CN101678258A - 包括中心体部的流体分离器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种流体分离器，包括：设置在会聚流体进口段和发散流体出口段之间的喉部(4)，所述发散流体出口段包括用于可冷凝物贫乏的流体组分的内部主出口(7)以及用于富含可冷凝物的流体组分的外部副出口(6)；以及设置在流体进口段中位于喉部(4)上游的中心体部(10)，所述中心体部(10)布置成基本上与所述流体分离器的中心轴线I同轴。所述流体分离器布置成有助于穿过会聚流体进口段以及喉部向着所述发散流体出口段的主干流。所述中心体部(10)包括出口(13)，所述出口指向管状喉部(4)并且布置成向着所述喉部(4)增加中心流。
Description
技术领域
本发明涉及一种包括喉部的流体分离器，所述喉部设置在会聚流体进口段和发散流体出口段之间，所述发散流体出口段包括用于可冷凝物贫乏的流体组分的内部主出口以及用于富含可冷凝物的流体组分的外部副出口；以及设置在流体进口段中位于喉部上游的中心体部，所述中心体部布置成基本上与所述流体分离器的中心轴线I同轴，所述流体分离器布置成有助于穿过会聚流体进口段以及喉部向着所述发散流体出口段的主干流，其特征在于，所述中心体部包括出口，所述出口指向管状喉部并且布置成向着所述喉部增加中心流。
背景技术
WO03/029739A2描述了一种包括管状喉部的气旋流体分离器，流体流束在该管状喉部中加速到可能超音速并且作为绝热膨胀的结果而快速地冷却下来。快速冷却将导致流体流束中可冷凝物冷凝和/或凝固到小液滴或颗粒。如果流体流束是从天然气生产中出现的天然气流束，那么可冷凝物可包括水、烃冷凝物、蜡和气体水化物。这些分离器还包括在喉部上游的进口部中的涡旋产生叶片组件，该一个叶片或多个叶片相对于喉部的中心轴线倾斜或者形成螺旋结构，以在分离器内形成流体流束的涡旋运动。涡旋运动施加在流体混合物上的离心力将会引起相对高密度冷凝和/或凝固的可冷凝物旋动到喉部内部及发散出口段的外围，而相对低密度的气体组分被集中到分离器的中心轴线附近。
气体组分随后通过主中心出口管道从分离器排出，而富含冷凝物的流体流束则通过副出口从分离器排出，该副出口位于发散出口段的外圆周。
图1示出了包括涡旋进口装置的气旋惯量分离器，该涡旋进口装置包括梨形中心体部1，一系列涡旋产生叶片2安装在中心体部1上，并且中心体部1布置成与分离器的中心轴线I同轴并且布置在分离器内部，从而使得在中心体部1和分离器之间形成环形流路3。中心体部1具有基本上圆柱形的长形尾段8。
如可以从图1中看出的，中心体部1基本上在气旋惯量分离器的长度上延伸。为了允许畅通无阻的流路3，中心体部1安装在分离器的入口并且例如通过整流叶片9安装在流体流速低的尾端部分。在这之间没有设置固定装置来支撑中心体部1，因为这将会阻碍所述流。
连接到中心体部1的长形尾段8设置成用以确保流畅及良好限定的环形流路。如果没有设置长形尾段8，那么在涡旋流体流的旋转中心将会出现旋涡破碎。旋转中心将基本上与中心轴线I相一致。旋涡破碎是一种由于流不稳定而可能产生的非稳定流现象，所述流不稳定是由于切向动量相对于轴向动量的快速增加而引起和/或由于流中的逆向压力梯度而引起。
在使用中，涡旋流体流束可达到超音速。由于其长度以及对流体流束的反应，中心体部1以及它的长形尾端8可能开始振动。中心体部1及其长形尾端8的振动可能会损坏流体分离器。为了防止振动，中心体部1及其长形尾端8被紧紧地安装。此外，可对中心体部1及其长形尾端8施加预应力或者预紧负载来防止振动。需要相对高的预应力或者预紧负载来防止不想要的振动。
下面参考图1给出对流体分离器以及中心体部1的更详细介绍。
中心体部1及其长形尾端8需要紧紧地安装，可能与施加预应力/预紧负载相组合，这个事实是很麻烦的，这是因为其在中心体部1及其长形尾端8的外端需要复杂的夹紧结构。此外，为了将这些大的预应力/预紧负载从中心体部1传递到分离器，需要在这些部件之间的大型安装装置，包括不希望的摩擦损失和流扰动。
目标是提供一种流体分离器，其至少克服上述问题中的一个。
发明内容
根据一个方面，提供一种流体分离器，包括：
-设置在会聚流体进口段和发散流体出口段之间的喉部，所述发散流体出口段包括用于可冷凝物贫乏的流体组分的内部主出口以及用于富含可冷凝物的流体组分的外部副出口；以及
-设置在流体进口段中位于喉部上游的中心体部，所述中心体部布置成基本上与所述流体分离器的中心轴线I同轴，
流体分离器被设置成有助于穿过会聚流体进口段以及喉部并且向着发散流体出口段的主干流，其中中心体部包括出口，该出口指向管状喉部并且布置成向着喉部增加中心流。
在所提供的流体分离器中，不需要设置长形尾端。由此，中心体部和长形尾端的组合长度减小，使其更不容易受到不希望振动的影响。中心流设置成替代长形尾段，并且在防止旋涡破碎中行使长形尾端的功能。
附图说明
现在将参考示意性附图、仅通过示例的方式对实施方式进行描述，附图中对应的附图标记表示对应的部件，并且其中：
图1示意性地示出了气旋分离器的纵向截面图；
图2a和2b示意性地示出了根据实施方式的气旋分离器的横截面图；
图3示意性地示出了根据可替换实施方式的气旋分离器的横截面图；
图4a和4b示意性地示出了根据实施方式的气旋分离器的横截面图；
图5示意性地示出了根据另一个实施方式的横截面图；
图6示意性地示出了根据实施方式、在纵向方向上的横截面图；
图7示意性地示出了根据另一个实施方式的分离器的局部的横截面图；
图8示意性地示出了根据可替换实施方式的气旋分离器的横截面图；
图9是气旋分离器的示意性纵向截面图，其中中心体部具有长形尾段；以及
图10是气旋分离器的示意性纵向截面图，其中中心体部具有中心开口，流体通过该中心开口注入从而抑制流体引起的振动。
具体实施方式
作为示例，图1示出了流体分离器的纵向截面图，其在文中可称作气旋流体分离器、气旋惯量分离器。
现在参考图1，示出了包括涡旋进口装置的气旋惯量分离器，该涡旋进口装置包括梨形中心体部1，一系列涡旋产生叶片2安装在中心体部1上，并且中心体部1布置成与分离器的中心轴线I同轴并且布置在分离器内部，从而使得在中心体部1和分离器之间形成环形流路3。
环状部3的宽度设计成使得环状部的横截面面积在涡旋产生叶片2的下游逐渐地减小，从而使得在使用中环状部中的流体速度逐渐地增加，并且在涡旋产生叶片下游的一个位置达到超音速。
分离器还包括管状喉部4，在使用中，涡旋流体流束从该管状喉部4排出到发散流体分离室5中，该发散流体分离室5装备有用于气体组分的中心主出口管道7以及用于富含可冷凝物的流体组分的外部副出口管道6。中心体部1具有基本上圆柱形的长形尾段8，整流叶片9的组件安装在该长形尾段8上。中心体部1具有最大的外宽或外径2Ro最大，其大于管状喉部4的最小内宽或内径2Rn最小。
下面介绍图1中所示的气旋流体分离器的各个部件。
相对于中心轴线I定向成角度(α)的涡旋产生叶片2在流体流束中形成环流。角度α可在20°和60°之间。流体流束随后被引导流入到环形流区域3中。该区域的横截面定义为：
A环状部＝π(R外 2-R内 2)
后面两个符号是在选定位置的环状部的外径和内径。环状部在该位置的平均半径定义为：
R平均＝√[1/2(R外 2+R内 2)]。
在环状部的平均半径最大值R平均，最大，流体流束以速度(U)在涡旋产生叶片2的组件之间流动，所述叶片使流体流束的流动方向与偏转角度(α)成比例地发生偏转，并且由此获得了等于
的切向分速度以及轴向分速度Ux＝U·cos(α)。
在涡旋产生叶片2下游的环形空间3中，涡旋流体流束膨胀到高速，其中平均环状部半径从R平均，最大逐渐地降低到R平均，最小。
可以认识到，在该环形膨胀过程中发生两个过程：
(1)流中的热量或焓(h)降低的量为Δh＝-1/2U2，由此使首先达到相平衡的那些流组分冷凝。这样产生了包含小液体或固体颗粒的涡旋雾流。
(2)切向分速度
基本上根据下面的公式根据平均环状部半径以相逆方式增加：
这导致流体颗粒的离心加速度(ac)的急剧增加，该离心加速度将最终定义为：
在管状喉部4中，流体流束可被使得进一步膨胀至更高速度或者保持在基本恒定速度。在第一种情况下，进行冷凝过程并且颗粒将实现聚集。在第二种情况下，冷凝将在规定的松弛时间之后停止。在两种情况下，离心作用都导致颗粒漂移到分离器外壳20内壁附近的流区域的外周，该流区域称为分离区域。颗粒漂移到该流区域的外周所需的时间段决定管状喉部4的长度。可以理解的是，颗粒可包括固体或固化的颗粒。
在管状喉部4的下游，富含可冷凝物的“湿”流体组分趋向于在发散流体分离室5的内表面附近聚集，并且“干”气态流体组分在中心轴线I处或其附近聚集，由此使得富含可冷凝物的湿流体组分经由一个或一系列狭槽、(微型)多孔部而被排出到外部副流体出口6中，而“干”气态组分被排出到中心主流体出口管道7中。
在发散主流体出口管道7中，流体流束被进一步减速，从而使得剩余的动能被转换为势能。
发散主出口管道可装备有整流叶片组件9，用于恢复循环能量。实施方式
图2a示出了根据实施方式的流体分离器的横截面图。相同的附图标记被用于表示与上面相同的部件。同样，设置了梨形中心体部1，一系列涡旋产生叶片2安装在该中心体部10上。中心体部10布置成与流体分离器的中心轴线I同轴并且布置在分离器内部，从而使得在中心体部10和分离器之间形成环形流路3。通过该环形流路进入流体分离器的流体流将被称为主干流。流体分离器还包括管状喉部4、发散流体分离室5，该发散流体分离室5装备有用于气态组分的中心主出口管道7以及用于富含可冷凝物的流体组分的外部副出口管道6。
根据该实施方式，中心体部10不包括如图1中的长形尾段8。作为替代，中心体部10包括出口13。出口13定位在中心体部10的下游侧上，指向喉部4。出口13的位置和方向基本上与中心轴线I相一致。出口13布置成向气旋流体分离器1增加中心流。出口13还可称为中心出口13。
由此，根据该实施方式，提供了一种流体分离器，包括：一布置在会聚流体进口段和发散流体出口段之间的喉部4，该发散流体出口段包括用于可冷凝物贫乏的流体组分的内部主出口7以及用于富含可冷凝物的流体组分的外部副出口6；以及
-设置在流体进口段中喉部4上游的中心体部10，该中心体部10设置成基本上与流体分离器的中心轴线I同轴，
-流体分离器布置成促使经过会聚流体进口段、喉部4并且向着发散流体出口段的主干流，其中中心体部10包括出口13，该出口13指向管状喉部4并且布置成向喉部4增加中心流。出口13相对于喉部4设置在上游。
管道12可设置成向出口13提供流体流。下面将参考图8描述示例。
在使用中，中心流基本上与中心轴线I相一致并且被主干流所围绕。中心流可以是涡旋流。
由出口13提供的中心流体流确保主干流在整个流体分离器中保持稳定。中心流的作用类似于如上所述参考图1的基本上圆柱形的长形尾段8，因为中心流防止在主干流的中心轴线处的旋涡破碎。
由于中心流并非刚性物体(如尾段8那样)并且在与主干流相同的方向上移动，因此中心流与主干流之间的摩擦相对较低。这有助于流体分离器的处理量。
根据实施方式，流体分离器包括涡旋产生装置2，用于在流体分离器的至少一部分内形成主干流的涡旋运动。这种涡旋产生装置的示例是如图2中所示的、并且已经在前面参考图1进行讨论的涡旋产生叶片2。
中心体部1可在横断轴向方向上具有基本上圆形的形状，并且包括在涡旋产生装置2的上游的鼻状段，该鼻状段的直径逐渐地增加，使得直径增加的程度在下游方向上逐渐地降低，并且中心体部10还包括在涡旋产生装置的下游的、直径在下游方向上逐渐减小的段。这在图2a中示出，示出了基本上梨形的中心体部10。
该流体分离器可包括外壳20，中心体部10布置在外壳20中，从而使得在外壳20的内表面与中心体部10的外表面之间存在环状部3。
流体分离器可包括出口13，该出口13包括涡旋产生装置，用于在流体分离器的至少一部分中形成中心流的涡旋运动。这在图2b中示意性地示出，示出了根据实施方式的中心体部10的横截面图。提供到中心流的涡旋可低于主干流的涡旋(即，在中心轴线I的方向上每秒更少的旋转或者每单位行进距离更少的旋转，从而使得不会发生中心流的旋涡破碎)。通过向中心流中加入涡旋，在中心流和主干流之间在切向方向上的速度梯度被减小。
例如，在中心流的轴向(即纵向)方向上的入口速度相对较低，典型地为20m/s，并且在切向方向上是0-20m/s，同时在这一点主干流速度较高，不过可能仍旧是亚音速的，例如轴向是250m/s并且切向是100m/s。然而，主干流在该点可以已经是超音速。
这样，中心流动量将会在轴向和切向方向上被外部主干流所推进(类似于喷射泵/气体喷射器的工作原理)。当前，现有技术中长形尾端8的功能(即，防止进一步切向加速导致旋涡破碎)被气体中心流所替代。取代在长形尾端8边界处的动量的摩擦耗散，主干流动量的一部分被用于(即被转移)用于推进中心气体流。
可选地，中心流来自于从富含液体出口流的副出口管道6中排出的滑动气体流束。
根据实施方式，涡旋产生装置由多个涡旋产生叶片14、例如轮机、切向进口等中的一个形成。切向进口例如可由管道12和出口13之间的切向连接所形成。切向连接可以以下述方式形成：例如通过将管道12切向连接到出口13周边而向中心流提供涡旋。当然，可以提供上述涡旋产生装置的组合。
出口13中的涡旋产生装置可以形成为用于向中心流提供与中心流相同的方向上的涡旋或者旋转，也称作同流模式。
根据可替换方案，出口13中的涡旋产生装置可以形成为用于向中心流提供与中心流相反的方向上的涡旋或者旋转，即反流模式。反流模式可认为是逐渐地耗散主干流中的切向动量。
在外壳20和中心体部10之间可设置多个辐条21，用于安装中心体部10。为了清楚起见，辐条21仅在图2、6和图8中示出，但是将理解，辐条21可出现在所有实施方式中。图6示出了沿着点划线VI-VI的横截面图，示出了被分离器外壳20围绕的中心体部10，其中设置有8个辐条21，用于安装中心体部10。当然，可以设置任意其它适当数目的辐条21，例如4个、5个、6个、7个或者11个辐条21。
由此，提供了包括外壳20的流体分离器，中心体部10通过多个辐条21安装在外壳20中。
根据实施方式，辐条21设置在涡旋产生装置2的上游，从而使得辐条21对主干流的影响更小。
根据可替换方案，涡旋产生装置2和辐条21被结合成单个部件。
根据实施方式，如图3a所示，中心流可取自于气体-液体存储器11。气体-液体存储器11可连接到流体分离器的副出口管道6并且由该副出口管道6供给。
副出口管道6向气体-液体存储器11供给富含可冷凝物的流体组分，并且由此主要包括通过气旋流体分离器而从流体流中分离出来的液体和/或固体。液体L收集到气体-液体存储器11中。由于副出口管道6可能包括气态组分，因此气态组分G可存在于气体-液体存储器11中。同时，气体-液体存储器11中的液体L可蒸发形成气态组分G。由此，气体-液体存储器11可装备有用于从气体组分中分离液体组分的装置。适当的分离装置可包括：涡流管、雾沫垫、叶片型除雾器。
可替换地，流体分离器的外部副出口6可切向地连接到气体-液体存储器11的横截面外周，目的是在气体-液体存储器内部形成旋转流(旋涡)。由于惯性力，分散的液体相在径向方向上输送到气体-液体存储器11的周围，在这里所述液体相会在重力作用下沉淀到在所述气体-液体存储器的底部中的液体收集区域。
从而，根据实施方式，外部副管道6连接到气体-液体存储器11，流体流被从该气体-液体存储器11引导到出口13，以形成中心流。这是一种产生中心流的有效方式。
由副出口管道6提供的流体可包括认为应该经由主出口管道7离开流体分离器的气态组分。同时，由副出口管道6所提供的液体L可包括被所形成的液体意外捕获的组分。这些组分将典型地是轻质组分(甲烷、乙烷、丙烷)，所述组分易于从气体-液体存储器11中的液体L中蒸发。这些蒸发的组分部分从气体-液体存储器被导入到进口12中并且随后经由出口13而被引导到流体分离器中，其中的可冷凝物部分将会再次在喉部4中冷凝并且可在第二种情况下分离。
为了有助于液体-气体存储器11中的液体L蒸发，或者是为了使进入气体-液体存储器的固化组分融化，可设置加热装置来加热气体-液体存储器11的容纳物。这样做或者是使液体-气体存储器11中存在的液体组分的至少一些蒸发以形成气态组分或者是至少增加气体-液体存储器11中将要供应到出口13的气态组分的量。
由此设置流体分离器，其中气体-液体存储器11布置成被加热。
在图3中，示出了三个压力符号：P0、P1和P2。P0代表中心体部上游的压力，并且可典型地在100巴的量级。P1代表在出口13位置的压力，并且可典型地比P0低50％，不过至少低于P2。P2代表副出口管道6的位置的压力，并且可典型地比进口压力P0低25％-50％。将理解，压力P0、P1、P2的值可以根据供应到流体分离器的压力以及流体分离器和中心体部的实际形状而发生改变。然而，典型地遵循着以下关系：P0＞P2＞P1。
由此，在使用中，出口13处于第一压力P1(即出口13将中心流体供应到其中的空间处于第一压力P1)，副出口管道6处于第二压力P2，第一压力P1低于第二压力P2。这确保了来自于气体-液体存储器11的流体流自动地从气体-液体存储器11流到出口13并流入到流体分离器中。由此，不需要额外的泵或者特别设置的高压存储器。
图4a示意性地示出了另一个实施方式。根据该实施方式，中心体部10设置有基本上面向上游方向的进口15。流体流从进口15被引导到出口13以形成中心流。进口15可设置在中心体部10的鼻状段中。这是一种生成中心流的简单方法。
此外，如图4b，出口13可设置有涡旋产生装置，例如涡旋产生叶片14，如上面参考图2b所描述的。
图5示出了图3和4a中描述和示出的实施方式的组合。
如参考图1所述，根据现有技术，在长形尾端8上设置有整流叶片9。然而，在这里所述的实施方式中，不存在长形尾段8。
由此，可设置安装到分离器外壳20的整流装置，例如整流叶片9’。这个示例在图7中示出。
一个或多个辐条21可以是中空的并且连接到流体进口12，从而将流体引到出口13，如图8中示意性地示出。根据实施方式，提供了流体分离器，其中流体流经由管道12引导到出口13，该管道12经由至少一个辐条21进入中心体部10。根据图8，流体流可取自气体-液体存储器，但是将理解，流体流还可取自另外的来源。
如上所述，中心流可取自任何适当来源。由此，根据实施方式，流体分离器可布置成提供中心流，该中心流包括吸收剂介质和冷却剂介质中的至少一个。
由此，提供了一种使用如上所述流体分离器分离流体混合物的方法。该方法可包括
-提供第一流体以形成主干流，
-提供第二流体以形成中心流。
第二流体可包括吸收剂介质和冷却剂介质中的至少一个。吸收剂可被选择及配置作为溶剂，其选择性地减小所关注的特定蒸汽组分的蒸汽压力。冷却剂介质可用于通过使冷却剂介质与主干供给流束相混合，从而使延伸贯穿喉部4直到发散流体分离室5的整体膨胀热效率提高。
进一步的解释
上述实施方式的方面在欧洲专利申请(申请号07104888.8)中进行描述，本申请要求享有该申请的优先权并且下面描述所述方面。
07104888.8指出了以高速流过外壳内表面与中心体部外表面之间的环形空间的流体混合物可能在外壳和中心体部上施加振动力。
同样希望使中心体部成流线型，其可包括构造中心体部，使得它具有液滴形前段以及长形纤细尾段。该尾段可以是短的或者长的，并且可以被外壳支撑或者不被外壳支撑。中心体部的振动可能对流体通量以及装置的分离性能产生有害影响，并且可能损坏以及甚至导致中心体部的失效。
目标是解决气旋流体分离器的中心体部的振动问题。
通过使中心体部1延伸有长形尾段8，限制了向着旋涡流中心轴线的切向动量的陡然增加，由此避免了流不稳定性(即，旋涡破碎)。中心设置的具有长形尾段8的液滴形中心体部1的存在，对于提供具有高分离效率的超音速气旋分离器是有利的。通过使流中的角动量最大化，能获得高分离效率。然而，增加角动量由于旋涡破碎的出现而受到限制。后者强烈地使角动量减小。与没有中心体部的流区域相比，液滴形中心体部允许横截面流中角动量的增加，并且没有发生旋涡破碎。可替换地，由长形尾端段所提供的限制可以通过将低压流体经由在液滴形中心体部端部的纵向开口(出口13)注入而获得，如图10所示。
考虑包括长形尾端段8、中心设置在圆柱形流动管道中的中心体部1，在所述圆柱形流动管道中形成流。从初始径向位置r＝(x0，y0)到新的径向位置r＝(x1，y1)的极小的位移，将会导致流在流横截面的中心体部已经移位到那里的一部分中加速，并且在流横截面的中心体部1从那里开始移位的一部分中减速。毫无疑问，所产生的静压力差将产生提升力，该提升力根据定义与中心体部1的表面垂直。该垂直力将导致进一步弯曲，产生新的径向位置r＝(x2，y2)等。最终位移的量一方面是流动力(即垂直力)的结果，另一方面被中心体部1的弯曲刚度(即，每单位位移的反作用力)所抵消。如果中心体部1的弯曲刚度足够高，那么所产生的力具有与位移方向相反的方向，由此认为中心体部结构起到质量弹簧系统的作用。然而如果弯曲刚度不够，那么产生的力在位移的方向上并且中心体部1将会向着外壳10的边界移位或者直到材料由于负载超过最终强度极限而破裂。弯曲刚度将仅取决于：转动惯量(即，中心体部形状)、材料的弹性模量(E)以及施加在中心体部1上的预紧力。
由涡旋流体流量施加在中心体部1上的力可如下计算。
考虑中心地设置在圆柱形流动管道中但是现在存在旋涡流的中心体部1。从初始径向及切向位置
到新位置 
的极小位移，将不仅引起与中心体部表面垂直的力，而且引起与中心体部表面相切的力，该相切的力导致切向方向上的排列(disposition)。中心体部的这个切向运动不受它的弯曲刚度的限制，所述弯曲刚度仅在径向方向上起作用，由此导致了中心体部的不断枢转运动。为了避免增加的枢转运动，需要阻尼机构来稳定中心体部。
汇总上述内容，静态的中心体部1起到质量弹簧系统的作用并且由此只要流激发中心体部1，中心体部1就将会按照谐波模式以其固有频率进行振动。相应量的自由共振能需要从系统去除(即，需要被驱散)。由此，需要阻尼机构来获得动态稳定性。可替换地，中心体部结构的质量刚度可增加到以下程度：其固有频率变得足够高使得振动周期与气体流的保持时间相比很小。在这种情况下，流将不在中心体部1上施加规定的提升力，由此中心体部1不再被激发。此外，中心体部1上的提升力能够被径向定向的开口所抑制，所述开口贯穿中心体部横截面，平衡下侧与上侧之间的压力。
下面在此描述适当的方式来支撑具有长形尾段8的液滴形中心体部1，从而使得振动被抑制。
在图9所示的实施方式中，涡旋产生叶片2以及消旋叶片9在管状分离器外壳10内支撑具有长形尾段8的中心体部1。由于涡旋产生叶片2和消旋叶片9突出到流体流中，因此优选将它们设置在流的低速区域(＜200m/s)，以避免不必要的压力损失。三角形111、112和113示出在图9所示的超音速气旋分离器中，具有长形尾段8的液滴形中心体部1可如何被支撑在管状分离器外壳10中：
1)固定支撑件111由涡旋产生叶片2所提供，
2)径向限制支撑件112由干气体出口管道7中的间隔肋114所提供，以及
3)在干气体出口管道7中位于消旋叶片9下游的固定支撑件113。
通过选择支撑件类型和支撑件位置用于给定的中心体部几何形状，它的模式形状及其转动惯量被决定。根据超音速气旋分离器的特定几何形状，支撑点的数目可以是大于2或者等于2的任何数目。
通过在具有长形尾段8的中心体部1上施加预紧负载(或者预应力)，弯曲刚度增加，即静态稳定性增加，由此其固有频率增加。将理解，增加中心体部的固有频率还将增强实际的阻尼。由于预紧负载能够在中心体部1的尾段8的横截面中升高至5000MPa的平均拉伸引力。在高预紧负载＞1000MPa的情况下，优选避免螺纹连接。
图10示出了根据发明的气旋分离器的实施方式，其中图1和9中所示的分离器的长形尾段8的功能由将低压流体80通过中心体部1的中心开口82(出口13)注入到流过分离器管状外壳10的旋涡81的中心所替代。涡旋运动可以在经由中心开口82注入之前施加到低压流体上(例如，使用由多个涡旋产生叶片14、轮机、切向进口中的一个所形成的涡旋产生装置)。这种涡旋运动相对于高压流的涡旋运动可以是同流的也可以是反流的。
虽然同流模式通常是优选模式，但是反流模式可认为是逐渐地使主干涡旋流中的切向动量消散。
低压流体80(中心流)的入口动量将低于沿着中心体部1的外表面经过的高压流81(主干流)的动量。在装置的长形管状流体分离段4中将会发生大范围的动量交换，其中低压流体80(中心流)被高压涡旋流体81(主干流)推动。同样地中心体部1，高压涡旋流体81(主干流)中的切向动量被管段4中心中的低动量流(中心流)的存在所限制。由于涡旋高压流体流量81(主干流)将会使切向动量松散，所以低压流体流量80(中心流)将获得切向动量。低压流体流量80(中心流)全部将与涡旋高压流体流量81(中心流)相混合，并且在管状分离段4中被加速。
通过成核现象和冷凝所形成的液体将在管状分离段4中被提供足够的保持时间，使得这些液体在旋涡流中分离到管子的外部边缘。
低压流体可以是从环形湿气体排出管道6流出的富含液体的“湿”流体的一部分，其经由湿气体再循环管道84再次循环到中心体部1内的开口82(出口13)中。湿气体再循环管道84装备有控制阀85，用于控制低压流体流速80(中心流)，从而使其处于高压流体81(主干流)的流体流速的5％到80％之间。优选地，低压流体流速80(中心流)处于高压流体流速(主干流)的25％到60％。
在气旋流体分离器的实施方式中，中心体部包括具有纵向轴线的纵向开口(出口13)，该纵向轴线基本上与中心轴线相一致，该纵向开口构造成管道，在使用中低压流体(中心流)通过该管道被注入到管状外壳中，该低压流体与流经喉段并且进入到位于外壳的喉段下游的大体圆柱形段中的流体相混合，并且低压流体(中心流)比经过喉段流入到外壳的大体圆柱形段中的流体具有更低的静态压力。
在这种情况下，管状外壳可包括尾段，富含中心气体的流体出口设置到该尾段中，该尾段被环形的、富含液体的流体出口所围绕并且其中再循环管道布置在环形的、富含液体的流体出口与中心体部中的纵向开口之间，用于将富含液体的流体作为低压流体从环形的、富含液体的流体出口再循环到中心体部中的纵向开口中。
根据发明的气旋流体分离器的喉段可构成成使得在使用中，流体在喉段中被加速到基本上音速或者超音速，并且由此被冷却成使得一种或多种可冷凝物组分在喉段中冷凝。
根据发明，还提供了一种通过根据发明的分离器来分离流体混合物的方法，其中该方法被用于从受污染的天然气流束中获得纯净的天然气流束，所述受污染的天然气流束包括固体污染物，例如沙粒和/或其它泥土颗粒和/或可冷凝污染物，例如水、冷凝物、二氧化碳、硫化氢和/或汞。
根据实施方式，提供了一种具有管状外壳(流体在该外壳中加速)以及涡旋产生装置的气旋流体分离器，所述涡旋产生装置用于引起流体涡旋通过在外壳与安装在外壳内的中心体部之间的环形空间，该中心体部设置有共振减弱装置，其中中心体部包括具有对称的纵向轴线的液滴形段，该对称的纵向轴线基本上与管状外壳的中心轴线同轴，从而使得在中心体部的外表面与管状外壳的内表面之间形成环形流体通道，在环形流体通道中布置有一系列涡旋产生叶片，所述涡旋产生叶片布置成围绕液滴形段的大直径中段，并且所述环形流体通道提供喉段，该喉段布置成围绕中心体部的比中心体部中段具有更小外径的段。
根据实施方式，中心体部包括具有纵向轴线的纵向开口，该纵向轴线基本上与中心轴线相一致，该纵向开口构造成管道，在使用中低压流体通过该管道被注入到管状外壳中，该低压流体与流经喉段并且进入到外壳的位于喉部下游的大体圆柱形段中的流体相混合，并且低压流体比经过喉段流入到外壳的大体圆柱形段中的流体具有更低的静态压力。
根据实施方式，中心体部中的管道包括涡旋产生叶片，用于使低压流体以相对于高压流体涡旋运动同流或反流的方向流入到喉段中。
根据实施方式，管状外壳包括尾段，中心气体贫乏流体出口布置在该尾段中，其被环形的、富含液体的流体出口所环绕，并且其中再循环管道布置在环形的、富含液体的流体出口与中心体部中的纵向开口之间，用于将富含液体的流体作为低压流体从环形的、富含液体的流体出口再循环到中心体部中的纵向开口中。
根据实施方式，喉段构造成使得在使用中，流体在喉段中被加速到基本音速或超音速，并且由此被冷却，从而使得一种或多种可冷凝组分在喉段中冷凝。
根据实施方式，气旋流体分离器包括共振减弱装置，该装置包括经过中心体部1中的中心开口82注入的低压流体80。
上面描述的目的是解释性而非限制性。由此，对于本领域技术人员将很清楚的是，可以如所述那样对发明进行改进，而不会脱离下面所提出的权利要求的范围。
Claims (22)
1.一种流体分离器，包括：
-设置在会聚流体进口段和发散流体出口段之间的喉部(4)，所述发散流体出口段包括用于可冷凝物贫乏的流体组分的内部主出口(7)以及用于富含可冷凝物的流体组分的外部副出口(6)；以及
-设置在流体进口段中位于喉部(4)上游的中心体部(10)，所述中心体部(10)布置成基本上与所述流体分离器的中心轴线I同轴，
所述流体分离器布置成有助于穿过会聚流体进口段以及喉部并且向着所述发散流体出口段的主干流，
其特征在于，所述中心体部(10)包括出口(13)，所述出口指向管状喉部(4)并且布置成向着所述喉部(4)增加中心流。
2.如权利要求1所述的流体分离器，其中，在使用中，所述中心流基本上与中心轴线I相一致并且被所述主干流所围绕。
3.如前述任一项权利要求所述的流体分离器，其中所述流体分离器包括涡旋产生装置(2)，用于在所述流体分离器的至少一部分中形成主干流的涡旋运动。
4.如权利要求3所述的流体分离器，其中所述中心体部在横轴方向上具有基本圆形形状并且包括在涡旋产生装置上游的鼻状部，所述鼻状部的直径逐渐增加并且直径增加的程度沿着下游方向逐渐降低，并且所述中心体部(10)还包括在涡旋产生装置下游的、直径沿着下游方向逐渐减小的段。
5.如前述任一项权利要求所述的流体分离器，其中所述流体分离器包括外壳(20)，所述中心体部(10)设置在所述外壳(20)中，从而使得在所述外壳(20)的内表面与所述中心体部(10)的外表面之间形成环状部(3)。
6.如前述权利要求中任一项所述的流体分离器，其中所述出口(13)包括涡旋产生装置，用于在所述流体分离器的至少一部分中形成中心流的涡旋运动。
7.如权利要求6所述的流体分离器，其中所述涡旋产生装置由多个涡旋产生叶片(14)、轮机、切向进口中的一个形成。
8.如前述权利要求中任一项所述的流体分离器，其中外部副出口(6)连接到气体-液体存储器(11)，流体流从所述气体-液体存储器(11)被引导到所述出口(13)以形成中心流。
9.如权利要求8所述的流体分离器，其中所述气体-液体存储器(11)布置成被加热。
10.如权利要求8-9所述的流体分离器，其中所述气体-液体存储器(11)包括分离装置，用于将液体部分与气体部分分离。
11.如权利要求8-9所述的流体分离器，其中所述外部副出口(6)切向地连接到所述气体-液体存储器(11)的外周，从而在所述气体-液体存储器内部形成旋涡流。
12.如权利要求8-11中任一项所述的流体分离器，其中所述出口(13)在使用中处于第一压力(P1)，并且副出口(6)在使用中处于第二压力(P2)，所述第一压力低于所述第二压力。
13.如前述权利要求中任一项所述的流体分离器，其中所述中心体部(10)还包括面向上游方向的副进口(15)，流体流从所述副进口(15)被引导到所述出口(13)以形成中心流。
14.如权利要求4和13所述的流体分离器，其中所述进口(15)设置在所述中心体部(1)的鼻状部中。
15.如前述权利要求中任一项所述的流体分离器，其中所述流体分离器包括外壳(20)，所述中心体部(10)通过多个辐条(21)安装在所述外壳(20)中。
16.如前述权利要求中任一项所述的流体分离器，包括整流装置，例如安装到分离器外壳(20)的整流叶片(9’)。
17.如权利要求8和15所述的流体分离器，其中，所述流体流经由管道(12)被引导到所述出口(13)，所述管道(12)通过至少一个辐条(21)进入所述中心体部(10)。
18.如前述权利要求中任一项所述的流体分离器，其中所述流体分离器布置成提供中心流，所述中心流包括吸收剂介质和冷却剂介质中的至少一个。
19.如前述权利要求中任一项所述的流体分离器，其中流体包括固体颗粒。
20.一种使用如权利要求1-19中任一项所述的流体分离器的分离流体混合物的方法。
21.如权利要求20所述的方法，所述方法包括：
-提供第一流体以形成主干流，
-提供第二流体以形成中心流。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述第二流体包括吸收剂介质和冷却剂介质中的至少一个。
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