專利名稱：一種預(yù)旋流超音速旋流分離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種天然氣預(yù)旋流超音速旋流分離器。
背景技術(shù)：
天然氣工業(yè)常用的脫水方法有膨脹冷卻法、加壓冷卻法、固體吸附劑法、溶劑吸收法等。對(duì)于大裝置，設(shè)備投資和操作費(fèi)用都比較高。天然氣超音速旋流脫水是一種新型的脫水技術(shù)，是天然氣脫水領(lǐng)域的一項(xiàng)新興技術(shù)。它利用天然氣在超音速狀態(tài)下的蒸汽冷凝現(xiàn)象進(jìn)行天然氣脫水，在熱力學(xué)原理和系統(tǒng)構(gòu)成上與傳統(tǒng)的天然氣脫水方法有顯著的區(qū)別。天然氣超音速脫水將膨脹機(jī)、分離器和壓縮機(jī)的功能集中到一個(gè)管道中，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，可靠性高，無(wú)化學(xué)處理系統(tǒng)，低投資和維護(hù)費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外專利中所陳述技術(shù)的工作原理均是利用壓力經(jīng)拉伐爾噴管加速至超音速降壓降溫產(chǎn)生冷凝，而在加速前或后設(shè)有渦流發(fā)生器產(chǎn)生高速渦流。高速旋轉(zhuǎn)的低溫流體在離心力的作用下使凝結(jié)產(chǎn)生的液體附在管壁，而氣體則在管道中心位置，通過(guò)不同管徑的氣、液相收集管實(shí)現(xiàn)氣液分離。氣相部分經(jīng)擴(kuò)壓管部分恢復(fù)壓力后外輸。這些技術(shù)都沒(méi)有考慮減輕液相分離負(fù)載，液態(tài)水和沙子對(duì)超音速旋流分離器流道的沖蝕磨損的影響。此外，大量液相水流入拉瓦爾噴管，流通面積減小，使分離器工作性能不穩(wěn)定。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種預(yù)旋流超音速旋流分離器，脫去天然氣中原有液相組分和固態(tài)顆粒，以減輕超音速旋流分離器的負(fù)載，增強(qiáng)整機(jī)的工作穩(wěn)定性，提高其分離性能。本實(shí)用新型所述的預(yù)旋流超音速旋流分離器由一中心錐位于一管殼內(nèi)分別構(gòu)成預(yù)旋流器、預(yù)旋收縮噴管、預(yù)旋分離腔、旋流器、拉瓦爾噴管、分離器、擴(kuò)壓器和擴(kuò)壓支撐整流環(huán)組成；中心錐和管殼同軸安裝形成一個(gè)環(huán)腔；預(yù)旋流器位于前端天然氣入口處，中心錐表面周向布置有圓弧葉片，安裝角與來(lái)流方向匹配；由喇叭形的預(yù)旋收縮噴管連接旋流器和預(yù)旋流器，預(yù)旋分離腔位于旋流器外，由旋流器管殼上設(shè)置的槽連通；預(yù)旋分離腔下方為游離液相及固體顆粒出口 ；旋流器中心錐表面周向布置有圓弧葉片，安裝角與來(lái)流方向匹配；喇叭形的拉瓦爾噴管入口段連接旋流器和拉瓦爾噴管直管段，拉瓦爾噴管直管段通過(guò)喇叭形分離器與分離腔連接；擴(kuò)壓器位于分離腔中，一端為尖劈錐形，與分離器喇叭形形狀相匹配，錐形插入分離器，其外壁與分離器內(nèi)壁形成環(huán)形通道與分離腔連通；拉瓦爾噴管直管段的直中心錐與位于擴(kuò)壓器內(nèi)的錐形中心錐連接；錐形中心錐的外壁與擴(kuò)壓器內(nèi)壁形成環(huán)形通道；支撐整流環(huán)位于擴(kuò)壓器內(nèi)，錐形中心錐的末端，由設(shè)置在支撐整流環(huán)的中心孔與干氣出口連通；濕氣出口設(shè)置在分離腔下部。其工作原理如下，從地下采出的天然氣在井口壓力條件下流入預(yù)旋流器，經(jīng)過(guò)圓弧葉片導(dǎo)流產(chǎn)生強(qiáng)旋流，帶旋氣體流經(jīng)預(yù)旋收縮噴管，根據(jù)角動(dòng)量守恒，離心加速度隨著旋轉(zhuǎn)半徑的減小而增大，游離液相及固體顆粒在強(qiáng)大離心力的作用下隨氣流流出。經(jīng)脫液相水和固體顆粒的帶旋氣體再流經(jīng)葉片安裝角與流向匹配的旋流器，氣流的旋流強(qiáng)度得到增強(qiáng)；經(jīng)拉瓦爾噴管，絕熱膨脹到超聲速，同時(shí)氣體內(nèi)能減小，動(dòng)能增加，形成低溫低壓。當(dāng)溫度降低至使氣體過(guò)飽和時(shí)，天然氣中的水蒸汽就被冷凝出來(lái)，強(qiáng)大離心力使其集聚在環(huán)腔外層，更優(yōu)者附著在外壁面上。擴(kuò)壓器的錐形分離點(diǎn)位于拉瓦爾噴管末端，其將氣流分成內(nèi)外兩層。氣流經(jīng)過(guò)一道激波壓力開(kāi)始恢復(fù)，激波位置隨落壓比的不同而改變。外層濕氣流經(jīng)分離器環(huán)腔、分離腔，從濕氣出口流出；內(nèi)層干氣流經(jīng)擴(kuò)壓器環(huán)腔，從干氣出口流出。經(jīng)擴(kuò)壓分離器的天然氣得到再壓縮。對(duì)含液相組分和固態(tài)顆粒的天然氣進(jìn)行預(yù)分離處理，經(jīng)預(yù)分離處理后的天然氣只含氣相組分，以減輕超音速旋流分離段的負(fù)載，增強(qiáng)整機(jī)的工作穩(wěn)定性，提高其分離性能。

圖1是本發(fā)明的整體縱剖面工作示意圖其中1-預(yù)旋流器 1-1-圓弧葉片 2-預(yù)旋收縮噴管 3-預(yù)旋分離腔4-旋流器5-拉瓦爾噴管入口段6-拉瓦爾噴管直管段7-直中心錐8-分離器9-擴(kuò)壓器 10-錐形中心錐11-分離腔12-支撐整流環(huán)13-干氣出口 14-濕氣出口 15-游離液相及固體顆粒出口 16-天然氣入口
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型所述的預(yù)旋流超音速旋流分離器由一中心錐位于一管殼內(nèi)分別構(gòu)成預(yù)旋流器、預(yù)旋收縮噴管、預(yù)旋分離腔、旋流器、拉瓦爾噴管、分離器、擴(kuò)壓器和擴(kuò)壓支撐整流環(huán)組成；中心錐和管殼同軸安裝形成一個(gè)環(huán)腔；預(yù)旋流器1位于前端天然氣入口 16處， 中心錐表面周向布置有圓弧葉片1-1，安裝角與來(lái)流方向匹配；由喇叭形的預(yù)旋收縮噴管2 連接旋流器4和預(yù)旋流器1，預(yù)旋分離腔3位于旋流器4外，由旋流器4管殼上設(shè)置的槽連通；預(yù)旋分離腔3下方為游離液相及固體顆粒出口 15 ；旋流器4中心錐表面周向布置有圓弧葉片4-1，安裝角與來(lái)流方向匹配；喇叭形的拉瓦爾噴管入口段5連接旋流器4和拉瓦爾噴管直管段6，拉瓦爾噴管直管段6通過(guò)喇叭形分離器8與分離腔11連接；擴(kuò)壓器9位于分離腔11中，一端為尖劈錐形，與分離器8喇叭形形狀相匹配，錐形插入分離器8，其外壁與分離器內(nèi)壁形成環(huán)形通道與分離腔11連通；拉瓦爾噴管直管段6的直中心錐7與位于擴(kuò)壓器9內(nèi)的錐形中心錐10連接；錐形中心錐的外壁與擴(kuò)壓器9內(nèi)壁形成環(huán)形通道；支撐整流環(huán)12位于擴(kuò)壓器9內(nèi)，錐形中心錐10的末端，由設(shè)置在支撐整流環(huán)12的中心孔與干氣出口 13連通；濕氣出口 14設(shè)置在分離腔11下部。
權(quán)利要求1. 一種預(yù)旋流超音速旋流分離器，由一中心錐位于一管殼內(nèi)分別構(gòu)成預(yù)旋流器、預(yù)旋收縮噴管、預(yù)旋分離腔、旋流器、拉瓦爾噴管、分離器、擴(kuò)壓器和擴(kuò)壓支撐整流環(huán)組成；中心錐和管殼同軸安裝形成一個(gè)環(huán)腔；預(yù)旋流器位于前端天然氣入口處，中心錐表面周向布置有圓弧葉片，安裝角與來(lái)流方向匹配；由喇叭形的預(yù)旋收縮噴管連接旋流器和預(yù)旋流器，預(yù)旋分離腔位于旋流器外，由旋流器管殼上設(shè)置的槽連通；預(yù)旋分離腔下方為游離液相及固體顆粒出口 ；旋流器中心錐表面周向布置有圓弧葉片，安裝角與來(lái)流方向匹配；喇叭形的拉瓦爾噴管入口段連接旋流器和拉瓦爾噴管直管段，拉瓦爾噴管直管段通過(guò)喇叭形分離器與分離腔連接；擴(kuò)壓器位于分離腔中，一端為尖劈錐形，與分離器喇叭形形狀相匹配，錐形插入分離器，其外壁與分離器內(nèi)壁形成環(huán)形通道與分離腔連通；拉瓦爾噴管直管段的直中心錐與位于擴(kuò)壓器內(nèi)的錐形中心錐連接；錐形中心錐的外壁與擴(kuò)壓器內(nèi)壁形成環(huán)形通道； 支撐整流環(huán)位于擴(kuò)壓器內(nèi)，錐形中心錐的末端，由設(shè)置在支撐整流環(huán)的中心孔與干氣出口連通；濕氣出口設(shè)置在分離腔下部。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種預(yù)旋流超音速旋流分離器，由中心錐和管殼形成一個(gè)環(huán)腔；預(yù)旋流器中心錐表面周向布置有圓弧葉片，安裝角與來(lái)流方向匹配；由預(yù)旋收縮噴管連接旋流器，預(yù)旋分離腔位于旋流器外，由旋流器管殼上設(shè)置的槽連通；旋流器中心錐表面周向布置有圓弧葉片，安裝角與來(lái)流方向匹配；拉瓦爾噴管通過(guò)分離器與分離腔連接；擴(kuò)壓器一端為尖劈錐形，尖劈錐形插入分離器，外壁與分離器內(nèi)壁形成環(huán)形通道；位于擴(kuò)壓器內(nèi)的錐形中心錐外壁與擴(kuò)壓器內(nèi)壁形成環(huán)形通道；支撐整流環(huán)位于擴(kuò)壓器內(nèi)，錐形中心錐的末端，由設(shè)置在支撐整流環(huán)的中心孔與干氣出口連通；經(jīng)預(yù)處理的天然氣只含氣相，減輕了超音速旋流分離段的負(fù)載，提高了穩(wěn)定性和分離性能。
文檔編號(hào)B04C3/02GK202105736SQ20112006928
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月16日
發(fā)明者劉火星, 宋彬, 熊鋼, 蔣登宇, 計(jì)維安, 額日其太, 高曉根 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣股份有限公司