CN105132061A - 一种基于涡旋和离心分离的组合式天然气脱水装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于涡旋和离心分离的组合式天然气脱水装置，主要包括进气装置和脱水装置，进气装置安装在脱水装置的上端。其特点是天然气脱水为先涡旋碰撞分离、后离心分离。本发明通过将主管设计为与环管的外侧缘相切，实现天然气的切向进入且形成低能损环流；通过将各支管以斜向方式连接环管和旋流器，实现旋流器内生成3个涡旋；通过将旋流器内部划分为7区，分别实现初次碰撞分离、涡旋流体的聚合、聚合气流生成环流、消除残存涡旋、流体的加速、水蒸气的离心分离和水蒸气的二次离心分离；通过将中心管深入到离心分离区中部，实现脱水天然气的排出。

Description

一种基于涡旋和离心分离的组合式天然气脱水装置

技术领域

本发明涉及一种基于涡旋和离心分离的组合式天然气脱水装置，尤其涉及一种通过将主管设计为与环管的外侧缘相切，实现天然气的切向进入且形成低能损环流；通过将各支管以斜向方式连接环管和旋流器，实现旋流器内生成3个涡旋；通过将旋流器内部划分为7区，分别实现初次碰撞分离、涡旋流体的聚合、聚合气流生成环流、消除残存涡旋、流体的加速、水蒸气的离心分离和水蒸气的二次离心分离；通过将中心管深入到离心分离区中部，实现脱水天然气的排出，属于天然气脱水的技术研发领域。

背景技术

天然气旋流器是利用天然气和水蒸气的比重差，在离心力的作用下进行分离。但是由于目前旋流器工作方式以及结构的单一性，造成以下问题：一是脱水率低，由于旋流器主要通过混合物的比重差在离心力的作用下分离，较大颗粒的水蒸气极易分离，但较小颗粒的水蒸气因与天然气的比重接近不易分离；二是能耗大，目前旋流器的天然气脱水主要依靠离心力，而要提高其分离效率，除了优化离心力外，还可加大天然气在旋流器的旋流时间，即通过加长旋流器的工作时间来换取其效率，这造成了旋流器的耗能大。

因此，针对现有旋流器在使用中普遍存在的脱水率低、能耗大等问题，应从旋流器工作方式及结构上进行综合考虑，设计出脱水率高且能耗低的一种制浆设备。

发明内容

本发明针对现有脱水设备存在的脱水率低、能耗大等问题，提供了一种可有效解决上述问题的一种基于涡旋和离心分离的组合式天然气脱水装置。

本发明的一种基于涡旋和离心分离的组合式天然气脱水装置采用以下技术方案：

一种基于涡旋和离心分离的组合式天然气脱水装置，主要包括进气装置和脱水装置，进气装置安装在脱水装置的上端，所述进气装置主要由主管、环管、支管A、支管B和支管C组成，主管与环管外侧相连，支管A、支管B和支管C分别与环管内侧相连；所述脱水装置主要由旋流器、挡板、内筒壁、出水管、中心管、溢流缓冲管和溢流管组成，挡板和内筒壁安装在旋流器的内壁上，挡板为3个且周向均布，出水管安装在内筒壁和旋流器内壁之间，底流口设在旋流器下端，溢流缓冲管安装在旋流器和进气装置上方，其侧端面引出溢流管，其下端面安装有中心管且中心管深入到旋流器内；所述旋流器内部由上到下依次分为涡旋区、聚合区、过渡区、扩散区、加速区、离心分离区、加速离心分离区。

所述主管与环管的外侧缘相切，支管A、支管B、支管C周向均布且分别以斜向方式连接环管和旋流器。

所述中心管的内径为d ₁且其深入到离心分离区中部，涡旋区的高度为l ₁、内径为d ₂且d ₂=6d ₁，聚合区、过渡区和扩散区的整体高度为l ₂、其中过渡区内径为d ₃且d ₃=3d ₁，加速区的高度为l ₃、且上圆弧半径为R ₁、下圆弧半径为R ₂，离心分离区的高度为l ₄、内径为d ₄且d ₄=4d ₁，加速离心分离区的高度为l ₅、且其下端底流口内径为d ₅且d ₅=d ₁/3，溢流缓冲管的高度为l ₆、内径为d ₆且d ₆=5d ₁。

所述内筒壁分上、中、下3部分，上部为倒锥台形结构、中部为圆筒形结构、下部为正锥台形结构。

本发明将主管设计为与环管的外侧缘相切，通过这种设计实现天然气的切向进入且形成环流，即天然气在进入环管时，因流道为切向对接，无结构突变，可使天然气以最小能损的状态运动；而将环管的结构设计为圆环形，既可减小天然气运动时的动能损耗，又可为后续天然气斜向进入旋流器提供充足的高动能气源。

本发明将支管A、支管B、支管C以斜向方式连接环管和旋流器，通过这种设计实现旋流器内生成3个涡旋，即通过支管A、支管B、支管C的斜向连接，使得天然气在各支管出口形成涡旋，通过3个涡旋的相互碰撞、以及与挡板的碰撞，实现天然气和较大颗粒水蒸气的分离。

本发明将旋流器内部由上到下依次分为涡旋区、聚合区、过渡区、扩散区、加速区、离心分离区、加速离心分离区，通过这种设计具有以下功能：一是实现初次碰撞分离，即通过斜向支管A、支管B、支管C生成的涡旋和挡板的碰撞，实现较大颗粒的水蒸气由天然气中分离，分离的水蒸气通过出水管排出；二是实现涡旋流体的聚合，由于在涡旋区形成了3个涡旋，为使后续的离心分离区能顺利进行，需要将3个涡旋整合为一股气流，因此采用倒锥台形结构的聚合区进行聚合；三是实现聚合气流生成环流，即通过内筒壁的圆筒形中部区域将3个聚合旋流强制生成一股环流；四是消除残存涡旋，即通过扩散区中横截面的逐渐扩大，将环流的速度降低，并将除残存涡旋逐渐消除；五是实现流体的加速，即通过上圆弧半径为R ₁、下圆弧半径为R ₂的加速区，实现天然气环流的加速，为后续天然气水蒸气的离心分离提供动能；六是实现水蒸气的离心分离，即通过加速天然气的高速旋转，使得比重较大的水蒸气被甩到旋流的外层，通过与旋流器壁筒的接触形成水珠，并由底流口流出；七是实现水蒸气的二次离心分离，即通过倒锥形台的加速离心分离区，使得天然气环流产生加速的效果，加速的环流将比重较小的水蒸气甩到旋流器壁筒上，并由底流口流出。

本发明将中心管深入到离心分离区中部，通过这种设计实现脱水天然气的排出，即在离心分离区，随着天然气水蒸气的分离及流出，以及上部气流压力的不断进入，溢流管中气体的不断排出，会在中心管入口处形成背压，促使脱水后的天然气进入中心管并排出，而比重大的水蒸气在重力的作用下经底流口排出。

本发明的有益效果是：通过将主管设计为与环管的外侧缘相切，实现天然气的切向进入且形成低能损环流；通过将支管A、支管B、支管C以斜向方式连接环管和旋流器，实现旋流器内生成3个涡旋；通过将旋流器内部由上到下设为涡旋区、聚合区、过渡区、扩散区、加速区、离心分离区、加速离心分离区，分别实现初次碰撞分离、涡旋流体的聚合、聚合气流生成环流、消除残存涡旋、流体的加速、水蒸气的离心分离和水蒸气的二次离心分离；通过将中心管深入到离心分离区中部，实现脱水天然气的排出。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明进气装置的结构示意图。

图3是本发明聚合区、过渡区、扩散区和加速区的局部放大示意图。

其中：1、底流口，2、加速离心分离区，3、离心分离区，4、加速区，5、扩散区，6、出水管，7、过渡区，8、聚合区，9、涡旋区，10、溢流缓冲管，11、溢流管，12、主管，13、环管，14、挡板，15、内筒壁，16、中心管，17、旋流器，18、支管A，19、支管B，20、支管C。

具体实施方式

实施例：

如图1、图2所示，本发明的一种基于涡旋和离心分离的组合式天然气脱水装置，主要包括进气装置和脱水装置，进气装置安装在脱水装置的上端。进气装置主要由主管12、环管13、支管A18、支管B19和支管C20组成，主管12与环管13的外侧缘切向相连，这种设计实现天然气的切向进入且形成环流，即天然气在进入环管13时，因流道为切向对接，无结构突变，可使天然气以最小能损的状态运动；而将环管13的结构设计为圆环形，既可减小天然气运动时的动能损耗，又可为后续天然气斜向进入旋流器17提供充足的高动能气源。支管A18、支管B19和支管C20周向均布且分别以斜向方式连接环管和旋流器，这种设计实现旋流器17内生成3个涡旋，即通过支管A18、支管B19、支管C20的斜向连接，使得天然气在各支管出口形成涡旋，通过3个涡旋的相互碰撞、以及与挡板14的碰撞，实现天然气和较大颗粒水蒸气的分离。

脱水装置主要由旋流器17、挡板14、内筒壁15、出水管6、中心管16、溢流缓冲管10和溢流管11组成，挡板14和内筒壁15安装在旋流器17的内壁上，挡板14为3个且周向均布，内筒壁15分上、中、下3部分，上部为倒锥台形结构、中部为圆筒形结构、下部为正锥台形结构，出水管6安装在内筒壁15和旋流器17内壁之间，底流口1设在旋流器17下端，溢流缓冲管10安装在旋流器17和进气装置上方，其侧端面引出溢流管11，其下端面安装有中心管16，中心管的内径为d ₁且其深入到旋流器17的离心分离区中部。

将中心管16深入到离心分离区中部，这种设计实现脱水天然气的排出，即在离心分离区，随着天然气水蒸气的分离及流出，以及上部气流压力的不断进入，溢流管11中气体的不断排出，会在中心管16入口处形成背压，促使脱水后的天然气进入中心管16并排出，而比重大的水蒸气在重力的作用下经底流口1排出。

结合图3所示，旋流器17内部由上到下依次分为涡旋区9、聚合区8、过渡区7、扩散区5、加速区4、离心分离区3、加速离心分离区2。

涡旋区9的高度为l ₁、内径为d ₂且d ₂=6d ₁，聚合区8、过渡区7和扩散区5的整体高度为l ₂、其中过渡区7内径为d ₃且d ₃=3d ₁，加速区4的高度为l ₃、且上圆弧半径为R ₁、下圆弧半径为R ₂，离心分离区3的高度为l ₄、内径为d ₄且d ₄=4d ₁，加速离心分离区2的高度为l ₅、且其下端底流口1内径为d ₅且d ₅=d ₁/3，溢流缓冲管10的高度为l ₆、内径为d ₆且d ₆=5d ₁。

将旋流器17内部由上到下依次分为涡旋区9、聚合区8、过渡区7、扩散区5、加速区4、离心分离区3、加速离心分离区2，工作时，这种设计具有以下功能：一是实现初次碰撞分离，即通过斜向支管A18、支管B19、支管C20生成的涡旋和挡板14的碰撞，实现较大颗粒的水蒸气由天然气中分离，分离的水蒸气通过出水管6排出；二是实现涡旋流体的聚合，由于在涡旋区9形成了3个涡旋，为使后续的离心分离区3能顺利进行，需要将3个涡旋整合为一股气流，因此采用倒锥台形结构的聚合区8进行聚合；三是实现聚合气流生成环流，即通过内筒壁15的圆筒形中部区域将3个聚合旋流强制生成一股环流；四是消除残存涡旋，即通过扩散区5中横截面的逐渐扩大，将环流的速度降低，并将除残存涡旋逐渐消除；五是实现流体的加速，即通过上圆弧半径为R ₁、下圆弧半径为R ₂的加速区4，实现天然气环流的加速，为后续天然气水蒸气的离心分离提供动能；六是实现水蒸气的离心分离，即通过加速天然气的高速旋转，使得比重较大的水蒸气被甩到旋流的外层，通过与旋流器17壁筒的接触形成水珠，并由底流口1流出；七是实现水蒸气的二次离心分离，即通过倒锥形台的加速离心分离区2，使得天然气环流产生加速的效果，加速的环流将比重较小的水蒸气甩到旋流器17壁筒上，并由底流口1流出。

Claims (4)

1.一种基于涡旋和离心分离的组合式天然气脱水装置，主要包括进气装置和脱水装置，进气装置安装在脱水装置的上端，其特征在于：所述进气装置主要由主管、环管、支管A、支管B和支管C组成，主管与环管外侧相连，支管A、支管B和支管C分别与环管内侧相连；所述脱水装置主要由旋流器、挡板、内筒壁、出水管、中心管、溢流缓冲管和溢流管组成，挡板和内筒壁安装在旋流器的内壁上，挡板为3个且周向均布，出水管安装在内筒壁和旋流器内壁之间，底流口设在旋流器下端，溢流缓冲管安装在旋流器和进气装置上方，其侧端面引出溢流管，其下端面安装有中心管且中心管深入到旋流器内；所述旋流器内部由上到下依次分为涡旋区、聚合区、过渡区、扩散区、加速区、离心分离区、加速离心分离区。

2.如权利要求1所述的一种基于涡旋和离心分离的组合式天然气脱水装置，其特征在于：所述主管与环管的外侧缘相切，支管A、支管B、支管C周向均布且分别以斜向方式连接环管和旋流器。

3.如权利要求1所述的一种基于涡旋和离心分离的组合式天然气脱水装置，其特征在于：所述中心管的内径为d ₁且其深入到离心分离区中部，涡旋区的高度为l ₁、内径为d ₂且d ₂=6d ₁，聚合区、过渡区和扩散区的整体高度为l ₂、其中过渡区内径为d ₃且d ₃=3d ₁，加速区的高度为l ₃、且上圆弧半径为R ₁、下圆弧半径为R ₂，离心分离区的高度为l ₄、内径为d ₄且d ₄=4d ₁，加速离心分离区的高度为l ₅、且其下端底流口内径为d ₅且d ₅=d ₁/3，溢流缓冲管的高度为l ₆、内径为d ₆且d ₆=5d ₁。

4.如权利要求1所述的一种基于涡旋和离心分离的组合式天然气脱水装置，其特征在于：所述内筒壁分上、中、下3部分，上部为倒锥台形结构、中部为圆筒形结构、下部为正锥台形结构。