獨處理，避免硫在下遊集輸系統析出和發生沉積，從而降低對下遊系統發生沉積硫堵塞風險。本發明克服了傳統物理清洗、加注溶硫劑等硫沉積控制方法生產成本高、基礎投資大，易對人員和環境造成傷害等問題，為硫沉積控制提供了新的途徑。

【發明內容】
:
[0007]本發明的目的是為克服上述現有技術中存在的缺陷，提出一種控制高含硫天然氣集輸系統硫沉積的新型裝置。
[0008]本發明由筒體、上筒蓋、下筒蓋組成，上筒蓋、下筒蓋分別和筒體上、下端相連構成一封閉容器；上筒蓋設有天然氣排空管線，天然氣出口管線，注氮管線以及安全閥；下筒蓋設有液硫排放管線；筒體內部上方安裝有捕硫網，捕硫網下方安裝有折流傘；折流傘下方的筒體側壁上設有節流噴嘴，節流噴嘴入口端與天然氣進口管線相連。
[0009]所述的捕硫網為絲網狀金屬材料，通過導線與外接電源相連。所述的筒體外壁安裝有壓力傳感器、差壓傳感器、溫度傳感器，差壓傳感器兩個引壓點分別位於筒體內部捕硫網上下兩側，溫度傳感器測溫點位於捕硫網中心。所述的天然氣排空管線、天然氣出口管線、注氮管線、液硫排放管線以及天然氣進口管線均設有控制閥。所述的節流噴嘴的流道為漸縮型，節流噴嘴出口外側內壁與筒體的內壁相切，節流噴嘴軸線與水平方向夾角為5°?25。。所述的筒體為圓柱形，上筒蓋和下筒蓋為半球形，其外壁均包覆有電加熱膜。所述的安全閥的出口與放空控制閥下遊的放空管線相連通。
[0010]本發明具有如下有益效果:高含硫天然氣進入本發明後，在節流噴嘴作用下溫度、壓力降低，高含硫天然氣含硫飽和度降低，溶解的元素硫逐漸析出，進入筒體後隨著流通面積擴大流速降低，在折流傘和捕硫網作用將發生沉積，沉積硫積累一定程度後，採用電加熱膜將筒體內沉積硫加熱融化為液體排出，由於在上遊進行深度脫硫，降低了在下遊集輸系統產生硫沉積的風險。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0011]圖1為本發明結構示意圖；
[0012]圖2為本發明剖視圖；
[0013]圖3為含硫天然氣元素硫溶解度隨溫度壓力變化曲線圖。
【具體實施方式】:
[0014]下面結合附圖對本發明做進一步說明:
[0015]由圖1可知，本發明由筒體1、上筒蓋2、下筒蓋3組成，上筒蓋2、下筒蓋3分別和筒體I的上、下端相連構成一封閉容器；上筒蓋2設有天然氣排空管線4，天然氣出口管線5，注氮管線6以及安全閥22 ;下筒蓋3設有液硫排放管線7 ;筒體I的內部上方安裝有捕硫網8，捕硫網8下方安裝有折流傘9 ;折流傘9下方的筒體I側壁上設有節流噴嘴11，節流噴嘴11進口與天然氣進口管線10相連。
[0016]所述的捕硫網8為絲網狀金屬材料，通過導線21與外接電源相連。
[0017]所述的筒體I的外壁上安裝有壓力傳感器13，差壓傳感器14，溫度傳感器15 ;所述的差壓傳感器14的兩個引壓點分別位於筒體I內部的捕硫網8的上下兩側；溫度傳感器15的測溫點位於捕硫網8的中心。
[0018]所述的天然氣排空管線4上安裝有放空控制閥16、天然氣出口管線5安裝有出氣控制閥17、注氮管線6上安裝有氮氣控制閥18，液硫排放管線7上安裝有液硫控制閥19，天然氣進口管線10安裝有進氣控制閥20。
[0019]所述的節流噴嘴11的流道為漸縮型，節流噴嘴11出口外側內壁與筒體I的內壁相切，節流噴嘴11的流體進口軸線與水平方向夾角為5°?25°。
[0020]所述的筒體I為圓柱形，上筒蓋2和下筒蓋3為半球形，其外壁均包覆有電加熱膜12。所述的安全閥22的進口管線安裝在上筒蓋2上，安全閥22的出口與放空控制閥16下遊的放空管線4相連通。
[0021]本發明工作過程如下:
[0022]由圖1，圖2所示，天然氣進口管線10的進氣控制閥20打開，高含硫天然氣通過節流噴嘴11從切向進入筒體I。高壓天然氣在通過節流噴嘴11時，由於流速很高，氣流與外界的熱交換一般很小，節流過程可視為絕熱過程。天然氣的焓值是溫度和壓力的函數，所以節流降壓後溫度將發生變化，這一現象稱為焦耳-湯姆遜效應。對天然氣而言，當壓力低於40MPa時,天然氣節流後溫度降低。由於天然氣地面集輸系統壓力一般遠小於40MPa，因此節流時天然氣將產生溫降效應。
[0023]圖3所示，隨著溫度、壓力的降低，元素硫在硫化氫氣體中的溶解度降低，硫將逐漸析出。圖3 Ca)中天然氣中H2S摩爾分數7.0%，CO2摩爾分數23.0%，N2摩爾分數4%，CH4摩爾分數66.0%。圖3 (b)中天然氣中H2S摩爾分數20.0%，CO2摩爾分數10.0%，N2摩爾分數4%，CH4摩爾分數66.0%。可見不同組成的高含硫天然氣的元素硫溶解度隨溫度壓力變化都具有類似特徵。
[0024]被天然氣從上遊攜帶的硫顆粒以及在節流噴嘴11處重新析出的硫顆粒在天然氣流夾帶下進入筒體I後，由於節流噴嘴11流體進口軸線與水平方向夾角為5°?25。，氣體攜帶析出的硫顆粒沿著筒體I的內壁做向下旋轉運動。進入筒體I後，隨著流通面積突然增加，氣體速度急劇降低，攜硫能力大幅減弱，大部分硫顆粒在筒體1、上筒蓋2、下筒蓋3所形成的密閉容器底部沉降下來。由於天然氣出口管線5在上筒蓋2上，氣流在碰到容器底部時將向上運動，一小部分粒徑較小的硫顆粒會被氣體攜帶向上筒蓋2方向運動，當碰到折流傘9在其葉片的阻檔下發生沉降，最終沉積在容器底部。部分粒徑非常微小的硫顆粒仍有可能被氣體攜帶經由折流傘9繼續向上運動進入捕硫網8。捕硫網8為網絲狀結構，硫顆粒接觸到捕硫網8後將發生聚結,與後續單質硫顆粒發生碰撞。顆粒碰撞廣生的Iv重要效應就是會發生顆粒團聚現象，即由單顆粒向顆粒聚團增長。元素硫以積硫網8為中心，迅速聚結。絕大部分細小硫顆粒被捕硫網8捕獲，從而天然氣出口管線5中基本不含硫顆粒。
[0025]隨著捕硫網8沉積硫的逐漸增多，氣體有效流通面積降低，捕硫網8兩側差壓將逐漸增大，通過壓力傳感器13和差壓傳感器14檢測筒體I內壓力和壓差，當監測到捕硫網8兩側的差壓達到一定程度時，關閉進氣控制閥20，打開放空控制閥16後關閉出氣控制閥17，將筒體I內的殘留的高含硫天然氣排放至站場上的火炬放空系統。
[0026]當筒體I上的壓力傳感器壓力13顯示容器內壓力降低到OMPa (表壓)左右時，表明容器內的高含硫天然氣已基本排放乾淨。關閉放空控制閥16，對電加熱膜12和捕硫網8進行通電加熱，通過溫度傳感器15監測筒體I內溫度。當筒體I內溫度達到硫融點時，筒體I內捕集到的固態沉積硫將發生融化，捕硫網8中的固態硫發生相變成為液態，沿折流傘9回流至筒體I的底部。當沉積的固態硫完全融化後，打開注氮管線6上的氮氣控制閥18進行排硫作業。氮氣是一種惰性氣體，能夠顯著降低筒體I內殘餘含硫天然氣爆炸極限，防止火災、爆炸事故的發生。在注氮氣過程中，筒體I內壓力逐漸升高，當壓力達到0.3MPa左右時，打開液硫排放管線7上的液硫控制閥門19，將液態硫加注到液硫回收罐車。
[0027]上筒蓋2頂部設有安全閥22，一旦誤操作導致容器超壓，安全閥22開啟，高含硫天然氣通過天然氣排空管線4進入站場火炬放空系統，而不會發生超壓所導致的容器爆裂和天然氣洩漏。
[0028]在應用中，本發明可以採用兩套裝置並行布置，其中一套用於在線誘發元素硫發生沉積，另一套用於加熱清空所收集的沉積硫，在下一時間段兩套裝置相互切換，不影響正常生產。為了進一步硫沉積控制效果，可根據捕集深度的需要，本發明可以採用多級串聯布置，以增強硫沉積誘發及捕集效果。
【權利要求】
1.一種集輸系統硫沉積誘發捕集裝置，包括筒體(I)、上筒蓋(2)、下筒蓋(3)，其特徵在於:上筒蓋(2)、下筒蓋(3)分別和筒體(I)上、下端相連構成一封閉容器，上筒蓋(I)設有天然氣排空管線(4)，天然氣出口管線(5)，注氮管線(6)以及安全閥(22);下筒蓋(2)設有液硫排放管線(7);筒體內部上方安裝有捕硫網(8)，捕硫網(8)下方安裝有折流傘(9)；折流傘(9)下方的筒體(I)的側壁上設有節流噴嘴(11)，節流噴嘴(11)入口端接天然氣進口管線(10)。
2.根據權利要求1所述的一種集輸系統硫沉積誘發捕集裝置，其特徵在於:所述的捕硫網(8)為絲網狀金屬材料，通過導線(21)與外接電源相連。
3.根據權利要求1所述的一種集輸系統硫沉積誘發捕集裝置，其特徵在於:所述的筒體(I)的外壁安裝有壓力傳感器(13)，差壓傳感器(14)，溫度傳感器(15);所述的差壓傳感器(14)的兩個引壓點分別位於筒體(I)中捕硫網(8)的上下兩側；所述的溫度傳感器(15)的測溫點位於捕硫網(8)的中心。
4.根據權利要求1所述的一種集輸系統硫沉積誘發捕集裝置，其特徵在於:所述的天然氣排空管線(4)、天然氣出口管線(5)、注氮管線(6)、液硫排放管線(7)以及天然氣進口管線(10)均設有控制閥。
5.根據權利要求1所述的一種集輸系統硫沉積誘發捕集裝置，其特徵在於:所述的節流噴嘴(11)的流道為漸縮型，節流噴嘴(11)出口外側內壁與筒體(I)的內壁相切，節流噴嘴(11)的軸線與水平方向夾角為5°?25°。
6.根據權利要求1所述的一種集輸系統硫沉積誘發捕集裝置，其特徵在於:所述的筒體(I)為圓柱形，上筒蓋(2 )和下筒蓋(3 )為半球形，其外壁均包覆有電加熱膜(12)。
7.根據權利要求1所述的一種集輸系統硫沉積誘發捕集裝置，其特徵在於:所述的安全閥(22)的出口與放空控制閥(16)下遊的天然氣排空管線(4)相連通。
【文檔編號】B01D51/10GK103566701SQ201310401081
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年9月6日 優先權日:2013年9月6日
【發明者】梁法春, 陳婧, 王金龍 申請人:中國石油大學(華東)