[实用新型]一种双喉部型气体超声速旋流分离装置

说明书

技术领域：

本发明涉及一种双喉部型气体超声速旋流分离装置，属于多组分混合气体的低温凝结与旋流分离技术领域。

背景技术：

天然气脱水和重烃分离是油气集输系统的重要工艺环节。传统的处理方法通常采取蒸气压缩制冷、节流膨胀制冷和膨胀机制冷等方法获取冷量，实现低温分离，必要时还需加热或加水化物抑制剂以防止水合物结晶冻堵管线、设备，整个系统效率低、能源浪费，且该过程极为复杂，耗资巨大，需要庞大的设备，成本和运行费用很高。超声速旋流分离技术是一种应用于天然气集输、加工与处理领域的新技术，该技术结合了气体动力学、工程热力学和流体力学的理论，将膨胀降温、旋流式气/液分离、再压缩等处理过程在一个密闭紧凑的装置中完成，具有简单可靠、密闭无泄漏、无需化学药剂和支持无人值守等优点，与传统的加热防冻和利用防冻剂防冻天然气集输工艺相比，天然气集输系统投资和运行费用减少10～25％。

国外的Twister BV公司和ENGO石油公司对超声速旋流分离技术进行了相关的研究工作，Twister BV公司开发了“TwisterI”和“TwisterII”两种型式的超声速旋流分离器，ENGO公司分别开发出了名为“3S”的超声速旋流分离器，两个公司的产品已经开始进入商业推广应用阶段。国内的中国石油大学(华东)、北京工业大学、大连理工大学、西安交通大学和北京航空航天大学对超声速旋流分离技术进行了相关的研究工作。

超声速旋流分离装置的主要结构包括拉伐尔喷管、旋流装置和扩压管等构件，根据旋流装置的安装位置的不同，超声速旋流分离器主要有两种典型的结构：一种是将旋流装置安装在喷管后的超声速段来产生旋流，故旋流装置又称作超声速翼，在该种结构种，由于速度的转化发生在超声速条件下，超声速翼后容易产生激波，破坏低温低压环境，不利于液滴的生长，降低超声速分离器的分离效率，代表性的专利主要有国外的US 6513345 B1、US 6524368B2、US 3773825 B2、US 6962199 B1，US 7261766 B2，US 7318849 B2、US 7494535 B2、WO2003/092850 A1、WO 2004/020074 A1和国内的ZL 200410074338.8等；另一种是将旋流装置安装在喷管的入口，使气体以旋流的形式进入喷管进行膨胀降温，主要的专利有国外的US7357825 B2、US 2008/0196581 A1、US 2010/0147021 A1、EP 1131588 B1、US 6372019 B1、US 2010/0147023 A1和国内的ZL200810011258.6、ZL 200910023458.8及申请号200910024347.9、200910081813.7、200910093744.1、201010597341.3等，不足之处是旋流装置的旋流能力比超声速翼要弱，降低了超声速分离器的分离效果。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出一种限制激波扰动、降低能量损失、提高回压能力的用于多组分混合气体分离的一种双喉部型气体超声速旋流分离装置，该装置采用双喉部的概念，在超声速旋流分离流道后设有超声速压缩流道、第二喉部流道和第二扩压流道，有利于分离装置稳定工作。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：主要由入口段、叶栅、收缩段、中心体、外直管段、积液段、支撑肋、回压段、阻涡器、排液管、干气出口和液体出口组成，其特征在于：中心体包括初始段、收缩锥段、渐细锥段和圆柱段，收缩段和收缩锥段形成亚声速收缩流道，外直管段和渐细锥段形成超声速旋流分离流道，亚声速收缩流道和超声速旋流分离流道的交界处构成第一喉部，第一喉部的面积为A_t1；回压段包括第二收缩段、第二喉部和第二扩张段，并与圆柱段形成超声速压缩流道、第二喉部流道和第二扩压流道，第二喉部为等直径的直管段，截面面积为A_t2；积液段和回压段之间的间隙构成积液腔，积液腔、排液管和液体出口相互连通。

本发明的第二收缩段的轮廓曲线按照如下曲线方程来设计：