CN209584136U - 一种超声速冷凝分离器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及超声速冷凝分离器，用于天然气净化脱液处理。管体内通过变径形成依次互通的进口段、超声速喷口、冷凝分离段、亚声速段和出口复压复温段；超声速喷口是骤缩通口，冷凝分离段自超声速喷口之后扩径延伸并设有出液口，然后经通径渐减的亚声速段和扩大的出口复压复温段延伸至出口端。天然气经喷口达到超声速，继而膨胀继续升速降压降温至‑30℃，水分及高碳烃凝结成液滴除去，净化天然气经减径再扩径后降速升温输出。本器用于天然气脱液效率高，结构简单，节能环保，运行成本低。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种超声冷凝分离器，用于天然气的脱液净化处理。
背景技术
天然气是蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物，主要成分是CH4（甲烷），同时含有一定量的乙烷、丙烷、水蒸汽、重质碳氢化合物(凝析油)及饱和固体颗粒等杂质。天然气在输送和处理过程中，水蒸汽易凝结形成液态水，水易溶解酸性气体形成强腐蚀性的酸液腐蚀设备。液态水易与烃结合形成天然气水合物，有可能引起管线、阀门及仪表等设施的堵塞，造成安全事故；此外，天然气中的重组分因不断凝析形成液烃，管道输送中同样会造成安全隐患。为此，天然气在进入管输系统之前，需进行脱液（水及凝析油)净化处理，以符合国家标准GB17820《天然气》对水（烃）露点的要求。
目前常用的天然气脱水脱烃技术包括：冷凝分离法（采用JT阀、膨胀机）；固体吸附法（如分子筛吸附）；溶剂吸收法（溶剂这甘醇类化合物）。以上方法存在工艺复杂、设备庞大、能耗高或造成环境污染等弊端。因此，需要寻求一种工艺简化、结构紧凑、安全、节能环保的脱水/烃的方法。
发明内容
本实用新型目的是提供一种超声速冷凝分离器，其连接于井口天然气采出接口与输送管网接口之间，天然气在通过本超声冷凝离器的过程中即被脱水脱烃，达到净化效果，确保天然气的管网输送系统安全运行。整体结构简单紧凑、工艺简化、安全环保。
本实用新型涉及一种超声速冷凝分离器，包含管体（9），该管体（9）内通过变径形成依次互通的进口段（1）、超声速喷口（3）、冷凝分离段（4）、亚声速段（4-1）和出口复压复温段（5）；其中，超声速喷口（3）是连接于进口段（1）和冷凝分离段（4）之间的骤缩通口，冷凝分离段（4）自超声速喷口（3）向后扩径延伸，其末端以一小段渐减通径形成的亚声速段（4-1）与出口复压复温段（5）连接，所述出口复压复温段（5）扩径并延伸至管体（9）的出口端；所述冷凝分离段（4）底部设有出液口（6）。
优选地，所述进口段（1）内安装有旋流器（2），所述旋流器(2)包括固定板（2-3）和多个翼片(2-1)，各翼片(2-1)以相同倾斜角沿固定板圆周排列并与固定板连接，各相邻翼片之间形成切向气道（2-2）。
优选地，所述出液口（6）设于冷凝分离段（4）的末端部位。
优选地，所述管体（9）设有进口端法兰连接盘（7）和出口端法兰连接盘（8）。
本实用新型具有如下有益效果：
本实用新型超声速冷凝分离器用于天然气的水分及高露点烃组分（包括少量固体杂质）的脱除。本分离器根据脱水脱烃的需要，利用拉瓦尔喷管原理设计而成，使天然气通过通径骤缩的喷口的速度达到声速（或超声速），然后扩径膨胀继续加速、降压、降温，温度最低可达-30℃,水分及高级烃组分凝析排出，然后通过一段减径收缩将净化天然气降至亚音速，再经膨胀降速、升压升温后输出。
相比于传统脱水脱烃方法，本超声速冷凝分离器使天然气进行了等熵绝热膨胀过程，在极短时间内实现压力能与动能的相互转换，从而获得其压力、温度、流速、密度等状态参数的急剧变化，从而降温幅度大，脱液效率高，结构紧凑、使用方便；利用井口天然气自身高压形成气流，无需外加能源，节能环保，运行成本低。
附图说明
图1是超声速冷凝分离器的剖面结构示意图(也作摘要附图)；
图2是旋流器的翼片排列结构示意图；
图3是超声速冷凝分离器结构尺寸图；
图中标记如下：1—进口段，2—旋流器，2-1—翼片，2-2—切向气道，2-3—固定板，3—超声速喷口，4—冷凝分离段，4-1—亚声速段，5—出口复压复温段，6—出液口，7—进口端法兰连接盘，8—出口端法兰连接盘，9—管体。
具体实施方式
实施例一：
结合图1说明超声速冷凝分离器的工作原理。进口端法兰连接盘（7）连接高压天然气源、出口端法兰连接盘（8）连接输气管网（低压）；进出口之间由压差形成气流。管体（9）内多段变径形成依次互通的进口段（1）、超声速喷口（3）、冷凝分离段（4）和出口复压复温段（5）；超声速喷口（3）是骤缩通口，其通径由计算确定，以使气流通过速度达到符合拉瓦尔效应所需的340m/s声速或超声速声速，气流在扩大的冷凝分离段（4）进一步增速（即超声速），温度可继续降低达-30℃,高露点水和高级烷烃组分在低温下冷凝成液滴排出。冷凝分离段（4）之后是通径渐减的亚声速段（4-1），净化天然气减速为亚声速，然后进入扩径的出口复压复温段(5)，继续降速并升压升温，渐回复至接近进口状态后通入输气管网。
本分离器中喷口（3）的通径值取决于天然气的进口流量及进口压力的大小。例如，进口流量为30000Nm3/d，进口压力2MPa，当进口温度为30℃的条件下，经计算得出，喷口直径为7.8mm，气速能达到声速340m/s。
图2表示旋流器（2）的结构，如图2所示，多个翼片（2-1）以圆周排列，且翼片（2-1）的内端固定在固定板（2-3）上、外端可直接或通过一个固定圈固定在进口段(1)的内壁，各翼片（2-1）均以一定的倾斜角定位，从而使各相邻翼片（2-1）之间形成切向气道（2-2）。入进口段（1）的天然气通过旋流器（2）的各切向气道（2-2）而形成具有切向和径向加速度的涡旋流，并在整个过程中，不断旋流向前推进，冷凝分离段（4）凝析出的液滴被旋流甩向壁面，壁面上的小液滴易聚集成大液滴而下落至底部，得到充分分离。
实施例二：
下面提供超声速冷凝分离器的使用实例。处理对象是青海油田某天然气脱水脱烃站来自井口天然气的净化。
天然气原始参数：
天然气流量30000Nm3/d，进口压力2MPa，管站温度20℃。
天然气重量组分如下：
甲烷：71%，乙烷：11%，丙烷：10.5%，正丁烷：3%，异丁烷：4%，饱和水：0.5%。
如图3所示，根据进管天然气流量设计的超声速冷凝分离器结构尺寸如下：
超声速冷凝分离器的管体(9)总长度1200mm, 管体进出口内径88.8 mm, 进口段（1）长度296mm,超声速喷口(3)的通径7.8 mm, 喷口(3)至冷凝分离段（4）出液口（6）的距离为470mm，出口复压复温段（5）的长度325 mm，其余为亚声速段（4-1）的长度，该段末端口径【同时也是出口复压复温段（5）的始端口径】为30mm。
超声速冷凝分离器运行参数如下：
超声速喷口(3)的气速达到340m/s，冷凝分离段（4）的末端出液口（6）温度达到最低温度-30℃。
出口复压复温段（5）的天然气出口流量30000Nm3/d，出口压力1.2MPa，出口温度10℃。
出口净化天然气组分如下：
甲烷：80.5%；乙烷：15%；丙烷：4.5%；正丁烷：0%；异丁烷：0%；饱和水：0%。
从以上结果可以看出，天然气经超声速冷凝分离器处理后，原有的饱和水及全部丁烷和大部分丙烷、少量乙烷被分离除去，剩下的为净化的干天然气，符合国家标准GB17820《天然气》对水（烃）露点的要求。通过本器出口端流出（入输送管网）。
Claims (4)
1.一种超声速冷凝分离器，其特征在于：包含管体（9），该管体（9）内通过变径形成依次互通的进口段（1）、超声速喷口（3）、冷凝分离段（4）、亚声速段（4-1）和出口复压复温段（5）；其中，超声速喷口（3）是连接于进口段（1）和冷凝分离段（4）之间的骤缩通口，冷凝分离段（4）自超声速喷口（3）向后扩径延伸，其末端以一小段渐减通径形成的亚声速段（4-1）与出口复压复温段（5）连接，所述出口复压复温段（5）扩径并延伸至管体（9）的出口端；所述冷凝分离段（4）底部设有出液口（6）。
2.根据权利要求1所述的超声速冷凝分离器，其特征在于：所述进口段（1）内安装有旋流器（2），所述旋流器(2)包括固定板（2-3）和多个翼片(2-1)，各翼片(2-1)以相同倾斜角沿固定板圆周排列并与固定板连接，各相邻翼片之间形成切向气道（2-2）。
3.根据权利要求1或2所述的超声速冷凝分离器，其特征在于：所述出液口（6）设于冷凝分离段（4）的末端部位。
4.根据权利要求3所述的超声速冷凝分离器，其特征在于：所述管体（9）设有进口端法兰连接盘（7）和出口端法兰连接盘（8）。
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