一體化氣體脫水器的製作方法
2023-05-01 08:47:01 1
專利名稱：一體化氣體脫水器的製作方法
技術領域：
本實用新型提供一種體脫水器，特別是指一體化氣體脫水器。
目前的所有氣體冷凍脫水裝置的產品或專利，一般都包括以下四個主要部分一、製冷設備，即冷源，用於向氣體脫水裝置提供冷卻工質；二、冷凍設備，為一個換熱器，在其中藉助於冷卻工質將氣體的溫度冷卻到所需的露點以下，使氣中所含水份冷凍或冰凍，從而與氣體相分離；三、予冷設備(或稱回熱器)，為另一個換熱器，在其中藉助於已脫水的冷氣體回流作為冷卻工質，將原料氣體首先予冷，然後再送入冷凍器，這樣可以節省製冷用的能源消耗；四、分離設備，在其中將通過予冷段設備及冷凍設備的氣體中所夾帶的少量含水微粒分離，以保證已脫水氣體完全乾燥。
在目前的冷凍脫水裝置中，以上四項設備一般都是各自獨立的，其間用管道相連接，從而整個設備體積比較龐大，能量損耗也較多，運行操作(特別是需將露點降低到水的冰點之下，如天然氣脫水裝置)諸多不便。
近20年來，對上述缺點也曾提出不少改進與補救的方法或設備，特別是針對早已商業化的壓縮空氣乾燥裝置。例如，1987年美國專利#4,638,852，1988年美國專利#4,761,968，及1992年美國專利#5,107,919「氣動系統用空氣乾燥器」等，就曾對其中所用的換熱器作了重要改進，並佔領了部分的美國與中國市場。但這種改進仍有很大的局限性，並未改變上述四項設備相互分離設置所帶來的全部缺點，特別是還不可能應用於有固體沉積物的氣體冷凍脫水設備，如天然氣脫水器等。
本實用新型的另一目的在於提供一種熱效率特別高、體積緊湊、從而造價低廉的一體化氣體脫水器，該設備不僅適於陸上各種用途，而且特別適用於天然氣海上平臺與運輸特別困難地區的氣田。
為達到以上目的，本實用新型一種一體化氣體脫水器，其特徵在於，其中包括一予冷段，該予冷段為板翅式結構；一冷凍段，該冷凍段為板翅式結構；一過渡段，該過渡段安裝在予冷段和冷凍段之間，為板翅式結構，該予冷段過渡段和冷凍段為串列布置；在該冷凍段的上端安裝有一上端出口分離室，在冷凍段和過渡段之間安裝有另一中間分離室，在過渡段和予冷段中間安裝有一中間分離室，該預冷段上端和上端出口分離室之間用一管路連接；在該冷凍段的下端與冷卻工質出口管連接；在該冷凍段的上端與冷卻工質進口管連接；在該預冷段的下端接有氣體進口管和出口管；在該進口管的下方接有排水管；在該中間分離室下方接有中部排水管；在該中間分離室下方接有排液管；在該出口分離室下方接有排水管。
其中的予冷段、過渡段、及冷凍段作並列布置。
其中的予冷段包含兩個或兩個以上的具有不同換熱係數的換熱區。
其中的冷凍段包含兩個或兩個以上的具有不同換熱係數的換熱區。
其中的予冷段有兩個或兩個以上的回流氣體入口。
其中的預冷段有兩個或兩個以上的中間分離室；該中間分離室的下方與中部排水管相連接；該中間分離室的下方與中部排水管相連接。
圖2表示本實用新型「一體化脫水器」的又一種典型結構，其中的予冷段、過渡段、與冷凍段採用並列式布置。
圖3表示前述串列式布置脫水器的一種改進型結構，其中的予熱段具有兩個或更多的回流氣體入口，以加大其予熱範圍。
圖1表示本實用新型「一體化脫水器」的一種典型結構，其中包括一予冷段2，該予冷段為板翅式結構；一冷凍段7，該冷凍段為板翅式結構；一過渡段6，該過渡段6安裝在予冷段2和冷凍段7之間，為板翅式結構，該予冷段2過渡段6和冷凍段7為串列布置；在該冷凍段7的上端安裝有一上端出口分離室5c，在冷凍段7和過渡段6之間安裝有另一中間分離室5b，在過渡段6和予冷段2中間安裝有一中間分離室5a，該預冷段2上端和上端出口分離室5c之間用一管路51連接；在該冷凍段7的下端與冷卻工質出口管9連接；在該冷凍段7的上端與冷卻工質進口管8連接；在該預冷段2的下端接有氣體進口管1和出口管10；在該進口管1的下方接有排水管4a；在該中間分離室5a下方接有中部排水管4b；在該中間分離室5b下方接有排液管4c；在該出口分離室5c下方接有排水管4d。
待脫水的原料氣體由進口管1進入本脫水器的予冷段2並向上流動。該氣體與由回流氣體入口管3上端流入予冷段的已脫水冷氣體進行熱交換。原料氣體溫度下降，從而其中所含水份冷凝在流道壁面上形成液膜，向下流到下端排水管4a排出。另一部分凝結水形成小液滴，被氣體帶走，進入中間分離室5a後，液滴被分離並由中部排水管4b排出。
當所處理的氣體為天然氣時，在一定的溫度與壓力下，該氣體可能與液體水結合生成固體的水合物，沉積在氣體流道的壁面上。這些固體將在自動化霜過程中變為液體由下端排水管4a排出。為了防止固體沉積物過分集中的流道的某一區域而在自動化霜過程啟動之前堵塞流道，應使該固體沉積物儘量分散沉積。為此，可將予冷段設計成具有不同換熱係數的若干區域、如圖內的2a、2b，等等，使予期固體沉積量大的區域(一般在水合物開始生成點之後的一個區間)，其換熱係數減小，從而將固體沉積率降低，使大量的固體分散沉積到更長的流道中，從而推遲流道堵塞時間。
當氣體部分脫水後流出予冷段，其中尚含有相當高的水份，如立即進入冷凍段7急冷，又可能在自動化霜過程啟動之前其固體沉積物堵塞冷凍段的入口流道。因此之故，在予冷段與冷凍段之間可設置一過渡段6，其中，只有半脫水的氣體流過，而沒有冷卻工質流過。氣體流道壁依靠導熱散出熱量，故可以緩慢地凍結氣體內的水份，進一步降低進入冷凍段的氣體水量。過渡段6中冷凍的水份在自動化霜過程中變為液體由中部排水管4b排出。
氣體由過渡段6進入另一中間分離室5b，將所夾帶的含水小滴(主要為固體顆粒)分離，後者在自動化霜過程中成為液體由排液管4c排出。
進入冷凍段7的氣體被由冷凍設備送來的冷卻工質所冷凍。冷卻工質由進口管8流入，而由出口管9流出，並將氣體冷凍到所需的露點溫度之下。氣體中所含水份在冷凍段內凝結成冰而沉積在流道壁上。極少量的水屑或雪花被氣流夾帶到最上端的出口分離室5c內被分離出來，並在自動化霜過程中成為液體由排水管4d排出。完全乾燥的冷氣體由分離室回流到入口管3反回予冷器，最後由出口管10流出脫水器。
由以上的敘述可見，本實用新型提供的一體化氣體脫水器設備，可以完成氣體脫水的全過程，而且提供了最優化的冷凍一化霜過程。
圖2表示一體化脫水器的另一種可能的結構布置方式，其與
圖1的區別在於，其中的予冷段、過渡段、與冷凍段採取並列式布置。由圖可見，此種結構中冷凍段居中，其左右各有一對稱布置的予冷段與過渡段。這種對稱布置有利於減少能量損失，而且符合予冷段的體積一般均大於冷凍段體積的要求。
圖2與
圖1中各個部分的名稱及相互關係完全相同，只是布置方式不同，即由串列式變為並列式，因此在圖2中完全採用與
圖1中相同的編號。
必須指出的唯一一點差別是圖2中的一個排水管4ab兼有
圖1內4a與4b兩者的排水功能。另外，由於視圖的局限，排水管4d應開在本圖的脫水器的後方外殼上，故本圖內用虛線畫出。
圖2所示的並列式一體化脫水器，其中包括一予冷段2，該予冷段為板翅式結構；一冷凍段7，該冷凍段為板翅式結構；一過渡段6，該過渡段6安裝在予冷段2和冷凍段7之間，為板翅式結構，該予冷段2過渡段6和冷凍段7為並列布置；在該冷凍段7的下端安裝有一下端出口分離室5c，在冷凍段7和過渡段6之間安裝有另一中間分離室5b，在過渡段6和予冷段2中間安裝有一中間分離室5a，該預冷段下端和下端出口分離室5c之間用一管路51連接；在該冷凍段7的上端與冷卻工質出口管9連接；在該冷凍段7的下端與冷卻工質進口管8連接；在該預冷段2的上端接有氣體進口管1和出口管10；在該中間分離室5a下方接有中部排水管4ab；在該中間分離室5b下方接有排液管4c；在該出口分離室5c下方接有排水管4d。
圖2所示的並列式一體化脫水器內氣體及冷卻介質的流動如圖中虛線及箭頭所示。其工藝過程與
圖1所示的串列式相同，故不贅述。
圖3表示前述按串列式布置的一體化脫水器的一種衍生結構，其特徵在於，其中的予冷段加長，而回流的已脫水冷氣體分為兩股，在予冷段上由兩個入口進入。這種結構更適用於要求脫水程度更高，露點低於攝氏零度很多(例如-10℃以上)的天然氣脫水裝置。在此情況下，予冷段上部的溫度已實際上等於一個冷凍段的溫度，故有必要作特殊處理。
圖3的標號與
圖1基本相同，但予冷段2分為2a及2b兩小段，而圖3中部的中間分離室5a亦分為5a1及5a2兩室，排水管4b分為4b1及4b2兩根。
待脫水的原料氣體由進口管1進入予冷段的下部2a，向上流動到分離室5a1。氣體被回流的已脫水冷氣體所予冷，但其中的凝結水份尚未被冷到凍冰的程度(或生成水合物的程度)，故凝結的液態水一部分由予冷段下部的排水管4a排出，一部分在分離室5a1內被分離而由排水管4b1排出。
部分脫水的氣體在流過分離器室5a1後繼續向上流過予冷段的上部2b，在其中流道被冷卻到冰點或水合物生成溫度之下，固體沉積開始在流道壁面上出現。為防止局部沉積過多，在自動化需過程啟動之前堵塞流道，予冷段2b的換熱係數已被降低，而其流道通徑也被加大。而且進入予冷段的已脫水冷氣體的流量，也應適當地在回流冷氣體入口3a與3b之間，作恰當分配。
由予冷段2b流出的氣體，進入分離室5a2將所夾帶的冰粒分離，後者在化霜過程中成為液態水由排水管4b2排出。
部分脫水的氣體繼續流入過渡段6，分離室5b，冷凍段7，和分離室5c，而冷卻工質則由其進口管8進入冷凍段，由出口管9流出。其過程均與
圖1完全相同，故不詳述。
通過分離室5c並完全脫水的冷氣體，向下流到回流冷氣體進口管3a及3b，按予先設計的分配比例，由兩處進入予冷段。在進行熱交換後，已脫水的氣體由出口管10流出脫水器。
由以上可見，此種一體化氣體脫水器，在結構上具有相當大的靈結性，可以在很大的出口氣體露點要求範圍內，滿足各種氣體的不同脫水要求。
綜上所述，本實用新型提供了一種新型的一體化脫水器。在該單一設備內，可以一次完成氣體冷凍脫水的全過程。
還必須指出，除以上所說明的本實用新型的結構圖及其作為示例的裝置與設備的基本特徵之外，根據本實用新型權利要求書中所述的原則與基本特徵，利用普通的工程技術，還可以設計出各種不同的裝置與設備，進行各種改進，與設計出各種代用品。
權利要求1.一種一體化氣體脫水器，其特徵在於，其中包括一予冷段，該予冷段為板翅式結構；一冷凍段，該冷凍段為板翅式結構；一過渡段，該過渡段安裝在予冷段和冷凍段之間，為板翅式結構，該予冷段過渡段和冷凍段為串列布置；在該冷凍段的上端安裝有一上端出口分離室，在冷凍段和過渡段之間安裝有另一中間分離室，在過渡段和予冷段中間安裝有一中間分離室，該預冷段上端和上端出口分離室之間用一管路連接；在該冷凍段的下端與冷卻工質出口管連接；在該冷凍段的上端與冷卻工質進口管連接；在該預冷段的下端接有氣體進口管和出口管；在該進口管的下方接有排水管；在該中間分離室下方接有中部排水管；在該中間分離室下方接有排液管；在該出口分離室下方接有排水管。
2.如權利要求1所述的一體化氣體脫水器，其特徵在於，其中的予冷段、過渡段、及冷凍段作並列布置。
3.如權利要求1或2所述的一體化氣體脫水器，其特徵在於，其中的予冷段包含兩個或兩個以上的具有不同換熱係數的換熱區。
4.如權利要求1或2所述的一體化氣體脫水器，其特徵在於，其中的冷凍段包含兩個或兩個以上的具有不同換熱係數的換熱區。
5.如權利要求1所述的一體化氣體脫水器，其特徵在於，其中的予冷段有兩個或兩個以上的回流氣體入口。
6.如權利要求1所述的一體化氣體脫水器，其特徵在於，其中的預冷段有兩個或兩個以上的中間分離室；該中間分離室的下方與中部排水管相連接；該中間分離室的下方與中部排水管相連接。
專利摘要一種一體化氣體脫水器,包括:一預予冷段,預冷段為板翅式結構;一冷凍段,冷凍段為板翅式結構;一過渡段,過渡段安裝在預冷段和冷凍段之間,為板翅式結構,預冷段過渡段和冷凍段為串列布置;在冷凍段的上端安裝有一上端出口分離室,在冷凍段和過渡段之間安裝有另一中間分離室,在過渡段和預冷段中間安裝有一中間分離室,該預冷段上端和上端出口分離室之間用一管路連接;在冷凍段的下端與冷卻工質出口管連接;在冷凍段的上端與冷卻工質進口管連接;在預冷段的下端接有氣體進口管和出口管;在進口管的下方接有排水管;在中間分離室下方接有中部排水管;在中間分離室下方接有排液管;在出口分離室下方接有排水管。
文檔編號F28D9/00GK2497857SQ0125899
公開日2002年7月3日 申請日期2001年9月3日 優先權日2001年9月3日
發明者呂應中 申請人:呂應中