一種天然氣組合脫水系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型具體公開了一種天然氣組合脫水系統，包括天然氣采集設備、離心脫水裝置、超音速脫水裝置、旋流脫水裝置、天然氣儲存設備和水蒸氣儲存設備，所述的天然氣采集設備、離心脫水裝置、超音速脫水裝置、旋流脫水裝置和天然氣儲存設備依次相連，所述的離心脫水裝置、超音速脫水裝置和旋流脫水裝置與水蒸氣儲存設備相連。本實用新型的有益效果是：通過離心脫水裝置，實現天然氣的一級脫水，通過超音速脫水裝置，實現天然氣的二級脫水，通過旋流脫水裝置，實現天然氣的三級脫水，該組合脫水系統具有控制參數可調、技術先進、整體結構緊湊及脫水效率高的特點。
【專利說明】 一種天然氣組合脫水系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種天然氣組合脫水系統，尤其涉及一種通過一級離心脫水裝置、二級超音速脫水裝置及三級旋流脫水裝置來實現天然氣的深度脫水，屬于天然氣脫水【技術領域】。
【背景技術】
[0002]天然氣作為一種優質高效的清潔能源，具有單位熱值高、排氣污染小、供應可靠、價格低的特點，其排放的二氧化碳和氮氧化物分別約為煤炭的50%和20%，二氧化硫幾乎為零，因此其開發和利用越來越受到人們的重視。
[0003]但自地層開采出來的天然氣中含有水蒸氣，水蒸氣的存在，不僅會形成水合物，弓丨起整個管道系統的堵塞，降低天然氣的流速，而且與天然氣中的CO2或H2S等酸性氣體接觸易形成具有腐蝕性的酸液，引起管道設備的腐蝕。為提高設備的使用壽命及管道的輸送能力，需對開采出來的天然氣進行凈化處理。
[0004]現如今對天然氣的脫水技術的研究雖取得了一定成果，但仍存在一些問題。如專利(CN 201220270427.X)中，只是解決了天然氣脫水設備對物料前期分離和后期回收與排放功效較差的問題，但對天然氣脫水效率的提高并未涉及。專利(CN 200520020118.7)和CN 201120072632.0)中只是將罐式分離器或塔式處理設備簡單的在數量上增加，而專利(CN 201220559915.2)雖通過流體的切向流入實現螺旋運動進行氣液分離，而切向流大小影響分離力及分離效果，其缺點是切向流入的流速只是被動輸入，無法主動控制。而由于海洋氣田開采出來的天然氣壓力大、水蒸氣及鹽離子含量高，造成使用現有的脫水設備時出現了脫水不徹底、進而結鹽等問題。針對天然氣脫水系統脫水不徹底、結鹽以及旋轉流速無法控制等問題，可結合海洋氣田中天然氣的特點，采用新的方法脫去天然氣的水蒸氣，設計適合海洋氣田的天然氣脫水系統，以便能可控旋轉流速，進而脫水徹底，消除結鹽現象。
【發明內容】
[0005]本實用新型針對現有天然氣脫水存在的旋轉流速被動輸入、脫水不徹底問題，提供一種可有效凈化天然氣中的水蒸氣，進而消除結鹽的天然氣組合脫水系統。
[0006]本實用新型的天然氣組合脫水系統采用以下技術方案:
[0007]天然氣組合脫水系統，包括天然氣采集設備、離心脫水裝置、超音速脫水裝置、旋流脫水裝置、天然氣儲存設備和水蒸氣儲存設備，所述的天然氣采集設備、離心脫水裝置、超音速脫水裝置、旋流脫水裝置和天然氣儲存設備依次相連，所述的離心脫水裝置、超音速脫水裝置和旋流脫水裝置與水蒸氣儲存設備相連。
[0008]所述的離心脫水裝置作為一級脫水，主要包括旋流生成器、旋流筒和擴散器，所述的旋流生成器上安裝有旋流葉片，所述的旋流筒上設有分離水出口，所述的擴散器上安裝有擴散葉片。
[0009]所述的超音速脫水裝置作為二級脫水，主要包括膨脹段、旋流分離段和壓縮段，所述的膨脹段上設有超音速翼和拉瓦爾管，所述的旋流分離段上設有錐形增速管和分離水出口，所述的壓縮段上設有擴壓管。
[0010]所述的旋流脫水裝置作為三級脫水，主要包括旋流發生器、旋流筒和錐筒，所述的旋流發生器上設有造旋器，所述的旋流筒上設有中心管，并且中心管與溢流口相連，所述的錐筒上設有底流口。
[0011]本實用新型在組合脫水系統中采用離心脫水裝置作為一級脫水，通過離心脫水裝置中的旋流生成器帶動旋流葉片旋轉，產生離心旋流；通過控制旋流葉片的轉速來控制離心力的大小；通過旋流筒實現氣液分離；通過分離水出口實現分離水蒸氣初次排出；通過擴散器再次產生旋轉離心力，為后續的超音速脫水裝置提供初始的流速及離心力。
[0012]本實用新型在組合脫水系統中采用超音速脫水裝置作為二級脫水，通過超音速脫水裝置中的固定的超音速翼產生帶高離心力的旋流流體；通過拉瓦爾管實現離心力和流速激增，通過錐形增速管實現氣液分離；通過分離水出口實現水蒸氣的二次排出。通過擴壓管實現流體排出。
[0013]本實用新型在組合脫水系統中采用旋流脫水裝置作為三級脫水，通過造旋器產生切向離心旋流；通過旋流筒和錐筒實現氣液分離；通過底流口實現水蒸氣的排出；通過中心管和溢流口實現天然氣的排出。
[0014]本實用新型的有益效果是:通過離心脫水裝置，實現天然氣的初級脫水，即通過離心脫水裝置中的旋流生成器產生離心旋流，并且離心力的大小可由旋流葉片的轉速來控制；通過旋流筒中的分離水出口，實現分離水蒸氣初次排出；通過擴散器再次產生旋轉離心力，為后續的超音速脫水裝置提供初始的流速及離心力。通過超音速脫水裝置，實現天然氣的二次脫水，即通過固定的超音速翼，產生帶高離心力的旋流流體；通過拉瓦爾管實現流體加速；通過錐形增速管和分離水出口，實現氣液分離及水蒸氣的二次排出；通過旋流脫水裝置，實現天然氣的三級脫水，即通過造旋器產生切向離心旋流；通過旋流筒和錐筒實現氣液分離；通過底流口和溢流口分別實現水蒸氣和天然氣的排出。該組合脫水系統具有控制參數可調、技術先進、整體結構緊湊及脫水效率高的特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型組合脫水系統結構示意圖；
[0016]圖2是本實用新型中離心脫水裝置結構示意圖；
[0017]圖3是本實用新型中超音速脫水裝置結構示意圖；
[0018]圖4是本實用新型中旋流脫水裝置結構示意圖。
[0019]圖中:1、天然氣采集設備，2、離心脫水裝置，3、超音速脫水裝置，4、旋流脫水裝置，
5、天然氣儲存設備，6、水蒸氣儲存設備，7、離心脫水擴散器，8、離心脫水旋流筒，9、離心脫水旋流生成器，10、離心脫水旋流葉片，11、離心脫水分離水出口，12、離心脫水擴散葉片，
13、超音速脫水壓縮段，14、超音速脫水旋流分離段，15、超音速脫水膨脹段，16、超音速脫水超音速翼，17、超音速脫水拉瓦爾管，18、超音速脫水錐形增速管，19、超音速脫水分離出水口，20、超音速脫水擴壓管，21、旋流脫水底流口，22、旋流脫水錐筒，23、旋流脫水旋流筒，
24、旋流脫水旋流發生器，25、旋流脫水造旋器，26、旋流脫水中心管，27、溢流口。【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本實用新型進行詳細說明:
[0021]如圖1所示，本實用新型的天然氣組合脫水系統主要由天然氣采集設備1、離心脫水裝置2、超音速脫水裝置3、旋流脫水裝置4、天然氣儲存設備5和水蒸氣儲存設備6組成，其中的天然氣采集設備1、離心脫水裝置2、超音速脫水裝置3、旋流脫水裝置4和天然氣儲存設備5依次相連，離心脫水裝置2、超音速脫水裝置3和旋流脫水裝置4與水蒸氣儲存設備6相連。
[0022]如圖2所示，本實用新型的離心脫水裝置2主要包括旋流生成器9、旋流筒8和擴散器7，其中的旋流生成器9上安裝有旋流葉片10，旋流筒8上設有分離水出口 11，擴散器7上安裝有擴散葉片12。
[0023]如圖2所示，本實用新型在組合脫水系統中采用離心脫水裝置2作為一級脫水，離心脫水是根據離心分離原理來實現天然氣和水蒸氣的分離，以此達到天然氣的初級脫水。首先，利用離心脫水裝置2中的旋流生成器9帶動旋流葉片10旋轉，使進入離心脫水裝置2中的濕天然氣產生離心旋流，通過控制旋流葉片10的轉速，可控制離心力的大小。然后，旋流的濕天然氣進入旋流筒8，由于水蒸氣較天然氣的比重大，因此，在慣性的作用下，水蒸氣被離心力甩在沿旋流筒8內壁，并經分離水出口流出，防止分離水蒸氣對后續脫水效果的影響。最后，天然氣經擴散器7上的擴散葉片12流出，旋轉的擴散葉片12可使天然氣再次產生旋轉離心力，為后續的超音速脫水裝置3提供初始的高流速、高旋轉離心力。
[0024]如圖3所示，本實用新型的超音速脫水裝置3主要包括膨脹段15、旋流分離段14和壓縮段13，其中的膨脹段15上設有超音速翼16和拉瓦爾管17，旋流分離段14上設有錐形增速管18和分離水出口 19，壓縮段13上設有擴壓管20。
[0025]如圖3所示，本實用新型在組合脫水系統中采用超音速脫水裝置3作為二級脫水，超音速脫水利用天然氣在超音速噴管內絕熱膨脹降溫，實現天然氣和水蒸氣的分離，以此達到天然氣的二次脫水。首先，由離心脫水裝置2中擴散器7上的擴散葉片12產生的旋轉狀態下天然氣進入膨脹段15，經固定的超音速翼16再次旋轉，產生帶高離心力的旋流流體，并進入拉瓦爾管17，由于此管段截面積急劇減小，則此處的流體的離心力和流速激增。然后，流體之后進入旋流分離段14，此處有錐形增速管18，因水蒸氣和天然氣的密度的差異，在高離心力和高轉度下，水蒸氣在離心力作用下逐漸甩向錐形增速管18內壁，并由分離水出口 19排出。最后天然氣進入壓縮段13，在擴壓管20的作用下，流速降低，并由此處排出天然氣。
[0026]如圖4所示，本實用新型的旋流脫水裝置4主要包括旋流發生器24、旋流筒23和錐筒22，其中的旋流發生器24上設有造旋器25，旋流筒23上設有中心管26，并且中心管26與溢流口 27相連，錐筒22上設有底流口 21。
[0027]如圖4所示，本實用新型在組合脫水系統中采用旋流脫水裝置4作為三級脫水，旋流脫水利用流體切向流入產生離心旋流，通過密度差實現氣水分離，以此達到天然氣的三級脫水，進而實現深度脫水的目的。首先由超音速脫水裝置3出來的天然氣進入旋流脫水裝置4中，經旋流發生器24中的造旋器25，使得天然氣產生切向離心旋流。然后，經過旋流筒23并在其內處于旋流狀態，此時，比重大的水蒸氣被離心力甩向外層。最后，在上游壓力及重力的雙重作用下，天然氣旋轉進入錐筒22，由于錐筒22內徑逐漸減小而使其流速增力口，被甩到錐筒22壁面的水蒸氣沿錐筒22壁下滑，并經底流口 21流出，而脫水后的天然氣在壓力作用下，經中心管26及溢流口 27排出。
【權利要求】
1.一種天然氣組合脫水系統，其特征在于:包括天然氣采集設備、離心脫水裝置、超音速脫水裝置、旋流脫水裝置、天然氣儲存設備和水蒸氣儲存設備，所述的天然氣采集設備、離心脫水裝置、超音速脫水裝置、旋流脫水裝置和天然氣儲存設備依次相連，所述的離心脫水裝置、超音速脫水裝置和旋流脫水裝置與水蒸氣儲存設備相連。
2.如權利要求1所述的一種天然氣組合脫水系統，其特征在于:所述的離心脫水裝置包括旋流生成器、旋流筒和擴散器，所述的旋流生成器上安裝有旋流葉片，所述的旋流筒上設有分離水出口，所述的擴散器上安裝有擴散葉片。
3.如權利要求1所述一種天然氣組合脫水系統，其特征在于:所述的超音速脫水裝置包括膨脹段、旋流分離段和壓縮段，所述的膨脹段上設有超音速翼和拉瓦爾管，所述的旋流分離段上設有錐形增速管和分離水出口，所述的壓縮段上設有擴壓管。
4.如權利要求1所述的一種天然氣組合脫水系統，其特征在于:所述的旋流脫水裝置包括旋流發生器、旋流筒和錐筒，所述的旋流發生器上設有造旋器，所述的旋流筒上設有中心管，并且中心管與溢流口相連，所述的錐筒上設有底流口。
【文檔編號】B01D45/12GK203625329SQ201320585287
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年9月23日 優先權日:2013年9月23日
【發明者】安延濤, 馬汝建, 高兆棟, 李月 申請人:濟南大學