CN106247337A - 一种用于天然气直接引射液态液化石油气的增热引射器 - Google Patents

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付子航
冯亮
杨玉霞
刘方
蒲波
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Abstract

本发明涉及一种用于天然气直接引射液态液化石油气的增热引射器，其特征在于：它包括一喷管，所述喷管的一端为进口，另一端为出口，所述喷管由进口到出口顺次设置一收缩段和一扩张段，所述收缩段与所述扩张段的连接处为喉道，在所述收缩段中设置一石油气导管，所述石油气导管包括彼此连接的第一管段和第二管段，所述第一管道穿过所述喷管的所述收缩段的侧壁，所述第二管道设置在所述喷管的中轴线上且管口面向所述喷管的出口。

Description

一种用于天然气直接引射液态液化石油气的增热引射器
技术领域
本发明涉及一种用于天然气直接引射液态液化石油气的增热引射器，属于天然气燃烧技术领域。
背景技术
随着国产天然气、进口管道气、进口LNG和非常规天然气的发展，多种气源进入天然气长输管道或干线管网，使得下游用户的城市可能同时接入几种气源的供给并混合后进入当地燃气管网。而能否保证各种工业、商业及民用燃烧器在面临多气源供给时正常燃烧，就涉及到燃气互换性和热值调整问题。每种燃烧器都是根据其基准气设计的，在燃烧器的使用过程中，对于实际供给的燃气组成发生变化的情况，则需要补充与其基准气性质不同的燃气，即置换气。
由于各地生产的天然气在成分上差异较大，天然气的热值各不相同，所以往往互换性不高，这就使得天然气热值调整的工作显得尤为重要，具体来说就是调节天然气的热值，以满足天然气燃烧特性的需要。对于热值低于基准气的置换气，需要调高置换气的热值，采用的方法主要是添加高热值的气体，例如LPG(Liquefied petroleum gas，液化石油气)、高热值的轻烃等，由于LPG资源比较容易获取，所以推荐采用添加LPG的方法来升高置换气的热值。传统的添加LPG一般采用将气态LPG加入到气态天然气的方式，不过首先需借助LPG加热器通过蒸汽循环或其它外部热源进行加热，使液态LPG气化。这种方法需要配以锅炉等较多的配套设施，在设施安全、占地、系统能耗方面均存在较多弊端，这种方法既不经济、耗能较多、且也不满足精确调节的要求。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于天然气直接引射液态液化石油气的增热引射器，该引射器能够免除加热设备和加热流程，并且能够保证出口处为混合的气态燃气。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于天然气直接引射液态液化石油气的增热引射器，其特征在于：它包括一喷管，所述喷管的一端为进口，另一端为出口，所述喷管由进口到出口顺次设置一收缩段和一扩张段，所述收缩段与所述扩张段的连接处为喉道，在所述收缩段中设置一石油气导管，所述石油气导管包括彼此连接的第一管段和第二管段，所述第一管道穿过所述喷管的所述收缩段的侧壁，所述第二管道设置在所述喷管的中轴线上且管口面向所述喷管的出口。
所述喷管的进口的直径为200mm，出口的直径为200mm，所述收缩段的长度为260mm，所述扩张段的长度为920mm，所述喉道的直径为60mm，所述喉道的长度为60mm。
所述喷管的进口与高压天然气的气源连接。
所述石油气导管的进口与液态液化石油气存储装置连接。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明设置一先收缩再扩张的喷管，同时在收缩段中设置石油气导管，当开启高压天然气的气源之后，天然气从喷管的进口进入喷管，天然气在收缩段流动时，流速增大，根据气体运动的伯努利方程可知，流速增加则压力变小，因此在石油气导管的出口处形成低压区，从而通过石油气导管将液化石油气抽吸至喷管内部，在喷管的喉道及扩张段内，液化石油气完成气化并与天然气充分混合，最终从喷管喷出的气体为天然气与气态的液化石油气充分混合后的混合气体。2、本发明能够调高天然气的热值，并且无需设置外部加热设备，因此经济性好。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是具体实施例中引射器径向剖面的液相体积分数，其中，横坐标表示的是引射器轴线的长度；
图3是具体实例中沿流动方向轴线上的液相体积分数变化示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明包括一喷管1，喷管1的一端为进口11，另一端为出口12，喷管1由进口11到出口12顺次设置一收缩段13和一扩张段14，位于收缩段13与扩张段14之间的截面积最小的位置为喷管1的喉道15。在收缩段13中设置一石油气导管2，石油气导管2包括彼此连接的第一管段21和第二管段22，其中，第一管段21穿过喷管1收缩段13的侧壁，第二管道22设置在喷管1的中轴线上且管口面向喷管1的出口12。
在一个优选的实施例中，喷管1的进口11的直径为200mm，出口12的直径为200mm，收缩段13的长度为260mm，扩张段14的长度为920mm，喉道15的直径为60mm，喉道15的长度为60mm。
本发明的工作过程及原理如下：本发明在使用时，喷管1的进口连接高压天然气的气源，石油气导管2的进口与液态液化石油气存储装置连接。当开启高压天然气的气源之后，天然气从喷管1的进口11进入喷管1，天然气在收缩段13流动时，流速增大，根据气体运动的伯努利方程可知，流速增加则压力变小，因此在石油气导管2的出口处形成低压区，从而通过石油气导管2将液化石油气抽吸至喷管1内部，在喷管1的喉道15及扩张段14内，液化石油气完成气化(液化石油气进入石油气导管2之前以常温带压的状态储存在专门的存储装置中，而通过石油气导管2进入喷管1之后随着压力降低到泡点压力以下便会发生气化)并与天然气充分混合，因此，从喷管1喷出的气体为天然气与气态的液化石油气充分混合后的混合气体。下面以一具体实例说明本发明的效果：
某管道天然气压力1.1MPaG，温度550K，流量64.4kg/s，热值为41668kJ/m3，需要增热10％才能达到用户需求的标准，添加的LPG热值为109655kJ/m3，温度为300K。经过本发明增热引射器的增热，引射的LPG质量流量为62.1kg/s，混合后的天然气可精确增热10％，整个装置压力损失为0.1Mpa，满足用户要求。
表1：标况下，达到热值调和要求的LPG与NG混合比例
根据模拟计算结果，LPG流速在6～6.5m/s范围内，基本满足提高热值的设计要求，同时LPG在喷管1内实现气化，随着流速的增加，LPG流量增大，相应的热值有所提高。
表2不同工况下的LPG与NG混合的计算结果
图2、图3给出了液相体积分数的计算结果，液相主要集中在喷管1的轴线位置，沿着流动方向液相的体积含量逐渐降低。在出口12位置，轴线上液相的体积含量接近于0，同时也可以观察到存在着快速相变的区域，此处液相体积分数从0.9迅速降低到接近0，液相完全相变。
本发明增热引射器总长度为1640mm，最大处直径200mm、最窄处直径60mm。当气相入口压力降低到1MPa附近时，进出口压差为0.1Mpa，气、液两相的入口温差不低于150K，LPG的入口流速不低于5m/s时，可以达到NG与LPG的混合比例6:1，满足热值提高10％的要求。
本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (4)

1.一种用于天然气直接引射液态液化石油气的增热引射器，其特征在于：它包括一喷管，所述喷管的一端为进口，另一端为出口，所述喷管由进口到出口顺次设置一收缩段和一扩张段，所述收缩段与所述扩张段的连接处为喉道，在所述收缩段中设置一石油气导管，所述石油气导管包括彼此连接的第一管段和第二管段，所述第一管道穿过所述喷管的所述收缩段的侧壁，所述第二管道设置在所述喷管的中轴线上且管口面向所述喷管的出口。
2.如权利要求1所述的一种用于天然气直接引射液态液化石油气的增热引射器，其特征在于：所述喷管的进口的直径为200mm，出口的直径为200mm，所述收缩段的长度为260mm，所述扩张段的长度为920mm，所述喉道的直径为60mm，所述喉道的长度为60mm。
3.如权利要求1或2所述的一种用于天然气直接引射液态液化石油气的增热引射器，其特征在于：所述喷管的进口与高压天然气的气源连接。
4.如权利要求1或2所述的一种用于天然气直接引射液态液化石油气的增热引射器，其特征在于：所述石油气导管的进口与液态液化石油气存储装置连接。
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