超声速气体旋流冷凝分离装置

摘要

本发明是一套超声速气体旋流冷凝分离装置，应用于气体净化特别是天然气脱水和重烃分离领域。天然气经螺旋型旋流叶片产生旋流后进入拉伐尔喷管绝热膨胀至超声速，形成低温低压，使天然气中的水和重烃凝结成液滴；同时产生较大的切向速度，使凝结的水和重烃在强烈的旋流场作用下被甩向壁面，液体由分液口流入积液腔，经排液管后从液体出口排出，干气进入环形扩压管，经压力恢复后由干气出口排出。本装置的拉伐尔喷管收缩段采用双三次曲线法设计减小了流动损失，螺旋型旋流叶片可加强旋流，产生较大的切向速度，旋流效果好。本装置结构简单，易于加工，无运动部件，运行稳定可靠。

主权项

一种超声速气体旋流冷凝分离装置，包括法兰(1)、外壳(2)、螺旋型旋流叶片(3)、内芯(4)、收缩分离壳体(5)、导液叶片(6)、扩压壳体(7)、导流叶片(8)、排液管(12)、饱和湿气入口(19)、干气出口(9)和液体出口(11)；其特征在于：内芯(4)和收缩分离壳体(5)组成环形拉伐尔喷管，形成亚声速收缩流道(18)、喉部(17)、超声速扩张流道(16)；内芯(4)和扩压壳体(7)构成环形扩压管，形成扩压流道(10)；收缩分离壳体(5)和扩压壳体(7)之间的间隙形成分液口(14)、积液腔(13)；积液腔(13)与排液管(12)相连通，形成液体出口(11)；螺旋型旋流叶片(3)上端与收缩分离壳体(5)内壁面固定联接，下端与内芯(4)表面固定联接；导液叶片(6)上端与收缩分离壳体(5)固定联接，下端与扩压壳体(7)固定连接；导流叶片(8)上端与扩压壳体(7)固定连接，下端与内芯(4)固定连接；内芯(4)居于中心，与收缩分离壳体(5)、扩压壳体(7)同轴，由螺旋型旋流叶片(3)和导流叶片(8)对中定位固定；内芯(4)主要由半椭球体(20)、收缩段(21)、二次收缩段(22)、直段(23)和扩张段(24)组成；半椭球体(20)长短轴之比为2～6，短轴长度为收缩分离壳体(5)入口内径的0.5～0.9倍；收缩段(21)和对应的收缩分离壳体(5)的收缩段之间的间隙构成亚声速收缩流道(18)，气体在该流道中被加速，在收缩段(21)和二次收缩段(22)的交界处形成喉部(17)，达到声速；收缩段(21)采用双三次曲线法设计，收缩比为4～12，收缩角为15～108°，和其对应的收缩分离壳体(5)的收缩部分采用双三次曲线法设计，收缩比为4～12，收缩角为20～112°；二次收缩段(22)和对应的收缩分离壳体(5)之间的间隙形成超声速扩张流道(16)，气体在该流道中被加速到超声速，形成低温低压，水和重烃开始凝结，凝结的液体在强烈的旋流离心场作用下被甩向管壁并随气体向前流动；二次收缩段(22)为锥段，收缩角为1～12°；直段(23)和对应的收缩分离壳体(5)之间的间隙形成旋流分离流道(15)，在该流道中，被强烈的旋流离心场甩向管壁的液体经分液口(14)流入积液腔(13)，经排液管(12)后由液体出口(11)排出；直段(23)长径比为4～15；大部分干气进入由扩张段(24)和扩压壳体(7)之间的间隙构成环形扩压流道(10)，在扩压流道(10)的入口处产生激波，速度由超声度降到亚声速，压力和温度回升，经导流叶片(8)导流后从干气出口(9)排出；扩张段(24)为锥段，扩张角为1～8°，和其对应的收缩分离壳体(5)的扩张部分为锥段，扩张角为20～120°；螺旋型旋流叶片(3)按螺旋线采用等螺距或不等螺距法设计，叶片数目为1～12个，叶片厚度为2～6mm，周向均匀布置；螺旋型旋流叶片(3)进入亚声速收缩流道(18)，同时安装在半椭球体(20)和收缩段(21)表面；扩压壳体(7)为锥形，内锥角为4～15°，外锥角为10～30°；收缩分离壳体和扩压壳体通过焊接和法兰(1)、外壳(2)固定，排液管通过焊接和外壳、法兰固定。