饱和水蒸气的天然气进入空冷器，被空冷器外面的冷空气冷却降温，天然气中水蒸气被冷凝成水滴汇集到空冷器底部，随气流进入分离器进行气液分离，脱水后的天然气从分离器顶部流出，进入天然气管网，分离器底部排出的油、水冷凝液经回收后进行集中处理。

主要设备有空冷器、气液分离器和注抑制剂混合器。常用的空冷器有高翅片空冷器、光管空冷器、低翅片空冷器三种类型，应根据天然气的处理规模、配电情况、集输、维修及管理是否方便作综合经济比较后选用。当空冷器管内侧膜传热系数大于1163.0瓦/（米²·开）时，宜选用高翅片空冷器；当管内侧膜传热系数小于116.3瓦/（米²·开）时，宜选用光管空冷器；当管内侧膜传热系数为116.3～1163.0瓦/（米²·开）范围时，宜选用低翅片空冷器。

天然气空冷法脱水工艺流程较简单、设备少、投资省、方便管理，但受气温条件的限制，通常只能脱出天然气中部分水蒸气。对于温度较高的油田低压伴生气，可先冷却至高于形成水化物温度5～7℃，分出凝液后再进行处理。当冬季气温比埋地管线在较长时间内低10℃以上时，可使用空冷法直接对含饱和水蒸气的天然气进行部分冷凝脱水。该脱水方法用于低温时应使用混合器在形成水化物以前注入抑制剂。对采用空冷法脱水的天然气集输管线宜设置通球设施及注抑制剂设施。