一种天然气组合脱水系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种天然气组合脱水系统，尤其涉及一种通过一级离心脱水装置、二级超音速脱水装置及三级旋流脱水装置来实现天然气的深度脱水，属于天然气脱水技术领域。
【背景技术】
[0002]天然气作为一种优质高效的清洁能源，具有单位热值高、排气污染小、供应可靠、价格低的特点，其排放的二氧化碳和氮氧化物分别约为煤炭的50%和20%，二氧化硫几乎为零，因此其开发和利用越来越受到人们的重视。
[0003]但自地层开采出来的天然气中含有水蒸气，水蒸气的存在，不仅会形成水合物，弓丨起整个管道系统的堵塞，降低天然气的流速，而且与天然气中的CO2或H2S等酸性气体接触易形成具有腐蚀性的酸液，引起管道设备的腐蚀。为提高设备的使用寿命及管道的输送能力，需对开采出来的天然气进行净化处理。
[0004]现如今对天然气的脱水技术的研究虽取得了一定成果，但仍存在一些问题。如专利(CN 201220270427.X)中，只是解决了天然气脱水设备对物料前期分离和后期回收与排放功效较差的问题，但对天然气脱水效率的提高并未涉及。专利(CN 200520020118.7)和CN 201120072632.0)中只是将罐式分离器或塔式处理设备简单的在数量上增加，而专利(CN 201220559915.2)虽通过流体的切向流入实现螺旋运动进行气液分离，而切向流大小影响分离力及分离效果，其缺点是切向流入的流速只是被动输入，无法主动控制。而由于海洋气田开采出来的天然气压力大、水蒸气及盐离子含量高，造成使用现有的脱水设备时出现了脱水不彻底、进而结盐等问题。针对天然气脱水系统脱水不彻底、结盐以及旋转流速无法控制等问题，可结合海洋气田中天然气的特点，采用新的方法脱去天然气的水蒸气，设计适合海洋气田的天然气脱水系统及方法，以便能可控旋转流速，进而脱水彻底，消除结盐现象。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有天然气脱水存在的旋转流速被动输入、脱水不彻底问题，提供一种可有效净化天然气中的水蒸气，进而消除结盐的天然气组合脱水系统及方法。
[0006]本发明的天然气组合脱水系统及方法采用以下技术方案:
天然气组合脱水系统，包括天然气采集设备、离心脱水装置、超音速脱水装置、旋流脱水装置、天然气储存设备和水蒸气储存设备，所述的天然气采集设备、离心脱水装置、超音速脱水装置、旋流脱水装置和天然气储存设备依次相连，所述的离心脱水装置、超音速脱水装置和旋流脱水装置与水蒸气储存设备相连。
[0007]所述的离心脱水装置作为一级脱水，主要包括旋流生成器、旋流筒和扩散器，所述的旋流生成器上安装有旋流叶片，所述的旋流筒上设有分离水出口，所述的扩散器上安装有扩散叶片。
[0008]所述的超音速脱水装置作为二级脱水，主要包括膨胀段、旋流分离段和压缩段，所述的膨胀段上设有超音速翼和拉瓦尔管，所述的旋流分离段上设有锥形增速管和分离水出口，所述的压缩段上设有扩压管。
[0009]所述的旋流脱水装置作为三级脱水，主要包括旋流发生器、旋流筒和锥筒，所述的旋流发生器上设有造旋器，所述的旋流筒上设有中心管，并且中心管与溢流口相连，所述的锥筒上设有底流口。
[0010]本发明在组合脱水系统中采用离心脱水装置作为一级脱水，通过离心脱水装置中的旋流生成器带动旋流叶片旋转，产生离心旋流；通过控制旋流叶片的转速来控制离心力的大小；通过旋流筒实现气液分离；通过分离水出口实现分离水蒸气初次排出；通过扩散器再次产生旋转离心力，为后续的超音速脱水装置提供初始的流速及离心力。
[0011]本发明在组合脱水系统中采用超音速脱水装置作为二级脱水，通过超音速脱水装置中的固定的超音速翼产生带高离心力的旋流流体；通过拉瓦尔管实现离心力和流速激增，通过锥形增速管实现气液分离；通过分离水出口实现水蒸气的二次排出。通过扩压管实现流体排出。
[0012]本发明在组合脱水系统中采用旋流脱水装置作为三级脱水，通过造旋器产生切向离心旋流；通过旋流筒和锥筒实现气液分离；通过底流口实现水蒸气的排出；通过中心管和溢流口实现天然气的排出。
[0013]本发明的有益效果是:通过离心脱水装置，实现天然气的初级脱水，即通过离心脱水装置中的旋流生成器产生离心旋流，并且离心力的大小可由旋流叶片的转速来控制；通过旋流筒中的分离水出口，实现分离水蒸气初次排出；通过扩散器再次产生旋转离心力，为后续的超音速脱水装置提供初始的流速及离心力。通过超音速脱水装置，实现天然气的二次脱水，即通过固定的超音速翼，产生带高离心力的旋流流体；通过拉瓦尔管实现流体加速；通过锥形增速管和分离水出口，实现气液分离及水蒸气的二次排出；通过旋流脱水装置，实现天然气的三级脱水，即通过造旋器产生切向离心旋流；通过旋流筒和锥筒实现气液分离；通过底流口和溢流口分别实现水蒸气和天然气的排出。该组合脱水系统具有控制参数可调、技术先进、整体结构紧凑及脱水效率高的特点。
【附图说明】
[0014]图1是本发明组合脱水系统结构示意图；
图2是本发明中离心脱水装置结构示意图；
图3是本发明中超音速脱水装置结构示意图；
图4是本发明中旋流脱水装置结构示意图。
[0015]图中:1、天然气采集设备，2、离心脱水装置，3、超音速脱水装置，4、旋流脱水装置，
5、天然气储存设备，6、水蒸气储存设备，7、离心脱水扩散器，8、离心脱水旋流筒，9、离心脱水旋流生成器，10、离心脱水旋流叶片，11、离心脱水分离水出口，12、离心脱水扩散叶片，13、超音速脱水压缩段，14、超音速脱水旋流分离段，15、超音速脱水膨胀段，16、超音速脱水超音速翼，17、超音速脱水拉瓦尔管，18、超音速脱水锥形增速管，19、超音速脱水分离出水口，20、超音速脱水扩压管，21、旋流脱水底流口，22、旋流脱水锥筒，23、旋流脱水旋流筒，24、旋流脱水旋流发生器，25、旋流脱水造旋器，26、旋流脱水中心管，27、溢流口。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明进行详细说明:
如图1所示，本发明的天然气组合脱水系统主要由天然气采集设备1、离心脱水装置2、超音速脱水装置3、旋流脱水装置4、天然气储存设备5和水蒸气储存设备6组成，其中的天然气采集设备1、离心脱水