[發明專利]一種全旋流超聲速分離裝置

有效

• 申請號: 202010548769.2
• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111763547B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 邊江;曹學文;李鈺璇;謝振強;郭丹;劉楊
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: B01D45/14
• 分類號: B01D45/14;B01D5/00;C10L3/10
• 代理公司: 青島錦佳專利代理事務所(普通合伙) 37283
• 代理人: 朱玉建

本發明公開了一種全旋流超聲速分離裝置，其包括外殼以及中心旋流部件。外殼包括直流穩流段、Laval噴管漸縮段以及Laval噴管擴張段等部分。中心旋流部件包括前中心旋流部件以及后中心旋流部件；前中心旋流部件位于直流穩流段和Laval噴管漸縮段內；后中心旋流部件位于Laval噴管擴張段內。當氣體進入直流穩流段以及Laval噴管漸縮段后，氣流在旋流狀態下膨脹，并在到達Laval噴管擴張段后達到超聲速，溫度壓力進一步降低，氣體開始發生凝結，這種邊旋流邊凝結的過程能夠有效地減小液滴再蒸發的影響；此外，在Laval噴管擴張段內也設置旋流部件，其旋流能力強且持久，保證了裝置的分離效果和分離效率。

技術領域

本發明屬于低溫凝結與旋流分離技術領域，特別涉及一種全旋流超聲速分離裝置，該裝置尤其適用于天然氣的水蒸氣、酸氣以及重烴等雜質組分低溫凝結與旋流分離。

背景技術

在天然氣開采領域，目前開采出的天然氣往往被水蒸氣所飽和，并含有一些重烴組分，為了滿足天然氣外輸和使用的要求，必須將水蒸氣、酸氣以及重烴組分分離出來。

傳統的天然氣分離工藝有冷卻法、化學吸收法、吸附法以及膜分離法。然而，這些分離工藝在天然氣分離過程中都會存在各種各樣的弊端，亟需提出一種新的天然氣分離方式。

超聲速旋流分離技術是天然氣加工處理領域的一大創新。

超聲速旋流分離技術結合了氣體動力學、工程熱力學和流體力學理論，將膨脹降溫、旋流式氣/液分離以及再壓縮等處理過程放在一個密閉緊湊的裝置中完成。

該分離技術具有簡單可靠、密閉無泄漏、無需藥劑以及支持無人值守等優點。

按照旋流部件的安裝位置劃分，傳統的超聲速旋流分離裝置主要分為以下兩種：

第一種是將旋流部件安裝在噴管后的超聲速段來產生旋流，此種結構形式的超聲速旋流分離裝置在進行天然氣分離時，存在如下技術問題：

由于速度的轉化發生在超聲速條件下，當氣流遇到旋流部件時，由于流通面積的突變容易產生激波，破壞低溫低壓環境，造成已經凝結液滴的二次蒸發，降低裝置的分離效率；

第二種是將旋流部件安裝在噴管的入口，使氣體以旋流的形式進入噴管進行膨脹降溫，盡管這種結構可有效避免液滴的二次蒸發，但在實際使用中還存在如下技術問題：

由于超聲速分離裝置內部摩擦阻力的影響，隨著氣體的流動其旋流速度顯著減小，降低了超聲速分離裝置的分離效果，導致已經凝結的液滴來不及分離而隨著干氣排出。

此外，以上兩種超聲速旋流分離裝置，其裝置的外殼均是一體加工的。這種一體加工的超聲速旋流分離裝置在實際使用時，存在如下缺陷：

(1)加工困難；(2)超聲速旋流分離裝置的收縮段與擴壓段是固定連接的，因而無法實現不同型號的收縮段與擴壓段的自由搭配，使得裝置的適應工況范圍較窄。

發明內容

本發明的目的在于提出一種全旋流超聲速分離裝置，以便有效提高天然氣的水蒸氣、酸氣以及重烴等雜質組分的低溫凝結與旋流的分離效果，同時提升裝置的分離效率。

本發明為了實現上述目的，采用如下技術方案：

一種全旋流超聲速分離裝置，包括外殼以及中心旋流部件；

外殼包括由前向后依次連接的穩流收縮段以及擴壓分離段；

穩流收縮段包括直管穩流段以及Laval噴管漸縮段；

直管穩流段位于Laval噴管漸縮段的前側，且與Laval噴管漸縮段相連；

直管穩流段采用柱狀結構；Laval噴管漸縮段采用維托辛斯曲線結構，即Laval噴管漸縮段以與直管穩流段的連接處為起點，朝向擴壓分離段按照維托辛斯曲線逐漸收縮；