专利名称：一种双喉部型气体超声速旋流分离装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种双喉部型气体超声速旋流分离装置，属于多组分混合气体的低温凝结与旋流分离技术领域。
背景技术：
天然气脱水和重烃分离是油气集输系统的重要工艺环节。传统的处理方法通常采取蒸气压缩制冷、节流膨胀制冷和膨胀机制冷等方法获取冷量，实现低温分离，必要时还需加热或加水化物抑制剂以防止水合物结晶冻堵管线、设备，整个系统效率低、能源浪费，且该过程极为复杂，耗资巨大，需要庞大的设备，成本和运行费用很高。超声速旋流分离技术是一种应用于天然气集输、加工与处理领域的新技术，该技术结合了气体动力学、工程热力学和流体力学的理论，将膨胀降温、旋流式气/液分离、再压缩等处理过程在一个密闭紧凑的装置中完成，具有简单可靠、密闭无泄漏、无需化学药剂和支持无人值守等优点，与传统的加热防冻和利用防冻剂防冻天然气集输工艺相比，天然气集输系统投资和运行费用减少 10 25%。国外的Twister BV公司和ENGO石油公司对超声速旋流分离技术进行了相关的研究工作，Twister BV公司开发了 “Twisterl ”和“Twisterll ”两种型式的超声速旋流分离器，ENGO公司分别开发出了名为“3S”的超声速旋流分离器，两个公司的产品已经开始进入商业推广应用阶段。国内的中国石油大学(华东)、北京工业大学、大连理工大学、西安交通大学和北京航空航天大学对超声速旋流分离技术进行了相关的研究工作。超声速旋流分离装置的主要结构包括拉伐尔喷管、旋流装置和扩压管等构件，根据旋流装置的安装位置的不同，超声速旋流分离器主要有两种典型的结构一种是将旋流装置安装在喷管后的超声速段来产生旋流，故旋流装置又称作超声速翼，在该种结构种， 由于速度的转化发生在超声速条件下，超声速翼后容易产生激波，破坏低温低压环境，不利于液滴的生长，降低超声速分离器的分离效率，代表性的专利主要有国外的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和国内的ZL 200410074338. 8等；另一种是将旋流装置安装在喷管的入口，使气体以旋流的形式进入喷管进行膨胀降温，主要的专利有国外的 US7357825 B2、US 2008/0196581 AUUS 2010/0147021 AUEP 1131588 Bi、 US 6372019 Bi、US 2010/0147023 Al 和国内的 ZL 200810011258. 6、ZL 200910023458. 8 及申请号 200910024347. 9,200910081813. 7,200910093744. 1,201010597341. 3 等，不足之处是旋流装置的旋流能力比超声速翼要弱，降低了超声速分离器的分离效果。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出一种限制激波扰动、降低能量损失、提高回压能力的用于多组分混合气体分离的一种双喉部型气体超声速旋流分离装置，该装置采用双喉部的概念，在超声速旋流分离流道后设有超声速压缩流道、第二喉部流道和第二扩压流道，有利于分离装置稳定工作。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是主要由入口段、叶栅、收缩段、中心体、外直管段、积液段、支撑肋、回压段、阻涡器、排液管、干气出口和液体出口组成，其特征在于中心体包括初始段、收缩锥段、渐细锥段和圆柱段，收缩段和收缩锥段形成亚声速收缩流道，外直管段和渐细锥段形成超声速旋流分离流道，亚声速收缩流道和超声速旋流分离流道的交界处构成第一喉部，第一喉部的面积为Atl ；回压段包括第二收缩段、第二喉部和第二扩张段，并与圆柱段形成超声速压缩流道、第二喉部流道和第二扩压流道，第二喉部为等直径的直管段，截面面积为At2 ；积液段和回压段之间的间隙构成积液腔，积液腔、排液管和液体出口相互连通。本发明的第二收缩段的轮廓曲线按照如下曲线方程来设计
权利要求
1.一种双喉部型气体超声速旋流分离装置，主要由入口段(1)、叶栅(2)、收缩段(3)、 中心体(4)、外直管段(5)、积液段(6)、支撑肋(7)、回压段(8)、阻涡器(9)、排液管(11)、 干气出口(10)和液体出口(12)组成，其特征在于中心体(4)包括初始段(17)、收缩锥段(18)、渐细锥段(19)和圆柱段(20)，收缩段(3)和收缩锥段(18)形成亚声速收缩流道 (16)，外直管段(5)和渐细锥段(19)形成超声速旋流分离流道(14)，亚声速收缩流道(16) 和超声速旋流分离流道(14)的交界处构成第一喉部(15)，第一喉部(15)的面积为Atl ；回压段(8)包括第二收缩段(21)、第二喉部(22)和第二扩张段(23)，并与圆柱段(20)形成超声速压缩流道(26)、第二喉部流道(25)和第二扩压流道(24)，第二喉部(25)为等直径的直管段，截面面积为At2 ；积液段(6)和回压段(8)之间的间隙构成积液腔(13)，积液腔 (13)、排液管(11)和液体出口 (12)相互连通。
2.根据权利要求1所述的一种双喉部型气体超声速旋流分离装置，其特征在于第二收缩段(21)的轮廓曲线按照如下曲线方程来设计
3.根据权利要求1和2所述的一种双喉部型气体超声速旋流分离装置，其特征在于第二收缩段(21)的收缩角6°彡β彡45°，第二喉部(22)的截面面积为 0. 6Atl ( At2 ( 1. OAtl，第二喉部(22)的长度0. 2D2彡L2彡5D2，D2为第二喉部(22)的直径，第二扩张段(23)的扩张角6°彡α <36°。
全文摘要
本发明是一种双喉部型气体超声速旋流分离装置，应用于多组分混合气体分离等领域。气体在入口段流经多个叶栅产生旋转，以旋流的形式依次进入亚声速收缩流道、第一喉部和超声速旋流分离流道，气流膨胀至超声速，形成低温低压，使气体中的水分或者天然气中的水和重烃组分发生凝结，气流旋转所产生的巨大离心力将凝结液滴甩向壁面并从积液腔排出，高效地实现气液分离。在超声速旋流分离流道后设有超声速压缩流道、第二喉部流道和第二扩压流道，该设计可以将激波固定在第二喉道内，限制激波造成的扰动，减小背压对激波位置的影响，使上游超声速流动更稳定；还可以避免强激波造成的边界层分离效应和减小摩擦阻力损失，提高分离装置的回压能力。
文档编号B01D53/24GK102407064SQ20121000381
公开日2012年4月11日 申请日期2012年1月8日 优先权日2012年1月8日
发明者文闯, 曹学文, 杨燕 申请人:文闯