[发明专利]一种涡流管诱发激波水合物抑制装置

说明书

本发明涉及一种涡流管诱发激波水合物抑制装置，主要包括进气管、涡流管、回流管、热端出口管、冷端出口管、热管式换热器、鼓风机以及混合器。气井采出的高压天然气进入涡流管，在涡流室内发生强旋流运动，进而引发能量分离，形成冷、热双流体。热端管的热流体通过收缩渐阔管段持续加速变成超音速流体，进而扩张管段产生激波，使得温度、压力升高。部分高温高压流体回流到冷端管，与冷流体进行热交换，防止冷端发生冰堵。本装置将激波制热原理与涡流管能量分离原理相结合，以高压天然气作为工作动力源，无额外加热装置，节约环保、安全可靠。

技术领域:

本发明公开一种涡流管诱发激波水合物抑制装置，特别是一种应用于防止高压天然气节流时发生冻堵的装置。

背景技术:

天然气从井口采出过程中，由于地层含有水分，故采出天然气中往往也具有一定含水，当含水天然气流过气井井口节流阀时，由于焦耳-汤姆森效应，会产生较大温降，达到水合物的形成条件时,会在管道中形成水合物，从而引起管线堵塞等问题，影响生产。因此，通常采用节流前加热等方法提高天然气的温度，以避免天然气水合物的形成。

目前传统的天然气节流装置由节流阀组、水合物抑制剂加注装置、加热器及相关仪表组成，通过加热器提前将天然气温度升高，同时添加水合物抑制剂，这样节流后的天然气即使载有较大的温降也不至于形成水合物堵塞管道。但是节流前加热、添加水合物抑制剂会消耗大量的热能和化学药剂，增加运行和维护成本。

因此，本发明提出一种涡流管诱发激波水合物抑制装置。涡流管是一个没有运动部件、结构简单的能量分离装置，压缩气体通过一个或多个喷嘴发生膨胀，沿切线方向进入涡流管，形成高速旋转的涡流体，涡流体在管内发生一系列传热传质作用，在管中心产生一股冷流，在外侧产生一股热流。由于涡流管内强烈的离心作用，中心的冷流气体为干燥气体，外侧高温气体则集中了涡流管效应(含节流效应)产生的所有液体。通过改变热端的控制阀，可以调节冷热气体的比例，从而实现不同的冷热分离温度。

激波是超音速气流在流经障碍物时，气流在障碍物前会受到一定程度的压缩，并且以波的形式前进的一种强压缩波。气体流经激波后气流参数会发生突跃，导致气体压强、温度、密度升高，流速下降。涡流管诱发激波的工作原理是涡流管热端气流通过收缩渐阔管段逐渐加速变成超音速流体，涡流管热端出口调节阀控制出口背压，在扩张管段产生激波，热气流经过激波后温度进一步升高，能够有效抑制下游管线天然气水合物的生成。

现有的涡流管大多数注重制冷效果，将涡流管用于天然气工业井口节流降压时，涡流管内部过大的温度降使天然气中的部分水蒸气凝结，导致涡流管冷端冻堵，且涡流管热端制热效果不佳，这是限制涡流管在天然气井口节流领域应用的重要因素。

因此，本发明将激波制热原理与涡流管能量分离原理相结合,提出一种涡流管诱发激波水合物抑制装置，能消除节流过程中产生的“冰堵”现象，且具有环保、节能等优点。

发明内容：

本发明涉及一种涡流管诱发激波水合物抑制装置，主要包括进气管、涡流管、回流管、热端出口管、冷端出口管、热管式换热器、混合器以及鼓风机，进气管上设有监控压力表，管内天然气通过高压进气口输入涡流管，涡流管两端分别为热端管和冷端管，热端管设有回流管和热端出口管，回流管的出口与回流进气口相连，热端出口管的出口与混合器相连；冷端出口管与热管式换热器的换热冷流进口连接，热管式换热器的换热冷流出口与混合器连接，鼓风机与热管式换热器的空气进口相连，热管式换热器的空气出口直接连通大气。

所述涡流管上设有高压进气口和回流进气口，涡流室内设有涡流发生器，涡流室一端与冷端管连接，另一端与热端管连接，所述的热端管内流道为收缩渐扩结构，收缩角2°～5°，扩张角为1°～5°。涡流发生器内设有若干个沿周向均匀分布的喷嘴。

所述热端管末端处设置有调节阀，回流进气口与交换室连通，交换室内冷端管进口初始段内壁上设有若干个通孔，所述通孔沿冷端管进口段管壁四周均匀分布，其直径大小为1mm～2mm。