一种用于天然气的动态模拟系统及方法
阅读说明：本技术 一种用于天然气的动态模拟系统及方法 (Dynamic simulation system and method for natural gas ) 是由 王勇 杨光 豆锋 张新友 廖烜华 李国明 张玉玺 王浩 郑静 张会平 于 2020-07-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及天然气技术领域,具体涉及一种用于天然气的动态模拟系统及方法,通过原料天然气进入天然气分离单元进行分离,分离的气体通过天然气分离单元的气体出口进入天然气冷却单元进行冷却,天然气分离单元分离出的液体通过管路进入第二混合器,天然气冷却单元内的液体也通过管路进入第二混合器,通过第二混合器混合后进入重烃分离单元进行分离,然后得到气体轻烃,分离的液体进入下游管路进行处理,液位控制器控制天然气分离单元内的液位,温度控制器和压力控制器控制天然气冷却单元的温度及压力,进而完成了天然气的回收及处理,进而实现实际天然气回收处理系统的动态操作,节省了实际天然气回收处理系统的动态操作的人工投入及成本投入。(The invention relates to the technical field of natural gas, in particular to a dynamic simulation system and a dynamic simulation method for natural gas, which are characterized in that raw natural gas enters a natural gas separation unit for separation, the separated gas enters a natural gas cooling unit for cooling through a gas outlet of the natural gas separation unit, liquid separated by the natural gas separation unit enters a second mixer through a pipeline, liquid in the natural gas cooling unit also enters the second mixer through the pipeline, the liquid is mixed by the second mixer and then enters a heavy hydrocarbon separation unit for separation, then gas light hydrocarbon is obtained, the separated liquid enters a downstream pipeline for treatment, a liquid level controller controls the liquid level in the natural gas separation unit, a temperature controller and a pressure controller control the temperature and the pressure of the natural gas cooling unit, thereby completing the recovery and the treatment of the natural gas and further realizing the dynamic operation of an actual natural gas recovery treatment system, the labor investment and the cost investment of the dynamic operation of the actual natural gas recovery processing system are saved.)
技术领域
本发明涉及天然气技术领域，具体涉及一种用于天然气的动态模拟系统及方法。
背景技术
一般情况下，天然气的模拟工况是在稳态系统下进行，通过输入天然气的组分、流量、温度和压力，经过一系列的管道、容器、塔器、泵等设备实现天然气的水露点，实现管输要求。但是，现场工况复杂，天然气气量会出现瞬时波动等不可控因素，由于目前国内一般从事的都是天然气稳态研究，对于动态的模拟系统方法缺少系统地研究。本发明的目的就是提供一种天然气的动态模拟系统及方法。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供了一种用于天然气的动态模拟系统及方法，尤其是具有通过加入液位控制器、温度控制器、压力控制器从而实现整个系统中的动态操作，节省人工及成本特点。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种用于天然气的动态模拟系统，包括
天然气分离单元，包括分离后的气体出口和液体出口；
液位控制器，液位控制器设置在天然气分离单元内；
天然气冷却单元，包括天然气冷却单元入口和天然气冷却单元出口，天然气冷却单元入口通过管路与天然气分离单元的气体出口连通；
温度控制器，温度控制器设置在天然气冷却单元内；
压力控制器，压力控制器也设置在天然气冷却单元内；
第二混合器，包括第二混合器第一入口、第二混合器第二入口和第二混合器出口，第二混合器的第二混合器第一入口通过管路与天然气冷却单元出口连通，第二混合器的第二混合器第二入口通过管路与天然气分离单元的液体出口连通；
重烃分离单元，包括重烃分离单元入口、重烃分离单元气体出口和重烃分离单元液体出口，重烃分离单元的重烃分离单元入口通过管路与第二混合器的第二混合器出口连通，重烃分离单元分离的气体通过重烃分离单元气体出口排出，重烃分离单元分离的液体通过重烃分离单元液体出口排出。
所述的天然气分离单元包括第一原料气输入管路、第二原料气输入管路、第一节流阀、第一混合器、混合后气体输入管道和气液分离器，第一原料气输入管路和第二原料气输入管路均与第一混合器的入口连通，第一混合器的出口通过混合后气体输入管道与气液分离器连通，所述第一原料气输入管路和第二原料气输入管路上均连接有第一节流阀，所述气液分离器的气体出口通过管路与天然气冷却单元连通，气液分离器的液体出口通过管路与第二混合器的第二混合器第二入口连通，所述气液分离器与第二混合器连通的管路上还连接有第二节流阀，第二节流阀与气液分离器之间还并联有液位控制器。
所述的天然气冷却单元包括第一冷却器、第二冷却器、低温分离器和第三节流阀，第一冷却器入口通过管路与气液分离器的气体出口连通，第一冷却器出口通过管线与第二冷却器的入口连通，第二冷却器的出口通过管线与低温分离器连通，低温分离器的气体出口通过管线与第一冷却器连通后通过管线将气体输送至下游管路，低温分离器的液体出口通过管路与第二混合器的第二混合器第一入口连通，第三节流阀连接在低温分离器的液体出口与第二混合器的第二混合器第一入口连通的管路上，所述第二冷却器与低温分离器连通的管路上还并联有温度控制器，低温分离器与第三节流阀之间还并联有压力控制器。
所述的重烃分离单元包括第四节流阀、加热器和精馏塔，加热器一端通过管路与第二混合器的第二混合器出口连通，第四节流阀连接在加热器与第二混合器的第二混合器出口连通的管路上，加热器的另一端通过管路与精馏塔连通，精馏塔的气体出口通过管路连接有冷凝机构，气体通过冷凝机构后进入下游管路，精馏塔的液体出口通过管路连接有升温机构，精馏塔的液体出口排出的液体通过升温机构后通过管路进入下游管路。
所述的冷凝机构包括冷凝器和第五节流阀，精馏塔的气体出口通过管路与冷凝器的入口连通，冷凝器液体出口还通过管路与精馏塔连通，冷凝器气体出口通过管路与下游管路连通，第五节流阀连接在冷凝器气体出口与下游管路连通的管路上。
所述的升温机构为重沸器，精馏塔的液体出口通过管路与重沸器的入口连通，重沸器的气体出口通过管路还与精馏塔连通，重沸器的液体出口通过管路与下游管路连通。
一种用于天然气的动态模拟系统方法包括上述任意一项所述的一种用于天然气的动态模拟系统，包括以下步骤
步骤一：原料天然气通过天然气分离单元进行分离，液位控制器控制天然气分离单元内分离的液体液位；
步骤二：在步骤一的基础上，天然气分离单元分离出的气体进入天然气冷却单元进行冷却，天然气冷却单元通过温度控制器和压力控制器控制天然气冷却单元的温度及压力；
步骤三：在步骤二的基础上，将步骤一中分离出的液体与步骤二中的液体通过第二混合器进行混合，然后混合后的液体进入重烃分离单元进行分离得到气体轻烃，分离的液体进入下游管路进行处理。
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明通过原料天然气进入天然气分离单元进行分离，分离的气体通过天然气分离单元的气体出口进入天然气冷却单元进行冷却，天然气分离单元分离出的液体通过管路进入第二混合器，天然气冷却单元内的液体也通过管路进入第二混合器，通过第二混合器混合后进入重烃分离单元进行分离，然后得到气体轻烃，分离的液体进入下游管路进行处理，液位控制器控制天然气分离单元内的液位，温度控制器和压力控制器控制天然气冷却单元的温度及压力，进而完成了天然气的回收及处理，同时通过本发明的天然气的动态模拟系统对天然气的回收及处理进行动态操作，进而实现实际天然气回收处理系统的动态操作，节省了实际天然气回收处理系统的动态操作的人工投入及成本投入。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的动态模拟系统结构示意图。
图中：1-第一原料气输入管路、2-第二原料气输入管路、3-第一节流阀、4-第一混合器、5-混合后气体输入管道、6-气液分离器、7-第二节流阀、8-第一冷却器、9-第二冷却器、10-低温分离器、11-第三节流阀；12-第二混合器、13-第四节流阀、14-加热器、15-精馏塔、16-第五节流阀、17-气体出口、18-液体出口、19-液位控制器、20-温度控制器、21-压力控制器。
具体实施方式
实施例1:
参照图1，是本发明实施例1的结构示意图，一种用于天然气的动态模拟系统，包括
天然气分离单元，包括分离后的气体出口和液体出口；
液位控制器19，液位控制器19设置在天然气分离单元内；
天然气冷却单元，包括天然气冷却单元入口和天然气冷却单元出口，天然气冷却单元入口通过管路与天然气分离单元的气体出口连通；
温度控制器20，温度控制器20设置在天然气冷却单元内；
压力控制器21，压力控制器21也设置在天然气冷却单元内；
第二混合器12，包括第二混合器第一入口、第二混合器第二入口和第二混合器出口，第二混合器12的第二混合器第一入口通过管路与天然气冷却单元出口连通，第二混合器12的第二混合器第二入口通过管路与天然气分离单元的液体出口连通；
重烃分离单元，包括重烃分离单元入口、重烃分离单元气体出口和重烃分离单元液体出口，重烃分离单元的重烃分离单元入口通过管路与第二混合器12的第二混合器出口连通，重烃分离单元分离的气体通过重烃分离单元气体出口排出，重烃分离单元分离的液体通过重烃分离单元液体出口排出。
实际使用时：原料天然气进入天然气分离单元进行分离，分离的气体通过天然气分离单元的气体出口进入天然气冷却单元进行冷却，天然气分离单元分离出的液体通过管路进入第二混合器12，天然气冷却单元内的液体也通过管路进入第二混合器12，通过第二混合器12混合后进入重烃分离单元进行分离，然后得到气体轻烃，分离的液体进入下游管路进行处理，液位控制器19控制天然气分离单元内的液位，温度控制器20和压力控制器21控制天然气冷却单元的温度及压力，进而完成了天然气的回收及处理，同时通过本发明的天然气的动态模拟系统对天然气的回收及处理进行动态操作，进而实现实际天然气回收处理系统的动态操作，节省了实际天然气回收处理系统的动态操作的人工投入及成本投入。
实施例2:
与实施例1相比，本实施例的不同之处在于：所述的天然气分离单元包括第一原料气输入管路1、第二原料气输入管路2、第一节流阀3、第一混合器4、混合后气体输入管道5和气液分离器6，第一原料气输入管路1和第二原料气输入管路2均与第一混合器4的入口连通，第一混合器4的出口通过混合后气体输入管道5与气液分离器6连通，所述第一原料气输入管路1和第二原料气输入管路2上均连接有第一节流阀3，所述气液分离器6的气体出口通过管路与天然气冷却单元连通，气液分离器6的液体出口通过管路与第二混合器12的第二混合器第二入口连通，所述气液分离器6与第二混合器12连通的管路上还连接有第二节流阀7，第二节流阀7与气液分离器6之间还并联有液位控制器19。
实际使用时：不同组分的原料天然气通过第一原料气输入管路1和第二原料气输入管路2进入第一混合器4进行混合，第一原料气输入管路1和第二原料气输入管路2输入不同组分的原料天然气的流量通过第一节流阀3控制调节，通过第一混合器4混合后的原料天然气通过混合后气体输入管道5进入液分离器6进行分离，分离的气体进入天然气冷却单元，分离的液体通过管路进入第二混合器12，液分离器6内分离后液体的液位通过液位控制器19进行控制第二节流阀7的开关，当液分离器6的液位高于设置液位范围时，液位控制器19控制第二节流阀7开大液分离器6与第二混合器12连通管路内分离液体流量，当液分离器6的液位低于设置液位范围时，液位控制器19控制第二节流阀7关小液分离器6与第二混合器12连通管路内分离液体流量，液分离器6内的液位范围进行提前的预设，然后通过液位控制器19控制第二节流阀7的开关保证液分离器6内的液位始终保持在预设的液位范围内。
其中第一原料气输入管路1中的原料天然气1的组分见表1；
原料天然气1组分表1
其中第一原料气输入管路2中的原料天然气2的组分见表2；
原料天然气2组分表2
实施例3:
与实施例2相比，本实施例的不同之处在于：所述的天然气冷却单元包括第一冷却器8、第二冷却器9、低温分离器10和第三节流阀11，第一冷却器8入口通过管路与气液分离器6的气体出口连通，第一冷却器8出口通过管线与第二冷却器9的入口连通，第二冷却器9的出口通过管线与低温分离器10连通，低温分离器10的气体出口通过管线与第一冷却器8连通后通过管线将气体输送至下游管路，低温分离器10的液体出口通过管路与第二混合器12的第二混合器第一入口连通，第三节流阀11连接在低温分离器10的液体出口与第二混合器12的第二混合器第一入口连通的管路上，所述第二冷却器9与低温分离器10连通的管路上还并联有温度控制器20，低温分离器10与第三节流阀11之间还并联有压力控制器21。
实际使用时：从天然气分离单元分离的气体进入第一冷却器8进行第一次冷却然后在进入第二冷却器9进行第二次冷却，经过两次冷却的气体进入低温分离器10进行分离，低温分离器10内气体的温度通过温度控制器20进行控制，当低温分离器10的温度高于设定值时，温度控制器20控制调节第二冷却器9进行温度调节达到预设值，通过低温分离器10分离后的气体通过第一冷却器8冷却后进入下游管路，分离的液体通过低温分离器10的液体出口及所连接的管路进入第二混合器12与天然气分离单元分离液体进行混合，混合后的液体通过管路进入重烃分离单元，低温分离器10内的压力通过压力控制器21控制第三节流阀11的开关，当低温分离器10内的压力大于预设压力范围时，压力控制器21控制第三节流阀11开大低温分离器10与第二混合器12管路内的流量，当低温分离器10内的压力小于预设压力范围时，压力控制器21控制第三节流阀11关小低温分离器10与第二混合器12管路内的流量，低温分离器10内的压力范围进行提前的预设，然后通过压力控制器21控制第三节流阀11的开关保证低温分离器10内的压力始终保持在预设的压力范围内，从而保证整个系统的稳定。
其中低温分离器10分离的气体从第一冷却器8排出的气体组分见表3；
第一冷却器8排出气体组分表3
实施例4:
与实施例1相比，本实施例的不同之处在于：所述的重烃分离单元包括第四节流阀13、加热器14和精馏塔15，加热器14一端通过管路与第二混合器12的第二混合器出口连通，第四节流阀13连接在加热器14与第二混合器12的第二混合器出口连通的管路上，加热器14的另一端通过管路与精馏塔15连通，精馏塔15的气体出口通过管路连接有冷凝机构，气体通过冷凝机构后进入下游管路，精馏塔15的液体出口通过管路连接有升温机构，精馏塔15的液体出口排出的液体通过升温机构后通过管路进入下游管路。
进一步的所述的冷凝机构包括冷凝器和第五节流阀16，精馏塔15的气体出口通过管路与冷凝器的入口连通，冷凝器液体出口还通过管路与精馏塔15连通，冷凝器气体出口通过管路与下游管路连通，第五节流阀16连接在冷凝器气体出口与下游管路连通的管路上。
进一步的所述的升温机构为重沸器，精馏塔15的液体出口通过管路与重沸器的入口连通，重沸器的气体出口通过管路还与精馏塔15连通，重沸器的液体出口通过管路与下游管路连通。
实际使用时：通过第二混合器12混合后的液体通过第四节流阀13和加热器14加热后进入精馏塔15进行精馏，气体通过精馏塔15的气体出口进入冷凝器，然后通过气体出口17进入下游管路，第五节流阀16控制气体的流出开关，液体通过精馏塔15的液体出口进入重沸器，重沸器内的气体再次进入精馏塔15进行精馏，液体通过液体出口18即重沸器的液体出口进入下游管路。
其中气体出口17处气相的组分见表4；
气体出口17处气相组分表4
其中液体出口18处液相的组分见表5；
液体出口18处液相组分表5
通过上述实施例中表1到表5的对比发现，经过本发明的天然气动态模拟控制系统运行，原料天然气1和原料天然气2经过该系统处理后，冷却器8后面的下游气体组分以C1、C2、C3为主。气体出口17的气体组分以C1、C2、C3为主，还有少量的iC4。液体出口18处液相组分以C3、iC4、nC4为主，也就是说主要是轻烃即液化天然气组分。因此使用本发明的动态模拟系统有效地实现了天然气的回收和处理。
实施例5:
一种用于天然气的动态模拟系统方法包括上述实施例1-4任意一项所述的一种用于天然气的动态模拟系统，包括以下步骤
步骤一：原料天然气通过天然气分离单元进行分离，液位控制器19控制天然气分离单元内分离的液体液位；
步骤二：在步骤一的基础上，天然气分离单元分离出的气体进入天然气冷却单元进行冷却，天然气冷却单元通过温度控制器20和压力控制器21控制天然气冷却单元的温度及压力；
步骤三：在步骤二的基础上，将步骤一中分离出的液体与步骤二中的液体通过第二混合器12进行混合，然后混合后的液体进入重烃分离单元进行分离得到气体轻烃，分离的液体进入下游管路进行处理。
进一步的原料天然气通过第一原料气输入管路1的温度为15.56℃，压力为4171kPa与第二原料气输入管路2的温度为15.76℃，压力为4171kPa，进入第一混合器4，出来混合后气体输入管道5内的天然气的温度为15.41℃，压力为4133kPa，进入气液分离器6进行气液分离。分离后的气体温度为15.41℃，压力为4133kPa，进入气体第一冷却器8进行冷却。冷却后气体温度为7.2℃，压力为4065kPa，进入气体第二冷却器9再次冷却，冷却后天然气进入低温分离器10的气相温度为-14.5℃，压力为3999kPa，低温分离器10内的气体再次进入换热器8，给低温分离器10内的气体提供冷量，冷却后的天然气温度为8.1℃，压力为3930kPa，最后通过管路将冷却后的气体输送进入下油管路；
气液分离器6出来的液体温度为15.41℃，压力为4133kPa，经过第二节流阀7节流后，液体温度为14.83℃，压力为3984kPa与从低温分离器10出来的液体温度为-14.55℃，压力为3999kPa经过第三节流阀11节流后温度为-14.62℃，压力为3984kPa的液体一起混合进入混合器12；
从混合器12出来的液体温度为-3.14℃，压力为3984kPa进入第四节流阀13进行节流，节流后液体温度为-20.29℃，压力为1462kPa再进入加热器14加热，加热后液体温度为-4.04℃，压力为1400kPa进入精馏塔进行二次精馏；
天然气凝液在精馏塔15内进行精馏。塔内压力控制在1397kPa～1402kPa之间，塔顶回流比设为1，塔顶丙烷的摩尔分数设为0.02，精馏塔底温度控制在88℃。天然气凝液在精馏塔内充分的精馏后，出来的液体主要是丁烷，温度为82.1℃，压力为1230kPa。精馏塔顶出来的气体温度为10.91℃，压力为1397kPa，进入第四节流阀16，节流后天然气温度为10.46℃，压力为1362kPa。
通过上述方法使用天然气的动态模拟系统有效地实现了天然气的回收和处理，同时天然气的动态模拟系统对天然气的回收及处理进行动态操作，进而实现实际天然气回收处理系统的动态操作，节省了实际天然气回收处理系统的动态操作的人工投入及成本投入。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细的说明，但本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，其都在该技术的保护范围内。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。