CN103877752A - 一种管道流体的在线脱气方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管道流体的在线脱气方法与装置，管道流体通过螺旋导流器将直线运动变为旋转流运动，在旋转离心力的作用下，实现液体初步的快速脱气；再通过设有螺旋导流器的文丘里喷射器，利用文丘里喷射器形成的微负压实现部分溶解气的析出并在离心力的作用下实现含微量气体的液体快速深度脱气；最后气体由导流管排放到气体脱液罐进行分离后气体排出，脱液罐中液体返回管道。本发明还提供包括由进出口接口法兰、螺旋导流器、伞状顶帽、文丘里喷射管、气体导流管、分液罐及排液阀等设备组成的实现该方法的装置。本发明的装置设计巧妙、体积小巧，可直接连接于管道，对含气流体的输送起到节能降耗的作用，可广泛应用于石油化工的各个流体输送过程。

Description

一种管道流体的在线脱气方法与装置

技术领域

本发明涉及一种管道流体在线脱气的方法及装置,尤其涉及一种利用离心力与文丘里喷射闪蒸作用对管道流体进行在线脱气的方法与装置。

背景技术

在石油化工、煤化工、食品、水处理、采油等行业存在大量液体脱气的过程，高效、经济脱气技术对装置的高效、安全及长周期运转起着重要的作用。而管道作为承载流体运输的载体，液体在带压输送过程中由于管道压降（如弯头、龙门架、渐缩渐扩管节）致液体中溶解气析出，会产生气阻、局部腐蚀等问题，已成为流体管道输送过程的一个问题。

目前，液体脱气的主要技术分为物理及化学两种方式，物理方法的原理基础是亨利定律（水中气体的溶解度与溶液表面该气体的分压成正比）与道尔顿分压定律气体的总压等于组成该混合气体的分压的总和，混合气体中各种组份的分压又与其所占的摩尔分数成正比），通过改变分压及气体组分含量进而对液体中在该分压下溶解气体进行脱除，如鼓风式、抽真空式、膜分离式等技术。化学式主要是在液体中加入吸附材料，通过吸附材料与该分压下液体中溶解气的反应，而起到脱气目的。由于鼓风式、抽真空式需要鼓风机、真空泵及脱气塔（罐）组合使用才能达到脱气目的，占地面积大、操作成本相对较高，且使用范围基本为常压或低压工况，有着一定的应用局限性；膜分离是靠内外压差气体可通过膜而液体不能通过膜的原理进行脱气，不适用于含固体杂质及中高压液体脱气过程。近些年随着科技的不断进步，还出现了采用超声波及旋流技术进行脱气的方法，超声波技术利用超声波震荡的空穴作用，使流体中的微气泡的直径及上升速度不断增大，最后升至液面，从排气口排出，从而消除了流体里存在的微小气泡；而旋流技术则利用液气两相密度差在离心场中实现液体中微量气体的脱除。

基于以上的方法，目前对于含气的液体输送，采用对液体采用降压脱气后再利用泵将流体增加进管道进行输送，并且在输送一段距离后再次降压脱气再增压输送，该方法存在能耗大、运转维护成本高以及占地大等问题。而所研究的方法也大多基于降压后实现液体的快速脱气技术，如旋流脱气技术。该技术以应用于含固液体脱气及中高压脱气过程，如油田采油过程原油旋流脱沙脱气三相分离器以及采用一定结构强化旋流脱气效果，如采用倒锥结构对旋流脱气器结构进行优化等（张玉洁,蒋明虎,赵立新等.基于CFD的三相分离旋流器流场分析与结构优化.化工机械.2010；刘晓敏,蒋明虎,赵立新等.气液旋流分离装置的研制与可行性试验.流体机械.2004；王瀚伦,常征,徐磊等.脱气除砂一体化旋流器压力特性与分离特性研究.化工装备技术.2010；蒋明虎,韩龙,赵立新等.内锥式三相旋流分离器分离性能研究.化工机械.2011）。申请号为201310036308.7的专利公开了一种酸性水脱气的方法与装置，采用的是设备内置多根旋流脱气芯管实现酸性液体的脱除，结构复杂且设备体积较大，不适用于管道的在线快速脱气过程。申请号为201310037577.5专利公开了一种利用旋流或离心场与压力梯度场耦合进行液体脱气的装置，但该设备仅能应用于液体的深度脱气研究者指出，该技术设备应用在液体微量带气的使用工况下，不适用含气量较大时的使用工况主要应用于液体的集中深度处理，也不适用于管道流体的在线快速脱气。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种利用离心力与文丘里喷射闪蒸作用对管道流体进行在线快速高效脱气的方法与装置。具体技术方案如下：

一种管道流体的在线脱气方法，所述方法包括如下步骤；

（1）通过一级螺旋导流器将所述管道流体的直线运动转变为旋转流运动，在离心力的作用下，实现流体中夹带液体的快速分离，分离出的第一气相及第一微量液相通过一级气体导流管进入分液罐，剩余的液相去下个步骤；

（2）步骤（1）的液相进入喉管处设置有二级螺旋导流器的文丘里喷射器，利用所述文丘里喷射器的出口区形成的微负压实现所述液相中气泡的析出和既有微气泡的长大，同时利用所述二级螺旋导流器强化后的液体离心力实现液气的快速分离，分离出的第二气相和第二微量液相经中心导气管进入上级分离腔后由二级气体导流管进入所述分液罐，净化液相通过净化液相出口导出装置；

（3）所述分液罐中的气相及微量液相经分离后得到的干净气相从所述分液罐的上部排出，液体通过底部单向排液阀排入所述净化液相出口。

所述气相是通过步骤（1）收集的第一气相和通过步骤（2）收集的第二气相的总和，所述微量液相是通过步骤（1）收集的第一微量液相和通过步骤（2）收集的第二微量液相的总和。

所述管道流体中的气体体积百分含量是0～50%且不为0，液体压力为0.05～100MPa。

经步骤（1）和步骤（2）脱气的压力损失为0.005～0.1MPa。

经所述一级螺旋导流器和所述二级螺旋导流器后液体的线速度为3～30m/s。

一种管道流体的在线脱气装置，所述在线脱气装置包括进口法兰、出口法兰、外壳、一级螺旋导流器、一级气体导流管、一级伞状顶帽、文丘里喷射器、上级分离腔、二级气体导流管、二级伞状顶帽、分液罐及排液阀所组成；

所述进口法兰设置在所述外壳的外部一端，所述出口法兰设置在所述外壳的外部另一端；

所述一级螺旋导流器、一级气体导流管、一级伞状顶帽、文丘里喷射器、上级分离腔、二级气体导流管、二级伞状顶帽置于所述外壳内部；

所述一级气体导流管安装于所述一级螺旋导流器的中心位置，深入所述一级螺旋导流器的所述一级气体导流管的长度为管道直径的0.5～2倍；

所述一级螺旋导流器和所述分液罐通过所述一级气体导流管连接；

所述文丘里喷射器具有二级螺旋导流器，所述二级气体导流管贯穿所述二级螺旋导流器的中心位置，并且所述二级气体导流管在所述二级螺旋导流器两端露出的长度相等或不等；

所述一级伞状顶帽置于所述二级气体导流管上，并与所述一级气体导流管的距离为管道直径的0.3～1.8倍；

所述文丘里喷射器和所述上级分离腔通过中心导气管连接，所述上级分离腔和所述分液罐通过所述二级气体导流管连接；

所述上级分离腔为所述一级螺旋导流器与所述二级螺旋导流器之间的腔体；

所述排液阀位于所述分液罐的出口下部。

所述文丘里喷射器具有进口渐缩段，所述进口渐缩段为一级脱气的液体出口段。

所述二级螺旋导流器安装于所述文丘里喷射器的喉管或末端位置。

所述一级气体导流管和所述二级气体导流管设置为与液体流动方向相反或相同。

所述一级伞状顶帽与所述外壳的内边壁形成环隙，所述环隙的面积为所述一级螺旋导流器的流通面积的1～3倍；所述二级伞状顶帽与所述外壳的内边壁形成的环隙的面积为所述二级螺旋导流器的流通面积的1～3倍。

所述一级气体导流管的中心设有防涡器，以降低气相旋转运动对液体的夹带。

本发明的有益效果在于：该技术将旋转流离心脱气与喷射闪蒸结合离心分离脱气技术内置于管道中，并通过设备结构及相关构件的优化组合应用，实现了管道流体的高效、快速的脱气，且相比其它脱气设备有着安装简单、体积小的明显优势，可广泛应用于管道流体脱气过程。

附图说明

图1为本发明的在线脱气装置的结构示意图；

图2为伞状顶帽与外壳的内边壁形成的环隙示意图；

图3为现有技术的脱气装置的应用流程图；

图4为本发明的在线脱气装置的应用流程图。

符号说明：

1  进口接管法兰；2  一级导气管；3  防涡器；4  一级螺旋导流器；

5  一级伞状顶帽；6  文丘里喷射器；7  二级螺旋导流器；

8  二级导气管；9  二级伞状顶帽；10  外壳；11  出口接管法兰；

12  单向导流阀；13  分液罐。

具体实施方式

下面将结合实施例进一步阐明本发明的内容，但这些实施例并不限制本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，本实施例的在线脱气装置包括进口接管法兰1、一级导气管2、防涡器3、一级螺旋导流器4、一级伞状顶帽5、文丘里喷射器6、二级螺旋导流器7、二级导气管8、二级伞状顶帽9、外壳10、出口接管法兰11、单向导流阀12、分液罐13。

其中，进口法兰1设置在外壳10的外部一端，出口法兰11设置在外壳10的外部另一端；

一级螺旋导流器4、一级导气管2、一级伞状顶帽5、文丘里喷射器6、上级分离腔（一级螺旋导流器4和二级螺旋导流器7之间的腔体）、二级导气管8、二级伞状顶帽9置于外壳10的内部；

一级导气管2安装于一级螺旋导流器4的中心位置，深入一级螺旋导流器4的一级导气管2的长度为管道直径的0.5～2倍；

一级螺旋导流器4和分液罐13通过一级导气管2连接；

文丘里喷射器6具有二级螺旋导流器7，二级导气管8贯穿二级螺旋导流器7的中心位置，并且二级导气管8在二级螺旋导流器7两端露出的长度相等或不等；

一级伞状顶帽5置于二级导气管8上，并与一级导气管2的距离为管道直径的0.3～1.8倍；

文丘里喷射器6和上级分离腔通过中心导气管连接，上级分离腔和分液罐13通过二级导气管8连接；

单向导流阀12位于分液罐13的出口下部。

文丘里喷射器6具有进口渐缩段，进口渐缩段为一级脱气的液体出口段。

二级螺旋导流器7安装于文丘里喷射器6的喉管或末端位置。

一级导气管2和二级导气管设置为与液体流动方向相反或相同。

一级伞状顶帽5与外边壁形成的环隙（如图2所示，中间黑色部分为伞帽的投影，黑色外部的白色环状部分为伞状顶帽与外壳的内边壁形成的环隙）面积为一级螺旋导流器4的流通面积的1～3倍，二级伞状顶帽9与外边壁间距之间的面积为二级螺旋导流器7的流通面积的1～3倍。

一级导气管2的中心设有防涡器3，以降低气相旋转运动对液体的夹带。

某炼油厂加氢装置脱硫塔产生的富胺液外送流量为50t/h，压力为0.6～0.8MPa，温度为40～60℃，油含量为150～500mg/L。为了克服富胺液外送过程中由于管道压降溶解硫化氢、轻烃等气体吸出而造成的管道局部腐蚀、气阻等问题，以及管道在外送过程中爬多个龙门架过程的气阻，因此原流程是首先对该富胺液进行降压脱气，然后再由富胺液泵增压送至富液集中再生装置。对该酸性水在外送前进行离心脱气，脱气后的酸性水外送至酸性水汽提装置，如图3所示。

在上述现有流程的基础上，本实施例取消了原有的脱气罐、富胺液增压泵，在脱硫塔富液出口出来的管道设置了一个管式富液在线脱气装置，在加氢装置与富液集中再生装置的中间设置了一个管式富液在线脱气装置，所述管式富液在线脱气装置具有如前所述的结构，满足了富液外送的要求，流程如图4所示：

（1）通过一级螺旋导流器将管道流体的直线运动转变为旋转流运动，在离心力的作用下，实现流体中夹带液体的快速分离，分离出的第一气相及第一微量液相通过一级气体导流管进入分液罐，剩余的液相去下个步骤；

（2）步骤（1）的液相进入文丘里喷射器，利用文丘里喷射器的出口区形成的微负压实现液相中气泡的析出和既有微气泡的长大，同时利用二级螺旋导流器强化后的液体离心力实现液气的快速分离，分离出的第二气相和第二微量液相经中心导气管进入上级分离腔后由二级气体导流管进入分液罐，净化液相通过净化液相出口导出装置；

（3）分液罐中的气相及微量液相经分离后得到的干净气相从分液罐的上部排出，液体通过底部单向排液阀排入净化液相出口。

管道流体中的气体体积百分含量是0～50%且不为0，液体压力为0.05～100MPa。

经步骤（1）和步骤（2）脱气的压力损失为0.005～0.1MPa。

经一级螺旋导流器和二级螺旋导流器后液体的线速度为3～30m/s。

实施效果：采用该技术实现了与原有流程的气体脱除回收与富液问题外送效果，与原流程相比：

取消了脱气罐，减小了占地面积和原材料的投资；

取消了富液增压泵2台，降低了投资且减小了设备维护操作费用及人员成本，且消除了动机械设备带来的安全问题。

综上所述仅为发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims (10)

1.一种管道流体的在线脱气方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤；

（1）通过一级螺旋导流器将所述管道流体的直线运动转变为旋转流运动，在离心力的作用下，实现流体中夹带液体的快速分离，分离出的第一气相及第一微量液相通过一级气体导流管进入分液罐，剩余的液相去下个步骤；

（2）步骤（1）的液相进入喉管处设置有二级螺旋导流器的文丘里喷射器，利用所述文丘里喷射器的出口区形成的微负压实现所述液相中气泡的析出和既有微气泡的长大，同时利用所述二级螺旋导流器强化后的液体离心力实现液气的快速分离，分离出的第二气相和第二微量液相经中心导气管进入上级分离腔后由二级气体导流管进入所述分液罐，净化液相通过净化液相出口导出装置；

（3）所述分液罐中的气相及微量液相经分离后得到的干净气相从所述分液罐的上部排出，液体通过底部单向排液阀排入所述净化液相出口。

所述气相是通过步骤（1）收集的第一气相和通过步骤（2）收集的第二气相的总和，所述微量液相是通过步骤（1）收集的第一微量液相和通过步骤（2）收集的第二微量液相的总和。

2.根据权利要求1所述的在线脱气方法，其特征在于，所述管道流体中的气体体积百分含量是0～50%且不为0，液体压力为0.05～100MPa。

3.根据权利要求1所述的在线脱气方法，其特征在于，经步骤（1）和步骤（2）脱气的压力损失为0.005～0.1MPa。

4.根据权利要求1所述的在线脱气方法，其特征在于，经所述一级螺旋导流器和所述二级螺旋导流器后液体的线速度为3～30m/s。

5.一种管道流体的在线脱气装置，其特征在于，所述在线脱气装置包括进口法兰、出口法兰、外壳、一级螺旋导流器、一级气体导流管、一级伞状顶帽、文丘里喷射器、上级分离腔、二级气体导流管、二级伞状顶帽、分液罐及排液阀所组成；

所述进口法兰设置在所述外壳的外部一端，所述出口法兰设置在所述外壳的外部另一端；

所述一级螺旋导流器、一级气体导流管、一级伞状顶帽、文丘里喷射器、上级分离腔、二级气体导流管、二级伞状顶帽置于所述外壳内部；

所述一级气体导流管安装于所述一级螺旋导流器的中心位置，深入所述一级螺旋导流器的所述一级气体导流管的长度为管道直径的0.5～2倍；

所述一级螺旋导流器和所述分液罐通过所述一级气体导流管连接；

所述文丘里喷射器具有二级螺旋导流器，所述二级气体导流管贯穿所述二级螺旋导流器的中心位置，并且所述二级气体导流管在所述二级螺旋导流器两端露出的长度相等或不等；

所述一级伞状顶帽置于所述二级气体导流管上，并与所述一级气体导流管的距离为管道直径的0.3～1.8倍；

所述文丘里喷射器和所述上级分离腔通过中心导气管连接，所述上级分离腔和所述分液罐通过所述二级气体导流管连接；

所述上级分离腔为所述一级螺旋导流器与所述二级螺旋导流器之间的腔体；

所述排液阀位于所述分液罐的出口下部。

6.根据权利要求5所述的在线脱气装置，其特征在于，所述文丘里喷射器具有进口渐缩段，所述进口渐缩段为一级脱气的液体出口段。

7.根据权利要求5所述的在线脱气装置，其特征在于，所述二级螺旋导流器安装于所述文丘里喷射器的喉管或末端位置。

8.根据权利要求5所述的在线脱气装置，其特征在于，所述一级气体导流管和所述二级气体导流管设置为与液体流动方向相反或相同。

9.根据权利要求5所述的在线脱气装置，其特征在于，所述一级伞状顶帽与所述外壳的内边壁形成环隙，所述环隙的面积为所述一级螺旋导流器的流通面积的1～3倍；所述二级伞状顶帽与所述外壳的内边壁形成的环隙的面积为所述二级螺旋导流器的流通面积的1～3倍。

10.根据权利要求5所述的在线脱气装置，其特征在于，所述一级气体导流管的中心设有防涡器。

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