專利名稱：一種氣體超聲速凝結與旋流分離噴管的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種氣體超聲速凝結與旋流分離噴管，主要應用于氣體凈化，特別是天然氣脫水和重烴分離等領域。
技術背景傳統的氣體脫水技術主要有冷卻法、吸收法、吸附法及膜分離法。冷卻法利用氣體的含水量隨著溫度的下降或壓力的升高而減小的原理來實現氣體脫水，主要包括直接冷卻法、加壓冷卻法、膨脹制冷法和蒸汽壓縮制冷法等。為了防止形成水合物，需要加熱系統或者需要加入水合物抑制劑及相應的回收系統。吸收法是利用氣體在液體中溶解度不同這一原理來實現氣體脫水，該類方法工藝流程復雜，設備多，系統龐大。吸附法是一種固體表面傳質現象，它利用多孔性固體吸附劑使水分子在分子引力或化學鍵力的作用下被吸附在固體表面，從而達到氣體脫水的目的，其主要缺點是設備較多，投資和操作費用高。膜分離法的原理是在壓力驅動下，借助氣體中各組分在高分子膜表面上的吸附能力以及在膜內不同的滲透率來進行氣體脫水，但將膜分離法大規模地應用在現有的工業中，存在一次性投資大等問題。超聲速旋流分離技術是近年來應用于天然氣脫水的一項新技術，國外的殼牌石油公司和ENGO石油公司分別進行了相關的研究工作，主要開發了 “Twisterl”第一代、“Twisterll”第二代和“3S”三種超聲速旋流分離裝置，并申請了多項專利。專利US 6513345BU US 6524368B2、 US 3773825B2、 US 6962199B1, US 7261766B2, US 7318849B2、 US 7494535B2.W02003/092850AUW0 2004/020074A1等的核心是將翼型安裝在超聲速段來產生較強的旋流，但由于速度的轉化發生在超聲速條件下，翼型后容易產生激波，破壞低溫低壓環境，降低超聲速分離器的分離效率。美國專利US 7357825B2、US 2008/0196581A1和 US 2010/0147021A1將旋流裝置布置在噴管之前，有利于取得較好的旋流場，但裝置的加工和安裝難度大，尤其是中心體與外殼的同軸心度難以保證，從而容易造成旋流場的不穩定。 專利 EP 1131588BUUS 6372019B1 和 US 2010/0147023A1 將旋流發生器安裝在 Laval 噴管之前，激波容易控制，但旋轉氣體進入Laval噴管后容易發生渦耗散，降低了分離效率。國內的中國石油大學(華東)、北京工業大學、大連理工大學、西安交通大學和北京航空航天大學對超聲速旋流分離技術進行了相關的研究工作。中國專利ZL 200410074338. 8采用旋流裝置安裝在超聲速段的方式，易產生激波；申請號 200810224499. 9專利和申請號200910093744. 1專利將旋流葉片安裝在高速流動區域，流體流動損失大；專利 ZL200610043158. 2、申請號 200610105199. X 和 ZL 200910023458. 8 等存在著旋轉氣體容易發生渦耗散的問題；專利ZL200810011258. 6采取流體切向進入分離裝置的形式，壓力損失較大，降低了總壓恢復效率；申請號200910081813. 7的專利結構和 “Twisterll”分離器類似，但其渦流控制體的對中更加困難，難以保證同軸旋流；西安交通大學的申請號200910024347. 9專利超聲速段后設有激波壓縮區，將超聲速壓縮減速到亞聲速，但液滴在亞音速區容易發生再揮發，降低分離器的分離效率；申請號200910084262.X專利的本質是將多個超音速分離管并聯以增大處理量；申請號201010597341. 3專利設計了多個出口的超音速旋流分離器，增加了液體出口的氣體夾帶量，而且多個出口也難以在現場應用。
發明內容本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提出一種結構緊湊、旋流能力強、運行穩定可靠、并能有效控制超聲速擴張流道內的膨脹波的氣體超聲速凝結與旋流分離噴管。為達到上述目的，本發明采用的技術方案是包括直管段、中心體、旋流葉片、收縮段、擴張段、入口和出口，其特征在于由收縮段、擴張段和中心體構成環形的收縮-擴張噴管；收縮段為漸縮結構，擴張段為漸擴結構；旋流葉片上端與直管段內壁面固定聯接，下端與中心體表面固定聯接。本發明所述氣體超聲速凝結與旋流分離噴管中，收縮段、擴張段和中心體構成環形的收縮-擴張噴管，形成亞聲速收縮流道、喉部和超聲速擴張流道；氣體在收縮流道中平穩加速，在喉部達到聲速，在擴張流道中達到超聲速，形成低溫低壓，導致水和重烴組分的凝結。本發明所述氣體超聲速凝結與旋流分離噴管中，收縮段為一漸縮結構，其輪廓曲線按照如下曲線方程來設計
權利要求1. 一種氣體超聲速凝結與旋流分離噴管，包括直管段(1)、中心體O)、旋流葉片(3)、 收縮段⑷、擴張段(5)、入口 (10)和出口(6)，其特征在于由收縮段(4)、擴張段(5)和中心體( 構成環形的收縮-擴張噴管，形成亞聲速收縮流道(9)、喉部(8)和超聲速擴張流道(7)；收縮段(4)為漸縮結構，擴張段(5)為漸擴結構；旋流葉片(3)上端與直管段(1) 內壁面固定聯接，下端與中心體( 表面固定聯接； 收縮段的輪廓曲線按照如下曲線方程來設計
2.根據權利要求1所述的氣體超聲速凝結與旋流分離噴管，其特征在于旋流葉片(3) 為橢圓葉片，周向均勻安裝在直段(12)的表面，旋流葉片(3)的長半軸和短半軸半徑分別為Rl和R2，Rl = Li，R2彡R1，葉片數目為3 24片。
專利摘要本實用新型涉及一種氣體超聲速凝結與旋流分離噴管，主要由中心體、旋流葉片、收縮段和擴張段構成，主要應用于氣體凈化，特別是天然氣脫水和重烴分離領域。本實用新型的旋流葉片采用橢圓葉片法設計，可以有效地加強旋流；中心體的存在有效地減少了渦耗散，收縮段曲線可以保證氣流平穩加速到聲速；擴張段為一漸擴結構，摒棄了以往該類裝置中簡單的直線式設計，本實用新型的曲線設計可以避免膨脹波的影響，氣動性能更佳。在噴管中，氣流的速度為超聲速，滯留時間非常短，不會形成水合物，無需添加化學藥劑及相關的回收系統。并且還具有無運動部件，支持無人操作，結構緊湊，占地空間小等優點，特別合適邊際、沙漠和海上油氣田的開發，應用前景廣闊。
文檔編號B01D45/16GK202315566SQ20112049651
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月2日 優先權日2011年12月2日
發明者文闖, 曹學文, 楊燕 申請人:文闖