一种超临界二氧化碳压缩系统的卸载放空系统及其流程

摘要

本发明公开了一种超临界二氧化碳压缩系统的卸载放空系统及其流程，涉及气体压缩技术领域，系统包括设在多级压缩系统上用于分级降压的分级调压系统，末级压缩系统的出气口并联有旁通开关阀和放空阀，旁通开关阀的出气端连通至初级压缩系统的进气口，放空阀的出气端连通至放空管道，放空阀的出气端法兰与回流管道的对接法兰之间设有用于限制气体流量的限流机构，利用本发明的卸载放空系统，可以使超临界二氧化碳压缩系统分级泄压卸载，降低停机时对系统的受力部件的冲击并避免二氧化碳产生相变，另一方面，卸载后的放空操作通过限流机构进行放空流量的限制和改变，避免对火炬系统造成冲击，也可以客制化改变放空流量及时间。

权利要求

1.一种超临界二氧化碳压缩系统的卸载放空系统，包括通过回流管道连接在超临界二氧化碳压缩系统的末级压缩系统出气口与初级压缩系统进气口之间的旁通开关阀(32)，其特征在于：末级压缩系统的出气口连通有含有数个气体通道的出气组件，旁通开关阀(32)的进气端与出气组件连通，旁通开关阀(32)的出气端与初级压缩系统的进气口连通，还包括分别与出气组件连通的分级调压系统和放空阀(33)，分级调压系统包括与出气组件连通的末级旁通阀(30)，末级旁通阀(30)的出气口连通至末级压缩系统的上一级压缩系统的进气口，除末级压缩系统和初级压缩系统外的其他每级压缩系统的进气口与其上一级压缩系统的进气口之间均通过回流管道连通有一个分级旁通阀；所述放空阀(33)的出气端通过回流管道连通至放空管道(34)，所述放空阀(33)的出气端法兰与回流管道的对接法兰之间设有用于限制气体流量的限流机构，所述限流机构包括插设在放空阀(33)的出气端法兰与回流管道对接法兰之间且中间贯穿有流量孔(7)的放空孔板(6)，所述流量孔(7)的尺寸小于放空阀(33)出气口的尺寸，所述放空孔板(6)的外周密封连接有环形密封圈(601)，所述放空阀(33)的出气端法兰和与之对接的回流管道的对接法兰面上均设有一个与环形密封圈(601)直径相同的环形凹槽(602)，所述环形密封圈(601)嵌合在两个环形凹槽(602)形成的环形槽内使放空阀(33)的法兰与回流管道的对接法兰密封对接。

2.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳压缩系统的卸载放空系统，其特征在于：

所述放空阀(33)、旁通开关阀(32)、末级旁通阀(30)和每个分级旁通阀均为气动阀。

3.一种超临界二氧化碳压缩系统的卸载放空流程，其特征在于，采用权利要求1-2任一项所述的超临界二氧化碳压缩系统的卸载放空系统，进行以下操作：(1)卸载流程：进行分级泄压操作，将末级排气压力平稳泄压至额定排气压力的1/3；

开启旁通开关阀，将末级排气压力泄压至接近进气压力，然后切断超临界二氧化碳压缩系统的总进气通路，停止向超临界二氧化碳压缩系统内继续进气；

停止超临界二氧化碳压缩系统的的压缩机电动机，关闭超临界二氧化碳压缩系统的总排气通路，完成卸载，进入放空流程；

其中，分级泄压操作包括：

在额定时间内完全打开末级旁通阀，将末级排气压力泄掉1/3；

在额定时间内沿气流反方向依次开启各级分级旁通阀，将末级排气压力泄压至额定排气压力的1/3；

(2)放空流程：打开放空阀，超临界二氧化碳压缩系统内的气体经放空孔板限流向放空管道排放；

监控检测超临界二氧化碳多级压缩系统内的气体压力，当超临界二氧化碳多级压缩系统内的气体放空至0.5MPa，关闭放空阀，完成卸载放空。

4.根据权利要求3所述的一种超临界二氧化碳压缩系统的卸载放空流程，其特征在于：

所述旁通开关阀、末级旁通阀和多个分级旁通阀得完全打开的额定时间为10S。

说明书

一种超临界二氧化碳压缩系统的卸载放空系统及其流程

技术领域

[0001] 本发明涉及气体压缩领域，更具体的是涉及一种超临界二氧化碳压缩系统的卸载放空系统及其流程。

背景技术

[0002] 二氧化碳气驱强化采油技术即利用CO2在油和水中均具有较高溶解度的特点，将CO2注入到油层中，以增大原油的体积，降低原油的粘度，并且降低油水间的界面张力，从而有效提升原油采收率，并将CO2永久封存地下，是真正的节能减排又高效的生产技术，这项技术不仅能满足油田开发的需求，还可以解决二氧化碳的封存问题，保护大气环境。该技术不仅适用于常规油藏，尤其对低渗、特低渗透油藏，可以明显提高原油采收率。二氧化碳驱油一般可提高原油采收率7％～15％，延长油井生产寿命15～20年。

[0003] CO2通常状况下是一种无色、无臭、无味无毒的气体，能溶于水，在25℃溶解度为0.144g/100g水，密度约为空气的1.5倍。对于100％纯二氧化碳，当压力高于临界压力(7.38MPa)且温度高于临界温度(31.4℃)时，CO2处于气相和液相之间的超临界状态，超临界二氧化碳的密度非常大，接近液体的密度，但是扩散系数接近气体；当压力高于临界压力(7.38MPa)，温度低于临界温度(31.4℃)时，CO2处于密相液体状态，密相液体状态二氧化碳的腐蚀性非常强，而且随着压力降低，二氧化碳体积膨胀，温度就会降低，压力降低幅度过快则会导致二氧化碳温度急剧下降，形成干冰。

[0004] 超临界CO2注气压缩系统就是CO2气驱采油的核心设备，它将CO2气体从常规气态逐级压缩、控温，使其温度高于临界温度，压力高于临界压力，达到临界状态，然后注入地下提高采油率。假如液相介质进入压缩机，压缩机存在很大的腐蚀风险，且出现顶缸等异常现象，而干冰形成则会阻塞管道，至使管道冻裂。

[0005] 现有的气体压缩系统应用到超临界二氧化碳压缩中时存在以下问题：现有的压缩系统卸载时，由于高压气体经过卸压阀泄压时，气体温度会急剧下降而引起二氧化碳相变，造成干冰阻塞管道，因此正常停机前无法进行卸载，而是在压缩机满负荷运行下，直接停止主电机，但这样直接停机的方式会对往复压缩机主机的受力部件产生很大的冲击，致使活塞杆容易断裂；在放空操作中，如果操作不当致使放空过快，则也会存在降压过快的问题，同样会引起二氧化碳相变，达到三相点温度后会形成干冰，阻塞管道气体流动，最终造成管子碎裂，且人工放空时，高密度二氧化碳释放环境对人体存在安全隐患，另外放空阀放空时没有限流装置，使得高压气体容易冲击火炬系统，也不便于改变放空流量与时间。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于：为了解决现有超临界二氧化碳压缩系统无法安全卸载停机并放空，以及放空流量不便调节的问题，本发明提供一种用于超临界二氧化碳压缩系统的卸载放空系统及其运行流程。

[0007] 本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：一种超临界二氧化碳压缩系统的卸载放空系统，包括通过回流管道连接在超临界二氧化碳压缩系统的末级压缩系统出气口与初级压缩系统进气口之间旁通开关阀，末级压缩系统的出气口连通有含有数个气体通道的出气组件，旁通开关阀的进气端与出气组件连通，旁通开关阀的出气端与初级压缩系统的进气口连通，还包括分别与出气组件连通的分级调压系统和放空阀，分级调压系统包括与出气组件连通的末级旁通阀，末级旁通阀的出气口连通至末级压缩系统的上一级压缩系统的进气口，除末级压缩系统和初级压缩系统外的其他每级压缩系统的进气口与其上一级压缩系统的进气口之间均通过回流管道连通有一个分级旁通阀；所述放空阀的出气端通过回流管道连通至放空管道，所述放空阀的出气端法兰与回流管道的对接法兰之间设有用于限制气体流量的限流机构，所述限流机构包括插设在放空阀的出气端法兰与回流管道对接法兰之间且中间贯穿有流量孔的放空孔板，所述流量孔的尺寸小于放空阀出气口的尺寸，所述放空孔板的外周密封连接有环形密封圈，所述放空阀的出气端法兰和与之对接的回流管道的对接法兰面上均设有一个与环形密封圈直径相同的环形凹槽，所述环形密封圈嵌合在两个环形凹槽形成的环形槽内使放空阀的法兰与回流管道的对接法兰密封对接。

[0008] 进一步地，所述放空阀、旁通开关阀、末级旁通阀和每个分级旁通阀均为气动阀。

[0009] 一种超临界二氧化碳压缩系统的卸载放空流程，采用以上所述的超临界二氧化碳压缩系统的卸载放空系统，进行以下操作：

[0010] (1)卸载流程：

[0011] 进行分级泄压操作，将末级排气压力平稳泄压至额定排气压力的1/3；

[0012] 开启旁通开关阀，将末级排气压力泄压至接近进气压力，然后关闭进气阀；

[0013] 停止电机，关闭排气阀，进入放空流程；

[0014] 其中，分级泄压操作包括：

[0015] 在额定时间内完全打开末级旁通阀，将末级排气压力泄掉1/3；

[0016] 在额定时间内沿气流反方向依次开启各级分级旁通阀，将末级排气压力泄压至额定排气压力的1/3；

[0017] (2)放空流程：

[0018] 打开放空阀，超临界二氧化碳压缩系统内的气体经放空孔板限流向放空管道排放；

[0019] 监控检测超临界二氧化碳多级压缩系统内的气体压力，当超临界二氧化碳多级压缩系统内的气体放空至0.5MPa，关闭放空阀，完成卸载放空。

[0020] 进一步地，所述旁通开关阀、末级旁通阀和多个分级旁通阀得完全打开额定时间为10S。

[0021] 本发明的有益效果如下：

[0022] 1.本发明在超临界二氧化碳压缩系统末级出气端设置分级调压系统、旁通开关阀和放空阀，并在放空阀的出气端设置用于限制气体流量的限流机构，搭配分级调压系统，一方面，相较于传统的超临界二氧化碳压缩系统直接停机操作，本发明在卸载前先经过分级调压系统进行卸压，将末级的高温高压气体稳定降低后，再通过旁通开关阀卸载，此时，末级的气体压力已经大幅度降低，泄压时压力小幅度降低不会再造成温度过多降低，从而也不会形成干冰，这样，将系统内的气体安全泄压后再停机，其电机的负荷已经接近空载，有效避免了压缩机主机的受力部件受大力冲击；在卸载完成后通过放空阀对超临界二氧化碳多级气体压缩系统内进行放空，代替传统的人工放空，一方面，卸载后气压已降低至低值，为常态气体，再经过放空控制系统放空时气压变化幅度微弱，不会因为降压产生相变；另一方面，代替人工放空可有效避免二氧化碳释放到环境后产生的高浓度窒息风险及噪声危害；

[0023] 2.本发明的限流机构包括插设在放空阀的出气端法兰与回流管道对接法兰之间且中间贯穿有流量孔的放空孔板，流量孔的尺寸小于放空阀出气口的尺寸，以起到限流作用；另外，如果客户有特殊需求，放空阀流量无法改变，可以通过更换不同孔径流量孔的放空孔板实现流量调节限制的作用；

[0024] 3.本发明的放空孔板的外周设有环形密封圈，分别与放空阀的出气端法兰和回流管道的对接法兰密封连接，将限流与密封作用合二为一，避免另外增加密封垫等部件，减少了泄漏点，缩短了法兰与法兰之间的距离，结构更加紧凑，密封性更好；

[0025] 4.本发明的放空阀、旁通开关阀、末级旁通阀和多个分级旁通阀均为气动阀，方便由超临界二氧化碳压缩系统的控制系统统一控制。

附图说明

[0026] 图1是本发明的结构示意图；

[0027] 图2是本发明的放空孔板的示意图；

[0028] 图3是本发明的放空孔板与放空阀和回流管道的组合示意图；

[0029] 图4是实施例1中超临界二氧化碳压缩系统的结构示意图。

[0030] 附图标记：1-主机、2-膜片联轴器,3-电动机、4-温度控制系统、5-控制柜、6-放空孔板、601-环形密封圈、602-环形凹槽、603-放空阀法兰、604-回流管道法兰、7-流量孔、9-总进气口、10-总排气口、15-初级压缩缸、17-初级冷却管束、20-二级压缩缸、22-二级冷却管束、25-末级压缩缸、27-末级冷却管束、30-末级旁通阀、31-二回一旁通阀、32-旁通开关阀、33-放空阀、34-放空管道、35-底座

具体实施方式

[0031] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0032] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0033] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0034] 在本发明实施方式的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0035] 实施例1

[0036] 如图1和图4所示，本实施例提供一种超临界二氧化碳压缩系统的卸载放空系统，包括通过回流管道连接在超临界二氧化碳压缩系统的末级压缩系统出气口与初级压缩系统进气口之间的旁通开关阀32，参照图4，优选地，本实施例中，超临界二氧化碳压缩系统包括底座35和安装在底座35上的多级往复活塞式压缩机，本实施例以多级往复活塞式压缩机的级数为三级(按进气气流方向分别为初级、二级和末级)为例，三级往复活塞式压缩机包括主机1以及分别与主机1连通的三级压缩缸，主机1通过膜片联轴器2与电动机3连接，电动机3将旋转运动通过膜片联轴器2传递至主机1，主机1将曲轴的旋转运动转化为活塞的往复运动，活塞的往复运动对压缩缸内的二氧化碳进行压缩，以使二氧化碳的压力升高，还设有控制每一级压缩缸压缩后气体温度的温度控制系统4，在本实施例，温度控制系统4使用现有公开技术的空气压缩机的空冷器(其构造不再详述)，空冷器的作用是对每级压缩过后的温度及压力升高的二氧化碳进行控温，使每级压缩后的气体温度维持在高于临界温度的稳定值，使气体的温度不会产生大的变化，从而避免气体的密度产生大的波动，进而避免产生大的脉动和震动；同时也避免温度低于临界值产生液化；空冷器上设有三组热交换管件，分别为初级冷却管束17、二级冷却管束22和末级冷却管束27，可对每一级压缩后的气体进行控温，底座35上设有用于对主机1进行润滑的润滑系统(润滑系统为现有公开技术，其构造不再赘述)，初级压缩缸15的进气口通过通气管道连通至总进气口9，初压缩缸15的出气口通过通气管道连通至初级冷却管束17的进气端，初级冷却管束17的出气端与二级压缩缸20的进气口连通，二级压缩缸20的出气口通过通气管道连通至二级冷却管束22进气端，二级冷却管束22的出气端与末级压缩缸25的进气口连通，末级压缩缸25的出气口通过通气管道连通至末级冷却管束27的进气端，末级冷却管束27的出气端连通至总排气口10；其中，末级压缩缸25的出气口还分出通路连通有含有数个气体通道的出气组件，出气组件可使用含有多条通路的多通管道，旁通开关阀32的进气端与出气组件的一个通气管道连通，旁通开关阀32的出气端与初级压缩系统的进气口连通。

[0037] 还包括分别与出气组件的两个不同的通气管道连通的分级调压系统和放空阀33，分级调压系统包括与出气组件连通的末级旁通阀30，末级旁通阀30的出气口与二级压缩缸20的进气口对接连通，即经过末级压缩缸25压缩后的高温高压二氧化碳气体回流至二级压缩缸20的进气管道；而二级压缩缸20的进气口和初级压缩缸15的进气口之间通过回流管道连通有分级旁通阀(即二回一旁通阀31)，二回一旁通阀31的进气口与二级压缩缸20的进气口对接连通，二回一旁通阀31的出气口与初级压缩缸15的进气口对接连通，可使二级压缩缸20的进气管道的气体通过二回一旁通阀31回流至初级压缩缸15的进气管道，这样可以降低压差，避免气体因压力大幅度降低造成温度大幅度降低而形成干冰，防止压缩机运行过程中管路因干冰产生阻塞。

[0038] 其中，放空阀33的出气端通过回流管道连通至放空管道34，放空阀33的出气端法兰与回流管道的对接法兰之间设有用于限制气体流量的限流机构。如图2和图3所示，限流机构包括插设在放空阀33的出气端法兰与回流管道对接法兰之间且中间贯穿有流量孔7的放空孔板6，所述流量孔7的尺寸小于放空阀33出气口的尺寸，超临界二氧化碳压缩系统的气体流经放空阀后，经放空孔板6上的流量孔7限流后向外流出，减小放空流量。放空孔板6的外周一体成型有环形密封圈601，放空阀33的出气端法兰603和与之对接的回流管道的对接法兰604面上均设有一个与环形密封圈601直径相同的环形凹槽602，所述环形密封圈601嵌合在两个环形凹槽602形成的环形槽内使放空阀33的法兰与回流管道的对接法兰密封对接。这样，放空孔板6将限流与密封作用合二为一，避免另外增加密封垫等部件，减少了泄漏点，缩短了法兰与法兰之间的距离，结构更加紧凑，密封性更好。

[0039] 为了系统整体自动、统一控制，设有控制柜5，控制柜5内设有控制器，控制器可选用PLC控制器，PLC控制器的选用参照现有市场产品已有规格，实现控制功能即可，不对具体型号进行约束，上述电动机3、温度控制系统4、旁通开关阀32、末级旁通阀30、放空阀33和二回一旁通阀31均为气动阀且电性连接至控制器。

[0040] 工作原理：

[0041] 超临界二氧化碳压缩系统供气结束需要进行卸载停机时，先通过分级调压系统泄压：先打开末级旁通阀，将末级排气压力泄掉1/3；然后打开分级二回一旁通阀31，将末级排气压力泄压至额定排气压力的1/3；再开启旁通开关阀32，将末级排气压力泄压至接近进气压力值，此时，末级的气体压力已经大幅度降低，泄压时压力小幅度降低不会再造成温度过多降低，从而也不会形成干冰，然后关闭总进气口9停止向超临界二氧化碳压缩系统进气；进气切断后，最后关停电动机3，关闭总排气口10停止向用户供气，完成卸载，这样，将系统内的气体安全泄压后再停机，其电机的负荷已经接近空载，有效避免了压缩机主机的受力部件受大力冲击。

[0042] 而放空在卸载过后通过放空阀33进行放空，一方面，卸载后气压已降低至低值，为常态气体，再经过放空控制系统放空时气压变化幅度微弱，不会因为降压产生相变；另一方面，代替人工放空可有效避免操作不当降压过快的情形，也避免二氧化碳释放到环境后产生的高浓度窒息风险及噪声危害。

[0043] 在放空过程中，放空孔板起到限流作用，可以定制不同尺寸流量孔的放空孔板来改变放空速度，同时，放空孔板的外周设有环形密封圈，分别与放空阀的出气端法兰和回流管道的对接法兰密封连接，将限流与密封作用合二为一，避免另外增加密封垫等部件，减少了泄漏点，缩短了法兰与法兰之间的距离，结构更加紧凑，密封性更好。

[0044] 根据上述实施例，本卸载放空系统应用到超临界二氧化碳压缩系统中可进行卸载放空，流程如下：

[0045] (1)卸载流程：

[0046] 超临界二氧化碳压缩系统供气结束需要进行卸载停机时，先在10S内完全打开末级旁通阀，将末级排气压力泄掉1/3；然后在10S内开启分级二回一旁通阀31，将末级排气压力泄压至额定排气压力的1/3；再开启旁通开关阀，将末级排气压力泄压至接近进气压力值，然后关闭总进气口9停止向超临界二氧化碳压缩系统进气；进气切断后，关停电动机3，关闭总排气口10停止向用户供气，完成卸载，进入放空流程；

[0047] (2)放空流程：

[0048] 经过卸载，压缩系统中气体压力已经偏低，打开放空阀33，超临界二氧化碳压缩系统内的气体经放空孔板6限流向放空管道34平缓排放；

[0049] 监控检测超临界二氧化碳多级压缩系统内的气体压力，当超临界二氧化碳多级压缩系统内的气体放空至0.5MPa，关闭放空阀33，完成卸载放空。