[發明專利]一種渦流管誘發激波水合物抑制裝置

在審

• 申請號: 202011438094.2
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112555237A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 梁法春;曾慶港;陳婧;王思港;信靈棋
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: F15D1/00
• 分類號: F15D1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種渦流管誘發激波水合物抑制裝置，主要包括進氣管、渦流管、回流管、熱端出口管、冷端出口管、熱管式換熱器、鼓風機以及混合器。氣井采出的高壓天然氣進入渦流管，在渦流室內發生強旋流運動，進而引發能量分離，形成冷、熱雙流體。熱端管的熱流體通過收縮漸闊管段持續加速變成超音速流體，進而擴張管段產生激波，使得溫度、壓力升高。部分高溫高壓流體回流到冷端管，與冷流體進行熱交換，防止冷端發生冰堵。本裝置將激波制熱原理與渦流管能量分離原理相結合，以高壓天然氣作為工作動力源，無額外加熱裝置，節約環保、安全可靠。

技術領域:

本發明公開一種渦流管誘發激波水合物抑制裝置，特別是一種應用于防止高壓天然氣節流時發生凍堵的裝置。

背景技術:

天然氣從井口采出過程中，由于地層含有水分，故采出天然氣中往往也具有一定含水，當含水天然氣流過氣井井口節流閥時，由于焦耳-湯姆森效應，會產生較大溫降，達到水合物的形成條件時,會在管道中形成水合物，從而引起管線堵塞等問題，影響生產。因此，通常采用節流前加熱等方法提高天然氣的溫度，以避免天然氣水合物的形成。

目前傳統的天然氣節流裝置由節流閥組、水合物抑制劑加注裝置、加熱器及相關儀表組成，通過加熱器提前將天然氣溫度升高，同時添加水合物抑制劑，這樣節流后的天然氣即使載有較大的溫降也不至于形成水合物堵塞管道。但是節流前加熱、添加水合物抑制劑會消耗大量的熱能和化學藥劑，增加運行和維護成本。

因此，本發明提出一種渦流管誘發激波水合物抑制裝置。渦流管是一個沒有運動部件、結構簡單的能量分離裝置，壓縮氣體通過一個或多個噴嘴發生膨脹，沿切線方向進入渦流管，形成高速旋轉的渦流體，渦流體在管內發生一系列傳熱傳質作用，在管中心產生一股冷流，在外側產生一股熱流。由于渦流管內強烈的離心作用，中心的冷流氣體為干燥氣體，外側高溫氣體則集中了渦流管效應(含節流效應)產生的所有液體。通過改變熱端的控制閥，可以調節冷熱氣體的比例，從而實現不同的冷熱分離溫度。

激波是超音速氣流在流經障礙物時，氣流在障礙物前會受到一定程度的壓縮，并且以波的形式前進的一種強壓縮波。氣體流經激波后氣流參數會發生突躍，導致氣體壓強、溫度、密度升高，流速下降。渦流管誘發激波的工作原理是渦流管熱端氣流通過收縮漸闊管段逐漸加速變成超音速流體，渦流管熱端出口調節閥控制出口背壓，在擴張管段產生激波，熱氣流經過激波后溫度進一步升高，能夠有效抑制下游管線天然氣水合物的生成。

現有的渦流管大多數注重制冷效果，將渦流管用于天然氣工業井口節流降壓時，渦流管內部過大的溫度降使天然氣中的部分水蒸氣凝結，導致渦流管冷端凍堵，且渦流管熱端制熱效果不佳，這是限制渦流管在天然氣井口節流領域應用的重要因素。

因此，本發明將激波制熱原理與渦流管能量分離原理相結合,提出一種渦流管誘發激波水合物抑制裝置，能消除節流過程中產生的“冰堵”現象，且具有環保、節能等優點。

發明內容：

本發明涉及一種渦流管誘發激波水合物抑制裝置，主要包括進氣管、渦流管、回流管、熱端出口管、冷端出口管、熱管式換熱器、混合器以及鼓風機，進氣管上設有監控壓力表，管內天然氣通過高壓進氣口輸入渦流管，渦流管兩端分別為熱端管和冷端管，熱端管設有回流管和熱端出口管，回流管的出口與回流進氣口相連，熱端出口管的出口與混合器相連；冷端出口管與熱管式換熱器的換熱冷流進口連接，熱管式換熱器的換熱冷流出口與混合器連接，鼓風機與熱管式換熱器的空氣進口相連，熱管式換熱器的空氣出口直接連通大氣。

所述渦流管上設有高壓進氣口和回流進氣口，渦流室內設有渦流發生器，渦流室一端與冷端管連接，另一端與熱端管連接，所述的熱端管內流道為收縮漸擴結構，收縮角2°～5°，擴張角為1°～5°。渦流發生器內設有若干個沿周向均勻分布的噴嘴。

所述熱端管末端處設置有調節閥，回流進氣口與交換室連通，交換室內冷端管進口初始段內壁上設有若干個通孔，所述通孔沿冷端管進口段管壁四周均勻分布，其直徑大小為1mm～2mm。