專利名稱：一體化氣體脫水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)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(chǎn)品或?qū)＠?，一般都包括以下四個(gè)主要部分一、制冷設(shè)備，即冷源，用于向氣體脫水裝置提供冷卻工質(zhì)；二、冷凍設(shè)備，為一個(gè)換熱器，在其中藉助于冷卻工質(zhì)將氣體的溫度冷卻到所需的露點(diǎn)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(shè)備(或稱回?zé)崞?，為另一個(gè)換熱器，在其中藉助于已脫水的冷氣體回流作為冷卻工質(zhì)，將原料氣體首先予冷，然后再送入冷凍器，這樣可以節(jié)省制冷用的能源消耗；四、分離設(shè)備，在其中將通過予冷段設(shè)備及冷凍設(shè)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干燥。
在目前的冷凍脫水裝置中，以上四項(xiàng)設(shè)備一般都是各自獨(dú)立的，其間用管道相連接，從而整個(gè)設(shè)備體積比較龐大，能量損耗也較多，運(yùn)行操作(特別是需將露點(diǎn)降低到水的冰點(diǎn)之下，如天然氣脫水裝置)諸多不便。
近20年來，對上述缺點(diǎn)也曾提出不少改進(jìn)與補(bǔ)救的方法或設(shè)備，特別是針對早已商業(yè)化的壓縮空氣干燥裝置。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(dòng)系統(tǒng)用空氣干燥器”等，就曾對其中所用的換熱器作了重要改進(jìn)，并占領(lǐng)了部分的美國與中國市場。但這種改進(jìn)仍有很大的局限性，并未改變上述四項(xiàng)設(shè)備相互分離設(shè)置所帶來的全部缺點(diǎn)，特別是還不可能應(yīng)用于有固體沉積物的氣體冷凍脫水設(shè)備，如天然氣脫水器等。
本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種熱效率特別高、體積緊湊、從而造價(jià)低廉的一體化氣體脫水器，該設(shè)備不僅適于陸上各種用途，而且特別適用于天然氣海上平臺(tái)與運(yùn)輸特別困難地區(qū)的氣田。
為達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型一種一體化氣體脫水器，其特征在于，其中包括一予冷段，該予冷段為板翅式結(jié)構(gòu)；一冷凍段，該冷凍段為板翅式結(jié)構(gòu)；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(jié)構(gòu)，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(yù)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(zhì)出口管連接；在該冷凍段的上端與冷卻工質(zhì)進(jìn)口管連接；在該預(yù)冷段的下端接有氣體進(jìn)口管和出口管；在該進(jìn)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、及冷凍段作并列布置。
其中的予冷段包含兩個(gè)或兩個(gè)以上的具有不同換熱系數(shù)的換熱區(qū)。
其中的冷凍段包含兩個(gè)或兩個(gè)以上的具有不同換熱系數(shù)的換熱區(qū)。
其中的予冷段有兩個(gè)或兩個(gè)以上的回流氣體入口。
其中的預(yù)冷段有兩個(gè)或兩個(gè)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(shí)用新型“一體化脫水器”的又一種典型結(jié)構(gòu)，其中的予冷段、過渡段、與冷凍段采用并列式布置。
圖3表示前述串列式布置脫水器的一種改進(jìn)型結(jié)構(gòu)，其中的予熱段具有兩個(gè)或更多的回流氣體入口，以加大其予熱范圍。


圖1表示本實(shí)用新型“一體化脫水器”的一種典型結(jié)構(gòu)，其中包括一予冷段2，該予冷段為板翅式結(jié)構(gòu)；一冷凍段7，該冷凍段為板翅式結(jié)構(gòu)；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(jié)構(gòu)，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(yù)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(zhì)出口管9連接；在該冷凍段7的上端與冷卻工質(zhì)進(jìn)口管8連接；在該預(yù)冷段2的下端接有氣體進(jìn)口管1和出口管10；在該進(jìn)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(jìn)口管1進(jìn)入本脫水器的予冷段2并向上流動(dòng)。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(jìn)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(jié)水形成小液滴，被氣體帶走，進(jìn)入中間分離室5a后，液滴被分離并由中部排水管4b排出。
當(dāng)所處理的氣體為天然氣時(shí)，在一定的溫度與壓力下，該氣體可能與液體水結(jié)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(dòng)化霜過程中變?yōu)橐后w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(qū)域而在自動(dòng)化霜過程啟動(dòng)之前堵塞流道，應(yīng)使該固體沉積物盡量分散沉積。為此，可將予冷段設(shè)計(jì)成具有不同換熱系數(shù)的若干區(qū)域、如圖內(nèi)的2a、2b，等等，使予期固體沉積量大的區(qū)域(一般在水合物開始生成點(diǎn)之后的一個(gè)區(qū)間)，其換熱系數(shù)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(shí)間。
當(dāng)氣體部分脫水后流出予冷段，其中尚含有相當(dāng)高的水份，如立即進(jìn)入冷凍段7急冷，又可能在自動(dòng)化霜過程啟動(dòng)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(shè)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(zhì)流過。氣體流道壁依靠導(dǎo)熱散出熱量，故可以緩慢地凍結(jié)氣體內(nèi)的水份，進(jìn)一步降低進(jìn)入冷凍段的氣體水量。過渡段6中冷凍的水份在自動(dòng)化霜過程中變?yōu)橐后w由中部排水管4b排出。
氣體由過渡段6進(jìn)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，后者在自動(dòng)化霜過程中成為液體由排液管4c排出。
進(jìn)入冷凍段7的氣體被由冷凍設(shè)備送來的冷卻工質(zhì)所冷凍。冷卻工質(zhì)由進(jìn)口管8流入，而由出口管9流出，并將氣體冷凍到所需的露點(diǎn)溫度之下。氣體中所含水份在冷凍段內(nèi)凝結(jié)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(nèi)被分離出來，并在自動(dòng)化霜過程中成為液體由排水管4d排出。完全干燥的冷氣體由分離室回流到入口管3反回予冷器，最后由出口管10流出脫水器。
由以上的敘述可見，本實(shí)用新型提供的一體化氣體脫水器設(shè)備，可以完成氣體脫水的全過程，而且提供了最優(yōu)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(jié)構(gòu)布置方式，其與
圖1的區(qū)別在于，其中的予冷段、過渡段、與冷凍段采取并列式布置。由圖可見，此種結(jié)構(gòu)中冷凍段居中，其左右各有一對稱布置的予冷段與過渡段。這種對稱布置有利于減少能量損失，而且符合予冷段的體積一般均大于冷凍段體積的要求。
圖2與
圖1中各個(gè)部分的名稱及相互關(guān)系完全相同，只是布置方式不同，即由串列式變?yōu)椴⒘惺剑虼嗽趫D2中完全采用與
圖1中相同的編號(hào)。
必須指出的唯一一點(diǎn)差別是圖2中的一個(gè)排水管4ab兼有
圖1內(nèi)4a與4b兩者的排水功能。另外，由于視圖的局限，排水管4d應(yīng)開在本圖的脫水器的后方外殼上，故本圖內(nèi)用虛線畫出。
圖2所示的并列式一體化脫水器，其中包括一予冷段2，該予冷段為板翅式結(jié)構(gòu)；一冷凍段7，該冷凍段為板翅式結(jié)構(gòu)；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(jié)構(gòu)，該予冷段2過渡段6和冷凍段7為并列布置；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(yù)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(zhì)出口管9連接；在該冷凍段7的下端與冷卻工質(zhì)進(jìn)口管8連接；在該預(yù)冷段2的上端接有氣體進(jìn)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所示的并列式一體化脫水器內(nèi)氣體及冷卻介質(zhì)的流動(dòng)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(jié)構(gòu)，其特征在于，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(gè)入口進(jìn)入。這種結(jié)構(gòu)更適用于要求脫水程度更高，露點(diǎn)低于攝氏零度很多(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(shí)際上等于一個(gè)冷凍段的溫度，故有必要作特殊處理。
圖3的標(biāo)號(hào)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(jìn)口管1進(jìn)入予冷段的下部2a，向上流動(dòng)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(jié)水份尚未被冷到凍冰的程度(或生成水合物的程度)，故凝結(jié)的液態(tài)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(nèi)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后繼續(xù)向上流過予冷段的上部2b，在其中流道被冷卻到冰點(diǎn)或水合物生成溫度之下，固體沉積開始在流道壁面上出現(xiàn)。為防止局部沉積過多，在自動(dòng)化需過程啟動(dòng)之前堵塞流道，予冷段2b的換熱系數(shù)已被降低，而其流道通徑也被加大。而且進(jìn)入予冷段的已脫水冷氣體的流量，也應(yīng)適當(dāng)?shù)卦诨亓骼錃怏w入口3a與3b之間，作恰當(dāng)分配。
由予冷段2b流出的氣體，進(jìn)入分離室5a2將所夾帶的冰粒分離，后者在化霜過程中成為液態(tài)水由排水管4b2排出。
部分脫水的氣體繼續(xù)流入過渡段6，分離室5b，冷凍段7，和分離室5c，而冷卻工質(zhì)則由其進(jìn)口管8進(jìn)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并完全脫水的冷氣體，向下流到回流冷氣體進(jìn)口管3a及3b，按予先設(shè)計(jì)的分配比例，由兩處進(jìn)入予冷段。在進(jìn)行熱交換后，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(jié)構(gòu)上具有相當(dāng)大的靈結(jié)性，可以在很大的出口氣體露點(diǎn)要求范圍內(nèi)，滿足各種氣體的不同脫水要求。
綜上所述，本實(shí)用新型提供了一種新型的一體化脫水器。在該單一設(shè)備內(nèi)，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(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖及其作為示例的裝置與設(shè)備的基本特征之外，根據(jù)本實(shí)用新型權(quán)利要求書中所述的原則與基本特征，利用普通的工程技術(shù)，還可以設(shè)計(jì)出各種不同的裝置與設(shè)備，進(jìn)行各種改進(jìn)，與設(shè)計(jì)出各種代用品。
權(quán)利要求1.一種一體化氣體脫水器，其特征在于，其中包括一予冷段，該予冷段為板翅式結(jié)構(gòu)；一冷凍段，該冷凍段為板翅式結(jié)構(gòu)；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(jié)構(gòu)，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(yù)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(zhì)出口管連接；在該冷凍段的上端與冷卻工質(zhì)進(jìn)口管連接；在該預(yù)冷段的下端接有氣體進(jìn)口管和出口管；在該進(jìn)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(quán)利要求1所述的一體化氣體脫水器，其特征在于，其中的予冷段、過渡段、及冷凍段作并列布置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一體化氣體脫水器，其特征在于，其中的予冷段包含兩個(gè)或兩個(gè)以上的具有不同換熱系數(shù)的換熱區(qū)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的一體化氣體脫水器，其特征在于，其中的冷凍段包含兩個(gè)或兩個(gè)以上的具有不同換熱系數(shù)的換熱區(qū)。
5.如權(quán)利要求1所述的一體化氣體脫水器，其特征在于，其中的予冷段有兩個(gè)或兩個(gè)以上的回流氣體入口。
6.如權(quán)利要求1所述的一體化氣體脫水器，其特征在于，其中的預(yù)冷段有兩個(gè)或兩個(gè)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(yù)予冷段,預(yù)冷段為板翅式結(jié)構(gòu);一冷凍段,冷凍段為板翅式結(jié)構(gòu);一過渡段,過渡段安裝在預(yù)冷段和冷凍段之間,為板翅式結(jié)構(gòu),預(yù)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(yù)冷段中間安裝有一中間分離室,該預(yù)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(zhì)出口管連接;在冷凍段的上端與冷卻工質(zhì)進(jìn)口管連接;在預(yù)冷段的下端接有氣體進(jìn)口管和出口管;在進(jìn)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(hào)F28D9/00GK2497857SQ0125899
公開日2002年7月3日 申請日期2001年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月3日
發(fā)明者呂應(yīng)中 申請人:呂應(yīng)中