一種集輸系統(tǒng)硫沉積誘發(fā)捕集裝置制造方法
【專利摘要】一種集輸系統(tǒng)硫沉積誘發(fā)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(shè)有天然氣出口管線，氣體排空管線，以及注氮管線，下筒蓋設(shè)有液硫排放管線；筒體內(nèi)部安裝有捕硫網(wǎng)和折流傘，筒體側(cè)壁上設(shè)有節(jié)流噴嘴，節(jié)流噴嘴與天然氣進(jìn)口管線相連。高含硫天然氣進(jìn)入本實(shí)用新型后，隨著溫度、壓力以及流速的降低，溶解于載硫氣體中的元素硫?qū)⒅饾u析出。被氣流從上游攜帶和重新析出的硫顆粒在本實(shí)用新型中收集并單獨(dú)處理，從而降低了下游集輸系統(tǒng)產(chǎn)生硫沉積風(fēng)險(xiǎn)。本實(shí)用新型克服了傳統(tǒng)物理清洗、加注溶硫劑等硫沉積控制方法生產(chǎn)成本高、基礎(chǔ)投資大，易對人員和環(huán)境造成傷害等缺點(diǎn)，為高含硫氣田集輸系統(tǒng)硫沉積控制提供了新的途徑。
【專利說明】一種集輸系統(tǒng)硫沉積誘發(fā)捕集裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本實(shí)用新型公開一種硫沉積誘發(fā)捕集裝置，特別是用于控制高含硫天然氣集輸系統(tǒng)內(nèi)硫沉積的誘發(fā)捕集裝置。
【背景技術(shù)】:
[0002]對于高含硫氣田，在氣藏條件下，由于儲層環(huán)境是高溫高壓，元素硫的溶解度比較大，元素硫溶解于載硫氣體中。高含硫天然氣進(jìn)入地面集輸系統(tǒng)后，隨著溫度和壓力下降，當(dāng)溶硫量達(dá)到飽和時(shí)硫?qū)Y(jié)晶析出，進(jìn)而發(fā)生硫沉積現(xiàn)象。集輸站場內(nèi)設(shè)備、管網(wǎng)復(fù)雜，硫極易在節(jié)流孔板、三通、閥門等處沉積，嚴(yán)重影響著設(shè)備安全和高效運(yùn)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(dǎo)致關(guān)井停產(chǎn)。此夕卜，沉積硫會導(dǎo)致集輸管線設(shè)備腐蝕加劇，增加泄漏風(fēng)險(xiǎn)。
[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(fā)生硫堵后被動解除硫堵塞方法。清洗時(shí)需要對運(yùn)行裝置進(jìn)行拆卸，影響正產(chǎn)生產(chǎn)，操作人員勞動強(qiáng)度大，易發(fā)生因含硫天然氣泄漏所導(dǎo)致的中毒事故。
[0004]溶硫劑可分為物理溶劑和化學(xué)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(shí)，通常采用溶硫能力更強(qiáng)的化學(xué)溶劑來處理。中國專利(CN101824312A申請?zhí)?公開了一種用于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(jī)胺、路易斯堿或其混合物，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]采用溶硫劑控制硫沉積方法需要設(shè)置單獨(dú)的溶硫劑加注以及回收系統(tǒng)，設(shè)備投資大，溶硫速度低，現(xiàn)場作業(yè)時(shí)間長，生產(chǎn)運(yùn)行成本高。且溶硫劑一般易燃、有毒，易對環(huán)境和人員造成傷害。此外，在站場加注溶硫劑后，沉積硫發(fā)生溶解，被氣流攜帶進(jìn)入下游集輸系統(tǒng)，隨著溫度、壓力的繼續(xù)降低，載硫氣體H2S溶解度降低，當(dāng)溶硫劑濃度不足時(shí)，將繼續(xù)發(fā)生硫沉積。
[0006]鑒于此，本實(shí)用新型根據(jù)高含硫濕氣硫沉積發(fā)生機(jī)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(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，營造硫沉積發(fā)生環(huán)境，誘發(fā)元素硫提前析出并聚結(jié)沉積，在容器內(nèi)收集起來并單獨(dú)處理，避免硫在下游集輸系統(tǒng)析出和發(fā)生沉積，從而降低對下游系統(tǒng)發(fā)生沉積硫堵塞風(fēng)險(xiǎn)。本實(shí)用新型克服了傳統(tǒng)物理清洗、加注溶硫劑等硫沉積控制方法生產(chǎn)成本高、基礎(chǔ)投資大，易對人員和環(huán)境造成傷害等問題，為硫沉積控制提供了新的途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0007]本實(shí)用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提出一種控制高含硫天然氣集輸系統(tǒng)硫沉積的新型裝置。
[0008]本實(shí)用新型由筒體、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(gòu)成一封閉容器；上筒蓋設(shè)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(shè)有液硫排放管線；筒體內(nèi)部上方安裝有捕硫網(wǎng)，捕硫網(wǎng)下方安裝有折流傘；折流傘 下方的筒體側(cè)壁上設(shè)有節(jié)流噴嘴，節(jié)流噴嘴入口端與天然氣進(jìn)口管線相連。
[0009]所述的捕硫網(wǎng)為絲網(wǎng)狀金屬材料，通過導(dǎo)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(gè)引壓點(diǎn)分別位于筒體內(nèi)部捕硫 網(wǎng)上下兩側(cè)，溫度傳感器測溫點(diǎn)位于捕硫網(wǎng)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(jìn)口管線均設(shè)有控制閥。所述的節(jié)流噴嘴的流道為 漸縮型，節(jié)流噴嘴出口外側(cè)內(nèi)壁與筒體的內(nèi)壁相切，節(jié)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游的放空管線相連通。
[0010]本實(shí)用新型具有如下有益效果:高含硫天然氣進(jìn)入本實(shí)用新型后，在節(jié)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(jìn)入筒體后 隨著流通面積擴(kuò)大流速降低，在折流傘和捕硫網(wǎng)作用將發(fā)生沉積，沉積硫積累一定程度后， 采用電加熱膜將筒體內(nèi)沉積硫加熱融化為液體排出，由于在上游進(jìn)行深度脫硫，降低了在 下游集輸系統(tǒng)產(chǎn)生硫沉積的風(fēng)險(xiǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0011]圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為本實(shí)用新型剖視圖；
[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(shí)施方式】:
[0014]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明:
[0015]由圖1可知，本實(shí)用新型由筒體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(gòu)成一封閉容器；上筒蓋2設(shè)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(shè)有液硫排放管線7 ;筒體I的內(nèi)部上方安裝 有捕硫網(wǎng)8，捕硫網(wǎng)8下方安裝有折流傘9 ;折流傘9下方的筒體I側(cè)壁上設(shè)有節(jié)流噴嘴11， 節(jié)流噴嘴11進(jìn)口與天然氣進(jìn)口管線10相連。
[0016]所述的捕硫網(wǎng)8為絲網(wǎng)狀金屬材料，通過導(dǎo)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(gè)引壓點(diǎn)分別位于筒體I內(nèi)部的捕硫網(wǎng)8的上下兩側(cè)；溫度傳感器 15的測溫點(diǎn)位于捕硫網(wǎng)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?dú)饪刂崎y18，液硫排放管線7上安裝有液硫控制閥19，天 然氣進(jìn)口管線10安裝有進(jìn)氣控制閥20。
[0019]所述的節(jié)流噴嘴11的流道為漸縮型，節(jié)流噴嘴11出口外側(cè)內(nèi)壁與筒體I的內(nèi)壁 相切，節(jié)流噴嘴11的流體進(jìn)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(jìn)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下游的放空管線4相連通。
[0021]本實(shí)用新型工作過程如下:
[0022]由圖1，圖2所示，天然氣進(jìn)口管線10的進(jìn)氣控制閥20打開，高含硫天然氣通過節(jié)流噴嘴11從切向進(jìn)入筒體I。高壓天然氣在通過節(jié)流噴嘴11時(shí)，由于流速很高，氣流與外界的熱交換一般很小，節(jié)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(shù)，所以節(jié)流降壓后溫度將發(fā)生變化，這一現(xiàn)象稱為焦耳-湯姆遜效應(yīng)。對天然氣而言，當(dāng)壓力低于40MPa時(shí),天然氣節(jié)流后溫度降低。由于天然氣地面集輸系統(tǒng)壓力一般遠(yuǎn)小于40MPa，因此節(jié)流時(shí)天然氣將產(chǎn)生溫降效應(yīng)。
[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?qū)⒅饾u析出。圖3 Ca)中天然氣中H2S摩爾分?jǐn)?shù)7.0%，CO2摩爾分?jǐn)?shù)23.0%，N2摩爾分?jǐn)?shù)4%，CH4摩爾分?jǐn)?shù)66.0%。圖3 (b)中天然氣中H2S摩爾分?jǐn)?shù)20.0%，CO2摩爾分?jǐn)?shù)10.0%，N2摩爾分?jǐn)?shù)4%，CH4摩爾分?jǐn)?shù)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征。
[0024]被天然氣從上游攜帶的硫顆粒以及在節(jié)流噴嘴11處重新析出的硫顆粒在天然氣流夾帶下進(jìn)入筒體I后，由于節(jié)流噴嘴11流體進(jìn)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(nèi)壁做向下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。進(jìn)入筒體I后，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。由于天然氣出口管線5在上筒蓋2上，氣流在碰到容器底部時(shí)將向上運(yùn)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(yùn)動，當(dāng)碰到折流傘9在其葉片的阻檔下發(fā)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(jīng)由折流傘9繼續(xù)向上運(yùn)動進(jìn)入捕硫網(wǎng)8。捕硫網(wǎng)8為網(wǎng)絲狀結(jié)構(gòu)，硫顆粒接觸到捕硫網(wǎng)8后將發(fā)生聚結(jié),與后續(xù)單質(zhì)硫顆粒發(fā)生碰撞。顆粒碰撞廣生的Iv重要效應(yīng)就是會發(fā)生顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象，即由單顆粒向顆粒聚團(tuán)增長。元素硫以積硫網(wǎng)8為中心，迅速聚結(jié)。絕大部分細(xì)小硫顆粒被捕硫網(wǎng)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(wǎng)8沉積硫的逐漸增多，氣體有效流通面積降低，捕硫網(wǎng)8兩側(cè)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(nèi)壓力和壓差，當(dāng)監(jiān)測到捕硫網(wǎng)8兩側(cè)的差壓達(dá)到一定程度時(shí)，關(guān)閉進(jìn)氣控制閥20，打開放空控制閥16后關(guān)閉出氣控制閥17，將筒體I內(nèi)的殘留的高含硫天然氣排放至站場上的火炬放空系統(tǒng)。
[0026]當(dāng)筒體I上的壓力傳感器壓力13顯示容器內(nèi)壓力降低到OMPa (表壓)左右時(shí)，表明容器內(nèi)的高含硫天然氣已基本排放干凈。關(guān)閉放空控制閥16，對電加熱膜12和捕硫網(wǎng)8進(jìn)行通電加熱，通過溫度傳感器15監(jiān)測筒體I內(nèi)溫度。當(dāng)筒體I內(nèi)溫度達(dá)到硫融點(diǎn)時(shí)，筒體I內(nèi)捕集到的固態(tài)沉積硫?qū)l(fā)生融化，捕硫網(wǎng)8中的固態(tài)硫發(fā)生相變成為液態(tài)，沿折流傘9回流至筒體I的底部。當(dāng)沉積的固態(tài)硫完全融化后，打開注氮管線6上的氮?dú)饪刂崎y18進(jìn)行排硫作業(yè)。氮?dú)馐且环N惰性氣體，能夠顯著降低筒體I內(nèi)殘余含硫天然氣爆炸極限，防止火災(zāi)、爆炸事故的發(fā)生。在注氮?dú)膺^程中，筒體I內(nèi)壓力逐漸升高，當(dāng)壓力達(dá)到0.3MPa左右時(shí)，打開液硫排放管線7上的液硫控制閥門19，將液態(tài)硫加注到液硫回收罐車。
[0027]上筒蓋2頂部設(shè)有安全閥22，一旦誤操作導(dǎo)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(jìn)入站場火炬放空系統(tǒng)，而不會發(fā)生超壓所導(dǎo)致的容器爆裂和天然氣泄漏。
[0028] 在應(yīng)用中，本實(shí)用新型可以采用兩套裝置并行布置，其中一套用于在線誘發(fā)元素 硫發(fā)生沉積，另一套用于加熱清空所收集的沉積硫，在下一時(shí)間段兩套裝置相互切換，不影 響正常生產(chǎn)。為了進(jìn)一步硫沉積控制效果，可根據(jù)捕集深度的需要，本實(shí)用新型可以采用多 級串聯(lián)布置，以增強(qiáng)硫沉積誘發(fā)及捕集效果。
【權(quán)利要求】
1.一種集輸系統(tǒng)硫沉積誘發(fā)捕集裝置，包括筒體(I)、上筒蓋(2)、下筒蓋(3)，其特征 在于:上筒蓋(2)、下筒蓋(3)分別和筒體(I)上、下端相連構(gòu)成一封閉容器，上筒蓋(I)設(shè) 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(shè) 有液硫排放管線(7);筒體內(nèi)部上方安裝有捕硫網(wǎng)(8)，捕硫網(wǎng)(8)下方安裝有折流傘(9)； 折流傘(9)下方的筒體(I)的側(cè)壁上設(shè)有節(jié)流噴嘴(11)，節(jié)流噴嘴(11)入口端接天然氣進(jìn) 口管線(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集輸系統(tǒng)硫沉積誘發(fā)捕集裝置，其特征在于:所述的捕 硫網(wǎng)(8)為絲網(wǎng)狀金屬材料，通過導(dǎo)線(21)與外接電源相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集輸系統(tǒng)硫沉積誘發(fā)捕集裝置，其特征在于: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(gè)引壓點(diǎn)分別位于筒體(I)中捕硫網(wǎng)(8)的上下兩側(cè)；所述的溫度傳感器(15) 的測溫點(diǎn)位于捕硫網(wǎng)(8)的中心。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集輸系統(tǒng)硫沉積誘發(fā)捕集裝置，其特征在于: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(jìn)口 管線(10)均設(shè)有控制閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集輸系統(tǒng)硫沉積誘發(fā)捕集裝置，其特征在于:所述的節(jié) 流噴嘴(11)的流道為漸縮型，節(jié)流噴嘴(11)出口外側(cè)內(nèi)壁與筒體(I)的內(nèi)壁相切，節(jié)流噴 嘴(11)的軸線與水平方向夾角為5°?25°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集輸系統(tǒng)硫沉積誘發(fā)捕集裝置，其特征在于: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(jù)權(quán)利要求1所述的一種集輸系統(tǒng)硫沉積誘發(fā)捕集裝置，其特征在于:所述的安 全閥(22)的出口與放空控制閥(16)下游的天然氣排空管線(4)相連通。
【文檔編號】C10L3/10GK203440330SQ201320552355
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月6日
【發(fā)明者】梁法春, 陳婧, 王金龍 申請人:中國石油大學(xué)(華東)