[发明专利]激波可控超音速气体除湿装置

说明书

技术领域

本发明涉及气体除湿技术领域，具体涉及一种天然气处理领域的 除水、除重烃的激波可控超音速气体除湿装置。

背景技术

天然气是一种高效、洁净能源，然而开采出来的天然气含有很多 杂质，为了满足输送和使用的要求必须除去其中的水蒸气和重烃。目 前国内天然气集输系统采用的脱水技术主要有：长庆油田的三甘醇脱 水系统、西南油气田的J-T阀低温分离系统、大庆油田的透平膨胀机 脱水系统、塔里木气田的分子筛脱水及低温分离系统，这些技术设备 不但结构复杂而且运行成本高。相比之下，超音速天然气除湿装置无 需化学药剂和人员值守，结构简单、制造、运行成本低，而且利用天 然气的进口余压工作，可以显著节能；尤其当进口压力大于7MP时， 与J-T阀脱水系统和膨胀机脱水系统相比，超音速脱水装置更具技术 优势和经济优势。

针对我国的具体情况，在气温较高的地区，超音速除湿装置可以 替代传统的脱水系统，经过其处理后，天然气的水露点可满足外输的 要求；对于气温比较低的地区，超音速除湿装置在气温较高的季节也 可以完全替代传统的脱水系统，在低温季节，它可以作为传统脱水系 统的预脱水系统，这样便大大减小了传统脱水系统的载荷，从而减少 投资和运行费用。

壳牌石油公司率先在超音速除湿领域开展了系统的研究，其与 Beacom风险投资公司合资成立的Twister BV负责该项技术的商业推 广应用。到目前为止，Twister BV已经在该领域公布并推广了三项 重要技术成果：Twister BV的第一代超音速旋流分离器是利用大后 掠角三角翼的诱导产生旋流。由于三角翼安装在超音速段，所以激波 损失和摩擦阻力损失较大。而且三角翼的存在使得流场很不均匀，凝 结和分离效率不高。Twister BV的二代产品Twister^TM采用了在入口 加导流叶栅引导旋流的方式，俄罗斯的3-S超音速分离装置也采用了 同样的方案，该技术已得到国际专利组织的推广。Twister BV最新 公布的产品Twister SWIRL Vale是一种改进的J-T阀，可以在控制 流量和压力的同时改进下游分离器的分离效率。

据公开发表的资料，国内的中国石油大学(华东)、北京工业大 学、江汉石油机械研究所三家单位都完成了初步的数值模拟和现场试 验，但其所采用的都是三角翼诱导旋流方案；大连理工大学采用均相 模型对入口旋流方案进行了数值模拟，但未见其公布相关的试验结 果；西安交通大学在长庆油田公司的持续资助下，对三角翼诱导旋流 和入口旋流两种方案从数值模拟和现场试验两个方面进行了系统的 研究，先后申报了多个国家发明专利。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用激波控制技术，能有效的降低压 力损失并且提高分离效率，在大流量时其优势尤为显著的激波可控超 音速气体除湿装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括带有入口的入 口段、渐缩段、等直段和扩张段组成的管道，在管道的入口段设置有带导 流叶栅的中心蜗杆，带导流叶栅的中心蜗杆与管道之间形成环形通道，并 且沿流动方向该环形通道的流通面积先收缩在喉道处即渐缩段与等 直段的交接处达到最小，其值为A_t，过喉道之后即进入等直段后扩 张，最后在中心蜗杆的末端的激波压缩区再次收缩，此处的最小流通 面积是A，在壳体的扩张段内设置有集液器，集液器与外壳之间形成 集液腔，并且该集液腔上开设有排液口，集液器的中心开设有排气通 道，旋流回收叶栅安装在此通道内，通道的出口为。

本发明的中心蜗杆的末端扩张角2°＜β＜8°；激波压缩区的最小流 通面积与喉道流通面积的关系为1.1A_t＜A＜1.5A_t，长度L1、L2分别满 足0.5D＜L1＜D，6D＜L2，其中，L1为激波压缩区等值段的长度，L2 为中心蜗杆末端到等直段末端的距离，D为等直段的内径。