節(jié)流裝置和使用該節(jié)流裝置進(jìn)行節(jié)流的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用在氣田井口處進(jìn)行氣體節(jié)流的節(jié)流裝置以及使用該節(jié)流裝置進(jìn)行節(jié)流的方法。所述節(jié)流裝置包括用于接受待節(jié)流的氣體的渦流管，其包括用于輸出冷流部分的冷端和用于輸出熱流部分的熱端；用于從熱端中接受熱流部分的熱流管路；用于從冷端中接受冷流部分的至少兩個(gè)冷流管路，在各冷流管路中設(shè)有換熱器，換熱器設(shè)置成能夠接收來自熱流管路的熱量以對(duì)冷流部分進(jìn)行加熱；和輸出管路，其與熱流管路和各個(gè)冷流管路相連，用于輸出熱流部分和冷流部分的混合氣。通過控制氣流在冷熱段的流量分配，可以使最終混合氣體的溫度高于天然氣水合物的生成溫度，達(dá)到取消加熱爐，節(jié)省了燃料和人力的目的。
【專利說明】節(jié)流裝置和使用該節(jié)流裝置進(jìn)行節(jié)流的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種節(jié)流裝置，特別是一種用在氣田井口處進(jìn)行氣體節(jié)流的節(jié)流裝置。本發(fā)明還涉及使用該節(jié)流裝置進(jìn)行節(jié)流的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]天然氣高壓氣田開采中，氣井井口壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于集輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力。因此，天然氣在集輸前必須進(jìn)行節(jié)流減壓。然而，伴隨節(jié)流過程的降溫現(xiàn)象，容易導(dǎo)致產(chǎn)生水合物發(fā)生凍堵。為防止水合物發(fā)生凍堵現(xiàn)象，生產(chǎn)上通常采用加熱節(jié)流的集輸工藝。但加熱集輸需要消耗約1%左右的天然氣，并且要考慮安全和維護(hù)問題。
[0003]通常采用的加熱節(jié)流的集輸工藝的方法有加熱節(jié)流法、注醇類水合物抑制劑法，以及井下節(jié)流法。
[0004]加熱節(jié)流法是在井口或集氣站設(shè)加熱爐，使天然氣運(yùn)行溫度高于水合物形成溫度，從而防止水合物的生成。然而，加熱集輸需要消耗天然氣，存在一定的安全隱患。另外，加熱爐的設(shè)置通常按照投產(chǎn)初期的壓力和流量設(shè)計(jì)。隨著井口壓力和溫度的下降，實(shí)際需要的熱負(fù)荷下降，這會(huì)造成加熱爐效率降低。
[0005]上述加熱節(jié)流法存在需要消耗大量的燃料，且需定期進(jìn)行人工維護(hù)的缺陷。
[0006]因此，需要一種用于氣田井口進(jìn)行氣體節(jié)流的節(jié)流裝置，其不僅能節(jié)省大量的燃料，而且能節(jié)省定期進(jìn)行人工維護(hù)的成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種節(jié)流裝置，該節(jié)流裝置是一種用在氣田井口處進(jìn)行氣體節(jié)流的節(jié)流裝置，以及使用該節(jié)流裝置進(jìn)行節(jié)流的方法。該節(jié)流裝置能夠省去現(xiàn)有技術(shù)中的井口節(jié)流加熱爐，從而節(jié)省了大量的燃料；此外還節(jié)省了定期進(jìn)行人工維護(hù)的成本。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出了一種用于在氣田井口處進(jìn)行氣體節(jié)流的節(jié)流裝置，包括:
[0009]用于接受待節(jié)流的氣體的渦流管，其包括用于輸出冷流部分的冷端和用于輸出熱流部分的熱端；
[0010]用于從所述熱端中接受所述熱流部分的熱流管路；
[0011]用于從所述冷端中接受所述冷流部分的至少兩個(gè)冷流管路，在各所述冷流管路中設(shè)有換熱器，所述換熱器設(shè)置成能夠接收來自所述熱流管路的熱量以對(duì)所述冷流部分進(jìn)行加熱；和
[0012]輸出管路，其與所述熱流管路和各個(gè)所述冷流管路相連，用于輸出熱流部分和冷流部分的混合氣。
[0013]在一個(gè)實(shí)施例中，所述熱流部分和冷流部分之間的流量比為3:7到7: 3，優(yōu)選為1:1。
[0014]在一個(gè)實(shí)施例中，所述熱流管路和各所述冷流管路均設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥。
[0015]在一個(gè)實(shí)施例中，在所述渦流管之前設(shè)有用于從待節(jié)流的氣體中分離雜質(zhì)的分離器。
[0016]在一個(gè)實(shí)施例中，所述輸出管路設(shè)有傳感器，其用于檢測(cè)所述混合氣的壓力和/或溫度，并僅在所述壓力和/或溫度大于預(yù)先設(shè)定的相應(yīng)的壓力閾值和/或溫度閾值的情況下才允許所述混合氣輸出。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，還提供了一種用于在氣田井口處使用該節(jié)流裝置進(jìn)行氣體節(jié)流的方法，包括以下步驟:
[0018]a)通過渦流管接受待節(jié)流的氣體，該渦流管包括用于輸出冷流部分的冷端和用于輸出熱流部分的熱端；
[0019]b)通過熱流管路從所述熱端中接受所述熱流部分的熱流；
[0020]c)通過至少兩個(gè)冷流管路從所述冷端中接受所述冷流部分的冷流，在各所述冷流管路中設(shè)有換熱器，所述換熱器設(shè)置成能夠接收來自所述熱流管路的熱量以對(duì)所述冷流部分進(jìn)行加熱；
[0021]d)通過與所述熱流管路和各個(gè)所述冷流管路相連的輸出管路，其輸出熱流部分和冷流部分的混合氣。
[0022]在一個(gè)實(shí)施例中，所述熱流部分和冷流部分之間的流量比為3:7到7:3，優(yōu)選為1:1。
[0023]在一個(gè)實(shí)施例中，所述熱流管路和各所述冷流管路均設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥。
[0024]在一個(gè)實(shí)施例中，在所述步驟a)之前還包括將待節(jié)流的氣體引入分離器以從中分離雜質(zhì)的步驟。
[0025]在一個(gè)實(shí)施例中，在所述輸出管路處設(shè)置用于檢測(cè)所述混合氣的壓力和/或溫度的傳感器，并僅在所述壓力和/或溫度大于預(yù)先設(shè)定的相應(yīng)的壓力閾值和/或溫度閾值的情況下才允許所述混合氣輸出。
[0026]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，本發(fā)明的節(jié)流裝置利用了渦流管的特性——結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的能量分離機(jī)械裝置，當(dāng)高壓天然氣經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的渦流管節(jié)流時(shí)，可以分為冷熱兩股流，其中冷端為干氣且溫度很低，與環(huán)境溫度相差很大的冷流，可以比較容易地從空氣中吸收熱量，熱端為高溫濕氣；升溫后的冷流與熱流混合，混合物后外輸溫度高于水合物形成溫度，從而可以實(shí)現(xiàn)不加熱也可有效提高天然氣的外輸溫度的目的；從而能夠省去現(xiàn)有技術(shù)中的井口節(jié)流加熱爐，從而節(jié)省了大量的燃料；而且節(jié)省了定期進(jìn)行人工維護(hù)的成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]在下文中將基于實(shí)施例并參考附圖來對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。其中:
[0028]圖1是本發(fā)明的節(jié)流裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0030]圖1示出了本發(fā)明的節(jié)流裝置結(jié)構(gòu)示意圖。其中，I為分離器，2為渦流管，3、4、5為流量調(diào)節(jié)閥，6、7為換熱器，8為待節(jié)流的氣體，9為經(jīng)過分離雜質(zhì)以后的氣體，10為冷流部分，11為熱流部分，12為輸出管路。
[0031]本發(fā)明的節(jié)流裝置利用了渦流管的特性——結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的能量分離機(jī)械裝置，當(dāng)高壓天然氣經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的渦流管節(jié)流時(shí)，可以分為冷熱兩股流，換熱器設(shè)置成能夠接收來自熱流管路的熱量以對(duì)冷流部分進(jìn)行加熱；從而能夠省去現(xiàn)有技術(shù)中的井口節(jié)流加熱爐，從而節(jié)省了大量的燃料，定期進(jìn)行人工維護(hù)的成本。
[0032]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，熱流部分11和冷流部分10之間的流量比為3:7到7:3，優(yōu)選為1:1。通過控制熱流部分和冷流部分之間的流量比，以使得通過換熱器，能夠充分接收來自熱流管路的熱量以對(duì)冷流部分進(jìn)行加熱，從而節(jié)省了大量的燃料。
[0033]熱流管路和各冷流管路均設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥3、4或5。通過控制設(shè)置在熱流管路和各冷流管路上的流量調(diào)節(jié)閥3、4或5，以使得控制熱流部分和冷流部分之間的流量比達(dá)到最佳，以使得通過換熱器，能夠充分接收來自熱流管路的熱量以對(duì)冷流部分進(jìn)行加熱，從而節(jié)省了大量的燃料。
[0034]本發(fā)明的渦流管可采用本領(lǐng)域公知的渦流管。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，可以使用如美國(guó)專利US05749231A所公開的不凍堵渦流管，該專利通過引用全文結(jié)合于本文中。此外，還可以在如美國(guó)專利US05749231A所公開的不凍堵渦流管結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的改進(jìn)，例如在該渦流管上配備上管閥件和控制部件以實(shí)現(xiàn)節(jié)流加熱自動(dòng)運(yùn)行。
[0035]通過渦流管的控制部件，用于控制壓力范圍，以使得渦流管入口壓力的范圍為4?16MPa ;用于控制氣體流量范圍，以使得引入渦流管內(nèi)待節(jié)流的氣體分別從渦流管冷端/熱端出口流出的冷流/熱流的流量比的范圍為3 / 7?7 / 3;用于控制溫度范圍，以使得冷流的溫度范圍為-66?_6°C，熱流的溫度范圍為-2?50°C ;其中，渦流管包括進(jìn)氣口、冷端出口及熱端出口，冷端出口與多接頭相連；進(jìn)氣口與分離器相連，在渦流管3之前設(shè)有用于從待節(jié)流的氣體8中分離雜質(zhì)的分離器1，以分離掉其中粒徑大于或等于10 μ m的固體顆粒；多接頭中的每個(gè)接頭分別與流量調(diào)節(jié)閥相連，流量調(diào)節(jié)閥與至少一個(gè)換熱器相連；其中，多接頭中的接頭數(shù)目至少三個(gè)，優(yōu)選三個(gè)。
[0036]表I列出了渦流管的渦流管入口壓力4MPa，出口壓力1.6MPa、冷端流量/全部流量比、冷端溫度以及熱端溫度的數(shù)值，僅供參考。
[0037]表I
[0038] __冷端流從/個(gè)部流W 冷端溫度(τ) 熱端船度(V)
’渦流 ff 入"IN: _HO__HJ__21_
Jj 4IPa, il',1 IIkSO-ΙΟ3-1
1.HiPa IN'70-652
’渦流--入I UK _M__250__4_
-Jj BMI'a, --υ IHU] _50__Η6__24_
1.6MPa 時(shí) _TO__-:佑__
iI 渦流管入〖.....Uk _30__206__-2
力—16ΜΜ? H丨口沐:50-6020
Jj }.6MFa Hj__70__~50__50_
[0039]
[0040]空溫?fù)Q熱器，將冷端氣流加熱至環(huán)境溫度低10°C所需要的熱負(fù)荷公式(I)表示為:
[0041]Ql=mcp(t「t2)-公式(I)
[0042]Ql:氣體所需熱負(fù)荷，W ；m:質(zhì)量流量，kg/s ；cp:比熱，J/ (kgX °C ), t1； t2:換熱前后溫度，C
[0043]換熱器的熱負(fù)荷公式(2)表示為:
[0044]Q2=KA (T-t)——公式(2)
[0045]Q2:換熱器所能提供的熱負(fù)荷，W ;K:傳熱系數(shù)，W/ Cm2X0O5A:傳熱面積，m2 ;T、t:分別為環(huán)境溫度和冷端氣流溫度，V
[0046]設(shè)計(jì)時(shí)主要是通過增加A來使Q2>Q1。K由換熱器類型決定。
[0047]最終混合氣的溫度用公式(3)表不:
[0048]Tfflix= (QhXVQcXTc)/Qfflix ——公式(3)
[0049]下標(biāo)mix:混合氣；下標(biāo)h:熱端參數(shù)；下標(biāo)c:冷端參數(shù)
[0050]通過試驗(yàn)回歸K令Tmix更加精確。
[0051]換熱器，設(shè)置于冷流管道的出口端，用于對(duì)冷流進(jìn)行加熱，以使得冷流的溫度范圍為比環(huán)境溫度低10°C ;換熱器為空溫?fù)Q熱器；當(dāng)混合氣體的輸出溫度低于5°C時(shí)，通過工控機(jī)實(shí)現(xiàn)至少兩臺(tái)空溫?fù)Q熱器的切換；
[0052]引起切換的參數(shù)是混合氣體外輸溫度，當(dāng)外輸溫度<5°C (預(yù)留3°C的安全余量)時(shí)，即執(zhí)行切換動(dòng)作。假設(shè)切換前閥3開啟，換熱器6運(yùn)行，閥4關(guān)閉，換熱器7化霜。傳感器檢測(cè)到混合氣外輸溫度<5°C時(shí)，即開啟閥4，換熱器7投運(yùn)。運(yùn)行穩(wěn)定后再關(guān)閉閥3，換熱器6停運(yùn)化霜。
[0053]空溫?fù)Q熱器的指標(biāo)是加熱到比環(huán)境溫度低10°C。因?yàn)闊嵩淳褪强諝?，在該工藝目前使用的四川地區(qū)，冬季平均溫度為5.6°C，換熱器可將冷端氣流加熱至_4°C，再與熱端氣流混合，得到2°C以上的混合氣外輸。
[0054]輸出管路12設(shè)有傳感器，其用于檢測(cè)混合氣的壓力和/或溫度，并僅在壓力和/或溫度大于預(yù)先設(shè)定的相應(yīng)的壓力閾值和/或溫度閾值的情況下才允許混合氣輸出。
[0055]通過本發(fā)明節(jié)流裝置中的渦流管的控制部件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)渦流管入口壓力的范圍、引入渦流管內(nèi)待節(jié)流的氣體分別從渦流管冷端/熱端出口流出的冷流/熱流的流量比的范圍、冷流的溫度范圍、熱流的溫度范圍的控制，以使得換熱器流出的冷流與熱流混合所生成混合氣體的壓力、溫度大于預(yù)先設(shè)置的壓力閾1.6MPa、溫度閾值2°C，使得在高壓天然氣節(jié)流中，井口高壓天然氣通過本發(fā)明裝置節(jié)流后，外輸壓力為1.6MPa時(shí)，外輸溫度為2?20°C，優(yōu)選5?10°C，高于天然氣水合物生產(chǎn)溫度，能夠滿足外輸條件；從而使得該節(jié)流裝置能夠自動(dòng)運(yùn)行。
[0056]此外，本發(fā)明的節(jié)流裝置相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的注水合物抑制劑法所采用的設(shè)備而言，設(shè)備成本低。注水合物抑制劑法能減輕水套爐熱負(fù)荷，降低能耗；常用水合物抑制劑為甲醇、乙二醇；然而，集氣站內(nèi)需設(shè)置抑制劑的儲(chǔ)存、注入、回收等單元，并需建設(shè)集氣站到井口的注醇管線；因此,注水合物抑制劑法的運(yùn)行設(shè)備成本高。
[0057]此外，本發(fā)明的節(jié)流裝置相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的井下節(jié)流法所采用的設(shè)備而言，設(shè)備成本低。井下節(jié)流法是利用地層溫度補(bǔ)償節(jié)流時(shí)產(chǎn)生的溫降，使地面采氣管線在較低的壓力下運(yùn)行，以打破形成水合物的壓力、溫度條件，從而防止水合物生成的方法；然而對(duì)于采用叢式井組開采的氣田來說，即使只有少數(shù)井不能下入節(jié)流器，也仍需在地面保留全套加熱爐流程，因此，井下節(jié)流法的運(yùn)行設(shè)備成本高。
[0058]實(shí)施例1
[0059]使用圖1所示節(jié)流裝置進(jìn)行節(jié)流。
[0060]環(huán)境溫度為0°C，將由井口引出的高壓天然氣氣流(壓力為16MPa，溫度為24°C，流量為2X 104m3/天)，首先通過旋風(fēng)分離器(購(gòu)自華油惠博普科技股份有限公司，型號(hào)為HBP-325)去除其中的固體雜質(zhì)。經(jīng)過旋風(fēng)分離器的高壓天然氣氣流進(jìn)入渦流管(對(duì)美國(guó)專利US05749231A中所述的不凍堵渦流管，結(jié)構(gòu)如該美國(guó)專利的圖2所述的渦流管進(jìn)行了改進(jìn)，通過在該渦流管上配備上管閥件和控制部件以實(shí)現(xiàn)節(jié)流加熱自動(dòng)運(yùn)行)，冷流10自冷端出口流出，熱流11自熱端出口流出；渦流管冷端出口氣流溫度為_60°C，渦流管熱端出口氣流溫度為20°C。
[0061]打開流量調(diào)節(jié)閥3，同時(shí)關(guān)閉流量調(diào)節(jié)閥4，使冷流10進(jìn)入空溫?fù)Q熱器6經(jīng)空氣加熱到-10°C (由熱電阻溫度傳感器測(cè)得，購(gòu)自北京永瑞達(dá)科貿(mào)有限公司，型號(hào)PT100A)，經(jīng)加熱的冷流然后與熱流11到達(dá)集輸管線12后進(jìn)行外輸，其中調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥3和5，控制冷流/熱流流量比為1:1 (由漩渦流量計(jì)測(cè)得，購(gòu)自北京永瑞達(dá)科貿(mào)有限公司，型號(hào)為YRD-80/16)。通過工控機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)?shù)竭_(dá)12小時(shí)時(shí)，此時(shí)流量調(diào)節(jié)閥4自動(dòng)打開，并且流量調(diào)節(jié)閥3自動(dòng)關(guān)閉，冷流10進(jìn)入空溫?fù)Q熱器7經(jīng)空氣加熱到-10°C，經(jīng)加熱的冷流然后與熱流11到達(dá)集輸管線12后進(jìn)行外輸，其中調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥4和5，冷流/熱流流量比為1:1。當(dāng)空溫?fù)Q熱器7結(jié)霜時(shí)(監(jiān)測(cè)同上)，再次自動(dòng)切換至空溫?fù)Q熱器6，按上述過程節(jié)流。
[0062]檢測(cè)傳感器所檢測(cè)到的混合氣體的外輸溫度為8-10°C，高于1.6MPa下天然氣水合物生成溫度(2°C )，能夠滿足外輸要求。
[0063]換熱器的熱負(fù)荷是有限的，當(dāng)冷端氣體的所需要的熱負(fù)荷過大時(shí)，換熱器不能將冷端氣流加熱至比環(huán)境溫度低10°c，也不能滿足最終混合氣溫度>2°C的要求。但是可以通過渦流管上的流量調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)冷熱端的流量和溫度，進(jìn)而降低將冷端氣體加熱到比環(huán)境溫度低10°c所需要的熱負(fù)荷，從而使得換熱器的負(fù)荷滿足工作要求。以實(shí)施例1為例，原料氣溫度為24°c，環(huán)境溫度為0°C，改變冷端流量/全部流量(即冷流率)的比例，冷熱端溫度有如表2所示的變化。
[0064]表2
[0065]
_冷端流W個(gè)部流冷端溫度(T) 熱端溢度("C )
'I 渦流 ff 入"K30__-?__-2_
Jj 16MPa, ,'I1,! Ilk 50 -60 20 Jj L6MPa 時(shí)__TO__-50__50_
[0066]當(dāng)冷流率=30%時(shí)，換熱器可將冷端溫度換熱至-10°C，而熱端溫度為-2V，此時(shí)的混合氣溫度肯定是〈(TC的。但冷流率=50%時(shí)，冷端換熱后溫度仍為-10°c，熱端溫度20°C，混合氣溫度可以到10°C ;冷流率=70%時(shí)，同理計(jì)算得到混合氣溫度為8°C。這樣就達(dá)到了>2 °C的要求了。
[0067]決定閥3/4切換的條件是外輸氣體溫度，當(dāng)外輸氣體溫度低于5°C時(shí)，就需要切換。為了保證加熱后的冷端氣體達(dá)到比環(huán)境溫度低10°c的要求，因此優(yōu)選設(shè)置至少兩臺(tái)空溫?fù)Q熱器，以保證始終有一臺(tái)空溫?fù)Q熱器保持工作狀態(tài)。
[0068]實(shí)施例2
[0069]重復(fù)實(shí)施例1中的試驗(yàn),不同在于,原料天然氣氣流的壓力為8MPa,冷流/熱流流量比為7:3 (體積比)，渦流管冷端氣流(10)溫度為-36°C，渦流管熱端氣流(11)溫度為48。。。
[0070]檢測(cè)傳感器所檢測(cè)到的混合氣體的外輸溫度為7-8V，高于1.6MPa下天然氣水合物生成溫度(2°C)，能夠滿足外輸要求。
[0071]實(shí)施例3
[0072]重復(fù)實(shí)施例1中的試驗(yàn)，不同在于，原料天然氣氣流的壓力為4MPa，調(diào)整冷流/熱流流量比為3:7 ;渦流管冷端氣流(10)溫度為-1 I °C，熱端氣流(11)溫度為21 °C。
[0073]檢測(cè)傳感器所檢測(cè)到的混合氣體的外輸溫度為10_12°C，高于1.6MPa下天然氣水合物生成溫度(2 °C )，能夠滿足外輸要求。
[0074]從以上三個(gè)實(shí)施例中可以看出，利用根據(jù)本發(fā)明的節(jié)流裝置，該節(jié)流裝置能夠省去現(xiàn)有技術(shù)中的井口節(jié)流加熱爐，從而節(jié)省了大量的燃料；而且節(jié)省了人工維護(hù)的成本。
[0075]本發(fā)明還提供了一種用于在氣田井口處使用該節(jié)流裝置進(jìn)行氣體節(jié)流的方法，包括以下步驟:
[0076]a)進(jìn)氣口與分離器相連，將待節(jié)流的氣體引入分離器以從中分離雜質(zhì)，以分離掉其中粒徑大于或等于10 μ m的固體顆粒；
[0077]b)通過渦流管接受待節(jié)流的氣體，該渦流管包括用于輸出冷流部分的冷端和用于輸出熱流部分的熱端；
[0078]c)通過熱流管路從熱端中接受熱流部分的熱流；
[0079]d)通過至少兩個(gè)冷流管路從冷端中接受冷流部分的冷流，在各冷流管路中設(shè)有換熱器，換熱器設(shè)置成能夠接收來自熱流管路的熱量以對(duì)冷流部分進(jìn)行加熱；
[0080]e)通過與熱流管路和各個(gè)冷流管路相連的輸出管路，輸出熱流部分和冷流部分的混合氣。
[0081]本發(fā)明的使用該節(jié)流裝置進(jìn)行節(jié)流的方法利用了渦流管的特性——結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的能量分離機(jī)械裝置，當(dāng)高壓天然氣經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的渦流管節(jié)流時(shí)，可以分為冷熱兩股流，換熱器設(shè)置成能夠接收來自熱流管路的熱量以對(duì)冷流部分進(jìn)行加熱；從而能夠省去現(xiàn)有技術(shù)中的井口節(jié)流加熱爐，從而節(jié)省了大量的燃料，定期進(jìn)行人工維護(hù)的成本。
[0082]其中，熱流部分11和冷流部分10之間的流量比為3:7到7:3，優(yōu)選為1:1。通過控制熱流部分和冷流部分之間的流量比，以使得通過換熱器，能夠充分接收來自熱流管路的熱量以對(duì)冷流部分進(jìn)行加熱，從而節(jié)省了大量的燃料。
[0083]熱流管路和各冷流管路均設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥3、4或5。通過控制設(shè)置在熱流管路和各冷流管路上的流量調(diào)節(jié)閥3、4或5，以使得控制熱流部分和冷流部分之間的流量比達(dá)到最佳，以使得通過換熱器，能夠充分接收來自熱流管路的熱量以對(duì)冷流部分進(jìn)行加熱，從而節(jié)省了大量的燃料。
[0084]本發(fā)明的渦流管還可以在如美國(guó)專利US05749231A中的不凍堵渦流管結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的改進(jìn)，在該渦流管上配備上管閥件和控制部件以實(shí)現(xiàn)節(jié)流加熱自動(dòng)運(yùn)行。
[0085]通過渦流管的控制部件，用于控制壓力范圍，以使得渦流管入口壓力的范圍為4?16MPa ;用于控制氣體流量范圍，以使得引入渦流管內(nèi)待節(jié)流的氣體分別從渦流管冷端/熱端出口流出的冷流/熱流的流量比的范圍為3 / 7?7 / 3;用于控制溫度范圍，以使得冷流的溫度范圍為-66?_6°C，熱流的溫度范圍為-2?50°C。
[0086]在輸出管路12處設(shè)置用于檢測(cè)混合氣的壓力和/或溫度的傳感器，并僅在壓力和/或溫度大于預(yù)先設(shè)定的相應(yīng)的壓力閾值和/或溫度閾值的情況下才允許混合氣輸出。
[0087]通過本發(fā)明使用該節(jié)流裝置進(jìn)行節(jié)流的方法中的渦流管的控制部件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)渦流管入口壓力的范圍、引入渦流管內(nèi)待節(jié)流的氣體分別從渦流管冷端/熱端出口流出的冷流/熱流的流量比的范圍、冷流的溫度范圍、熱流的溫度范圍的控制，以使得換熱器流出的冷流與熱流混合所生成混合氣體的壓力、溫度大于預(yù)先設(shè)置的壓力閾1.6MPa、溫度閾值2°C，使得在高壓天然氣節(jié)流中，井口高壓天然氣通過本發(fā)明裝置節(jié)流后，外輸壓力為
1.6MPa時(shí)，外輸溫度為2?20°C，優(yōu)選5?10°C，高于天然氣水合物生產(chǎn)溫度，能夠滿足外輸條件；從而使用該節(jié)流裝置進(jìn)行自動(dòng)節(jié)流。
[0088]雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對(duì)其進(jìn)行各種改進(jìn)并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結(jié)構(gòu)沖突，各個(gè)實(shí)施例中所提到的各項(xiàng)技術(shù)特征均可以任意方式組合起來。本發(fā)明并不局限于文中公開的特定實(shí)施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在氣田井口處進(jìn)行氣體節(jié)流的節(jié)流裝置，包括: 用于接受待節(jié)流的氣體的渦流管，其包括用于輸出冷流部分的冷端和用于輸出熱流部分的熱端； 用于從所述熱端中接受所述熱流部分的熱流管路； 用于從所述冷端中接受所述冷流部分的至少兩個(gè)冷流管路，在各所述冷流管路中設(shè)有換熱器，所述換熱器設(shè)置成能夠接收來自所述熱流管路的熱量以對(duì)所述冷流部分進(jìn)行加熱；和 輸出管路，其與所述熱流管路和各個(gè)所述冷流管路相連，用于輸出熱流部分和冷流部分的混合氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)流裝置，其特征在于，所述熱流部分和冷流部分之間的流量比為3:7到7:3，優(yōu)選為1:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的節(jié)流裝置，其特征在于，所述熱流管路和各所述冷流管路均設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的節(jié)流裝置，其特征在于，在所述渦流管之前設(shè)有用于從待節(jié)流的氣體中分離雜質(zhì)的分離器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的節(jié)流裝置，其特征在于，所述輸出管路設(shè)有傳感器，其用于檢測(cè)所述混合氣的壓力和/或溫度，并僅在所述壓力和/或溫度大于預(yù)先設(shè)定的相應(yīng)的壓力閾值和/或溫度閾值的情況下才允許所述混合氣輸出。
6.一種用于在氣田井口處使用根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的節(jié)流裝置進(jìn)行氣體節(jié)流的方法，包括以下步驟: a)通過渦流管接受待節(jié)流的氣體，該渦流管包括用于輸出冷流部分的冷端和用于輸出熱流部分的熱端； b)通過熱流管路從所述熱端中接受所述熱流部分的熱流； c)通過至少兩個(gè)冷流管路從所述冷端中接受所述冷流部分的冷流，在各所述冷流管路中設(shè)有換熱器，所述換熱器設(shè)置成能夠接收來自所述熱流管路的熱量以對(duì)所述冷流部分進(jìn)行加熱； d)通過與所述熱流管路和各個(gè)所述冷流管路相連的輸出管路，輸出熱流部分和冷流部分的混合氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述熱流部分和冷流部分之間的流量比為3:7到7:3，優(yōu)選為1:1。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述熱流管路和各所述冷流管路均設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥。
9.根據(jù)權(quán)利要求6到8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述步驟a)之前還包括將待節(jié)流的氣體引入分離器以從中分離雜質(zhì)的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求6到9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述輸出管路處設(shè)置用于檢測(cè)所述混合氣的壓力和/或溫度的傳感器，并僅在所述壓力和/或溫度大于預(yù)先設(shè)定的相應(yīng)的壓力閾值和/或溫度閾值的情況下才允許所述混合氣輸出。
【文檔編號(hào)】F17D3/01GK104165269SQ201310184896
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2013年5月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月17日
【發(fā)明者】李偉, 徐正斌, 黃輝, 顏映霄, 粟科華, 李玉鳳 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院