天然井口气回收方案

井口气回收用

燃气驱动液压活塞式撬装压缩机项目可行性方案**公司2022年11月一、概述井口气回收设备，主要用于煤层气、油田伴生气、致密气、页岩气、常规气井等零散气源净化处理，并增压至槽车运输的工况。我国油气开采过程中，各大油气田均存在的试采井、边缘井、零散井。这类井产出的天然气由于种种原因，无法管输。以往，此类天然气大多采用放空或火炬形式直接或间接排入大气中。随着国内及全球环保压力不断增大，同时国内天然气供需不平衡的加剧，今年各级政府及相关企业都逐渐重视此类零散天然气的回收工作。仅仅大港油田10口井，2017年零散气回收量就达到5594万立方。不仅创造了巨大的经济价值，同时也减少了能源浪费和环境污染。而苏里格气田存在大量单井日产量2万方边远井，回收年效益单井超过千万。由此可见，全国范围内各类零散气的回收势在必行。目前国内零散气回收，通常采用燃气发电、CNG回收、LNG回收三种工艺。本项目井口气回收装置为CNG回收方式核心设备。当井口气质含硫量较低时，CNG回收的传统工艺如下：井口来气——水套炉加热节流——气液分离——干燥——增压——CNG槽车充装计量。方案存在以下问题：水套炉加热需要消耗大量天然气节流后将本来压力较高的天然气减压，后续再重新增压，浪费能量，同时增加了压缩机能耗及功率。节流后，压力降低，所用的天然气干燥器体积较大。现场设备占地较大，安装工程量大，不便搬迁。井口气含水量高，配套干燥器负荷大，脱水不彻底，造成压缩机带液压缩，压缩机气阀损坏频繁。压缩机排气量小，井口气量大时需要多套压缩机同时运行。本项目针对以上问题，经过多年的研发和试验，开发了整体撬装式CNG井口气回收撬，避免了传统CNG回收工艺的诸多问题，同时将全套工艺优化、小型化、撬装化，为我国零散气回收行业开辟了一条新的途径。本项目井口气回收撬体工艺设备主要包括杂质分离系统、压缩系统、脱水系统等，另外根据要求可配置凝液分离、排污、减压供气等系统。根据气井压力、气质等进行合理选型搭配组合。整撬动力采用燃气发动机驱动，可根据井口压力，调节排气量。核心、单元为压缩模块，本方案所述压缩模块采用液压活塞式压缩机，具有结构简单，附件少，体积小，可车载，方便搬迁，全自动无人值守等多种优势。二、 气源特点井口气具有来源广泛，气源成分复杂多样，压力变化较大，气量差别较大等特点。鉴于以上特点，井口气回收设备选型首先得取得详细准确的气质报告，并针对性的进行选型设计，方能满足气体回收工况，实现连续稳定采气，并保证工艺设备稳定高效运行。三、 前后置配套工艺设备简介3.1杂质分离系统各类井口气质成分较为复杂多样。主要杂质为液态水、液态油滴、碎砂石等。本方案所述分离系统的目的是分离气源气体内游离的各种液体及固体，分离效率达到99%以上。针对气源杂质与气体密度比较大的工况，采用粗分离、精分离串联式两级旋风分离装置进行分离。3.1.1、粗分离简介作用：本设备主要目的为分离掉原料气中全部较大的液体和固体及其余大部分的固体和液体。结构：本设备采用旋风分离和丝网除沫器相结合的结构工作原理：原料气从进口以切线方向进入筒体，在旋风片的通道下形成旋流，由于固体、液体和气体之间存在较大的密度差，在离心的作用下将密度大的固体和液体甩在外圈，气体在内圈，然后气体从中间的排气导管排出，固体和液体落到分离器底部，当气体从导管进入到上面腔室中会遇到丝网除沫器将气体夹带的小液滴拦截，并聚结成大的液滴，然后用自重滴下来排出去。3.1.2精密过滤器过滤器主要目的是防止粗分离、精分离过后，气体内仍然含有的微量细小杂质进入压缩机气缸内。选用过滤精度为5um的精密滤网。为保证系统连续运行，过滤器可设计为双过滤结构，一用一备。滤芯一般采用目数由小到大的多层精密不锈钢网，制成褶皱状，以提高纳污量。不锈钢材质保证了滤芯的可重复利用性。3.2脱水装置井口流出的天然气几乎都为气相水所饱和，甚至会携带一定量的液态水。天然气中水分的存在往往会造成严重的后果：含有CO2和HS的天然气在有水存在的情况下形成酸而腐蚀管路和设备；在一2定条件下形成天然气水合物而堵塞阀门、管道和设备；降低管道输送能力，造成不必要的动力消耗。水分在天然气的存在是非常不利的事，因此，需要脱水的要求更为严格。井口回收装置故障原因90%以上是由于脱水工艺不合理或脱水不达标造成的。本机脱水流程从入口到出口分别设置六级脱水，包括进气旋风脱水，过滤脱水，两级增压冷凝脱水，冷干脱水，高压后置干燥深度脱水。经以上流程，保证压缩天然气出口露点低于-60笆。3.3加气柱本方案配套一套标准单线双枪加气柱，计量精度符合贸易计量要求。单线流量3500Nm/ho四、液压压缩机部分简介4.1压缩机使用条件4.1.1、 压缩介质：井口天然气；4.1.2、 自带双线加气柱一套。4.1.3、 电源：压缩机主动力采用燃气发动机。另配套一台燃气发电机组。若现场有电源，电源功率要求N50kw。4.1.4、 基础要求：整撬平台平面平整度W±5mm，水平度W土5°。4.1.5、 压缩机无需地脚螺栓固定，可车载。4.2压缩机主要特点非对称压缩缸结构，换向冲击小，运行平稳。针对井口气回收工况设计的新式非对称压缩缸，活塞杆比同类设备减重80%，因此动量小，换向冲击小，运行平稳。液压驱动式压缩机入口压力范围大，无需调压设备进气压力范围为2~25MPa，无需稳压、调压，减少设备投入，提高了工作效率。机械式压缩机由于活塞力以及压缩比原因，每款压缩机最佳工况入口压力范围较小。当井口压力较高时需要减压，容易出现冰堵现象，同时减压后再增压，浪费能量，同排量压缩机能耗较高。无板式气阀，可带液压缩。当井口气体含水量较高时，气体经过压缩、冷却后会有凝结水析出。液压压缩机使用管式气阀，线密封形式，不存在液击的损坏可能，因此可带液压缩。特殊的表面处理，防腐性能高，耐磨性好，使用寿命长。压缩机气缸、活塞杆等部件，采用最新形式的钛瓷表面处理技术，耐磨性好，摩擦系数低，可有效防止碳酸腐蚀，非常适合于高含水量的气体压缩。压缩机做到完全无油润滑，避免油气混合为了避免采用润滑方式的气缸，本压缩机对气缸、活塞杆等摩擦面均做特殊处理，并且采用自润滑工程塑料作为密封元件。由于采用较大缸径和较小的线速度，因此使无油润滑成为可能。无油润滑密封设计的实现，省去了普通有油润滑压缩机必须配套的润滑油泵、分油器、油气分离等等复杂的设备，结构简单，故障点少。并且没有润滑油的损耗，因此日常运行费用低。气密封和油密封均采用特殊结构密封，可以完全避免油液对气体的污染。缸体结构简单，易损件少压缩缸内部通过活塞杆连接三个活塞，其中油活塞在中间油缸内，气活塞分别位于两气缸内。通过液压油驱动往复运动压缩气体。没有曲轴、连杆、十字头、填料等部件，结构简单，易损件少，故障点少。配置液压缓冲装置，大幅减小液压换向冲击。压缩机设置了液压换向缓冲装置，在液压换向瞬间起到缓冲作用，保证液压系统平稳运行的同时，避免了换向冲击，发动机功率平稳，大幅提高压缩效率。振动小，运行平稳压缩机气缸活塞由液压系统驱动，活塞等运动部件运行线速度W0.2m/s,因此设备震动小、噪音低。电机带动高压油泵再作用于压缩缸体，发动机负荷平稳，大大延长了压缩缸体与电机的工作寿命。全自动控制，使用操作简单压缩机控制系统采用PLC全自动控制，控制面板可以显示或查询压缩机工作情况，所有安全检测传感器信号均经过PLC判断处理，自动诊断，自动报警。压缩机运行全部实现自动控制，运行仅需要启动按钮即可，无需人工操作。(10)燃气发动机驱动，功耗小。机组采用燃气发动机作为主动力，与传统发电机+电机驱动形式的井口回收方案相比，总功率降低60%。本机最大输出功率160kw，若采用发电机+电机驱动方案，配套发电机功率需要达到500kw。发动机的供气采用干燥后供气，有效防止采用原料气常常发生的冰堵问题。(11)占地面积小，集成度高。本机将干燥、增压、控制、加气等设备全部集成撬装，外形尺寸8x2.5x3(长x宽x高)，占地面积比传统工艺设备小80%。现场只需连接进口管路即可。设备可车载，搬迁非常方便。(12)燃气发动机驱动，排量可调。压缩机采用燃气发动机驱动，根据进气压力、排气量，自动调节发动机转速，从而调节压缩机排量，保证加气流量在2500Nm/h。这样做的目的是防止进入干燥器的气体流量过大，导致干燥器短时间饱和而无法达到干燥效果。（13） 保压阀设计，保证干燥效果，防止分子筛粉化损坏。压缩机采用后置干燥形式，在压缩机出口处设置保压阀，保证干燥器工作压力处于正常工作压力范围内。同时压缩机不设置直充旁路，防止水进入槽车内，造成气质不好，影响下游使用。同时，由于设置了保压阀，并进行流量控制，防止干燥器由于流量过大造成分子筛相互摩擦产生粉化损坏。（14） 六级脱水，保证干燥效果。针对井口工况，压缩机入口采用两级分离，最大限度的将游离水分离。增压后冷凝设置排液系统，防止大量液态水积存于气缸及管路中。进入干燥器前，设置冷干系统，将干燥器负荷降至最低。（15） 整机热管理系统，制冷、制热能耗最低。压缩机采用燃气发动机余热给进气天然气预热，因此传统工艺必备的水套炉可以省略。另外，发动机余热可外输，方便冬季运用供暖，供热功率最大可达200kw。压缩机检测进排气及各处温度，自动控制风机风量，保证各处含水管路温度大于水合物形成温度，防止冰堵现象发生。（16） 再生时间控制，保证干燥器处于正常工作状态。压缩机干燥器采用外供电或配套燃气发电机供电。控制柜自动控制干燥器运行，压缩机工作完毕停机后，干燥系统持续供电直至再生结束，保证干燥器随时处于可工作状态。传统工艺由燃气发动机供电，当压缩机停机后，将发电机组也停机，造成干燥器无法再生，导致脱水不达标问题。4.3撬装机组技术参数技术参数压缩机型号CMP-25(2-25)-RQJK-CNG外形尺寸（mm）8500x2500x3000

适用场合天然气井口回收压缩介质井口气、试采气驱动型式液压活塞式防爆等级ExdIIBT4压缩级数二级进气压力（Mpa）2—20.0整撬设计压力（MPa）27.5最高工作压力（MPa）25排气温度（冷却后）（°C）W最高环境温度+15排气量（Nm，/h）2500冷却方式风冷润滑方式无油润滑压缩气含油量（mg/m，）无油传动方式燃气发动机驱动，液压传动最大功率（KW）160配套供电功率（KW）50电机转速（r.p.m）1465电机电压（V）380V/50Hz噪音W85dB(1米处)控制方式器PLC+触摸屏+软启动安装方式撬装式进出口接口形式42x5焊接管口(06Cr19Ni10)4.4、整撬供货范围1压缩机主机台1CMP-JK2散热器套3油冷却、气冷却3控制柜台1撬内集成，隔爆柜4高压后置干燥器套1双塔，4A分子筛5分离器套1双联旋风分离6加气柱套1双枪加气柱7调压供气系统套1减压供气，供生活或发电机、锅炉等8燃气发动机套1主发动机，提供压缩动力9燃气发电机组套1压缩机供电，生活供电10随机备件套1气缸用天然气密封件11随机资料套1说明书，维护保养手册，相关图纸等4.5、回收装置整撬设计及配置4.5.1、 撬体设计形式分离装置、压缩机主机、干燥脱水系统、液压油箱、防爆燃气发动机、油泵、仪表、缓冲装置、散热系统、连接管道等设备所有零部件安装于同一底座上，设备间的连接管线及设备与底座的固定皆为可拆卸连结，设备安装时连接好进气管路即可正常工作。因而，该类压缩机无论是运输、安装、操作及维修均极为方便。4.5.2、 整机安全设计（1） 压缩机设有最小入口压力保护，最大出口压力保护，最大出口压力二级保护，各压力容积元件都设置安全阀。所有安全阀放散口集中连接排放；（2） 压缩机自动启停保护和自动安全控制系统保护；（3） 整撬配套紧急切断装置，当系统超压或手动按下紧急切断装置时整机停机并切断进出口阀门；（4） 撬内设置燃气探头，泄漏时自动报警停机。（5） 撬内设置出口温度超温保护切断，入口温度过低保护及加热，系统过滤器堵塞压差保护停机等多种智能保护措施。4.5.3、 压缩机的过滤压缩机入口设置双联旋风分离对气源进行粗分离、精分离。在进入压缩机气缸前，额外设置5^m高精过滤器，保证进入压缩机的天然气纯净无杂质。压缩机对气体中含有的轻烃、微量液滴等不敏感，且无板式网状气阀，不会出现液击损坏，因此更适用于井口回收工艺。整撬在干燥器前及加气柱前另外设置了保护性过滤装置，过滤精度均为5um。4.5.4、 卸载、排污回收工艺设计液压式压缩机的设计决定了在任何压力下都可以实现随时启动。因此，本设备不设计卸载系统。压缩机各过滤器排污管汇集后连入排污回收罐装置，统一回收或处理。压缩机级间及末级冷却器集液管单独设置出口，方便凝液回收。4.5.5、 润滑系统液压活塞式无油润滑，不需要润滑系统。因此不存在出口气液分离、排污等配套设施。4.5.6、 压缩机选材及设计（1） 压缩机主机内高压气缸等高压元件均采用优质锻钢件，消除内应力，并按要求进行力学性能试验、超声波探伤检测合格。确保产品在恶劣环境下长期稳定、可靠的运行。（2） 属压力容器的单元设备按GBl50—2011、GBl51—2012、JB/T4730-2005等国家标准规范进行设计选材和制造。（3） 天然气主流程的阀门设置全部选用球阀，并附有产品合格证。（4） 管道选材：高压管道采用0Cr18Ni9不锈钢管，其技术性能符合GB/T14976-2012规定的高压管道。（5） 管件选材：压缩机橇管道弯头、三通、变径等管件全部为焊接式连接式接头。（6） 设备、管道连接：D20及以上管路连接采用焊接式连接，D10以下管路采用不锈钢双卡套连接。4.5.7、 安全阀放空与维修放空工艺压缩系统的各级放空管道汇集于压缩机出口放空总管引出橇体，放空管道上在安全阀前设置了手动放散旁通阀，方便维修操作。第10页共17页4.5.8、 冷却及加热系统压缩机需散热部分为各级压缩天然气、液压油、干燥器再生散热。撬内通过合理布局将各介质散热器统一布局，保证撬内合理的进排风。散热方式为风冷结构。各种散热器都采用翅片式列管散热器，保证散热效果。当环境温度在冰点附近或冰点以下时，进入撬内的混合气体可能由于含有液态水而造成冰堵。压缩机在入口处设置了水浴式加热装置，将压缩机进气加热，防止造成流程管路冰堵现象。加热系统采用自动温控系统进行自动控制启停。4.5.9、 室外机型防雨罩防雨罩为整体箱式，隔音罩具有隔音降噪的功能，同时兼备防雨保温功能；罩内有防爆照明灯，并设燃气泄漏报警探头1个；罩内设防爆排风机，保证罩内空气流通，并起到散热作用。4.5.10、发动机技术参数序号项目单位WP10D200E301NG1进气方式-增压中冷2气缸数-63缸径X行程mm126x1304活塞总排量L9.7265压缩比-11.6:16额定功率kW1827额定转速r/min15008超负荷功率kW2009超负荷转速r/min150010总功率特性最低燃料消耗率g/(kW-h)19511额定工况燃料消耗率g/(kW-h)20512机油燃料消耗比%<0.213额定工况平均有效压力kPa14活塞平均速度m/s6.515怠速转速r/min65016活塞漏气量L/min<12017发火顺序-1-5-3-6-2-418排放水平-非道路三阶段19进气门间隙（冷态）mm0.320排气门间隙（冷态）mm0.421噪声（声压级）dB(A)100机油压力额定点kPa350〜55022怠速点kPa100〜25023排气温度（涡后）°C<65024中冷后进气温度°C<5525润滑油油底壳容量L2426净质量kg980±5027曲轴旋转方向（从自由端看）-顺时针4.5.11、电气系统（1）电气配置A） 橇体上所有电缆通过防爆接线箱转接后在撬上穿防护套管规则布线，布线走向远离有可能受机械损伤、高温受热、震动、腐蚀的区域，钢管连接的螺纹部分涂以铅油或磷化膏防腐；有可能凝结水的地方，管线上装设排除凝结水的密封接头。B） 各电缆与电气设备的连接处采取严密的防爆隔离密封措施，采用挠性软管保护连接；各仪表外壳作安全接地。C） 各电缆采用整线，中间无接头。D） 压缩机配套的PLC电控柜电源进线端具有隔离功能（便于检修断电时具有明显断点）°PLC电控柜具有接受外来控制接点的功能，如可燃气体检测报警器信号、站控ESD信号，在事故报警时能切断压缩机组供电电源。E） 压缩机组的冷却器风机电机电控装置由PLC电控柜成套于其柜内。（2）PLC系统组成A）系统构成采用PLC自动编程控制，它由标准PLC电气控制系统、触摸屏、A/D转换器、压力变送器、温度及液位传感器、位置变送器、可燃气体探头传感器、电磁阀等组成；可实现自动操作界面，PLC电器控制柜远程监控。机组控制PLC系统采用隔爆柜集成于撬座。压缩机控制柜能完成压缩机油泵电机自动启停机、进气、排气程控阀组，冷却器风机、压缩缸加载等的控制，并完成其联锁控制。PLC控制柜（采用PLC可编程序控制器，配置7英寸真彩色液晶触摸显示的人机界面，油泵电机采用软启动器启动）设置压缩机自动保护。在控制柜上设有人机对话液晶显示触摸屏，实现各种参数的在线修改、机组的控制、监测报警、停机之功能，实现机组的自动运行和保护。有压缩机运行故障记录功能，记录缸工作时间循环周期达9999小时。设置ESD紧急停车功能。B）技术要求符合国家标准和国家电气规范的电源开关、隔离变压器、接线端子板。触摸屏可编程序控制器（PLC）能够检测和控制整个运行过程、紧急故障和设备启动、自动动态检测、自动停止到压缩机工作状态，并能够显示故障原因及处理措施，同时显示报警状态。自动监测系统在监测到以下状态时，系统将自动显示并关机并报警。C）撬体报警检测项目检测项目仪表安装位置显示控制报警停机进气压力-低控制柜VVVV排气压力-高控制柜VVV排气压力-超高控制柜VVVV进气温度低控制柜VVVV液压油温度高控制柜/防爆控制箱VVV液压油温度低控制柜/防爆控制箱VVV液压油位低控制柜/防爆控制箱VVVV进气气动阀门控制柜/防爆控制箱VVVV程序控制阀门控制柜/防爆控制箱VVV排气温度高控制盘VVVV可燃气体浓度高控制盘VVVV

进气压差高控制柜VVV加气流速高控制柜VVV发动机转速异常控制柜VVVV（4）PLC控制仪表技术条件序号名称基本技术参数用途及功能描述标准及防爆标志1压力变送器4~20mADC输出进气压力监测ExdIlBT42压力变送器4~20mADC输出排气压力监测ExdIlBT43温度变送器4~20mADC输出液压油温度检测ExdIlBT44液位变送器4~20mADC输出液压油油位检测ExdIlBT45气动阀控制24VDC进出气阀ON/OFF控制及开关位置检测ExmbIIT56流量变送器4~20mADC输出冷却水流动检测ExdIlBT47位置变送器4~20mADC输出液压缸活塞位置检测ExdIlBT44.5.12、压缩机配置表序号名 称规格型号生产厂家位置1压缩缸体CMP-JK康普锐斯主机罩棚内2液压控制系统CMP康普锐斯主机罩棚内3电控柜900x700x2000康普锐斯撬内集成4PLC可编程控制器CP1H-40D西门子PLC控制柜5AD模块CP1W-8OD西门子PLC控制柜6触摸屏7”威纶PLC控制柜7软启动SEC18C088斯达森PLC控制柜8紧急切断系统CMP康普锐斯压缩机橇9手动球阀DN16汉尼流体手动放散阀安全阀前阀10可燃气体探测器ES2000T深圳特安橇内11安全阀A21F-320PDN15/20浙江天正缓冲罐进口12过滤器精度10顷康普锐斯压缩机进气口13O型密封圈多种PARKER（美国）压缩缸14活塞密封CMP-200PUTEC（奥地利）气缸活塞15活塞杆密封CMP-50RUTEC（奥地利）轴中间定位板16活塞杆油密封ODB3-50RPARKER（美国）轴中间定位板17活塞油密封T1HMEKEL（德国）油缸活塞

18燃气发动机WP10-200潍柴压缩机橇19燃气发电机组WP4-66潍柴+法拉第撬外选配20油泵.A4VSO180排量：180ml/r最高工作压力：450bar北京华德压缩机橇21电磁换向阀4WE6C50BAG24压缩机橇22电液换向阀WEH25HZ50BAW220-50压缩机橇23调压盖板LFA25/DDB16XB315压缩机橇24液压油箱康普锐斯压缩机橇25双联分