一种天然气井高压集气站的节流加热系统及方法
阅读说明：本技术 一种天然气井高压集气站的节流加热系统及方法 (Throttling heating system and method for high-pressure gas gathering station of natural gas well ) 是由 程世东 李永清 李永长 陈荣环 李珍 张彬 李丽 操红梅 李曙华 于 2020-11-25 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种天然气井高压集气站的节流加热系统及方法,该系统包括进站总机关、供电设备和叶轮膨胀机,所述进站总机关的一端通过进气管线连接有一个或至少两个并联设置的天然气单井,进站总机关的另一端通过出气管线与叶轮膨胀机连通,所述出气管线上设置有电加热装置。叶轮膨胀机与供电设备相连,供电设备为电伴热带供电,电伴热带通过出气管线与天然气进行热交换,完成气体的压力能转换为气体的热能。本发明原理简单、配件少、成本低、维护工作量低、占地面积小,特别适合多井高压常温集气工艺,可实现集气站内对天然气进行节流降压及加热功能,满足高压集气工艺要求,降低集气过程中能量消耗及运行成本。(The invention provides a throttling heating system and a throttling heating method for a high-pressure gas gathering station of a natural gas well. The impeller expander is connected with power supply equipment, the power supply equipment supplies power to the electric tracing band, and the electric tracing band exchanges heat with natural gas through the gas outlet pipeline to convert pressure energy of the gas into heat energy of the gas. The invention has simple principle, few accessories, low cost, low maintenance workload and small occupied area, is particularly suitable for a multi-well high-pressure normal-temperature gas collection process, can realize the functions of throttling, depressurizing and heating natural gas in a gas collection station, meets the requirements of the high-pressure gas collection process, and reduces the energy consumption and the operation cost in the gas collection process.)
技术领域
本发明涉及天然气集输领域，特别涉及一种天然气井高压集气站的节流加热系统及方法。
背景技术
天然气生产过程中，井口压力很高，一般可达20MPa～70MPa，个别气井的井口压力甚至高达100MPa以上。天然气在采出过程中温度大幅度下降，接近常温，压力也有一定程度的降低。但温度下降带来的饱和含水量下降幅度远大于压力降低带来的含水量上升幅度，降温降压的最终结果是天然气在采出过程中有凝析水析出并由高速流动的气流带出地面。液相水的存在为腐蚀作用的发生提供了条件。天然气在降低温度的过程中，还会在常温下与水形成冰雪状的水合物，阻塞气体流动通道，影响集输生产的连续进行。
一般来讲，气田集输管网的压力可分为高压、中压和低压三种。
长庆气区的某气田，井口天然气不加热不节流，高压天然气直接进入集气站，采气管线最高运行压力为25MPa，集气支干线最高运行压力为6.0MPa。因此，采取集气站（是指对气井天然气进行收集、调压、分离、计量等作业的场所）进行多井加热节流，压力降低至6.2MPa，形成了以“高压集气、集中注醇、多井加热、间歇计量、小站脱水、集中净化”为主体技术的“靖边模式”，从应用情况来看，该模式工艺取得了成功，效果显著；但从能量利用观点分析来看，这种方法显然不合理：一是高压天然气经集气站内节流阀降压后，高压能量未得到充分利用，而是浪费在节流阀上；二是为使气体流动温度保持在水合物的生成温度以上，需对节流阀前的天然气加热，又需消耗额外能量。
近年来，从世界范围来看天然气管道输送压力越来越高。天然气管网的压力远高于用户所需的压力，蕴藏有大量的压力能。因此，亟需一种能利用高压气体自身能量，实现高压天然气的站内节流加热生产工艺，以降低运行成本，达到节能降耗的目的。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题和不足，本发明提供一种天然气井高压集气站的节流加热系统及方法。
本发明采用的技术方案为：
一种天然气井高压集气站的节流加热系统，包括进站总机关、供电设备和叶轮膨胀机；
所述进站总机关的一端通过进气管线连接有一个或至少两个并联设置的天然气单井，进站总机关的另一端通过出气管线与叶轮膨胀机连通，所述出气管线上设置有电加热装置；
所述电加热装置、叶轮膨胀机分别与供电设备连接。
所述供电设备包括发电机与蓄电池组，叶轮膨胀机与发电机连接，发电机发电并储存电量至蓄电池组中，蓄电池组与电加热装置电连接。
进一步地，所述发电机与叶轮膨胀机同轴连接。
进一步地，所述电加热装置为电伴热带。
具体地，所述电伴热带沿出气管线长度方向缠绕在出气管线外壁上。
进一步地，所述电伴热带采用导电塑料材料制成，将导电塑料接通电源后电流由一根线芯经过导电的导电塑料到另一线芯而形成回路。
一种天然气井高压集气站的节流加热方法，包括以下步骤：
S1，高压气体从天然气单井经进气管线进入集气站的进站总机关，经进站总机关收集后进入出气管线；
S2，开启供电设备为电加热装置供电，电加热装置通电后对出气管线进行加热；
S3，加热后的气体进入叶轮膨胀机，驱动叶轮膨胀机旋转；
S4，经叶轮膨胀机喷嘴流出的气体再气体处理工艺处理并完成外输。
进一步地，所述S1中所述的高压气体为压力大于6.4MPa。
进一步地，所述S3中，加热后的气体进入叶轮膨胀机，驱动叶轮膨胀机旋转，带动了与叶轮膨胀机在同一轴上的发电机转动发电并将电能储存至蓄电池组，蓄电池组的电能一部分用于电加热装置在叶轮膨胀机前对出气管线进行加热，另一部分供给站内其它电力设备。
本发明的有益效果为：
1.本发明的原理简单、配件少、成本低、维护工作量低、占地面积小，特别适合多井高压常温集气工艺，可实现集气站内对天然气进行节能降耗及加热功能。
2.本发明可代替站内节流阀节流降压、加热炉加热的工艺系统，将集输管网高压天然气的压力势能转化为介质加热所需的热能，充分利用集输系统能量的同时，避免了能量的浪费及投入，具有很好的应用前景。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚的了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的设计方案和附图。
图1为所述天然气井高压集气站的节流加热系统的结构示意图。
附图标记说明：
1、进站总机关；2、电加热装置；3、供电设备；4、叶轮膨胀机；5、天然气单井。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。
实施例1：
本实施例提供了天然气井高压集气站的节流加热系统，如图1所示，包括进站总机关1、供电设备3和叶轮膨胀机4；所述进站总机关1的一端通过进气管线连接有一个或至少两个并联设置的天然气单井5，进站总机关1的另一端通过出气管线与叶轮膨胀机4连通，所述出气管线上设置有电加热装置2；所述电加热装置2、叶轮膨胀机4分别与供电设备3连接。
所述天然气井高压集气站的节流加热系统的工作过程如下：
高压气体从天然气单井经进气管线进入集气站的进站总机关1，经进站总机关1收集后，先后分别进入电加热装置2、叶轮膨胀机4，再经气体处理工艺并完成外输。其中，叶轮膨胀机4与供电设备3的发电机相连，发电机发电并储存电量至供电设备3的蓄电池组中，蓄电池组为电加热装置2供电，电加热装置2通过出气管线与天然气进行热交换，完成气体的压力能转换为气体的热能。电加热装置2可补充下游叶轮膨胀机4因节流损失的气体热能，达到对出气管线内天然气介质升温、保温或防冻等站内所需正常工作要求。
本发明所述的天然气井高压集气站的节流加热系统是一种利用气田高压集输管网能量的工艺系统，实现集气站节流降压及介质加热功能，满足高压集气工艺要求，降低集气过程中能量消耗及运行成本。
实施例2：
在上述实施例的基础上，进一步地，所述的供电设备3包括发电机与蓄电池组，叶轮膨胀机4与发电机连接，发电机发电并储存电量至蓄电池组中，蓄电池组与电加热装置2电连接。
需要进一步说明的是，所述发电机与叶轮膨胀机4同轴连接。高压天然气经站内总机关收集后，通过出气管线输送至叶轮膨胀机并驱动其叶轮高速旋转，从而带动发电机发电并将电能储存至蓄电池组，蓄电池组的电能一部分用于电加热装置2（电伴热带）在叶轮膨胀机前对气体管线进行加热，另一部分供给站内其它电力设备。
叶轮膨胀机是利用高压气体膨胀降压时向外输出机械功使气体温度降低的原理以获得能量的机械。叶轮膨胀机的主要工作在喷嘴及叶轮中完成，当高速的气体通过叶轮通道时，由于叶轮高速转动，使气体速度很快下降。同时，气体在不断变大的通道中流动时，因为压力与速度下降使气体内能降低，气体温度进一步降低。由于膨胀机叶轮的飞速转动，带动了与膨胀机叶轮在同一轴上另一端的发电机转动发电。叶轮膨胀机既可起发电动力源，又可通过调节叶轮角度与数量调节流量，起到降压的作用。
实施例3：
在实施例1的基础上，进一步地，所述的电加热装置2为电伴热带。
进一步地，所述电伴热带采用导电塑料材料（PTC材料）制成，将导电塑料接通电源后电流由一根线芯经过导电的导电塑料到另一线芯而形成回路。电能使电伴热带升温，其电阻随即增加，当电伴热带温度升至某值之后，使导电材料升温，其电阻随即增加，当芯带温度升至某值之后，电阻大到几乎阻断电流的程度，其温度不再升高，同时电伴热带向温度较低的被加热体系传热。
在本实施例中，具体地，所述电伴热带沿出气管线长度方向缠绕在出气管线外壁上，可补充下游叶轮膨胀机因节流损失的气体热能，达到对管线内天然气介质升温、保温或防冻等站内所需正常工作要求。
实施例4：
本实施例提供了一种天然气井高压集气站的节流加热方法，包括以下步骤：
S1，高压气体从天然气单井5经进气管线进入集气站的进站总机关1，经进站总机关1收集后进入出气管线；
S2，开启供电设备3为电加热装置2供电，电加热装置2通电后对出气管线进行加热；
S3，加热后的气体进入叶轮膨胀机4，驱动叶轮膨胀机4旋转；
S4，经叶轮膨胀机4喷嘴流出的气体再气体处理工艺处理并完成外输。
进一步地，所述S1中所述的高压气体为压力大于6.4MPa。
进一步地，所述S3中，加热后的气体进入叶轮膨胀机4，驱动叶轮膨胀机4旋转，带动了与叶轮膨胀机4在同一轴上的发电机转动发电并将电能储存至蓄电池组，蓄电池组的电能一部分用于电加热装置2在叶轮膨胀机4前对出气管线进行加热，另一部分供给站内其它电力设备。
本发明的工艺原理为：高压气体从天然气单井经进气管线进入集气站的进站总机关1，经进站总机关1收集后，先后分别进入电伴热带、叶轮膨胀机4，再经气体处理工艺并完成外输。其中，叶轮膨胀机4与供电设备3的发电机相连，发电机发电并储存电量至供电设备3的蓄电池组中，蓄电池组为电伴热带供电，电伴热带通过出气管线与天然气进行热交换，完成气体的压力能转换为气体的热能。
综上所述，本发明的工艺原理简单、配件少、成本低、维护工作量低、占地面积小，特别适合多井高压常温集气工艺，可实现集气站内对天然气进行节能降耗及加热功能。
本发明所述的天然气井高压集气站的节流加热系统可代替站内节流阀节流降压、加热炉加热的工艺系统，将集输管网高压天然气的压力势能转化为介质加热所需的热能，充分利用集输系统能量的同时，避免了能量的浪费及投入，具有很好的应用前景。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
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