專利名稱：渦流氣體凈化分離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的渦流氣體凈化分離裝置屬于熱工節(jié)能裝置，主要是對輸送到管道系統(tǒng)前的氣體進行分離凈化。
背景技術(shù)：
為了防止在管道輸送中天然氣的水分及重組份液體對壓縮機和管道等設(shè)施造成腐蝕或沖蝕，防止因固體物質(zhì)(如冰)的析出而造成閥門等輸送系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件堵塞，必須在進入管道系統(tǒng)前將天然氣中這些有害的水分及重組份分離出去。所以，天然氣水分離等處理技術(shù)一直是人們研究的熱點問題。
目前，常用的分離或除濕天然氣的處理技術(shù)主要有化學吸附—再生法、物理吸附--再生法、絕熱節(jié)流法、機械制冷法和透平膨脹機制冷法等。這些常規(guī)方法有一系列的優(yōu)點，如分離效果好、除濕深度大、可以達到較低的露點溫度等，所以這些常規(guī)方法在一定程度上都得到了廣泛的應(yīng)有。但是，這些方法也存在許多缺點，如設(shè)施龐大、工程投資大、一般要消耗比較多的功，并且對環(huán)境還會造成一定程度的污染。
圖9為目前國內(nèi)外普遍采用的甘醇法除濕、凈化天然氣的工藝流程示意圖濕天然氣首先進入原料氣分離器23，分離出游離液體和固體雜質(zhì)，分離后的氣體進入吸收塔24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24的干氣經(jīng)過氣體/貧甘醇換熱器(貧甘醇冷卻器)25，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25后的貧甘醇進入吸收塔24后，吸收濕天然氣中的水蒸氣成為富甘醇，然后，從吸收塔24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28，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28排出的富甘醇依次經(jīng)過固體過濾器(纖維過濾器)29和活性炭過濾器30，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(zhì)。
由固體過濾器(纖維過濾器)29和活性炭過濾器30過來的富甘醇經(jīng)過貧/富甘醇換熱器31預熱后，進入再生塔26，富甘醇中的水蒸氣被脫除掉，成為濃度為99％(ω)以上的貧甘醇。
由再生塔26出來的貧甘醇先進入緩沖罐27，再流經(jīng)貧/富甘醇換熱器31進行冷卻，然后由甘醇泵32加壓后進入吸收塔24循環(huán)使用。
由以上流程可以看出，甘醇法除濕、凈化天然氣系統(tǒng)中的再生系統(tǒng)非常復雜，這勢必會增加設(shè)備初投資，使設(shè)備的運行和維護費用升高，操作也不方便，占地面積增大；另外，在海上平臺由于波浪起伏會影響吸收塔內(nèi)甘醇溶液正常流動，因此，不宜使用甘醇法處理天然氣；甘醇受污染或分解后具有腐蝕性，會腐蝕管道等設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)及結(jié)構(gòu)上的不足，研制出一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、環(huán)境友好、綜合成本低且具有良好工作性能的渦流氣體凈化分離裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案參見圖1，本發(fā)明設(shè)有氣體分離和氣體凈化部分，特征在于它包括有用于氣體增速、降溫裝置的拉伐爾噴管1，用于氣體凈化分離的旋流器2，及與旋流器2連接的分離管3，用于氣體增壓和減速的擴壓管4，及將拉伐爾噴管1與旋流器2連接的外殼體5、與分離管3連接的擴壓管殼體6；裝置結(jié)構(gòu)的中間部分為旋流器2及分離管3，旋流器2插入與拉伐爾噴管1的一端相連的旋流器殼體5的內(nèi)腔，拉伐爾噴管1的另一端為天然氣氣體進口10，分離管3連通擴壓管4，擴壓管4的另一端為干氣出口11，擴壓管殼體6的下端部設(shè)有從氣體中分離出來液體出口12。
本發(fā)明中的旋流器2由旋流器定位板7固定，擴壓管4由擴壓管定位板8固定；拉伐爾噴管1與旋流器外殼體5之間、旋流器外殼體5與分離管3之間、分離管3與擴壓管殼體6之間采用常規(guī)技術(shù)連接。
本發(fā)明在分離管3與擴壓管4之間有一個環(huán)形槽道14，擴壓管殼體6的下端部設(shè)有的液體出口12與其相通，該環(huán)形槽道14的尺寸大小由擴壓管殼體6與擴壓管定位板8之間的調(diào)整墊圈9調(diào)整。
本發(fā)明旋流器至少設(shè)有1對相互對稱的切向進氣口13；當對氣體凈化、分離的深度要求相對較低，而又希望本發(fā)明裝置的能耗盡量小時，可采用不同切向進氣口數(shù)目的旋流器，以獲得不同的靜化、分離效果。
本發(fā)明旋流器還可以采用如下兩種結(jié)構(gòu)形式圖6(a)中的三角翼型旋流器19，三角翼型旋流器19采用常規(guī)技術(shù)橫向嵌入到三角翼型旋流器殼體20中，翼尖指向與氣流方向垂直。這種三角翼型旋流器能夠產(chǎn)生較旋流器2旋流強度高的旋流、裝置能耗卻較采用旋流器2時的裝置能耗小；圖8(b)中的螺旋板旋流器21，螺旋板旋流器21與螺旋板旋流器殼體22之間采用常規(guī)技術(shù)連接；螺旋板旋流器21至少有一個螺距，要增大旋流強度，可適當增加螺距的數(shù)目。這種螺旋板旋流器能夠產(chǎn)生較三角翼型旋流器19旋流強度高的旋流、裝置能耗卻較采用三角翼型旋流器19時的裝置能耗小。
使用本發(fā)明的裝置使氣體增速、降溫過程及氣體減速、增壓過程分別在拉伐爾噴管1和擴壓管4內(nèi)完成，氣體凈化、分離過程在旋流器2及分離管3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(zhì)以液體形式由液體出口12流出，干氣則從干氣出口11流出。
具體工作流程如下首先，天然氣由氣體進口10進入拉伐爾噴管1，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(jié)形成液體，然后，高速流動的氣、液混合物流經(jīng)旋流器2，產(chǎn)生高速旋流，接著，高速旋流進入分離管3，由于所受離心力的不同，從氣體中凝結(jié)出的液體被“甩“到管壁上形成一層特別薄的液膜，然后，這些液體通過分離管3與擴壓管4之間的環(huán)形槽道14流出分離管，由液體出口12流出。最后，除去水分的干氣接著進入擴壓管4，氣流的速度降低，溫度、壓力升高，氣體由干氣出口11流出分離裝置。
本發(fā)明的主要技術(shù)效果如下1.本裝置由拉伐爾噴管1、旋流器2、分離管3、擴壓管4組成，無運動部件、結(jié)構(gòu)簡單、可以實現(xiàn)無人操作、免維護，這使得本發(fā)明能夠在偏遠或環(huán)境惡劣的地方應(yīng)用。
2.本裝置無需動力設(shè)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(zhì)，既節(jié)省了原料成本，又保護了環(huán)境。
4.裝置中采用擴壓管4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.可采用多個裝置并聯(lián)的方式，通過常規(guī)技術(shù)實現(xiàn)氣體流量改變時的運行要求。


圖1渦流氣體凈化分離裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2本發(fā)明裝置旋流器結(jié)構(gòu)示意圖；(a)旋流器部分主視圖，(b)旋流器部分右視圖；圖3本發(fā)明裝置擴壓管與分離管連接處環(huán)形槽道圖；圖4本發(fā)明裝置旋流器、旋流器殼體、旋流器定位板裝配圖；圖5本發(fā)明裝置實施例系統(tǒng)圖；圖6實施例二中三角翼型旋流器結(jié)構(gòu)示意圖；(a)三角翼型旋流器主視圖 (b)三角翼型旋流器左視圖
(b)三角翼型旋流器俯視7三角翼型旋流器裝配圖；(a)三角翼型旋流器裝配剖視圖(b)A-A剖視8實施例二中螺旋板旋流器裝配圖；圖9現(xiàn)有技術(shù)中甘醇法天然氣凈化、分離工藝流程示意圖；附圖1-9中標號為1-拉伐爾噴管 2-旋流器 3-分離管 4-擴壓管 5-旋流器殼體6-擴壓管殼體 7-旋流器定位板 8-擴壓管定位板 9-調(diào)整墊圈10-氣體進口 11-干氣出口 12-液體出口 13-切向進氣口14-環(huán)形槽道 15-冷凝器 16-氣-液分離器 17-液-液分離器18-渦流氣體凈化分離裝置 19-三角翼型旋流器20-三角翼型旋流器殼體 21-螺旋板旋流器 22-螺旋板旋流器殼體23-原料氣分離器 24-吸收塔 25-氣體/甘醇換熱器 26-再生塔27-緩沖罐 28-閃蒸罐 29-固體過濾器 30-活性炭過濾器31-貧甘醇換熱器 32-甘醇泵
具體實施例方式參見圖1-9按常規(guī)加工技術(shù)實施本發(fā)明技術(shù)方案，拉伐爾噴管1與旋流器外殼體5之間、旋流器外殼體5與分離管3之間、分離管3與擴壓管殼體6之間采用常規(guī)技術(shù)中的法蘭連接。實施中可使用以下2個例子例1是如圖5所示的渦流氣體凈化分離裝置的應(yīng)用。當待輸入氣體為天然氣時，氣體先經(jīng)冷凝器15以降低進入渦流氣體凈化分離裝置的氣體的溫度，再經(jīng)氣-液分離器16，用來初步分離氣體中由于冷凝產(chǎn)生的液體，爾后經(jīng)本發(fā)明裝置，在裝置的液體出口12處接液-液分離器17，用以對分離出的液體及重質(zhì)烷烴進行二次分離，凈化分離后的氣體經(jīng)擴壓管4的干氣出口11排出。本發(fā)明實施時，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(diào)整干氣出口11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)需要將多臺渦流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2的結(jié)構(gòu)形式。具體采用如下兩種結(jié)構(gòu)形式(a)三角翼型的旋流器19，圖6，它可以產(chǎn)生較強的旋流，其旋流強度較例1中所用的旋流器2產(chǎn)生的旋流強度低，但裝置能耗比例1的?。?b)螺旋板旋流器21，圖8，它可以產(chǎn)生較強的旋流，其旋流強度較例1中所用的旋流器2產(chǎn)生的旋流強度低，比例2的三角翼型旋流器19所產(chǎn)生的旋流強度高，但裝置能耗比例2中采用三角翼型旋流器時的小。
權(quán)利要求
1.渦流氣體凈化分離裝置，設(shè)有氣體分離和氣體凈化部分，本發(fā)明的特征在于它包括有用于氣體增速、降溫裝置的拉伐爾噴管(1)，用于氣體凈化分離的旋流器(2)，及與旋流器(2)連接的分離管(3)，用于氣體增壓和減速的擴壓管(4)，及將拉伐爾噴管(1)與旋流器(2)連接的外殼體(5)、與分離管(3)連接的擴壓管殼體(6)；裝置結(jié)構(gòu)的中間部分為旋流器(2)及分離管(3)，旋流器(2)插入與拉伐爾噴管(1)的一端相連的旋流器殼體(5)的內(nèi)腔，拉伐爾噴管(1)的另一端為天然氣氣體進口(10)，分離管(3)連通擴壓管(4)，擴壓管(4)的另一端為干氣出口(11)，擴壓管殼體(6)的下端部設(shè)有從氣體中分離出來液體出口(12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦流氣體凈化分離裝置，其結(jié)構(gòu)特征在于，其旋流器(2)由旋流器定位板(7)固定，擴壓管(4)由擴壓管定位板(8)固定；拉伐爾噴管(1)與旋流器外殼體(5)之間、旋流器外殼體(5)與分離管(3)之間、分離管(3)與擴壓管殼體(6)之間采用常規(guī)技術(shù)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的渦流氣體凈化分離裝置，其結(jié)構(gòu)特征在于，在分離管(3)與擴壓管(4)之間有一個環(huán)形槽道(14)，擴壓管殼體(6)的下端部設(shè)有的液體出口(12)與其相通；擴壓管殼體(6)與擴壓管定位板(8)之間設(shè)有調(diào)整墊圈(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦流氣體凈化分離裝置，其旋流器特征在于，旋流器(2)至少設(shè)有1對相互對稱的切向進氣口(13)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的渦流氣體凈化分離裝置，其旋流器特征在于，可以采用三角翼型旋流器(19)，三角翼型旋流器(19)采用常規(guī)技術(shù)橫向嵌入三角翼型旋流器殼體(20)中，翼尖指向與氣流方向垂直；也可以采用螺旋板旋流器(21)，螺旋板旋流器(21)采用常規(guī)技術(shù)與螺旋板旋流器殼體(22)相連；螺旋板旋流器(21)至少有一個螺距，要增大旋流強度，可按常識增加螺距的數(shù)目。
全文摘要
渦流氣體凈化分離裝置屬于熱工節(jié)能裝置，有氣體分離和凈化部分，它包括有拉伐爾噴管1，旋流器2及與旋流器連接的分離管3，擴壓管4，及將噴管與旋流器連接的外殼體5、與分離管連接的擴壓管殼體6。裝置的中間部分為旋流器及分離管，旋流器固定在與噴管一端相連的旋流器殼體的內(nèi)腔，噴管的另一端為氣體進口10，分離管連通擴壓管，擴壓管的另一端為干氣出口11，擴壓管殼體的下端部設(shè)有從氣體中分離出來的液體出口12。本發(fā)明中氣體增速、降溫過程及氣體減速、增壓過程分別在噴管和擴壓管內(nèi)完成，氣體凈化、分離過程在旋流器及分離管內(nèi)完成，所有過程無需消耗任何機械功。本發(fā)明具有凈化分離效果好、綜合成本低等特點，可適用偏遠或環(huán)境惡劣地區(qū)。
文檔編號B01D53/26GK1602992SQ200410074338
公開日2005年4月6日 申請日期2004年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月28日
發(fā)明者顧克宇, 劉中良, 劉恒偉, 劉火得, 顏廷敏, 王翀 申請人:勝利油田勝利工程設(shè)計咨詢有限責任公司, 北京工業(yè)大學