一种液压驱动热泵式的天然气井口减压加热自给系统技术方案

本发明专利技术涉及一种液压驱动热泵式的天然气井口减压加热自给系统，所述的天然气井口减压加热自给系统包括单螺杆膨胀机、液压传动系统、热泵装置；所述单螺杆膨胀机通过液压传动系统驱动热泵装置对天然气加热，天然气首先进入单螺杆膨胀机进行一级减压；单螺杆膨胀机回收天然气的压力能并转换为机械能，通过液压传动系统驱动热泵装置加热一级减压后的天然气。一级减压并加热后的天然气进入下一个单螺杆膨胀机进行二级减压，并回收天然气多余的压力能，以此循环。其优点表现在：具有安全防爆的液压传动系统驱动热泵装置对天然气加热，整个系统完全不涉及到电装置，安全可靠，多级减压及加热保证系统加热自给，替代传统的水套炉和节流阀减压，绿色环保。

【技术实现步骤摘要】
一种液压驱动热泵式的天然气井口减压加热自给系统
本专利技术涉及天然气余压回收利用
，具体地说，是一种液压驱动热泵式的天然气井口减压加热自给系统。
技术介绍
天然气在井口开采时，压力高一般在20MPa—70MPa之间，为了节省投资及安全生产，需要对井下天然气进行节流降压，然后再进行地面集输、预处理等生产过程。现有技术中通常采用节流阀减压输出。为防止节流降温造成的水合物或冰堵，首先利用水套炉对天气加热后，在进行节流阀减压，把天然气减压到5MPa左右，对其进行初级的气液分离，再输送到集气站。然而，现有技术中关于对天然气井口减压的系统操作存在以下缺陷和不足：首先，传递的系统中涉及到电装置，不具有防爆功能，容易爆炸，存在有安全隐患；其次，传统的系统设有水套炉和节流阀减压，不能保证系统加热自给，不具有绿色环保作用。另外，传统的系统的能量输出时，不能保证热泵装置提供足够的热能，不能使井口高压天然气顺利完成减压加热自给流程，这非常容易导致水合物或冰堵。中国专利文献CN104088605B，专利名称为：一种基于压力能发电和热泵加热的天然气井口加热节流系统。然而，上述专利文献存在缺点及问题：天然气采气场防爆要求高，其设计系统首先利用膨胀机发电机把天然气余压能转化为电能，然后利用这部分电能驱动热泵机组发电。该套系统未提及发电隔离保护措施，并且膨胀机输出轴为动密封，密封困难会存在天然气泄漏状况，并且膨胀机直接与发电机连接，因此整个系统安全隐患大。综上所述，需要一种具有安全可靠，实现加热自给的减压输出天然气，节能环保的天然气井口减压加热自给系统。而关于这种天然气井口减压加热自给系统目前还未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中的不足，提供一种具有安全可靠，实现加热自给的减压输出天然气，节能环保的天然气井口减压加热自给系统。本专利技术的再一的目的是，提供一种液压驱动热泵式的天然气井口减压加热自给系统的控制方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种液压驱动热泵式的天然气井口减压加热自给系统，所述的天然气井口减压加热自给系统包括单螺杆膨胀机、液压传动系统、热泵装置；所述单螺杆膨胀机通过液压传动系统驱动热泵装置对天然气加热，天然气首先进入单螺杆膨胀机进行一级减压；单螺杆膨胀机回收天然气的压力能并转换为机械能，通过液压传动系统驱动热泵装置加热一级减压后的天然气。一级减压并加热后的天然气进入下一个单螺杆膨胀机进行二级减压，并回收天然气多余的压力能，以此循环；所述液压传动系统并联至少一个单螺杆膨胀机且集中输出给一个热泵装置。作为一种优选的技术方案，所述的液压传动系统包括液压泵、液压马达、液压油箱以及单向阀；每个液压泵以及一个单向阀形成一个液压单元，每个液压单元均配有一个单螺杆膨胀机。作为一种优选的技术方案，各个液压泵采用并联的形式。作为一种优选的技术方案，所述的单螺杆膨胀机回收的能量通过液压传动系统的回路并联输出给热泵装置。作为一种优选的技术方案，所述的单螺杆膨胀机与液压传动系统中的液压泵建立连接。作为一种优选的技术方案，所述的液压泵和液压马达为至少一个。作为一种优选的技术方案，所述的单螺杆膨胀机膨胀出口处天然气的温度都高于露点温度。为实现上述第二个目的，本专利技术采取的技术方案是：一种液压驱动热泵式的天然气井口减压加热自给系统的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：步骤S1、井口高压天然气进入单螺杆膨胀机，完成一级减压，并膨胀减压对外做功，带动膨胀机主轴旋转；步骤S2、单螺杆膨胀机通过液压传动系统驱动热泵装置对天然气加热；步骤S3、加热后的次高压天然气进入下一级的单螺杆膨胀机，完成二级减压。作为一种优选的方案，步骤S1-S3中的两个单螺杆膨胀机回收的能量都通过液压传动回路并联输出给热泵装置。本专利技术优点在于：1、本专利技术的一种液压驱动热泵式的天然气井口减压加热自给系统，具有安全防爆的液压传动系统驱动热泵装置对天然气加热，整个系统完全不涉及到电装置，安全可靠，多级减压及加热保证系统加热自给，替代传统的水套炉和节流阀减压，绿色环保。2、液压传动系统柔性好，可以并联多个单螺杆膨胀机且集中输出给一个热泵装置，使得单螺杆膨胀机回收的能量都通过液压传动回路并联输出给热泵装置，其保证热泵装置提供足够的热能，使井口高压天然气顺利完成减压加热自给流程，代替了传统的水套炉。3、采用多级膨胀减压，可防止井口高压天然气一次性减压降温过大造成管道冰堵和水合物对输气的影响。4、所设计的系统保证每一次膨胀机出口处天然气的温度都高于露点温度，然后利用热泵对天然气加热，保证下一级的减压顺利完成，可防止天然气减压产生水合物或冰堵。5、单螺杆膨胀机和液压传动装置功率密度大，整个系统便于撬装化设计，井口压力衰减后可搬到下一个新井场。附图说明附图1是本专利技术的一种液压驱动热泵式的天然气井口减压加热自给系统示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术提供的具体实施方式作详细说明。附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：1.单螺杆膨胀机2.液压泵3.单向阀4.液压马达5.液压油箱6.热泵装置请参照图1，图1是本专利技术的一种液压驱动热泵式的天然气井口减压加热自给系统示意图。一种液压驱动热泵式的天然气井口减压加热自给系统，所述的天然气井口减压加热自给系统包括单螺杆膨胀机1、液压泵2、单向阀3、液压马达4、液压油箱5、热泵装置6；所述的液压泵2、液压马达4、液压油箱5以及单向阀3组合形成液压传动系统；天然气首先进入单螺杆膨胀机进行一级减压；单螺杆膨胀机1回收天然气的压力能并转换为机械能，通过液压传动系统驱动热泵装置6加热一级减压后的天然气。一级减压并加热后的天然气进入下一个单螺杆膨胀机进行二级减压，并回收天然气多余的压力能，以此循环。(天然气并不进入液压传动系统，液压传动系统是一个独立的系统，液压系统只是一个传动系统，其通过液体的压力能来实现传递能量的功能)。所述的液压传动系统包括液压泵2、液压马达4、液压油箱5以及单向阀3，每个液压泵2以及一个单向阀3形成一个液压单元，每个液压单元均配有一个单螺杆膨胀机1，各个单螺杆膨胀机1采用串联的形式，各个液压泵2和液压马达4采用并联的形式。该实施例需要说明的是：所述的液压传动系统包括液压泵2、液压马达4、液压油箱5以及单向阀3；每个液压泵2以及一个单向阀3形成一个液压单元，每个液压单元均配有一个单螺杆膨胀机1，该设计方式使得天然气每次减压后，均能对输出的天然气的一部分都够通过液压传动系统驱动热泵装置6进行加热。液压传动系统的作用是：将单螺杆膨胀机1回收天然气的压力能并转换的机械能通过液压传动的方式传递给热泵机组。另外，与单螺杆1膨胀机相连接的是液压泵2；与热泵装置6连接的是液压马达4；液压泵2和液压马达4两者的功能不同；液压泵2是将单螺杆膨胀机1的机械能转化为液压的压力能；液压马达4是将液体的压力能转化为机械能。液压传动系统的工作原理是：单螺杆膨胀机1回收天然气的压力能并转换为机械能，单螺杆膨胀机1驱动液压泵2打出的油压，依靠液压的压力能传能量，液压马达4驱动热泵装置6对天然气加热。各个液压泵2和液压马达4采用并联的形式，该设计方式使得能够充分收纳经减压后未经热泵装置6直接加热的天然气，回收充分。所述的单螺杆膨胀机1用于天然气余压能回收本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液压驱动热泵式的天然气井口减压加热自给系统，其特征在于，所述的天然气井口减压加热自给系统包括单螺杆膨胀机、液压传动系统、热泵装置；所述单螺杆膨胀机通过液压传动系统驱动热泵装置对天然气加热，天然气首先进入单螺杆膨胀机进行一级减压；单螺杆膨胀机回收天然气的压力能并转换为机械能，通过液压传动系统驱动热泵装置加热一级减压后的天然气；一级减压并加热后的天然气进入下一个单螺杆膨胀机进行二级减压，并回收天然气多余的压力能，以此循环；所述液压传动系统并联至少一个单螺杆膨胀机且集中输出给一个热泵装置。

【技术特征摘要】
1.一种液压驱动热泵式的天然气井口减压加热自给系统，其特征在于，所述的天然气井口减压加热自给系统包括单螺杆膨胀机、液压传动系统、热泵装置；所述单螺杆膨胀机通过液压传动系统驱动热泵装置对天然气加热，天然气首先进入单螺杆膨胀机进行一级减压；单螺杆膨胀机回收天然气的压力能并转换为机械能，通过液压传动系统驱动热泵装置加热一级减压后的天然气；一级减压并加热后的天然气进入下一个单螺杆膨胀机进行二级减压，并回收天然气多余的压力能，以此循环；所述液压传动系统并联至少一个单螺杆膨胀机且集中输出给一个热泵装置。2.根据权利要求1所述的液压驱动热泵式的天然气井口减压加热自给系统，其特征在于，所述的液压传动系统包括液压泵、液压马达、液压油箱以及单向阀；每个液压泵以及一个单向阀形成一个液压单元，每个液压单元均配有一个单螺杆膨胀机。3.根据权利要求2所述的液压驱动热泵式的天然气井口减压加热自给系统，其特征在于，各个液压泵采用并联的形式。4.根据权利要求2所述的液压驱动热泵式的天然气井口减压加热自给系统，其特征在于，所述的单螺杆膨胀机回收的能量通过液压...

【专利技术属性】
技术研发人员：周雄，聂磊，田野，纪成香，冷再寒，
申请(专利权)人：重庆科技学院，
类型：发明
国别省市：重庆,50