專利名稱：一種雙喉部型氣體超聲速旋流分離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙喉部型氣體超聲速旋流分離裝置，屬于多組分混合氣體的低溫凝結(jié)與旋流分離技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
天然氣脫水和重?zé)N分離是油氣集輸系統(tǒng)的重要工藝環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的處理方法通常采取蒸氣壓縮制冷、節(jié)流膨脹制冷和膨脹機制冷等方法獲取冷量，實現(xiàn)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(jié)晶凍堵管線、設(shè)備，整個系統(tǒng)效率低、能源浪費，且該過程極為復(fù)雜，耗資巨大，需要龐大的設(shè)備，成本和運行費用很高。超聲速旋流分離技術(shù)是一種應(yīng)用于天然氣集輸、加工與處理領(lǐng)域的新技術(shù)，該技術(shù)結(jié)合了氣體動力學(xué)、工程熱力學(xué)和流體力學(xué)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、密閉無泄漏、無需化學(xué)藥劑和支持無人值守等優(yōu)點，與傳統(tǒng)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(tǒng)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(shù)進行了相關(guān)的研究工作，Twister BV公司開發(fā)了 “Twisterl ”和“Twisterll ”兩種型式的超聲速旋流分離器，ENGO公司分別開發(fā)出了名為“3S”的超聲速旋流分離器，兩個公司的產(chǎn)品已經(jīng)開始進入商業(yè)推廣應(yīng)用階段。國內(nèi)的中國石油大學(xué)(華東)、北京工業(yè)大學(xué)、大連理工大學(xué)、西安交通大學(xué)和北京航空航天大學(xué)對超聲速旋流分離技術(shù)進行了相關(guān)的研究工作。超聲速旋流分離裝置的主要結(jié)構(gòu)包括拉伐爾噴管、旋流裝置和擴壓管等構(gòu)件，根據(jù)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(jié)構(gòu)一種是將旋流裝置安裝在噴管后的超聲速段來產(chǎn)生旋流，故旋流裝置又稱作超聲速翼，在該種結(jié)構(gòu)種， 由于速度的轉(zhuǎn)化發(fā)生在超聲速條件下，超聲速翼后容易產(chǎn)生激波，破壞低溫低壓環(huán)境，不利于液滴的生長，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(nèi)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(nèi)的 ZL 200810011258. 6、ZL 200910023458. 8 及申請?zhí)?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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提出一種限制激波擾動、降低能量損失、提高回壓能力的用于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，該裝置采用雙喉部的概念，在超聲速旋流分離流道后設(shè)有超聲速壓縮流道、第二喉部流道和第二擴壓流道，有利于分離裝置穩(wěn)定工作。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)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、干氣出口和液體出口組成，其特征在于中心體包括初始段、收縮錐段、漸細(xì)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(xì)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(gòu)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，并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(gòu)成積液腔，積液腔、排液管和液體出口相互連通。本發(fā)明的第二收縮段的輪廓曲線按照如下曲線方程來設(shè)計
權(quán)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)、 干氣出口(10)和液體出口(12)組成，其特征在于中心體(4)包括初始段(17)、收縮錐段(18)、漸細(xì)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(xì)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(gòu)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)，并與圓柱段(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(gòu)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙喉部型氣體超聲速旋流分離裝置，其特征在于第二收縮段(21)的輪廓曲線按照如下曲線方程來設(shè)計
3.根據(jù)權(quán)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，其特征在于第二收縮段(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(fā)明是一種雙喉部型氣體超聲速旋流分離裝置，應(yīng)用于多組分混合氣體分離等領(lǐng)域。氣體在入口段流經(jīng)多個葉柵產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，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?zé)N組分發(fā)生凝結(jié)，氣流旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的巨大離心力將凝結(jié)液滴甩向壁面并從積液腔排出，高效地實現(xiàn)氣液分離。在超聲速旋流分離流道后設(shè)有超聲速壓縮流道、第二喉部流道和第二擴壓流道，該設(shè)計可以將激波固定在第二喉道內(nèi)，限制激波造成的擾動，減小背壓對激波位置的影響，使上游超聲速流動更穩(wěn)定；還可以避免強激波造成的邊界層分離效應(yīng)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(yōu)先權(quán)日2012年1月8日
發(fā)明者文闖, 曹學(xué)文, 楊燕 申請人:文闖