CN107126770B - 一种冷凝分离天然气水分和轻烃的涡流管装置 - Google Patents

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Abstract

一种冷凝分离天然气水分和轻烃的涡流管装置，属于气体制冷与气液分离技术领域。该涡流管装置增设了排液结构和分离回收单元。如此可将涡流管内旋流冷凝的液滴通过排液结构及时流出涡流管，防止其在管内再次蒸发，回到气流中，因而极大提高了水分和轻烃的分离效率。此外，巧妙利用装置不同部位处的压差，使与冷凝液一同流出管外的气体在气液分离后，能自行返回到涡流管冷气流中，实现回收。本发明结构简单，使用及维护方便。

Description

一种冷凝分离天然气水分和轻烃的涡流管装置
技术领域
本发明涉及一种冷凝分离天然气水分和轻烃的涡流管装置，属于气体制冷与气液分离技术领域。
背景技术
天然气作为一种清洁能源，越来越受到人们的重视。从气井中开采出来的天然气经过初步处理后，都含有一定的水蒸汽和可凝烃类。这些可凝蒸汽和烃类在天然气的输送过程中极易形成液态水、固态冰或水合物，严重影响天然气的输送和管道的使用寿命。因此，除去天然气中的这些可凝蒸汽和烃类是不可或缺的环节。目前，分离这些可凝蒸汽和烃类的装置有旋流分离器和超音速分离器。旋流分离器仅依靠旋流效应进行分离，效果并不理想。而超音速分离器在分离过程中形成的低温则会造成设备的冻堵，难以长时间持续运行。
涡流管是一种能够将气体分成冷热两股气体的装置，将天然气通入涡流管的入口，经过涡流管切向喷嘴变为旋流，在涡流管内形成内外两股流动方向相反的气体。内层气体温度较低，从冷端口流出，外层气体温度较高，从热端口流出。在这个过程中冷凝出的液滴因离心力作用被甩到外层的热气中，随着热气从热端口流出。由于外层气体温度会沿着热端管越来越高，这些液滴很有可能会在外层热气中吸热再次蒸发，返回到中间冷气层中，从冷端口排出，造成分离效果不佳。
发明内容
为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种冷凝分离天然气水分和轻烃的涡流管装置，用于解决现有涡流管天然气分离技术中已凝结液滴易再次蒸发返回到冷干气的分离效果不佳问题。
本发明采用的技术解决方案是：一种冷凝分离天然气水分和轻烃的涡流管装置，它包括喷嘴体、冷气出口管、进气管、进气腔、渐缩喷嘴、涡流室、隔热套、隔热垫、调节垫片、热端管、热气出口、热端调节阀和螺纹结构，它还包括排液结构和分离回收单元，所述排液结构位于喷嘴体与热端管的结合部，在喷嘴体上设有多个周向均布的渐缩喷嘴和一个中心圆形管涡流室，在热端管内设有一个中心圆锥形扩张管，喷嘴体与热端管为中心同轴对接，在对接端面留有环状间隙的排液口，排液腔是在热端管前端外管壁处设置的一段独立的夹套层，通过排液口将排液腔与热端管连通，收集在管内冷凝后甩到内壁、再经过排液口流至管外的液滴在排液腔中收集，通过排液管将排液腔中收集的液体导出并送至分离回收单元，所述分离回收单元包含分离回收单元进气管、分离腔、分离回收单元出气管和控制排放阀门，其中分离回收单元进气管的一端与排液管对接，另一端与分离腔连接，分离回收单元出气管的一端与分离腔连接，另一端与冷气出口管连接，把从分离腔分离出的干气导回涡流管的处理冷气中，分离腔中分离出的凝液由控制排放阀门排放。
所述排液腔的内壁和端面，装有用于隔热防止凝液再蒸发的隔热套和隔热垫。
所述排液口采用改变调节垫片的厚度，调节排液口的宽度。
所述分离腔中装有捕获液滴的结构部件，分离腔的前端腔室底部设有控制排放阀门。
所述热端管的尾部安装有热端调节阀 ，阀芯锥角45-60度角，由螺纹结构将旋拧变为阀杆阀芯的前后平移。
采用上述的技术方案，排液腔的内径为热端管处内径的1.1-3倍，外径与内径尺寸比为1：1.2-1：5，长度为内径的0.2-5倍，排液管内径为热端管处内径的0.1-1.5倍。排液口的宽度为0.3-20毫米，圆形管涡流室内径2-200毫米，长5-200毫米，圆锥形扩张管长20-2000毫米，锥角1-30度角。
本发明的有益效果是：
1.通过增加排液结构，可将降温冷凝的液滴尽快脱离外层热气环境，防止其再次蒸发，提高了分离效率。
2. 新增的排液结构可以通过拆装垫片来较大范围地调节排液口的宽度和位置。入口气体含湿量变化时，可通过调节垫片的厚度增减排液口环隙宽。
3.利用装置不同部位处的压差，使携带冷凝液滴的气体进行气液分离后，再次回到冷气流中，实现回收。
附图说明
图1是一种冷凝分离天然气水分和轻烃的涡流管装置的结构图。
图2是增设的排液结构图。
图3是渐缩喷嘴为4个的结构剖视图。
图4是图1中的A-A视图。
图中：1、喷嘴体，2、冷气出口管，3、进气管，4、进气腔，5、渐缩喷嘴，6、涡流室，7、排液口，8、排液腔，9、排液结构，10、热端管，11、热气出口，12、热端调节阀，13、螺纹结构，14、调节垫片，15、隔热垫，16、隔热套，17排液管，18、分离回收单元进气管，19、控制排放阀门，20、分离腔，21、分离回收单元出气管，22、分离回收单元。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的说明，但不只局限于此实施方式。
图1、2、3、4示出了一种冷凝分离天然气水分和轻烃的涡流管装置的结构图。图中，这种冷凝分离天然气水分和轻烃的涡流管装置包括喷嘴体1、冷气出口管2、进气管3、进气腔4、渐缩喷嘴5、涡流室6、隔热套16、隔热垫15、调节垫片14、热端管10、热气出口11、热端调节阀12、螺纹结构13、排液结构9和分离回收单元22。排液结构9位于喷嘴体1与热端管10的结合部，在喷嘴体1上设有四个周向均布的渐缩喷嘴5和一个中心圆形管涡流室6，在热端管10内设有一个中心圆锥形扩张管，喷嘴体1与热端管10为中心同轴对接，在对接端面留有环状间隙的排液口7，排液腔8是在热端管10前端外管壁处设置的一段独立的夹套层，通过排液口7将排液腔8与热端管10连通，收集在管内冷凝后甩到内壁、再经过排液口7流至管外的液滴在排液腔8 中收集，通过排液管17将排液腔8中收集的液体导出并送至分离回收单元22。分离回收单元22包含分离回收单元进气管18、分离腔20、分离回收单元出气管21和控制排放阀门19，其中分离回收单元进气管18的一端与排液管17对接，另一端与分离腔20连接，分离回收单元出气管21的一端与分离腔20 连接，另一端与冷气出口管2 连接，把从分离腔20分离出的干气导回涡流管的处理冷气中，分离腔20中分离出的凝液由控制排放阀门19排放。排液腔8的内壁和端面，装有用于隔热防止凝液再蒸发的隔热套16和隔热垫15。排液口7采用改变调节垫片14的厚度，调节排液口7的宽度。分离腔20中装有捕获液滴的结构部件，分离腔20的前端腔室底部设有控制排放阀门19。热端管10的尾部安装有热端调节阀12，阀芯锥角45-60度角，由螺纹结构13将旋拧变为阀杆阀芯的前后平移。
上述涡流管装置的工作过程为：压缩天然气经过进气管3进入进气腔4，通过渐缩喷嘴5进入涡流室6，气体降温形成的液滴会随着气体的旋流被甩到外层气体中。外层气体在经过排液口7时，分离出携带有大量液滴的部分气体进入排液腔8，并通过排液管17离开排液腔8。未进入排液腔8的剩下的气体继续沿着热端管10旋流，一部分气体直接从热气出口11中流出。另外的气体在热端调节阀12的作用下回流，形成内层气体，沿着与外层气体相反的方向流动，从冷气出口管2中流出，从排液管17离开的气体经过分离回收单元进气管18进入分离腔20中实现气液分离，已经脱除液滴分气体再通过分离回收单元出气管21返回到冷气出口管2中，与原冷气流汇合，实现回收。
本发明通过将携带大量液滴的气体立即从主气体中引出的方法来防止液滴的再次蒸发，结构简单，分离效果更好。

Claims (5)

1.一种冷凝分离天然气水分和轻烃的涡流管装置，它包括喷嘴体(1)、冷气出口管(2)、进气管(3)、进气腔(4)、渐缩喷嘴(5)、涡流室(6)、隔热套(16)、隔热垫(15)、调节垫片(14)、热端管(10)、热气出口(11)、热端调节阀(12)和螺纹结构(13)，其特征在于：它还包括排液结构(9)和分离回收单元(22)，所述排液结构(9)位于喷嘴体(1)与热端管(10)的结合部，在喷嘴体(1)上设有多个周向均布的渐缩喷嘴(5)和一个中心圆形管涡流室(6)，在热端管(10)内设有一个中心圆锥形扩张管，喷嘴体(1)与热端管(10)为中心同轴对接，在对接端面留有环状间隙的排液口(7)，排液腔(8)是在热端管(10)前端外管壁处设置的一段独立的夹套层，通过排液口(7)将排液腔(8)与热端管(10)连通，收集在管内冷凝后甩到内壁、再经过排液口(7)流至管外的液滴在排液腔(8) 中收集，通过排液管(17)将排液腔(8)中收集的液体导出并送至分离回收单元(22)，所述分离回收单元(22)包含分离回收单元进气管(18)、分离腔(20)、分离回收单元出气管(21)和控制排放阀门(19)，其中分离回收单元进气管(18)的一端与排液管(17)对接，另一端与分离腔(20)连接，分离回收单元出气管(21)的一端与分离腔(20) 连接，另一端与冷气出口管(2) 连接，把从分离腔(20)分离出的干气导回涡流管的处理冷气中，分离腔(20)中分离出的凝液由控制排放阀门(19)排放。
2.根据权利要求1所述的一种冷凝分离天然气水分和轻烃的涡流管装置，其特征在于：所述排液腔(8)的内壁和端面，装有用于隔热防止凝液再蒸发的隔热套(16)和隔热垫(15)。
3.根据权利要求1所述的一种冷凝分离天然气水分和轻烃的涡流管装置，其特征在于：所述排液口(7)采用改变调节垫片(14)的厚度，调节排液口(7)的宽度。
4.根据权利要求1所述的一种冷凝分离天然气水分和轻烃的涡流管装置，其特征在于：所述分离腔(20)中装有捕获液滴的结构部件，分离腔(20)的前端腔室底部设有控制排放阀门(19)。
5.根据权利要求1所述的一种冷凝分离天然气水分和轻烃的涡流管装置，其特征在于：所述热端管(10)的尾部安装有热端调节阀(12)，阀芯锥角45-60度角，由螺纹结构(13)将旋拧变为阀杆阀芯的前后平移。
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