一种页岩气水合物浆液快速转运卸载装置
技术领域
本实用新型涉及一种页岩气水合物浆液快速转运卸载装置，属于天然气水合物运输技术领域。
背景技术
页岩气是指赋存于富有机质泥页岩及其夹层中，以吸附或游离状态为主要存在方式的非常规天然气，其主要成分为甲烷。页岩气田集输流程为：页岩气井通过采气管线输至多井井场，经过预处理后，距离集气站较远井组通过集气支线与集气干线相连接，输至集气站进行最终处理，距离集气站较近的井组则直接进入集气站。
由于页岩气开发具有生产初期压降快、稳产产量低、在低压阶段生产时间长等特点，其地面工程在规划设计时也具有区别于常规气田的特殊性与难点。例如，页岩气管网储运技术中存在的“地面集输设计规模难确”、“低压单井倒灌”、“新接入气井影响管网运行稳定性”、“后期增压开采”等问题。
为避免不同生产阶段内页岩气田集输系统出现上述的问题，可通过天然气水合物储运技术进行页岩气的集输与处理。该技术是近年来一项新兴发展的技术，1m3水合物储存150～180m3天然气，其核心思想是利用水和天然气在高压低温下形成固态的水合物，利用水合物的自保护效性，令水合物在低温常压下长期储存并运输。由于该技术具有工艺简单，生产成本较低，合成及储运工艺不需要很苛刻的压力和温度条件、良好的自我储存能力、自保护效应强及稳定性高等优点，使其相对于管道运输、LNG、CNG、ANG等储运技术更加具有优势。
专利“一种气体水合物储运装置”，201310579317.0，公开公告号CN 103672403 B，提供一种无需外部设备持续制冷及维压的天然气水合物长距离输送装置，可安装在火车及运输车上进行长途配送，但该装置在水合物储腔外设有LNG套，水合物储运技术需要与LNG储运技术配合应用以实现气体水合物的储存运输，该工艺的应用条件的局限性较大。
专利“一种块状天然气水合物储运装置”，201820225880.6，公开公告号CN208041596 U，研制一种块状天然气水合物储运装置，与火车、冷藏运输汽车、船舶等运输工具相配合，进行长距离运输，通过注入循环热水实现固态水合物的分解与气体输出，但固态水合物的热分解速度较慢，所需的天然气卸车时间较长。
目前针对水合物长距离的储存结构还很不成熟，仍然存在着很多的问题，如水合物制备需要高压低温环境、水合物储量小、输距离短、维持水合物生成的低温环境成本高、易受外界环境影响、水合物分解需额外注热等。相对于固态水合物而言，水合物浆液制备及储存条件容易满足，可以极大地减少能耗，水合物浆液储运形式经济性较高。同时，天然气水合物浆具有很好的流动性，浆态运输设备简单，避免天然气固态水合物装卸运输的不便。
为此，我们根据水合物浆液储存条件，设计一种无需外部设备制冷的水合物浆液储存装置，可用于长距离的天然气水合物浆液输送，以避免气田集输系统由于页岩气产量递减速度快、管网压力与产量矛盾关系及后期新增产能不确定性等问题带来的一系列难题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种页岩气水合物浆液快速转运卸载装置，从确保水合物浆液储运装置安全运行的高度出发，综合分析天然气水合物浆液的生成、储存条件，考虑装置输送、转运及卸载过程中可能存在的不安全因素，结合页岩气田地面集输系统的生产特点，进行页岩气水合物浆液转运卸载装置设计，为地面集输系统提供一种安全、低成本的天然气输运新途径。
本实用新型主要解决以下问题：
(1)设计水合物浆液分离单元，旋转轮与螺旋流道进行水合物浆液离心脱水分离，第一储液室进行水合物浆液沉降分离，浆液分离室进行水合物浆液过滤分离。
(2)设计浆液车载储罐结构，罐内设置水平电极加热板、竖直加热板进行事故工况下紧急气化处理，结合浆液槽车配套的安全仪表系统，实现脱水稠化后浆液储存与转运。
(3)设计水合物浆液快速卸载单元，槽车底盘设置空温式汽化器、电加热汽化器，储罐配备潜液泵，操作箱配套管路系统，可通过四种不同气化增压方式进行水合物浆液快速卸载。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下。
一种页岩气水合物浆液快速转运卸载装置，包括水合物浆液分离单元、浆液储存转运单元、浆液快速卸载单元；
所述水合物浆液分离单元包括浆液脱水分离器1、旋转轮2、螺旋流道3、第一储液室4、浆液分离室5、第一冷却水回流管6、第二冷却水回流管7、支架8；所述浆液储存转运单元包括车头9、槽车底盘10、浆液车载储罐11、操作箱12、紧急气化系统、安全仪表系统、管路系统；所述浆液快速卸载单元包括空温式汽化器13、电加热汽化器14、潜液泵15；
所述的浆液脱水分离器1由分离上段、分离中段、分离下段构成，内部设有旋转轮2、螺旋流道3、第一储液室4、浆液分离室5，通过支架8安装在浆液车载储罐11上，所述的分离上段设有旋转轮2，所述的分离中段设有螺旋流道3，所述的分离下段设有第一储液室4、浆液分离室5，所述的第一储液室4下部设有第一冷却水回流管6，所述的浆液分离室5下部设有第二冷却水回流管7，所述的车头9与槽车底盘10连接，所述槽车底盘10上部设有浆液车载储罐11、操作箱12，下部设有空温式汽化器13、电加热汽化器14，所述浆液车载储罐11内部设有紧急气化系统、潜液泵15，所述操作箱12内设有安全仪表系统、管路系统。
进一步的，所述的螺旋流道3是一个直径不变、内径逐渐减小的螺旋状管道，管道壁面设有若干直径为1～3mm的小孔。
进一步的，所述的浆液分离室5位于储液室4内部，二者的组合形状与两个组合的同心圆柱体相同。
进一步的，所述的浆液分离室5由浆液过滤盘16、第二储液室17、浆液输送管18构成；
所述的浆液过滤盘16是一个中空的圆台状多孔过滤板，位于第二储液室17顶部，所述的第二储液室17内部设置浆液输送管18。
进一步的，所述的浆液车载储罐11是一个内外筒双层结构的储罐，内筒材料采用0Cr18Ni9奥氏体不锈钢，外筒材料采用Q345R低合金钢，内外筒支撑材料采用环氧玻璃，隔热方式为高真空多层隔热。
进一步的，所述的紧急气化系统包括导电杆19、绝缘子20、水平加热板21、导电板22、竖直加热板23；
所述的导电杆19设有绝缘子20、水平加热板21，与浆液车载储罐11顶部连接，所述的导电板22设有竖直加热板23，与浆液车载储罐11底部连接。
该实用新型的有益效果在于：
(1)通过水合物浆液分离单元设计的离心、过滤、沉降等方式，进行水合物浆液脱水稠化，提高车载储罐中水合物浆液浓度，增大水合物浆液槽车的有效储气量。
(2)设计浆液车载储罐的紧急气化结构，罐内设置水平电极加热板、竖直加热板，可实现事故工况下水合物浆液的快速气化处理。
(3)设计内外筒双层结构的浆液车载储罐，内筒材料采用0Cr18Ni9奥氏体不锈钢，外筒材料采用Q345R低合金钢，隔热方式为高真空多层隔热，无需外部设备制冷，能有效避免浆液储存转运过程发生气化，保证水合物浆液的安全储存。
(4)水合物浆液槽车设有空温式汽化增压卸车、电加热汽化增压卸车、潜液泵增压卸车及组合式增压卸车四种自带卸车工艺，可根据实际情况下进行水合物浆液快速卸车。
附图说明
图1是本实用新型实施例中页岩气水合物浆液快速转运卸载装置的结构示意图。
图2是本实用新型实施例中页岩气水合物浆液快速转运卸载流程示意图。
图3是本实用新型实施例中浆液脱水分离器的主视图。
图4是本实用新型实施例中浆液脱水分离器的“A-A”视图。
图5是本实用新型实施例中浆液车载储罐的结构示意图。
图6是本实用新型实施例中浆液车载储罐的安全控制系统的示意图。
图7是本实用新型实施例中水合物浆液卸车工艺的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本实用新型。
实施例
本实施例中，图1是本实用新型实施例中页岩气水合物浆液快速转运卸载装置的结构示意图，页岩气水合物浆液快速转运卸载装置包括水合物浆液分离单元、浆液储存转运单元、浆液快速卸载单元；
所述水合物浆液分离单元包括浆液脱水分离器1、旋转轮2、螺旋流道3、第一储液室4、浆液分离室5、第一冷却水回流管6、第二冷却水回流管7、支架8；所述浆液储存转运单元包括车头9、槽车底盘10、浆液车载储罐11、操作箱12、紧急气化系统S1、安全仪表系统S2、管路系统S3；所述浆液快速卸载单元包括空温式汽化器13、电加热汽化器14、潜液泵15；
所述的浆液脱水分离器1由分离上段、分离中段、分离下段构成，内部设有旋转轮2、螺旋流道3、第一储液室4、浆液分离室5，通过支架8安装在浆液车载储罐11上，所述的分离上段设有旋转轮2，所述的分离中段设有螺旋流道3，所述的分离下段设有第一储液室4、浆液分离室5，所述的第一储液室4下部设有第一冷却水回流管6，所述的浆液分离室5下部设有第二冷却水回流管7，所述的车头9与槽车底盘10连接，所述槽车底盘10上部设有浆液车载储罐11、操作箱12，下部设有空温式汽化器13、电加热汽化器14，所述浆液车载储罐11内部设有紧急气化系统S1、潜液泵15，所述操作箱12内设有安全仪表系统S2、管路系统S3。
图2是本实用新型实施例中页岩气水合物浆液快速转运卸载流程示意图，页岩气水合物浆液快速合成工艺流程为：页岩气井通过采气管线输至井丛平台，经过除砂撬CSQ进行除砂处理后，通过集气汇管汇合后以鼓泡形式进入水合物反应器，储水罐CSG中水增压后一部分通过第一流量分配阀V1进入雾化喷淋单元以水雾的形式进入水合物反应器，一部分水通过第二流量分配阀V2、第三流量分配阀V3的启闭状态进入喷射单元以水流喷射方式进入水合物反应器。数据采集模块通过数据传输模块将系统压力、温度、气液流量、阀门开启状态等信息传输至数据处理模块，根据页岩气水合物浆液快速合方法，进行水合物生成速率、生成量计算，相关参数及计算结果储存在数据储存模块，在参数控制模块水合物反应器压力、温度、过冷度控制，当其满足水合反应条件，页岩气与水在水合物反应器FYQ中快速生成水合物浆液，并通过水合物浆液分离器FLQ3进行浆液脱水稠化后进入浆液槽车CC，快速转运至终端用气点，通过卸车工艺卸载后储存在储罐CG中，经汽化器QHQ气化后供城市管网调峰使用。
图3是本实用新型实施例中浆液脱水分离器的主视图，浆液脱水分离器中螺旋流道3是一个直径不变、内径逐渐减小的螺旋状管道，管道壁面设有若干直径为1～3mm的小孔。
图4是本实用新型实施例中浆液脱水分离器的“A-A”视图。如图3、图4所示，所述浆液分离室5位于储液室4内部，二者的组合形状与两个组合的同心圆柱体相同.所述的浆液分离室5由浆液过滤盘16、第二储液室17、浆液输送管18构成,所述的浆液过滤盘16是一个中空的圆台状多孔过滤板，位于第二储液室17顶部，所述的第二储液室17内部设置浆液输送管18。
图5是本实用新型实施例中浆液车载储罐的结构示意图，所述的浆液车载储罐11是一个内外筒双层结构的储罐，内筒材料采用0Cr18Ni9奥氏体不锈钢，外筒材料采用Q345R低合金钢，内外筒支撑材料采用环氧玻璃，隔热方式为高真空多层隔热。
所述的紧急气化系统包括导电杆19、绝缘子20、水平加热板21、导电板22、竖直加热板23；所述的导电杆19设有绝缘子20、水平加热板21，与浆液车载储罐11顶部连接，所述的导电板22设有竖直加热板23，与浆液车载储罐11底部连接。
图6是本实用新型实施例中浆液车载储罐的安全控制系统的示意图，主要包括进排液系统、进排气系统、仪控系统安全系统、抽空系统。水合物浆液通过V1阀、V2阀进入浆液车载储罐，罐内气体通过V4阀、V5阀进入气体回收装置，储罐设置液位指示器进行浆液装车，设置内罐压力表，以利于行驶过程中随时观察内容器压力的变化情况；在储罐的顶部设置了一个外壳安全防爆装置S3；储罐阀门一端布置抽真空装置VV和测满装置MV，以便操作和检测；卸车操作时，浆液经V6阀进入罐车自带汽化器pr气化后返回浆液车载储罐，储罐压力增加至一定值，浆液至V3阀、V1阀向外输送。系统设置的安装装置还包括管路上的S1、S2安全泄放阀及阻火器D。
图7是本实用新型实施例中水合物浆液卸车工艺的流程示意图，页岩气水合物浆液快速转运卸载流程，具体包括以下步骤；
S1、离心分离：水合物浆液经浆液进液管以切线方向进入浆液脱水分离器1，旋转轮2转动，水合物浆液经圆周运动后进入螺旋流道3进行离心分离，液滴在离心作用下通过螺旋流道3壁面小孔运动至浆液脱水分离器1内壁，汇集后成小液流后进入第一储液室4，水合物颗粒与未分离液滴沿螺旋流道3进入浆液分离室5；
S2、过滤分离：在浆液分离室5内，水合物颗粒与未分离液滴在浆液过滤盘16进行过滤分离，液流经浆液过滤盘16小孔进入第二储液室17，分离后的水合物颗粒经浆液输送管18进入浆液车载储罐11；
S3、沉降、过滤分离：汇集进入第一储液室4的液流中夹带的水合物颗粒悬浮在水的上层，随着时间增加，第一储液室4内水位逐渐上升，当水位上升至浆液分离室5高度后，水合物浆液通过溢流进入浆液分离室5，在浆液分离室5经过滤分离后进入浆液车载储罐11；
S4、储存转运：水合物浆液在浆液车载储罐11中储存，分离出来的水经第一冷却水回流管6、第二冷却水回流管7回流至储水罐进行循环使用，浆液车载储罐11完成装载后将浆液转运至下游用气点，发生紧急事故时，采用浆液车载储罐11内设置的紧急气化系统进行紧急卸载处理；
S5、快速卸载：在用气点通过罐车自带的卸载工艺进行卸载、气化后供燃气调峰使用。
步骤S5所述的卸载工艺包括罐车自带潜液泵15增压卸载工艺、采用空温式汽化器13自压卸载工艺、采用空温式汽化器13与电加热汽化器14自压卸载工艺、组合式卸载工艺；
所述组合式卸载工艺是采用罐车自带潜液泵15、空温式汽化器13的组合式卸载工艺或采用罐车自带潜液泵15、空温式汽化器13、电加热汽化器14的组合式卸载工艺。
以上卸车工艺包括4种卸车流程：
C1、增压卸载工艺：采用罐车自带潜液泵15将水合物浆液增压卸载至储罐CG；
C2、第一自压卸载工艺：采用空温式汽化器13将浆液气化后返回至罐车自压卸载至储罐CG；
C3、第二自压卸载工艺：依次采用空温式汽化器13、电加热汽化器14将浆液气化后返回至罐车自压卸载至储罐CG；
C4、组合式卸载工艺：采用罐车自带潜液泵15、空温式汽化器13或采用罐车自带潜液泵15、空温式汽化器13、电加热汽化器14的组合式卸载工艺将浆液气化后返回至罐车卸载至储罐CG。
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
