一種雙喉部型氣體超聲速旋流分離裝置的製作方法

2023-10-22 05:13:37 2

專利名稱：一種雙喉部型氣體超聲速旋流分離裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種雙喉部型氣體超聲速旋流分離裝置，屬於多組分混合氣體的低溫凝結與旋流分離技術領域。
背景技術：
天然氣脫水和重烴分離是油氣集輸系統的重要工藝環節。傳統的處理方法通常採取蒸氣壓縮製冷、節流膨脹製冷和膨脹機製冷等方法獲取冷量，實現低溫分離，必要時還需加熱或加水化物抑制劑以防止水合物結晶凍堵管線、設備，整個系統效率低、能源浪費，且該過程極為複雜，耗資巨大，需要龐大的設備，成本和運行費用很高。超聲速旋流分離技術是一種應用於天然氣集輸、加工與處理領域的新技術，該技術結合了氣體動力學、工程熱力學和流體力學的理論，將膨脹降溫、旋流式氣/液分離、再壓縮等處理過程在一個密閉緊湊的裝置中完成，具有簡單可靠、密閉無洩漏、無需化學藥劑和支持無人值守等優點，與傳統的加熱防凍和利用防凍劑防凍天然氣集輸工藝相比，天然氣集輸系統投資和運行費用減少 10 25%。國外的Twister BV公司和ENGO石油公司對超聲速旋流分離技術進行了相關的研究工作，Twister BV公司開發了 「Twisterl 」和「Twisterll 」兩種型式的超聲速旋流分離器，ENGO公司分別開發出了名為「3S」的超聲速旋流分離器，兩個公司的產品已經開始進入商業推廣應用階段。國內的中國石油大學(華東)、北京工業大學、大連理工大學、西安交通大學和北京航空航天大學對超聲速旋流分離技術進行了相關的研究工作。超聲速旋流分離裝置的主要結構包括拉伐爾噴管、旋流裝置和擴壓管等構件，根據旋流裝置的安裝位置的不同，超聲速旋流分離器主要有兩種典型的結構一種是將旋流裝置安裝在噴管後的超聲速段來產生旋流，故旋流裝置又稱作超聲速翼，在該種結構種， 由於速度的轉化發生在超聲速條件下，超聲速翼後容易產生激波，破壞低溫低壓環境，不利於液滴的生長，降低超聲速分離器的分離效率，代表性的專利主要有國外的US 6513345 Bi、US 6524368B2、US 3773825 B2、US 6962199 Bi, US 7261766 B2. US 7318849 B2、US 7494535 B2.W02003/092850 AUffO 2004/020074 Al和國內的ZL 200410074338. 8等；另一種是將旋流裝置安裝在噴管的入口，使氣體以旋流的形式進入噴管進行膨脹降溫，主要的專利有國外的 US7357825 B2、US 2008/0196581 AUUS 2010/0147021 AUEP 1131588 Bi、 US 6372019 Bi、US 2010/0147023 Al 和國內的 ZL 200810011258. 6、ZL 200910023458. 8 及申請號 200910024347. 9,200910081813. 7,200910093744. 1,201010597341. 3 等，不足之處是旋流裝置的旋流能力比超聲速翼要弱，降低了超聲速分離器的分離效果。

發明內容
本發明的目的在於克服上述現有技術的缺點，提出一種限制激波擾動、降低能量損失、提高回壓能力的用於多組分混合氣體分離的一種雙喉部型氣體超聲速旋流分離裝置，該裝置採用雙喉部的概念，在超聲速旋流分離流道後設有超聲速壓縮流道、第二喉部流道和第二擴壓流道，有利於分離裝置穩定工作。為達到上述目的，本發明採用的技術方案是主要由入口段、葉柵、收縮段、中心體、外直管段、積液段、支撐肋、回壓段、阻渦器、排液管、幹氣出口和液體出口組成，其特徵在於中心體包括初始段、收縮錐段、漸細錐段和圓柱段，收縮段和收縮錐段形成亞聲速收縮流道，外直管段和漸細錐段形成超聲速旋流分離流道，亞聲速收縮流道和超聲速旋流分離流道的交界處構成第一喉部，第一喉部的面積為Atl ；回壓段包括第二收縮段、第二喉部和第二擴張段，並與圓柱段形成超聲速壓縮流道、第二喉部流道和第二擴壓流道，第二喉部為等直徑的直管段，截面面積為At2 ；積液段和回壓段之間的間隙構成積液腔，積液腔、排液管和液體出口相互連通。本發明的第二收縮段的輪廓曲線按照如下曲線方程來設計
權利要求
1.一種雙喉部型氣體超聲速旋流分離裝置，主要由入口段(1)、葉柵(2)、收縮段(3)、 中心體(4)、外直管段(5)、積液段(6)、支撐肋(7)、回壓段(8)、阻渦器(9)、排液管(11)、 幹氣出口(10)和液體出口(12)組成，其特徵在於中心體(4)包括初始段(17)、收縮錐段(18)、漸細錐段(19)和圓柱段(20)，收縮段(3)和收縮錐段(18)形成亞聲速收縮流道 (16)，外直管段(5)和漸細錐段(19)形成超聲速旋流分離流道(14)，亞聲速收縮流道(16) 和超聲速旋流分離流道(14)的交界處構成第一喉部(15)，第一喉部(15)的面積為Atl ；回壓段(8)包括第二收縮段(21)、第二喉部(22)和第二擴張段(23)，並與圓柱段(20)形成超聲速壓縮流道(26)、第二喉部流道(25)和第二擴壓流道(24)，第二喉部(25)為等直徑的直管段，截面面積為At2 ；積液段(6)和回壓段(8)之間的間隙構成積液腔(13)，積液腔 (13)、排液管(11)和液體出口 (12)相互連通。
2.根據權利要求1所述的一種雙喉部型氣體超聲速旋流分離裝置，其特徵在於第二收縮段(21)的輪廓曲線按照如下曲線方程來設計
3.根據權利要求1和2所述的一種雙喉部型氣體超聲速旋流分離裝置，其特徵在於第二收縮段(21)的收縮角6°彡β彡45°，第二喉部(22)的截面面積為 0. 6Atl ( At2 ( 1. OAtl，第二喉部(22)的長度0. 2D2彡L2彡5D2，D2為第二喉部(22)的直徑，第二擴張段(23)的擴張角6°彡α <36°。
全文摘要
本發明是一種雙喉部型氣體超聲速旋流分離裝置，應用於多組分混合氣體分離等領域。氣體在入口段流經多個葉柵產生旋轉，以旋流的形式依次進入亞聲速收縮流道、第一喉部和超聲速旋流分離流道，氣流膨脹至超聲速，形成低溫低壓，使氣體中的水分或者天然氣中的水和重烴組分發生凝結，氣流旋轉所產生的巨大離心力將凝結液滴甩向壁面並從積液腔排出，高效地實現氣液分離。在超聲速旋流分離流道後設有超聲速壓縮流道、第二喉部流道和第二擴壓流道，該設計可以將激波固定在第二喉道內，限制激波造成的擾動，減小背壓對激波位置的影響，使上遊超聲速流動更穩定；還可以避免強激波造成的邊界層分離效應和減小摩擦阻力損失，提高分離裝置的回壓能力。
文檔編號B01D53/24GK102407064SQ20121000381
公開日2012年4月11日 申請日期2012年1月8日 優先權日2012年1月8日
發明者文闖, 曹學文, 楊燕 申請人:文闖