CN2497857Y - 一体化气体脱水器 - Google Patents

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Abstract

一种一体化气体脱水器,包括:一预予冷段,预冷段为板翅式结构;一冷冻段,冷冻段为板翅式结构;一过渡段,过渡段安装在预冷段和冷冻段之间,为板翅式结构,预冷段过渡段和冷冻段为串列布置;在冷冻段的上端安装有一上端出口分离室,在冷冻段和过渡段之间安装有另一中间分离室,在过渡段和预冷段中间安装有一中间分离室,该预冷段上端和上端出口分离室之间用一管路连接;在冷冻段的下端与冷却工质出口管连接;在冷冻段的上端与冷却工质进口管连接;在预冷段的下端接有气体进口管和出口管;在进口管的下方接有排水管;在中间分离室下方接有中部排水管;在中间分离室下方接有排液管;在出口分离室下方接有排水管。

Description

一体化气体脱水器
技术领域
本实用新型提供一种体脱水器，特别是指一体化气体脱水器。
背景技术
目前，冷冻脱水工艺已普遍应用于压缩空气干燥(脱水)器中，并已开始推广应用于天然气与其它工艺气体的脱水。1997所颁布的美国专利#5,664,426“再生式气体脱水器”，确立了冷冻脱水方法应用于天然气脱水的基础。目前该方法已在美国开始进入商业化阶段。2000年美国又颁布了专利#6,156,242，“气体脱水方法与设备”，对前一专利作了重大改进。该新专利并已在中国申请并通过初审，于2001年1月的公报上公布(CN 1280028A)，并开始进入中国市场。
目前的所有气体冷冻脱水装置的产品或专利，一般都包括以下四个主要部分：
一、制冷设备，即冷源，用于向气体脱水装置提供冷却工质；
二、冷冻设备，为一个换热器，在其中藉助于冷却工质将气体的温度冷却到所需的露点以下，使气中所含水份冷冻或冰冻，从而与气体相分离；
三、予冷设备(或称回热器)，为另一个换热器，在其中藉助于已脱水的冷气体回流作为冷却工质，将原料气体首先予冷，然后再送入冷冻器，这样可以节省制冷用的能源消耗；
四、分离设备，在其中将通过予冷段设备及冷冻设备的气体中所夹带的少量含水微粒分离，以保证已脱水气体完全干燥。
在目前的冷冻脱水装置中，以上四项设备一般都是各自独立的，其间用管道相连接，从而整个设备体积比较庞大，能量损耗也较多，运行操作(特别是需将露点降低到水的冰点之下，如天然气脱水装置)诸多不便。
近20年来，对上述缺点也曾提出不少改进与补救的方法或设备，特别是针对早已商业化的压缩空气干燥装置。例如，1987年美国专利#4,638,852，1988年美国专利#4,761,968，及1992年美国专利#5,107,919“气动系统用空气干燥器”等，就曾对其中所用的换热器作了重要改进，并占领了部分的美国与中国市场。但这种改进仍有很大的局限性，并未改变上述四项设备相互分离设置所带来的全部缺点，特别是还不可能应用于有固体沉积物的气体冷冻脱水设备，如天然气脱水器等。
发明内容
有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种一体化气体脱水器，能将气体脱水工艺全过程所需各项设备结合为单一的整体，该设备只需与一个外冷源(制冷设备)相连接，即可完成气体脱水的全部功能。
本实用新型的另一目的在于提供一种热效率特别高、体积紧凑、从而造价低廉的一体化气体脱水器，该设备不仅适于陆上各种用途，而且特别适用于天然气海上平台与运输特别困难地区的气田。
为达到以上目的，本实用新型一种一体化气体脱水器，其特征在于，其中包括：一予冷段，该予冷段为板翅式结构；一冷冻段，该冷冻段为板翅式结构；一过渡段，该过渡段安装在予冷段和冷冻段之间，为板翅式结构，该予冷段过渡段和冷冻段为串列布置；在该冷冻段的上端安装有一上端出口分离室，在冷冻段和过渡段之间安装有另一中间分离室，在过渡段和予冷段中间安装有一中间分离室，该预冷段上端和上端出口分离室之间用一管路连接；在该冷冻段的下端与冷却工质出口管连接；在该冷冻段的上端与冷却工质进口管连接；在该预冷段的下端接有气体进口管和出口管；在该进口管的下方接有排水管；在该中间分离室下方接有中部排水管；在该中间分离室下方接有排液管；在该出口分离室下方接有排水管。
其中的予冷段、过渡段、及冷冻段作并列布置。
其中的予冷段包含两个或两个以上的具有不同换热系数的换热区。
其中的冷冻段包含两个或两个以上的具有不同换热系数的换热区。
其中的予冷段有两个或两个以上的回流气体入口。
其中的预冷段有两个或两个以上的中间分离室；该中间分离室的下方与中部排水管相连接；该中间分离室的下方与中部排水管相连接。
附图说明
本实用新型的上述与其它特征与优点，将参照以下各图进行说明，其中：
图1表示本实用新型“一体化脱水器”的一种典型结构，其中的予冷段、过渡段、与冷冻段采用串列式布置。
图2表示本实用新型“一体化脱水器”的又一种典型结构，其中的予冷段、过渡段、与冷冻段采用并列式布置。
图3表示前述串列式布置脱水器的一种改进型结构，其中的予热段具有两个或更多的回流气体入口，以加大其予热范围。
具体实施方式
以下为各图的详细说明。
图1表示本实用新型“一体化脱水器”的一种典型结构，其中包括一予冷段2，该予冷段为板翅式结构；一冷冻段7，该冷冻段为板翅式结构；一过渡段6，该过渡段6安装在予冷段2和冷冻段7之间，为板翅式结构，该予冷段2过渡段6和冷冻段7为串列布置；在该冷冻段7的上端安装有一上端出口分离室5c，在冷冻段7和过渡段6之间安装有另一中间分离室5b，在过渡段6和予冷段2中间安装有一中间分离室5a，该预冷段2上端和上端出口分离室5c之间用一管路51连接；在该冷冻段7的下端与冷却工质出口管9连接；在该冷冻段7的上端与冷却工质进口管8连接；在该预冷段2的下端接有气体进口管1和出口管10；在该进口管1的下方接有排水管4a；在该中间分离室5a下方接有中部排水管4b；在该中间分离室5b下方接有排液管4c；在该出口分离室5c下方接有排水管4d。
待脱水的原料气体由进口管1进入本脱水器的予冷段2并向上流动。该气体与由回流气体入口管3上端流入予冷段的已脱水冷气体进行热交换。原料气体温度下降，从而其中所含水份冷凝在流道壁面上形成液膜，向下流到下端排水管4a排出。另一部分凝结水形成小液滴，被气体带走，进入中间分离室5a后，液滴被分离并由中部排水管4b排出。
当所处理的气体为天然气时，在一定的温度与压力下，该气体可能与液体水结合生成固体的水合物，沉积在气体流道的壁面上。这些固体将在自动化霜过程中变为液体由下端排水管4a排出。为了防止固体沉积物过分集中的流道的某一区域而在自动化霜过程启动之前堵塞流道，应使该固体沉积物尽量分散沉积。为此，可将予冷段设计成具有不同换热系数的若干区域、如图内的2a、2b，等等，使予期固体沉积量大的区域(一般在水合物开始生成点之后的一个区间)，其换热系数减小，从而将固体沉积率降低，使大量的固体分散沉积到更长的流道中，从而推迟流道堵塞时间。
当气体部分脱水后流出予冷段，其中尚含有相当高的水份，如立即进入冷冻段7急冷，又可能在自动化霜过程启动之前其固体沉积物堵塞冷冻段的入口流道。因此之故，在予冷段与冷冻段之间可设置一过渡段6，其中，只有半脱水的气体流过，而没有冷却工质流过。气体流道壁依靠导热散出热量，故可以缓慢地冻结气体内的水份，进一步降低进入冷冻段的气体水量。过渡段6中冷冻的水份在自动化霜过程中变为液体由中部排水管4b排出。
气体由过渡段6进入另一中间分离室5b，将所夹带的含水小滴(主要为固体颗粒)分离，后者在自动化霜过程中成为液体由排液管4c排出。
进入冷冻段7的气体被由冷冻设备送来的冷却工质所冷冻。冷却工质由进口管8流入，而由出口管9流出，并将气体冷冻到所需的露点温度之下。气体中所含水份在冷冻段内凝结成冰而沉积在流道壁上。极少量的水屑或雪花被气流夹带到最上端的出口分离室5c内被分离出来，并在自动化霜过程中成为液体由排水管4d排出。完全干燥的冷气体由分离室回流到入口管3反回予冷器，最后由出口管10流出脱水器。
由以上的叙述可见，本实用新型提供的一体化气体脱水器设备，可以完成气体脱水的全过程，而且提供了最优化的冷冻一化霜过程。
图2表示一体化脱水器的另一种可能的结构布置方式，其与图1的区别在于，其中的予冷段、过渡段、与冷冻段采取并列式布置。由图可见，此种结构中冷冻段居中，其左右各有一对称布置的予冷段与过渡段。这种对称布置有利于减少能量损失，而且符合予冷段的体积一般均大于冷冻段体积的要求。
图2与图1中各个部分的名称及相互关系完全相同，只是布置方式不同，即由串列式变为并列式，因此在图2中完全采用与图1中相同的编号。
必须指出的唯一一点差别是：图2中的一个排水管4ab兼有图1内4a与4b两者的排水功能。另外，由于视图的局限，排水管4d应开在本图的脱水器的后方外壳上，故本图内用虚线画出。
图2所示的并列式一体化脱水器，其中包括：一予冷段2，该予冷段为板翅式结构；一冷冻段7，该冷冻段为板翅式结构；一过渡段6，该过渡段6安装在予冷段2和冷冻段7之间，为板翅式结构，该予冷段2过渡段6和冷冻段7为并列布置；在该冷冻段7的下端安装有一下端出口分离室5c，在冷冻段7和过渡段6之间安装有另一中间分离室5b，在过渡段6和予冷段2中间安装有一中间分离室5a，该预冷段下端和下端出口分离室5c之间用一管路51连接；在该冷冻段7的上端与冷却工质出口管9连接；在该冷冻段7的下端与冷却工质进口管8连接；在该预冷段2的上端接有气体进口管1和出口管10；在该中间分离室5a下方接有中部排水管4ab；在该中间分离室5b下方接有排液管4c；在该出口分离室5c下方接有排水管4d。
图2所示的并列式一体化脱水器内气体及冷却介质的流动如图中虚线及箭头所示。其工艺过程与图1所示的串列式相同，故不赘述。
图3表示前述按串列式布置的一体化脱水器的一种衍生结构，其特征在于，其中的予冷段加长，而回流的已脱水冷气体分为两股，在予冷段上由两个入口进入。这种结构更适用于要求脱水程度更高，露点低于摄氏零度很多(例如-10℃以上)的天然气脱水装置。在此情况下，予冷段上部的温度已实际上等于一个冷冻段的温度，故有必要作特殊处理。
图3的标号与图1基本相同，但予冷段2分为2a及2b两小段，而图3中部的中间分离室5a亦分为5a1及5a2两室，排水管4b分为4b1及4b2两根。
待脱水的原料气体由进口管1进入予冷段的下部2a，向上流动到分离室5a1。气体被回流的已脱水冷气体所予冷，但其中的凝结水份尚未被冷到冻冰的程度(或生成水合物的程度)，故凝结的液态水一部分由予冷段下部的排水管4a排出，一部分在分离室5a1内被分离而由排水管4b1排出。
部分脱水的气体在流过分离器室5a1后继续向上流过予冷段的上部2b，在其中流道被冷却到冰点或水合物生成温度之下，固体沉积开始在流道壁面上出现。为防止局部沉积过多，在自动化需过程启动之前堵塞流道，予冷段2b的换热系数已被降低，而其流道通径也被加大。而且进入予冷段的已脱水冷气体的流量，也应适当地在回流冷气体入口3a与3b之间，作恰当分配。
由予冷段2b流出的气体，进入分离室5a2将所夹带的冰粒分离，后者在化霜过程中成为液态水由排水管4b2排出。
部分脱水的气体继续流入过渡段6，分离室5b，冷冻段7，和分离室5c，而冷却工质则由其进口管8进入冷冻段，由出口管9流出。其过程均与图1完全相同，故不详述。
通过分离室5c并完全脱水的冷气体，向下流到回流冷气体进口管3a及3b，按予先设计的分配比例，由两处进入予冷段。在进行热交换后，已脱水的气体由出口管10流出脱水器。
由以上可见，此种一体化气体脱水器，在结构上具有相当大的灵结性，可以在很大的出口气体露点要求范围内，满足各种气体的不同脱水要求。
综上所述，本实用新型提供了一种新型的一体化脱水器。在该单一设备内，可以一次完成气体冷冻脱水的全过程。
还必须指出，除以上所说明的本实用新型的结构图及其作为示例的装置与设备的基本特征之外，根据本实用新型权利要求书中所述的原则与基本特征，利用普通的工程技术，还可以设计出各种不同的装置与设备，进行各种改进，与设计出各种代用品。

Claims (6)

1.一种一体化气体脱水器，其特征在于，其中包括：
一予冷段，该予冷段为板翅式结构；
一冷冻段，该冷冻段为板翅式结构；
一过渡段，该过渡段安装在予冷段和冷冻段之间，为板翅式结构，该予冷段过渡段和冷冻段为串列布置；
在该冷冻段的上端安装有一上端出口分离室，在冷冻段和过渡段之间安装有另一中间分离室，在过渡段和予冷段中间安装有一中间分离室，该预冷段上端和上端出口分离室之间用一管路连接；
在该冷冻段的下端与冷却工质出口管连接；
在该冷冻段的上端与冷却工质进口管连接；
在该预冷段的下端接有气体进口管和出口管；
在该进口管的下方接有排水管；
在该中间分离室下方接有中部排水管；
在该中间分离室下方接有排液管；
在该出口分离室下方接有排水管。
2.如权利要求1所述的一体化气体脱水器，其特征在于，其中的予冷段、过渡段、及冷冻段作并列布置。
3.如权利要求1或2所述的一体化气体脱水器，其特征在于，其中的予冷段包含两个或两个以上的具有不同换热系数的换热区。
4.如权利要求1或2所述的一体化气体脱水器，其特征在于，其中的冷冻段包含两个或两个以上的具有不同换热系数的换热区。
5.如权利要求1所述的一体化气体脱水器，其特征在于，其中的予冷段有两个或两个以上的回流气体入口。
6.如权利要求1所述的一体化气体脱水器，其特征在于，其中的预冷段有两个或两个以上的中间分离室；该中间分离室的下方与中部排水管相连接；该中间分离室的下方与中部排水管相连接。
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