專利名稱：氣液分離管及組合可調(diào)式氣液分離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種氣液分離管及組合可調(diào)式氣液分離
O
背景技術(shù)：
在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，為了各種不同的目的，需要將氣體中的水份分離出來， 即稱之為氣液分離或氣體干燥過程。氣液分離裝置就是實(shí)現(xiàn)這一基本的也是最常見的工藝處理過程的系統(tǒng)設(shè)備。如天然氣的脫水就是天然氣輸送過程中的一個(gè)重要工藝環(huán)節(jié)，其目的是為了除去除供氣管道中的水蒸氣，以免其在壓降點(diǎn)凝結(jié)，防止計(jì)量裝置、各種閥門、壓縮機(jī)和儀表等部件的堵塞和腐蝕等問題。由于天然氣處理的要求及管道沿線自然環(huán)境的限制，增加了這一過程實(shí)施的難度，如果還采用傳統(tǒng)的脫水方法，就需要一個(gè)相對龐大的系統(tǒng)處理裝備，如加熱系統(tǒng)及乙醇注入系統(tǒng)等。不但增加了建設(shè)和運(yùn)行成本，增加了后續(xù)處理過程，如對污染源的處理等，而且在一定情況下還無法保證這一工藝過程的正常運(yùn)行和處理后氣體的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足提供一種新型天然氣脫水裝置-氣液分離管及組合可調(diào)式氣液分離器。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種氣液分離管，包括入口錐管、加速管段、旋流管、同軸旋流分離器、出口錐管及出口外套管；入口錐管的截面為圓錐形，氣體由所述入口錐管進(jìn)入后發(fā)生絕熱膨脹，氣體由所述入口錐管進(jìn)入所述加速管段，速度增加達(dá)到超音速狀態(tài)，同時(shí)形成低溫低壓氣體；所述低溫低壓氣體進(jìn)入旋流管后，形成高速旋流場，從所述同軸旋流分離器中分離出來的液滴被甩向出口外套管內(nèi)壁形成液膜。所述的氣液分離管，所述同軸旋流分離器包括兩個(gè)同軸的外筒與內(nèi)筒，所述外筒與所述內(nèi)筒之間形成狹縫。所述的氣液分離管，所述加速管段包括第一加速管和第二加速管。所述的氣液分離管，所述旋流管內(nèi)部設(shè)置折流板，氣體和凝析液的混合物經(jīng)過折流板后，形成高速旋流場。所述的氣液分離管，所述折流板為空間曲面板結(jié)構(gòu)。所述的氣液分離管，所述折流板固定于一燕尾板上，燕尾板可在旋流管的燕尾槽中移動(dòng)。所述的氣液分離管，所述折流板以所述螺栓為軸而任意旋轉(zhuǎn)。一種組合可調(diào)式氣液分離器，包括至少兩個(gè)氣液分離管，所述氣液分離管包括入口錐管、加速管段、旋流管、同軸旋流分離器、出口錐管及出口外套管；入口錐管的截面為圓錐形，氣體由所述入口錐管進(jìn)入后發(fā)生絕熱膨脹，氣體由所述入口錐管進(jìn)入所述加速管段，速度增加達(dá)到超音速狀態(tài)，同時(shí)形成低溫低壓氣體；所述低溫低壓氣體進(jìn)入旋流管后，形成高速旋流場，從所述同軸旋流分離器中分離出來的液滴被甩向出口外套管內(nèi)壁形成液膜。所述的組合可調(diào)式氣液分離器，還包括第二集氣器、集液器；氣體進(jìn)入第二集氣器氣液進(jìn)行了初步分離；初步分離后的氣體進(jìn)入氣液分離管，含液氣體在氣液分離管中進(jìn)行氣液分離，分離出的液體進(jìn)入集液器10。所述的組合可調(diào)式氣液分離器，所述第二集氣器內(nèi)設(shè)置圓錐導(dǎo)流板、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流柵、 圓錐頂板、外環(huán)筒、內(nèi)環(huán)筒；氣體經(jīng)過圓錐導(dǎo)流板后，穿過旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流柵，氣體產(chǎn)生了離心旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，被圓錐頂板阻擋后沿第二集氣器圓周向下旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，再從第二集氣器底部進(jìn)入外環(huán)筒，然后被頂部的圓錐頂板阻擋折流后進(jìn)入內(nèi)環(huán)筒，又可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明所研制的新型天然氣脫水裝置，具有體積小、不需提供熱源及化學(xué)劑、可以在各種惡劣環(huán)境下連續(xù)使用的全新概念模式的新型氣體氣干燥設(shè)備，這對促進(jìn)我國石油天然氣工業(yè)的發(fā)展、降低能源消耗及保護(hù)環(huán)境等方面將有著其獨(dú)到的作用。該裝置不但可用于天然氣的脫水，還適用于石油煉制、石油化工、制藥、精細(xì)化工等各種氣干燥工藝過程。高速流氣液分離器也是近年來正在國外研發(fā)的一種高效、節(jié)能、環(huán)保及低成本的新型氣液分離裝置，與目前普遍使用的傳統(tǒng)型氣液分離裝置系統(tǒng)相比有著本質(zhì)的區(qū)別。前者不用任何化學(xué)劑，因而不會(huì)造成任何環(huán)境污染，同時(shí)不使用大型的設(shè)備，運(yùn)行成本很低， 便于操作及維修等多方面具有與傳統(tǒng)的氣液分離方法不可相比的優(yōu)點(diǎn)，如用于單井的天然氣處理時(shí)，就可解決單井脫水不利這一老大難問題。


圖1為本發(fā)明氣液分離管結(jié)構(gòu)示意圖；其中5-1螺栓；5-2入口錐管法蘭；5-3入口錐管；5-4螺栓；5-5平焊法蘭；5-6螺母；5-7平焊法蘭；5_8第一加速管；5_9螺栓；5_10 第二加速管；5-11螺栓；5-12旋流管；5-13折流板；5_14螺栓；5_15分離器法蘭；5_16同軸旋流分離器；5-17入口外筒后法蘭；5-18螺栓5-19出口外筒前法蘭5_20加強(qiáng)圈5_21平焊法蘭；5-22螺栓；5-23出口錐管；5- 出口外套管；5_25平焊法蘭；546出口外筒后法蘭； 5-27出口錐管后法蘭；5-28排液管；5-29法蘭；5-30接管；圖2為圖1的A-A、B-B、C_C截面圖；圖3為本發(fā)明超音速低溫組合可調(diào)式氣液分離器的結(jié)構(gòu)示意圖；其中1第一排液口 ；2第一集氣器；3氣體導(dǎo)出管；4第一排液管；5氣液分離管；6集氣管；7第二集氣器；8 氣體入口 ；9集液管；10集液器；11第二排液管；12第一聯(lián)通閥；13第二聯(lián)通閥；14第一排氣接口； 15第二排氣接口 ； 16圓錐導(dǎo)流板；17旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流柵；18外環(huán)筒；19中心導(dǎo)氣管；20內(nèi)環(huán)筒；21除液器；22除霧網(wǎng)；23圓錐頂板。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。超音速低溫組合可調(diào)式氣液分離器的核心部分是氣液分離管，如圖1、2所示，氣液分離管包括入口錐管5-3、第一加速管5-8、第二加速管5-10、旋流管5-12、同軸旋流分離器5-16、出口錐管5-23及出口外套管5- ，其單體機(jī)械結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。(1)超音速旋流分離器氣液分離管的主要工作過程
1)天然氣進(jìn)入入口錐管5-3后發(fā)生絕熱膨脹，入口錐管5-3的截面為圓錐形(即漸縮)截面，流動(dòng)的氣體流過漸縮截面得以膨脹后，其流速可由原來的亞聲速加速并可達(dá)到聲速。2)當(dāng)氣體通過第一加速管5-8、第二加速管5-10后(第一加速管5_8、第二加速管5-10沿著氣體流向，直徑逐漸增大，增大比例可根據(jù)具體情況調(diào)整)，其速度迅速增加， 達(dá)到超音速狀態(tài)，同時(shí)形成低溫低壓氣體。3)在上述低溫低壓氣體的低溫效應(yīng)作用下，在旋流管5-12段，氣體中的水份和重?zé)N開始凝析，形成氣體和凝析液的混合物。旋流管5-12內(nèi)部設(shè)置折流板5-13，氣體和凝析液的混合物流以超音速經(jīng)過折流板5-13，形成高速旋流場，折流板5-13產(chǎn)生巨大的離心作用力，從同軸旋流分離器5-16狹縫(同軸旋流分離器5-16包括兩個(gè)同軸的外筒與內(nèi)筒，外筒與內(nèi)筒之間形成狹縫，液體會(huì)向遠(yuǎn)離軸線的圓周方向移動(dòng)，而從該狹縫中流出，而氣體仍在軸線周圍沿軸線方向流動(dòng)，流入出口錐管5-23，從而實(shí)現(xiàn)了氣液分離過程)中分離出來的液滴被甩向出口外套管5-M內(nèi)壁形成液膜，由液膜形成的液滴沿著管壁運(yùn)動(dòng)，最終流入排液管5- 而導(dǎo)出。這樣，氣體和液滴就可以進(jìn)行分離了。圖2中B-B截面圖所示，折流板5-13是一種空間曲面板(其曲面的空間弧度隨空間位置的變化而旋轉(zhuǎn)變化、同時(shí)還有一定斜角，當(dāng)以直線為主流體遇到折流板后，可以改變其流體的流動(dòng)方向，使其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流作用)結(jié)構(gòu)，通過折流板5-13迎風(fēng)面角度的變化，使來流產(chǎn)生旋流運(yùn)動(dòng)。從B-B圖可以看出， 折流板5-13用一螺栓5-14固定于一個(gè)燕尾板上，燕尾板可在旋流管5-12上端的燕尾槽中移動(dòng)，使用前，根據(jù)氣液流動(dòng)情況，將折流板5-13所在的折流位置進(jìn)行前后調(diào)節(jié)；同時(shí)折流板5-13還可以以螺栓5-14為軸而任意旋轉(zhuǎn)，在使用前，可以根據(jù)不同處理介質(zhì)的特點(diǎn)，任意調(diào)節(jié)折流板5-13與來氣流方向的夾角。通過這對折流板5-13的調(diào)節(jié)，改變氣液流動(dòng)狀態(tài)，使氣液分離管的整體氣液分離效果達(dá)到最佳狀態(tài)。4)依靠同軸旋流分離器5-16實(shí)現(xiàn)氣體和凝析液分離，而干氣居于氣流主流的中心。5)生成的干氣接著流入出口錐管5-23，速度轉(zhuǎn)化為壓力，氣流壓力恢復(fù)到進(jìn)口壓力的70%左右。由同軸旋流分離器5-16分離出的凝析液經(jīng)過排液管5- 導(dǎo)入集液器 10 (參考圖3)，在那里液體中的少量氣體被分離出后再與干氣流會(huì)合。在超音速旋流分離器中，因?yàn)榱黧w停留時(shí)間特別短(只有幾毫秒)，所以這是一個(gè)不平衡的瞬態(tài)過程。折流板5-13生巨大的“重力加速度”作用，其大小約為300，000 500, 000倍的重力加速度。相對于水化物結(jié)晶較低的形成速度來說，水、重?zé)N凝析液及天然氣在其中的停留時(shí)間極短，因此不會(huì)形成水化物，整個(gè)過程不需化學(xué)藥劑。同時(shí)，這是一個(gè)密閉系統(tǒng)，不會(huì)存在乙二醇再生設(shè)備中的泄漏問題。實(shí)施例2超音速低溫組合可調(diào)式氣液分離器在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例提供一種超音速低溫組合可調(diào)式氣液分離器，如圖3所示，包括兩個(gè)集氣器(第二集氣器7和第一集氣器2、、一個(gè)集液器10及兩個(gè)(也可以采用兩個(gè)以上)氣液分離管5構(gòu)成一個(gè)超音速低溫組合可調(diào)式氣液分離器，其具有氣液分離、氣體及液體收集的復(fù)合系統(tǒng)。氣液分離管數(shù)量可對稱分布，可根據(jù)氣體量的大小增減。各部分之間通過管道及閥門相互連接，構(gòu)成一個(gè)相互聯(lián)系的整體。也可相互切換，形成相對獨(dú)立的處理單元。特別在停機(jī)、操作切換、維修等工藝操作中方便控制。其中各主要裝置作用及工藝流程如下1)當(dāng)待處理氣體由氣體入口 8進(jìn)入第二集氣器7，氣體經(jīng)過圓錐導(dǎo)流板16后，穿過旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流柵17，氣體產(chǎn)生了離心旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，被圓錐頂板23阻擋后沿第二集氣器7圓周向下旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。再從第二集氣器7底部(如圖中曲線箭頭所示)進(jìn)入外環(huán)筒18，然后被頂部的圓錐頂板23阻擋折流后進(jìn)入內(nèi)環(huán)筒20，又可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，這個(gè)過程中，氣液進(jìn)行了初步分離。內(nèi)環(huán)筒20與氣液分離管5通過集氣管6相連，得到了初步的處理后的氣體通過集氣管 6穩(wěn)定地被分配進(jìn)入氣液分離管5，進(jìn)入第二集氣器7的氣體中分離出的一部分液體由集液管9進(jìn)入集液器10。2)含液氣體在氣液分離管5中進(jìn)行氣液分離，分離出的液體由第一排液管4進(jìn)入集液器10。3)進(jìn)入集液器10中的液體中的氣體經(jīng)除液器21進(jìn)入中心導(dǎo)氣管19，后進(jìn)入內(nèi)環(huán)筒20，然后進(jìn)入集氣管6。也可通過第一排氣接口 14導(dǎo)出到其它裝置(例如氣體的儲(chǔ)存裝置或直接使用裝置，也可以是另一種氣體處理裝置等)。而其中的液體可通過第二排液管 11排出，也可通過第二聯(lián)通閥13排入第一集氣器2。4)經(jīng)過氣液分離管5分離后的干氣由氣體導(dǎo)出管3出來后進(jìn)入第一集氣器2，氣體經(jīng)除霧網(wǎng)22后，得到了進(jìn)一步的氣液分離的處理。在第一集氣器2中的殘余液體由第一排液口 1排出。5)進(jìn)入第一集氣器2中的干氣可通過第二排氣接口 15導(dǎo)出。也可通過第二聯(lián)通閥13(工藝作用閥門)向上進(jìn)入集液器10。整個(gè)氣體處理過程在一個(gè)密閉系統(tǒng)中完成的。該裝置無運(yùn)動(dòng)部件，重量輕，占據(jù)空間小，因此可以節(jié)省大量投資和運(yùn)行費(fèi)用。這是該氣液分離器的主體部件，可以通過各接口與相對應(yīng)的工藝管連接。以上工藝過程可根據(jù)實(shí)際情況，利用各接口及閥門進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到節(jié)能、高效地對氣體進(jìn)行處理的工藝過程。應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換， 而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種氣液分離管，其特征在于，包括入口錐管、加速管段、旋流管、同軸旋流分離器、 出口錐管及出口外套管；入口錐管的截面為圓錐形，氣體由所述入口錐管進(jìn)入后發(fā)生絕熱膨脹，氣體由所述入口錐管進(jìn)入所述加速管段，速度增加達(dá)到超音速狀態(tài)，同時(shí)形成低溫低壓氣體；所述低溫低壓氣體進(jìn)入旋流管后，形成高速旋流場，從所述同軸旋流分離器中分離出來的液滴被甩向出口外套管內(nèi)壁形成液膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣液分離管，其特征在于，所述同軸旋流分離器包括兩個(gè)同軸的外筒與內(nèi)筒，所述外筒與所述內(nèi)筒之間形成狹縫。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣液分離管，其特征在于，所述加速管段包括第一加速管和第二加速管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣液分離管，其特征在于，所述旋流管內(nèi)部設(shè)置折流板，氣體和凝析液的混合物經(jīng)過折流板后，形成高速旋流場。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣液分離管，其特征在于，所述折流板為空間曲面板結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣液分離管，其特征在于，所述折流板固定于一燕尾板上，燕尾板可在旋流管的燕尾槽中移動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣液分離管，其特征在于，所述折流板以所述螺栓為軸而任意旋轉(zhuǎn)。
8.一種組合可調(diào)式氣液分離器，其特征在于，包括至少兩個(gè)氣液分離管，所述氣液分離管包括入口錐管、加速管段、旋流管、同軸旋流分離器、出口錐管及出口外套管；入口錐管的截面為圓錐形，氣體由所述入口錐管進(jìn)入后發(fā)生絕熱膨脹，氣體由所述入口錐管進(jìn)入所述加速管段，速度增加達(dá)到超音速狀態(tài)，同時(shí)形成低溫低壓氣體；所述低溫低壓氣體進(jìn)入旋流管后，形成高速旋流場，從所述同軸旋流分離器中分離出來的液滴被甩向出口外套管內(nèi)壁形成液膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合可調(diào)式氣液分離器，其特征在于，還包括第二集氣器、集液器；氣體進(jìn)入第二集氣器氣液進(jìn)行了初步分離；初步分離后的氣體進(jìn)入氣液分離管，含液氣體在氣液分離管中進(jìn)行氣液分離，分離出的液體進(jìn)入集液器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合可調(diào)式氣液分離器，其特征在于，所述第二集氣器內(nèi)設(shè)置圓錐導(dǎo)流板、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流柵、圓錐頂板、外環(huán)筒、內(nèi)環(huán)筒；氣體經(jīng)過圓錐導(dǎo)流板后，穿過旋轉(zhuǎn)導(dǎo)流柵，氣體產(chǎn)生了離心旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，被圓錐頂板阻擋后沿第二集氣器圓周向下旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，再從第二集氣器底部進(jìn)入外環(huán)筒，然后被頂部的圓錐頂板阻擋折流后進(jìn)入內(nèi)環(huán)筒，又可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氣液分離管，包括入口錐管、加速管段、旋流管、同軸旋流分離器、出口錐管及出口外套管；入口錐管的截面為圓錐形，氣體由所述入口錐管進(jìn)入后發(fā)生絕熱膨脹，氣體由所述入口錐管進(jìn)入所述加速管段，速度增加達(dá)到超音速狀態(tài)，同時(shí)形成低溫低壓氣體；所述低溫低壓氣體進(jìn)入旋流管后，形成高速旋流場，從所述同軸旋流分離器中分離出來的液滴被甩向出口外套管內(nèi)壁形成液膜。具有體積小、不需提供熱源及化學(xué)劑、可以在各種惡劣環(huán)境下連續(xù)使用的全新概念模式的新型氣體氣干燥設(shè)備，該裝置不但可用于天然氣的脫水，還適用于石油煉制、石油化工、制藥、精細(xì)化工等各種氣干燥工藝過程。
文檔編號B01D45/16GK102198353SQ20111004705
公開日2011年9月28日 申請日期2011年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月28日
發(fā)明者康勇 申請人:西安石油大學(xué)