煤层气的杂质处理装置及煤层气集输系统的制作方法

1.本技术实施例涉及多相分流技术领域，特别涉及一种煤层气的杂质处理装置及煤层气集输系统。


背景技术：

2.煤层气具有气源压力低、单井产量小的特点，因此，煤层气集输系统采用“井口输送—阀组控制—集气站分离过滤—集气站一级增压—处理中心二级增压处理”的工艺模式。但是，受地质情况和抽采方式等因素影响，煤层气从井口到外输的地面集输过程中常夹带有煤粉、砂石等固体杂质，以及游离水等液体杂质。固体杂质会造成仪表和阀门的磨损或堵塞，影响计量准确性和压缩机安全稳定运行。液体杂质会腐蚀管道和设备，且沉积在集输管道低洼处，会降低集输效率。因此，为了避免固体杂质损坏设备，液体杂质腐蚀管道和设备，通常需要杂质处理设备对煤层气的杂质进行处理。
3.目前，在地面集输系统的设计和运行时，会在不同的集输节点设置相应的分离过滤设备以除去煤层气中的杂质。比如，能够在集气站的压缩机前入口置卧式气液分离器和立式过滤器，在处理中心的压缩机入口设置组合式过滤分离器，在处理中心的压缩机出口设置过滤器和脱水设备，而井场、阀组和集气站的压缩机的出口处一般不会设置分离设备。
4.但是，常规卧式气液分离器能够分离粒径大于50μm(微米)的颗粒，而在实际集输过程中气流夹带的杂质粒径大部分为10μm以下，卧式气液分离器所起作用有限。另外，立式过滤器对细小粉尘分离起到了重要作用，但存在运行负荷较大、过滤元件更换频率高、运行成本较高等问题。压缩机出口的卧式混合过滤器却难以有效捕集气体中的夹带有大量游离水和润滑油油雾，导致下游的三甘醇脱水装置失效，使得外输气气质不合格，同时含液气体影响了超声波流量计的计量准确性，造成严重经济损失。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种煤层气的杂质处理装置及煤层气集输系统，可以由于解决相关技术中煤层气中杂质处理效率低、效果差，导致煤层气技术系统中设备损坏的问题。所述技术方案如下：
6.一方面，提供了一种煤层气的杂质处理装置，所述杂质处理装置包括井场分离器、阀组过滤器、卧式过滤分离器、压缩机后置分离器、多相分离器和立式聚结分离器；
7.所述井场分离器位于煤层气集输系统中井场的井口处，所述井场分离器与所述煤层气集输系统中阀组中的凝液缸连接，所述井场分离器用于分离所述井口处的杂质，并将分离后的杂质收容至独立于管道的容器内；
8.所述阀组过滤器位于所述煤层气集输系统中的阀组中，所述阀组过滤器用于过滤所述阀组中的杂质；
9.所述阀组过滤器与所述卧式过滤分离器连接，所述卧式过滤分离器位于所述煤层气集输系统的集气站进站口，且所述卧式过滤分离器与所述集气站的第一压缩机入口连
接，所述第一压缩机的出口与所述压缩机后置分离器连接，所述压缩机后置分离器位于所述集气站内，且所述压缩机后置分离器用于分离所述集气站中的杂质；
10.所述压缩机后置分离器还与所述多相分离器连接，所述多相分离器位于所述煤层气集输系统的处理中心，所述多相分离器还与所述处理中心的第二压缩机的入口设备连接，所述多相分离器用于分离进入所述第二压缩机的杂质；
11.所述立式聚结分离器与所述第二压缩机的出口设备连接，所述立式聚结分离器用于过滤所述处理中心内的杂质。
12.在一些实施例中，所述井场分离器包括进气管、第一壳体、轴流叶片、导流锥筒、储污罐和排气管；
13.所述进气管与所述第一壳体连接，所述轴流叶片设置在所述第一壳体内部，所述轴流叶片用于产生旋转气流以将颗粒杂质甩至第一壳体内壁面；
14.所述导流锥筒与所述第一壳体连接，所述导流锥筒的锥形部分与所述储污罐连接，甩至所述第一壳体内壁面的杂质在旋转气流作用下通过所述导流锥筒导入至所述储污罐；
15.所述排气管的入口端设置在所述第一壳体内部，所述排气管背对进气方向，所述排气管用于将杂质分离后的气体排出所述井场分离器。
16.在一些实施例中，所述井场分离器通过法兰连接在所述井口处的管道直角弯管的位置。
17.在一些实施例中，所述阀组过滤器包括筒体、进气段、上端盖、吊耳、滤篮、出气段和排污阀；
18.所述筒体上设置有所述进气段、所述出气段和所述排污阀，且所述筒体上安装有所述上端盖，所述上端盖与所述吊耳连接，所述吊耳与所述滤篮连接，以将所述滤篮悬挂在所述筒体内部，所述滤篮用于过滤从进气段进入所述筒体的杂质，所述排污阀用于排出所述筒体内的杂质。
19.在一些实施例中，所述阀组过滤器的进气段与所述阀组中的球阀连接，所述阀组过滤器的出气段与所述阀组中的止回阀连接。
20.在一些实施例中，所述压缩机后置分离器包括进口腔、出口腔和多个超音速分离管；
21.所述进口腔分别与所述多个超音速分离管中每个超音速分离管的进口管段连接，所述每个超音速分离管的多个分离管段分别与所述出口腔连接。
22.在一些实施例中，所述每个超音速分离管还包括喷管和超音速翼；
23.所述喷管安装在所述进口管段处，所述超音速翼安装在所述每个超音速分离管的流动管段。
24.在一些实施例中，所述多个分离管段中每个分离管段包括干气通道和油污通道。
25.在一些实施例中，所述多相分离器包括分离壳体、旋流器、折流板和聚结滤芯；
26.所述旋流器、所述折流板和所述聚结滤芯依次设置在所述分离壳体的内部，且所述旋流器位于所述分离壳体的进气口处，所述聚结滤芯设置在所述分离壳体的出气口处。
27.另一方面，提供了一种煤层气集输系统，所述煤层气集输系统中包括上述一方面所述的煤层气杂质处理装置。
28.本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
29.在本技术实施例中，由于井场分离器位于井场的井口处，阀组过滤器位于阀组中，卧式过滤分离器和压缩机后置分离器位于集气站内，多相分离器和立式聚结分离器位于处理中心内，也即是，煤层气集输系统中不同的位置设置有不同的杂质处理设备，从而保证每个位置都能对杂质进行处理，降低了管道沿线杂质沉积，提高了杂质处理效率。又由于第一压缩机和第二压缩机等设备的进出口处均设置有杂质处理设备，从而保护了第一压缩机和第二压缩机等设备，避免了经济损失。
附图说明
30.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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技术的一些实施例，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附图。
31.图1是本技术实施例提供的一种煤层气的杂质处理装置的结构示意图；
32.图2是本技术实施例提供的一种井场分离器的结构示意图；
33.图3是本技术实施例提供的一种阀组过滤器的结构示意图；
34.图4是本技术实施例提供的一种阀组过滤器在阀组的连接关系示意图；
35.图5是本技术实施例提供的一种压缩机后置分离器的结构示意图；
36.图6是本技术实施例提供的一种多相分离器的结构示意图。
37.附图标记：
38.1：井场分离器，2：阀组过滤器，3：卧式过滤分离器，4：压缩机后置分离器，5：多相分离器，6：立式聚结分离器，7：凝液缸，8：第一压缩机，9：第二压缩机；
39.11：进气管，12：第一壳体，13：轴流叶片，14：导流锥筒，15：储污罐，16：排气管；
40.21：筒体，22：进气段，23：上端盖，24：吊耳，25：滤篮，26：出气段，27：排污阀；
41.101：球阀，102：止回阀；
42.41：进口腔，42：出口腔，43：超音速分离管；
43.431：进口管段，432：分离管段，433：喷管，434：超音速翼，435：流动管段；
44.51：分离壳体，52：旋流器，53：折流板，54：聚结滤芯。
具体实施方式
45.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。
46.在对本技术实施例提供的煤层气的杂质处理装置进行详细的解释说明之前，先对本技术实施例的应用场景进行解释说明的。
47.目前，通常通过煤层气集输系统外输煤层气，在外输煤层气时，煤层气集输系统采用“井口输送—阀组控制—集气站分离过滤—集气站一级增压—处理中心二级增压处理”的工艺模式。也即是，单口或多井产出气利用井口余压将产出气汇集到控制阀组，气体经控制阀组，并通过采气汇管汇集到集气站，集气站进行初步过滤分离、一级增压后进入处理中心，处理中心再进行分离、过滤、二级增压、脱水和计量，从而完成煤层气外输。但是，在通过
集气站中的卧式气液分离器和立式过滤器，以及处理中心中的过滤器处理杂质时，由于卧式气液分离器不能分离粒径小的杂质，导致大部分杂质不能被分离，而立式过滤器虽然能处理较细小的粉尘，但是存在滤芯更换周期短，运行成本高的问题。
48.基于这样的应用场景，本技术实施例提供了一种能够提高杂质分离效率煤层气的杂质处理装置。
49.图1是本技术实施例提供的一种煤层气的杂质处理装置，参见图1其特征在于，该杂质处理装置包括井场分离器1、阀组过滤器2、卧式过滤分离器3、压缩机后置分离器4、多相分离器5和立式聚结分离器6；井场分离器1位于煤层气集输系统中井场的井口处，井场分离器1与煤层气集输系统中阀组中的凝液缸7连接，井场分离器1用于分离井口处的杂质，并将分离后的杂质收容至独立于管道的容器内；阀组过滤器2位于煤层气集输系统中的阀组中，阀组过滤器2用于过滤阀组中的杂质；阀组过滤器2与卧式过滤分离器3连接，卧式过滤分离器3位于煤层气集输系统的集气站进站口，且卧式过滤分离器3与集气站的第一压缩机8入口连接，第一压缩机8的出口与压缩机后置分离器4连接，压缩机后置分离器4位于集气站内，且压缩机后置分离器4用于分离集气站中的杂质；压缩机后置分离器4还与多相分离器5连接，多相分离器5位于煤层气集输系统的处理中心，多相分离器5还与处理中心的第二压缩机9的入口设备连接，多相分离器5用于分离进入第二压缩机9的杂质；立式聚结分离器6与第二压缩机9的出口设备连接，立式聚结分离器6用于过滤处理中心内的杂质。
50.在本技术实施例中，由于井场分离器1位于井场的井口处，阀组过滤器2位于阀组中，卧式过滤分离器3和压缩机后置分离器4位于集气站内，多相分离器5和立式聚结分离器6位于处理中心内，也即是，煤层气集输系统中不同的位置设置有不同的杂质处理设备，从而保证每个位置都能对杂质进行处理，降低了管道沿线杂质沉积，提高了杂质处理效率。又由于第一压缩机和第二压缩机等设备的进出口处均设置有杂质处理设备，从而保护了第一压缩机和第二压缩机等设备，避免了经济损失。
51.作为一种示例，井场分离器1能够通过法兰连接在井口处的管道直角弯管的位置。阀组过滤器2同样能够连接在阀组的管道直角弯管的位置。
52.在一些实施例中，由于井场分离器1能够通过法兰连接在进口处的管道直角弯管的位置，因此，在需要清洗保养时，能够直接将井场分离器1拆卸下来，并且在拆卸后，将一段带法兰的弯管安装在该管道直角弯管的位置。由于该段带法兰能够起到临时替代的作用，从而降低了对煤层气的外输的影响。
53.值得说明的是，由于井场分离器1和阀组过滤器2均能够利用现有管道段进行安装连接，无需重新铺设管道，降低了施工改造成本。
54.在一些实施例中，由于煤层气往第一压缩机8上游的来气中存在微米级颗粒物杂质，这些颗粒与第一压缩机8的气缸润滑油混合后形成油污，一部分较大颗粒沉积粘附在缸体内壁和气阀处，磨蚀阀片，降低压缩效率；另一部分较小颗粒随气流夹带至压缩机下游管道。同时，由于煤层气排水采气的工艺，使得煤层气中混有饱和水蒸气，经压缩后，会有大量游离水析出，使得第一压缩机8后管道内形成气液(同时含有润滑油油雾和游离水)固多相流。第一压缩机8后管道内的油污(气液固多相流)中，一部分在一定压力、温度和气速条件下沉积在管道内壁，降低集输效率，另一部分输送至下游用户，对工艺设备造成污染。因此，为了避免损坏第一压缩机，也为了改善集输效率，在集气站中可以设置卧式过滤分离器3，
以过滤粒径为5微米以上的颗粒，尽量降低粒径为1～5微米的颗粒浓度。
55.又由于煤层气在第一压缩机8后的气体处于饱和湿气状态，具有气体温度相对较高、杂质浓度高的特点，因此，为了有针对性的过滤杂质，在集气站中能够安装压缩机后置分离器4，通过压缩机后置分离器4能够使液滴随气流完成加速降温至扩压减速过程，实现液体的凝结、分离和沉降。
56.需要说明的是，第二压缩机9的出口设备能够为高压分离器，第二压缩机9的入口设备为低压分离器。
57.参见图2，井场分离器1包括进气管11、第一壳体12、轴流叶片13、导流锥筒14、储污罐15和排气管16。
58.作为一种示例，进气管11与第一壳体12连接，轴流叶片13设置在第一壳体12内部，轴流叶片13用于产生旋转气流以将颗粒杂质甩至第一壳体12内壁面；导流锥筒14与第一壳体12连接，导流锥筒14的锥形部分与储污罐15连接，甩至第一壳体12内壁面的杂质在旋转气流作用下通过导流锥筒14导入至储污罐15；排气管16的入口端设置在第一壳体12内部，排气管16背对进气方向，排气管16用于将杂质分离后的气体排出井场分离器1。
59.需要说明的是，处于层流状态的含杂质气体从进气管11进入井场分离器1的第一壳体12后，该含杂质气体能够在轴流叶片13处被整流成旋转气流，大粒径的颗粒杂质将被甩至第一壳体12内壁面，第一壳体12中心区域的杂质浓度显著降低；该旋转气流继续向前在导流锥筒的作用下，加速旋转并折返，从而洁净气流(杂质分离后的气体)从排气管16的入口端流出井场分离器1；甩至第一壳体12内壁面的杂质在旋转气流的作用下，沿壁面移出导流锥筒14，并排入储污罐15。
60.在一些实施例中，轴流叶片13、导流锥筒14、排气管16等关键部件能够使用耐腐蚀的材料，比如，能够使用不锈钢材料。
61.值得说明的是，由于轴流叶片13、导流锥筒14、排气管16等关键部件能够使用耐腐蚀的材料，从而降低了轴流叶片13、导流锥筒14、排气管16等关键部件表面腐蚀的可能性，降低了阻力损失，同时方便清洁。
62.参见图3，阀组过滤器2能够包括筒体21、进气段22、上端盖23、吊耳24、滤篮25、出气段26和排污阀27。
63.作为一种示例，筒体21上设置有进气段22、出气段26和排污阀27，且筒体21上安装有上端盖23，上端盖23与吊耳24连接，吊耳24与滤篮25连接，以将滤篮25悬挂在筒体21内部，滤篮25用于过滤从进气段22进入筒体21的杂质，排污阀27用于排出筒体21内的杂质。
64.需要说明的是，由于吊耳24与滤篮25连接，因此，在上端盖23打开后，通过吊耳24能够将滤篮25从筒体21中取出，从而便于拆装和清洁。
65.参见图4，阀组过滤器2的进气段21与阀组中的球阀101连接，阀组过滤器2的出气段26与阀组中的止回阀102连接。
66.在一些实施例中，阀组中能够设置两路输气线路，每路输气线路中均包括直角弯管，因此，每路输气线路中的设备均包括球阀101、阀组过滤器2和止回阀102，参见图4。
67.在一些实施例中，在对阀组过滤器2进行清洁时，能够通过一主用一备用的方式，保证其中一路的阀组过滤器正常运行。
68.值得说明的是，由于两路输气线路能够同时使用阀组过滤器2，因此，减缓了阀组
过滤器2的压降增长。
69.需要说明的是，筒体21、滤篮25等部件能够使用耐腐蚀的材料，比如，能够使用不锈钢材料。
70.值得说明的是，由于能够采用诸如不锈钢等耐腐蚀材料，从而改善筒体21、滤篮25等部件的腐蚀情况，减少了杂质沉积在筒体21、滤篮25等部件的情况发生，且方便筒体21、滤篮25等部件的重复使用。
71.参见图5，压缩机后置分离器4包括进口腔41、出口腔42和多个超音速分离管43。
72.作为一种示例，进口腔41分别与多个超音速分离管43中每个超音速分离管43的进口管段431连接，每个超音速分离管43的多个分离管段432分别与出口腔42连接。
73.在一些实施例中，多一个超音速分离管43通过并联方式设置在压缩机后置分离器4中，且能够根据输气量的变化调整分离管运行数量，以保证杂质分离效果。
74.在一些实施例中，参见图5，每个超音速分离管43还包括喷管433和超音速翼434。
75.作为一种示例，喷管433安装在进口管段431处，超音速翼434安装在每个超音速分离管43的流动管段435。
76.参见图5，多个分离管段432中每个分离管段包括干气通道和油污通道。
77.为了避免气相被液固相再次污染，每个分离管段能够包括干气通道和油污通道，在超声速分离器4将第一压缩机8后的气体中的油污分离出来后，气体能够从干气通道运输，油污能够从油污通道运输。
78.参见图6，多相分离器5能够包括分离壳体51、旋流器52、折流板53和聚结滤芯54。
79.在一些实施例中，旋流器52、折流板53和聚结滤芯54依次设置在分离壳体51的内部，且旋流器52位于分离壳体51的进气口处，聚结滤芯54设置在分离壳体51的出气口处。
80.由于处理中心进站的气源复杂、颗粒物杂质浓度变化较大，为了提高进入第二压缩机9的气体的气质，以延长第二压缩机9的使用寿命，该能够采用旋流与折流板的预分离方式，去除粒径为2～5微米及以上的颗粒杂质后，通过聚结滤芯对微米级粉尘和液滴实现精过滤。
81.在本技术实施例中，由于井场分离器位于井场的井口处，阀组过滤器位于阀组中，卧式过滤分离器和压缩机后置分离器位于集气站内，多相分离器和立式聚结分离器位于处理中心内，也即是，煤层气集输系统中不同的位置设置有不同的杂质处理设备，从而保证每个位置都能对杂质进行处理，降低了管道沿线杂质沉积，提高了杂质处理效率。又由于第一压缩机和第二压缩机等设备的进出口处均设置有杂质处理设备，从而保护了第一压缩机和第二压缩机等设备，避免了经济损失。
82.上述所有可选技术方案，均可按照任意结合形成本技术的可选实施例，本技术实施例对此不再一一赘述。
83.本技术实施例提供了一种煤层气集输系统，该煤层气集输系统中包括上述图1-图6所述的煤层气杂质处理装置。
84.在本技术实施例中，由于煤层气集输系统中包括能够提高杂质处理效率和杂质处理效果的杂质处理装置，从而保证了煤层气集输系统在运输煤层气时的效率。
85.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读
存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
86.以上所述仅为本技术实施例的较佳实施例，并不用以限制本技术实施例，凡在本技术实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。