專利名稱：一種低流動阻力超音速氣體凈化分離裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種低流動阻力超音速氣體凈化分離裝置，主要應用于 天然氣脫水等氣體分離凈化領域。
背景技術：
天然氣脫水是天然氣進入輸送管路以前進行集中處理的一個非常重要的 環(huán)節(jié)。天然氣中含有水份，會降低天然氣的熱值，增大燃燒過程中的熱量損
失；在天然氣高壓輸送系統(tǒng)中， 一個相對較高的溫度(接近或高于20'C)下， 水份很容易同分子較小的烴類物質結合形成水合物，或者在更低的溫度條件 下形成液態(tài)水滴或固態(tài)的冰，所有這些形成物都會降低管道的有效流通面積， 增大管路壓降，甚至堵塞管路閥門，引起安全事故。所以，天然氣水分離等 處理技術一直是人們研究的熱點問題。
目前，國內(nèi)外普遍采用的天然氣脫水的方法為甘醇法天然氣脫水，該方法 的流程示意圖如圖6所示濕天然氣首先進入原料氣分離器20，分離出游離 液體和固體雜質，分離后的氣體進入吸收塔21與塔內(nèi)甘醇溶液逆向接觸，氣 體中的水蒸氣被甘醇溶液吸收，離開吸收塔21的干氣經(jīng)過氣體/貧甘醇換熱器 (貧甘醇冷卻器)22，以冷卻進入吸收塔的甘醇溶液(貧甘醇)，然后進入管 道外輸。
經(jīng)過氣體/貧甘醇換熱器22后的貧甘醇進入吸收塔21后，吸收濕天然氣 中的水蒸氣成為富甘醇，然后從吸收塔21中流出，再與再生好的熱甘醇貧液 (熱貧甘醇)換熱后進入閃蒸罐25，經(jīng)過低壓閃蒸分離，分離出被甘醇溶液 吸收的烴類氣體。
從閃蒸罐25排出的富甘醇依次經(jīng)過固體過濾器(纖維過濾器)26和活性 炭過濾器27，除去甘醇溶液在吸收塔中吸收與攜帶過來的少量固體、烴類化 學劑與其它雜質。由固體過濾器(纖維過濾器)26和活性炭過濾器27過來的富甘醇經(jīng)過貧 /富甘醇換熱器28預熱后，進入再生塔23，富甘醇中的水蒸氣被脫除掉，成 為濃度為99%—)以上的貧甘醇。
由再生塔23出來的貧甘醇先進入緩沖罐24，再流經(jīng)貧/富甘醇換熱器28 進行冷卻，然后由甘醇泵29加壓后進入吸收塔21循環(huán)使用。
三甘醇脫水技術主要存在的問題有在海上平臺應用時，三甘醇流動受 波浪起伏影響；三甘醇溶液發(fā)泡，主要是由于三甘醇被鹽、碳氫化合物、污 物及腐蝕抑制劑污染造成；三甘醇循環(huán)管路鹽結晶堵塞；三甘醇損耗量較大； 部件出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，三甘醇受污染或分解后具有腐蝕性；
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于克服了現(xiàn)有的甘醇法天然氣脫水的上述缺陷，提供 了一種低流動阻力超音速氣體凈化分離裝置，該裝置具有便于加工、節(jié)能環(huán)
保等優(yōu)點。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取了如下方案。本裝置包括法蘭、拉 伐爾噴管、分離管、擴壓管殼體、擴壓管、濕氣出口和干氣出口。所述的拉 伐爾噴管包括殼體、設置在殼體內(nèi)的內(nèi)部實體和設置在內(nèi)部實體表面的旋流 葉片。其中殼體和內(nèi)部實體的左端均與法蘭固定連接，在殼體和內(nèi)部實體 之間留有用于氣體流過的間隙，該間隙通過法蘭與天然氣氣體進口相連通， 殼體的右端與分離管的左端固定連接，分離管的右端與擴壓管殼體的左端固 定連接，擴壓管設置在擴壓管殼體內(nèi)并且二者之間形成一環(huán)形空腔，擴壓管 的右端與擴壓管殼體固定連接，擴壓管的左端和擴壓管殼體的側面之間留有 用于濕氣流過的環(huán)形槽道，環(huán)形槽道與擴壓管和擴壓管殼體之間的空腔相連 通，在擴壓管殼體的下部的側壁上還設置有與上述空腔相連通的濕氣出口。
所述的法蘭的內(nèi)部沿圓周方向均勻布置有三個支撐架，拉伐爾噴管中的 內(nèi)部實體的左端放置在三個支撐架形成的圓形通道內(nèi)，三個支撐架之間為用 于氣體流過的通道。所述的旋流葉片的個數(shù)大于等于1。 所述的旋流葉片沿內(nèi)部實體的圓周方向均勻分布。
所述的支撐架左端部和拉伐爾噴管中的內(nèi)部實體的左端部被削尖以減小 氣體入口阻力。
本實用新型具有如下優(yōu)點
1) 本裝置中無運動部件、結構簡單、可以實現(xiàn)無人操作、免維護，這使 得本實用新型能夠在偏遠或環(huán)境惡劣的地方應用；
2) 本裝置無需動力設備，節(jié)省了能源，減少了運行成本；
3) 用本裝置進行氣體凈化分離，無需加入化學藥品，同時也不會產(chǎn)生有 毒物質，既節(jié)省了原料成本，又保護了環(huán)境；
4) 本裝置中采用擴壓管可以恢復一部分氣體壓力，使得氣體在流經(jīng)本裝 置后壓降不會很大，同時，不需要消耗任何的機械功。
5) 采用拉伐爾噴管作為加速、降溫裝置，在不消耗任何機械功的同時獲 得較高的氣流速度和較低的溫度，
6) 本裝置中拉伐爾噴管由內(nèi)部實體和殼體組成，流通橫截面積為環(huán)形面， 普通拉伐爾噴管橫截面積為圓面，二者沿軸向的變化規(guī)律相同，因此流動規(guī) 律相似，此外，本實用新型中的拉伐爾噴管的結構比較容易加工。
7) 旋流葉片同拉伐爾噴管結合在一起，同切向進氣方法相比可以減小壓力 損失，可以通過調節(jié)旋流葉片的布置高度、長度、旋轉度、個數(shù)等來調節(jié)旋 流強度來降低分離、凈化過程的壓力損失，并達到最佳的分離效果。
8) 可采用多個本裝置并聯(lián)的方式，通過常規(guī)技術實現(xiàn)氣體流量改變時的運 行要求。


圖1超音速低流動阻力氣體凈化分離裝置結構示意圖2超音速低流動阻力氣體凈化分離裝置結構示意圖局部放大圖3本實用新型裝置法蘭1結構仰視圖；圖4本實用新型裝置法蘭1結構局部放大圖5本實用新型裝置法蘭1結構主視圖6本實用新型裝置法蘭1結構左視圖7本實用新型裝置拉伐爾噴管內(nèi)部實體2結構主視圖8本實用新型裝置拉伐爾噴管內(nèi)部實體2結構左視圖9本實用新型裝置拉伐爾噴管內(nèi)部實體2上螺旋葉片14結構示意圖IO本實用新型實施例系統(tǒng)圖11現(xiàn)有技術中甘醇法天然氣凈化、分離工藝流程示意圖中l(wèi)-法蘭，2-拉伐爾噴管內(nèi)部實體，3-拉伐爾噴管殼體，4-分離管， 5-擴壓管殼體，6-擴壓管定位板，7-擴壓管，8-氣體進口， 9-濕氣出口， 10-干 氣出口， 11-調整墊圈，12-內(nèi)部實體頭部，13-法蘭內(nèi)支撐架，14-旋流葉片， 15-環(huán)形槽道，16-冷凝器，17-氣-液分離器，18-液-液分離器，19-低流動阻力 氣體凈化分離裝置，20-原料氣分離器，21-吸收塔，22-氣體/甘醇換熱器，23-再生塔，24-緩沖罐，25-閃蒸罐，26-固體過濾器，27-活性炭過濾器，28-貧甘 醇換熱器，29-甘醇泵。
具體實施方式

本實用新型的技術方案參見圖1，本實用新型設有氣體分離和氣體凈化部 分，特征在于它包括有用于固定內(nèi)部實體2的多功能法蘭1，由內(nèi)部實體2和 殼體3組成的用于氣體增速、降溫裝置的拉伐爾噴管(內(nèi)部實體2和殼體3 間的環(huán)形流通間隙同普通拉伐爾噴管具有相似的流通橫截面積，因此流動規(guī) 律相似)，用于使氣體產(chǎn)生旋流的葉片14，及與拉伐爾噴管出口相連接的用于 氣體凈化分離的分離管4、擴壓管殼體5，用于氣體增壓和減速的擴壓管7; 法蘭1的左端與配套榫槽面法蘭連接，為天然氣氣體進口 8，另一端與殼體2 連接，內(nèi)部實體2在殼體3內(nèi)部，分離管4連通擴壓管7，擴壓管7的另一端 為干氣出口IO，擴壓管7插入擴壓管殼體5內(nèi)部，擴壓管殼體5的下端部設 有從氣體中分離出來的液體出口 9。內(nèi)部實體2左端頭部12插入法蘭1內(nèi)部三個支架13內(nèi)并焊接連接，氣 體入口面被法蘭1內(nèi)部支撐架13及內(nèi)部實體2左端頭部分割為三個扇形氣體 入口8，內(nèi)部實體2右端插入拉伐爾噴管殼體3并且殼體3左端同法蘭l右 端焊接連接，殼體3與分離管4之間、分離管4與擴壓管殼體5之間采用法 蘭連接，擴壓管殼體5與擴壓管7之間由擴壓管定位板6固定連接，擴壓管7 插入擴壓管殼體5內(nèi)部，且擴壓管7左端面同擴壓管殼體5形成環(huán)形通道15， 擴壓管殼體5下端部設有從氣體分離出來液體出口 9。
本實用新型中的旋流器同拉伐爾噴管結合在一起，沿內(nèi)部實體2的圓周方 向均勻設置有3個具有一定高度、長度、旋轉角度的旋流葉片14。本實施例 中螺旋葉片14布置在拉伐爾噴管喉部至拉伐爾噴管出口的不同位置，旋流葉 片14可以有不同的布置位置、高度、長度、旋轉度、數(shù)量會產(chǎn)生不同的離心 加速度，數(shù)目越多、長度越長、螺旋度越大，氣體得到的離心加速度越大， 且壓力損失越大。
擴壓管7由擴壓管定位板6固定，法蘭1與殼體3之間焊接固定，殼體3 通分離管4之間、分離管4與擴壓管殼體5之間采用法蘭連接。
本實用新型中內(nèi)部實體的頭部12及法蘭1上用于支撐定位內(nèi)部實體2的 支撐架13左端氣體迎風面都被削尖以減小氣體流動阻力，在擴壓管殼體5與 擴壓管7之間有一個環(huán)形槽道15，擴壓管殼體5與擴壓管定位板6之間設有 調整墊圈ll。擴壓管殼體5的下端部設有的液體出口9與其相通，該環(huán)形槽 道15的尺寸大小由擴壓管殼體5與擴壓管定位板7之間的調整墊圈11調整。
使用本實用新型的裝置使氣體增速、降溫過程及氣體減速、增壓過程分別 在拉伐爾噴管2， 3和擴壓管7內(nèi)完成，氣體凈化、分離過程在旋流器14、分 離管4及擴壓管殼體5內(nèi)完成，所有過程無需消耗任何機械功。從氣體中分 離出來的物質以液體形式由液體出口 9流出，干氣則從干氣出口 IO流出。
具體工作流程如下首先，天然氣由氣體進口 8進入拉伐爾噴管2， 3，其溫度和壓力降低，速度升高，由于溫度的降低，氣體中的水分或部分露點在當?shù)貕毫ο嘛柡蜏囟纫陨系臍怏w凝結形成液體，然后，高速流動的氣、 液混合物流經(jīng)旋流葉片14，產(chǎn)生高速旋流，接著，高速旋流進入分離管4， 由于所受離心力的不同，從氣體中凝結出的液體被"甩"到管壁上形成一層
特別薄的液膜，然后，這些液體通過擴壓管殼體5與擴壓管7之間的環(huán)形槽 道15流出分離管4，通過擴壓管7和擴壓管殼體5之間的空腔，由液體出口 9流出。最后，除去水分的干氣接著進入擴壓管7，氣流的速度降低，溫度、 壓力升高，氣體由干氣出口 IO流出分離裝置。 下面是兩個本實施例使用的例子
例1是如圖5所示的低阻力超音速氣體凈化分離裝置的應用。當待輸入 氣體為天然氣時，氣體先經(jīng)冷凝器16以降低進入低阻力超音速氣體凈化分離 裝置的氣體溫度，再經(jīng)氣-液分離器17，用來初步分離氣體中由于冷凝產(chǎn)生的 液體，爾后經(jīng)本實用新型裝置，在裝置的液體出口9處接液-液分離器18，用 以對分離出的液體及重質烷烴進行二次分離，凈化分離后的氣體經(jīng)擴壓管7 的干氣出口10排出。本實用新型實施時，當對裝置出口氣體壓力有特定要求 時，可采用常規(guī)方法調整干氣出口 IO的背壓，以達到特定運行要求。在上述 系統(tǒng)的實施中，可根據(jù)需要將多臺低流動阻力氣體凈化分離裝置并聯(lián)使用。
例2:在其它條件不變的情況下，可以改變旋流器14的結構形式，不同 的旋流葉片布置位置、高度、長度、旋轉度、數(shù)量會產(chǎn)生不同的離心加速度， 同時會有不同的壓力損失。 一般情況下葉片布置長度越長、旋轉度越大、數(shù) 量越多，產(chǎn)生的離心加速度越大，壓力損失也會增加；反之，則產(chǎn)生的離心 加速度越小，壓力損失會減小。在上述系統(tǒng)的實施中，可根據(jù)需要將多臺低 流動阻力氣體凈化分離裝置并聯(lián)布置，根據(jù)實際工況，選擇合適的單個或多 個旋流器工作。
權利要求1、一種低流動阻力超音速氣體凈化分離裝置，其特征在于包括法蘭(1)、拉伐爾噴管(2)和(3)、分離管(4)、擴壓管殼體(5)、擴壓管(7)、濕氣出口(9)和干氣出口(10)；所述的拉伐爾噴管包括殼體(3)、設置在殼體(3)內(nèi)的內(nèi)部實體(2)和設置在內(nèi)部實體(2)表面的旋流葉片(14)，其中殼體(3)和內(nèi)部實體(2)的左端均與法蘭(1)固定連接，在殼體(3)和內(nèi)部實體(2)之間留有用于氣體流過的間隙，該間隙通過法蘭(1)與天然氣氣體進口相連通，殼體(3)的右端與分離管(4)的左端固定連接，分離管(4)的右端與擴壓管殼體(5)的左端固定連接，擴壓管(7)設置在擴壓管殼體(5)內(nèi)并且二者之間形成一環(huán)形空腔，擴壓管(7)的右端與擴壓管殼體(5)固定連接，擴壓管(7)的左端和擴壓管殼體(5)的側面之間留有用于濕氣流過的環(huán)形槽道(15)，環(huán)形槽道(15)與擴壓管(7)和擴壓管殼體(5)之間的空腔相連通，在擴壓管殼體(5)的下部的側壁上還設置有與上述空腔相連通的濕氣出口(9)。
2、 根據(jù)權利要求l所述的一種低流動阻力超音速氣體凈化分離裝置，其特征 在于所述的法蘭(1)的內(nèi)部沿圓周方向均勻布置有三個支撐架(13)，拉 伐爾噴管中的內(nèi)部實體(2)的左端放置在三個支撐架(13)形成的圓形通道 內(nèi)，三個支撐架(13)之間為用于氣體流過的通道。
3、 根據(jù)權利要求1所述的一種低流動阻力超音速氣體凈化分離裝置，其特征 在于所述的旋流葉片(14)的個數(shù)大于等于l。
4、 根據(jù)權利要求1所述的一種低流動阻力超音速氣體凈化分離裝置，其特征 在于所述的旋流葉片(14)沿內(nèi)部實體(2)的圓周方向均勻分布。
5、 根據(jù)權利要求1所述的一種低流動阻力超音速氣體凈化分離裝置，其特征 在于所述的支撐架(13)左端部和拉伐爾噴管中的內(nèi)部實體(2)的左端部(12)被削尖以減小氣體入口阻力。
專利摘要本實用新型是一種低流動阻力超音速氣體凈化分離裝置，應用于天然氣脫水等氣體分離凈化領域。本裝置包括法蘭、拉伐爾噴管、分離管、擴壓管殼體和擴壓管。拉伐爾噴管包括殼體、內(nèi)部實體和旋流葉片。殼體和內(nèi)部實體的左端與法蘭固定連接，在殼體和內(nèi)部實體之間留有間隙，該間隙通過法蘭與天然氣氣體進口相連通。殼體的右端與分離管的左端連接，分離管的右端與擴壓管殼體的左端連接，擴壓管設置在擴壓管殼體內(nèi)，擴壓管的右端與擴壓管殼體連接，擴壓管的左端和擴壓管殼體的側面之間留有環(huán)形槽道，環(huán)形槽道與擴壓管和擴壓管殼體之間的空腔相連通，在擴壓管殼體的下部的側壁上還設置有與上述空腔相連通的濕氣出口。本裝置中無運動部件、結構簡單。
文檔編號C10L3/00GK201295569SQ20082012304
公開日2009年8月26日 申請日期2008年10月17日 優(yōu)先權日2008年10月17日
發(fā)明者劉中良, 孫俊芳, 龐會中, 蔣文明, 鮑玲玲 申請人:北京工業(yè)大學