气体超声速旋流分离实验系统的制作方法
【专利摘要】本发明属于天然气脱水和重烃分离领域，具体地，涉及一种气体超声速旋流分离实验系统。实验系统包括压缩机，压缩机与缓冲罐相连，缓冲罐连接换热器；换热器连接加湿罐，加湿器与加湿罐相连，加湿罐通过管线与超声速旋流分离器相连，超声速旋流分离器通过管线与二次分离罐相连，滑脱气出口与第一阀前调节型自力式压力调节阀相连；超声速旋流分离器与气体缓冲罐相连，气体缓冲罐与第二阀前调节型自力式压力调节阀相连；第一阀前调节型自力式压力调节阀出口和第二阀前调节型自力式压力调节阀出口通过管线汇合经过换热器后形成干气出口。本发明具的气体超声速旋流分离实验系统为分离器结构优化设计、分离性能评价提供了一套完善的实验分析平台。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明属于天然气脱水和重烃分离领域，具体地，涉及一种气体超声速旋流分离 实验系统，应用于气体净化。 气体超声速旋流分离实验系统
【背景技术】
[0002] 从井口流出的天然气通常被水蒸气所饱和，并含有一些重烃组分，为了满足天然 气外输和使用要求，就必需将水蒸气和重烃组分分离出来。但传统的天然气分离工艺，例如 冷却法、吸收法、吸附法及膜分离法，难以适应环境恶劣地区天然气开采的要求，因此迫切 需要开发出一套新型的天然气分离技术，完善和发展天然气集输工艺。超声速旋流分离技 术是天然气加工处理领域的一大创新，该技术结合了气体动力学、工程热力学和流体力学 的理论，将膨胀降温、旋流式气/液分离、再压缩等处理过程集中在一个密闭紧凑的装置中 完成，具有简单可靠、密闭无泄漏、无需化学药剂和支持无人值守等优点。
[0003] 国外的Twister BV公司和ENG0石油公司对超声速旋流分离技术进行了相关的研 究工作，Twister BV公司开发了 "Twisterl"和"Twisterll"两种型式的超声速旋流分离 器，ENG0公司开发出了名为"3S"的超声速旋流分离器。
[0004] 国内的中国石油大学（华东）、北京工业大学、大连理工大学、西安交通大学和 北京航空航天大学对超声速旋流分离技术进行了相关的研究工作。国外代表性的专利 主要有的 US6513345B1、US6524368B2、EP1131588B1、US6372019B1、TO2003/092850A1、 W02004/020074A1 和国内代表性的专利主要有的 ZL200410074338. 8、ZL200810011258. 6、 ZL200910023458. 8 等。
[0005] 在研究超声速旋流分离技术的过程中，需要不断地对超声速分离装置进行实验研 究，因此需要研发相关的超声速旋流分离实验系统，进行装置性能测试等工作。
【发明内容】
[0006] 为克服现有技术的不足，针对超声速旋流分离工艺的要求，本发明提供一种气体 超声速旋流分离实验系统，该系统能实现对超声速分离装置进行实验研究，测试和分析装 置露点降。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0008] 气体超声速旋流分离实验系统，包括：压缩机、缓冲罐、加湿器、加湿罐、超声速旋 流分离器、二次分离罐、气体缓冲罐；压缩机的出口与缓冲罐的入口相连，缓冲罐的出口连 接换热器的入口；换热器的出口连接加湿罐的干气入口；加湿器通过管线与加湿罐的湿气 入口相连，加湿器与加湿罐相连的管线上安装有调节阀；加湿罐上设有加湿罐湿气入口、力口 湿罐干气入口和加湿罐湿气出口；超声速旋流分离器设有超声速旋流分离器入口、超声速 旋流分离器液体出口和超声速旋流分离器干气出口；加湿罐的湿气出口通过不锈钢管线与 超声速旋流分离器入口相连，由加湿罐至超声速旋流分离器方向不锈钢管线上依次安装电 动调节阀、阀后调节型自力式压力调节阀、第一气体旋涡流量计、第一温湿度传感器、第一 压力传感器；超声速旋流分离器液体出口通过管线与二次分离罐的入口相连，管线上安装 有第二压力传感器；二次分离罐设有入口、滑脱气出口和滑脱液体出口；滑脱液体出口设 有不锈钢管线，不锈钢管线上设有球阀；滑脱气出口通过管线与第一阀前调节型自力式压 力调节阀相连；超声速旋流分离器干气出口通过管线与气体缓冲罐相连，由超声速旋流分 离器干气出口至气体缓冲罐方向管线上依次安装有第三压力传感器、第二温湿度传感器、 第二气体旋涡流量计；气体缓冲罐的出口通过管线与第二阀前调节型自力式压力调节阀相 连；第一阀前调节型自力式压力调节阀出口和第二阀前调节型自力式压力调节阀出口通过 管线汇合经过换热器后形成干气出口。
[0009] 相对于现有技术，本发明具有如下的有益效果：气体超声速旋流分离实验系统为 超声速旋流分离装置提供了一套稳定可靠的实验测试系统，为分离器结构优化设计、分离 性能评价提供了一套完善的实验分析平台；该系统是一种密闭的分离实验系统，可以实现 对超声速旋流分离装置性能进行连续测试，保障装置的稳定运行，提高工作效率；采用两个 缓冲罐设计，有利于保证系统的压力稳定；超声速旋流分离器入口、干气出口和液体出口安 装有自力式压力调节阀，有利于保证装置压力稳定，实现多工况条件下分离器性能的实验 研究；采用二次分离罐设计不仅可以有效地减少液体出口的滑脱气，还可以保证分离器液 体出口压力的稳定。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图1是气体超声速旋流分离实验系结构示意图。
[0011] 图中：1、压缩机，2、缓冲罐，3、换热器，4、加湿器，5、调节阀，6、加湿罐，7、电动调节 阀，8、阀后调节型自力式压力调节阀，9、第一气体旋涡流量计，10、第一温湿度传感器，11、 第一压力传感器，12、超声速旋流分离器，13、二次分离罐，14、气体缓冲罐，15、球阀，16、第 一阀前调节型自力式压力调节阀，17、第二阀前调节型自力式压力调节阀，18、液体出口， 19、气体入口，20、干气出口，902、第二气体旋涡流量计，102、第二温湿度传感器，112、第二 压力传感器，113、第三压力传感器，601、加湿罐湿气入口，602、加湿罐干气入口，603、加湿 罐湿气出口，121、超声速旋流分离器入口，122、超声速旋流分离器液体出口，123、超声速旋 流分离器干气出口，131、滑脱气出口，132、滑脱液体出口。
【具体实施方式】
[0012] 如图1所示，气体超声速旋流分离实验系统，包括：压缩机1、缓冲罐2、加湿器4、 加湿罐6、超声速旋流分离器12、二次分离罐13、气体缓冲罐14 ;
[0013] 压缩机1为螺杆压缩机，工作压力为0. 4?2MPa，排气量为0?1200m3/h，空气从 气体入口 19进入压缩机1 ;压缩机1为实验系统提供一定压力、流量的带压气体；
[0014] 压缩机1的出口与缓冲罐2的入口相连，缓冲罐2的出口连接换热器3的入口；换 热器3的出口连接加湿罐6的干气入口 602 ;
[0015] 压缩机1、缓冲罐2和换热器3通过管道连接，形成通路，压缩机1和缓冲罐2共同 确保管线压力的稳定；
[0016] 加湿器4为高压微雾加湿器，工作压力为2?12MPa，加湿量为0?100m3/h，加湿 器4对空气进行加湿，为实验系统提供饱和的湿空气，加湿器4通过管线与加湿罐6的湿气 入口 601相连，加湿器4与加湿罐6相连的管线上安装有调节阀5,调节阀5用于调节不同 操作条件下所需要的加湿量；
[0017] 加湿罐6为顶端、底端均采用半球壳体封闭的不锈钢圆柱型壳体，加湿罐6上设 有加湿罐湿气入口 601、加湿罐干气入口 602和加湿罐湿气出口 603,加湿罐6的直径为 1000mm?3500mm,壁厚为4mm?20mm,高度为2000mm?4200mm ;加湿罐6形成密闭的加湿 系统，对一定压力气体进行连续加湿，保障管线的连续稳定运行；
[0018] 超声速旋流分离器12采用不锈钢壳体，超声速旋流分离器12设有超声速旋流分 离器入口 121、超声速旋流分离器液体出口 122和超声速旋流分离器干气出口 123 ;工作压 力为0· 4?2MPa，流量为300?600m3/h，超声速旋流分离器12的入口直径为40mm?80mm， 干气出口直径为40mm?80mm，液体出口直径为40mm?80mm ;
[0019] 加湿罐6的湿气出口 603通过不锈钢管线与超声速旋流分离器入口 121相连，由 加湿罐6至超声速旋流分离器12方向不锈钢管线上依次安装电动调节阀7、阀后调节型自 力式压力调节阀8、第一气体旋涡流量计9、第一温湿度传感器10、第一压力传感器11 ;电动 调节阀7用于调节湿气流量；阀后调节型自力式压力调节阀8可以使阀后管线压力保持为 某一固定值，不受阀前压力波动的影响，实现超声速旋流分离器入口 121压力的稳定；第一 气体旋涡流量计9用于测量超声速旋流分离器入口 121的湿气流量，第一温湿度传感器10 用于测量超声速旋流分离器入口 121的湿气温度和湿度，第一压力传感器11用于测量超声 速旋流分离器入口 121的湿气压力；
[0020] 超声速旋流分离器液体出口 122通过不锈钢管线与二次分离罐13的入口相连，不 锈钢管线上安装有第二压力传感器112,第二压力传感器112用于测量超声速旋流分离器 12液体出口的滑脱气压力；
[0021] 二次分离罐13用于分离超声速旋流分离器液体出口 122的滑脱气和滑脱液体，二 次分离罐13设有入口、滑脱气出口 131和滑脱液体出口 132 ;滑脱液体出口 132设有不锈 钢管线，不锈钢管线上设有球阀15,形成液体出口通路；
[0022] 滑脱气出口 131出口通过不锈钢管线与第一阀前调节型自力式压力调节阀16相 连，第一阀前调节型自力式压力调节阀16可以使阀前管线压力保持为某一固定值，不受阀 后压力波动的影响，实现超声速旋流分离器液体出口 122压力的稳定；
[0023] 超声速旋流分离器干气出口 123通过不锈钢管线与气体缓冲罐14相连，由超声速 旋流分离器干气出口 123至气体缓冲罐14方向不锈钢管线上依次安装有第三压力传感器 113、第二温湿度传感器102、第二气体旋涡流量计902 ;第三压力传感器113用于测量超声 速旋流分离器干气出口 123的干气压力，第二温湿度传感器102用于测量超声速旋流分离 器干气出口 123的干气温度和湿度，第二气体旋涡流量计902用于测量超声速旋流分离器 干气出口 123的干气流量；
[0024] 气体缓冲罐14的出口通过不锈钢管线与第二阀前调节型自力式压力调节阀17相 连，第二阀前调节型自力式压力调节阀17可以使阀前管线压力保持为某一固定值，不受阀 后压力波动的影响，第二阀前调节型自力式压力调节阀17和气体缓冲罐14共同实现超声 速旋流分离器干气出口 123压力的稳定；
[0025] 第一阀前调节型自力式压力调节阀16出口和第二阀前调节型自力式压力调节阀 17出口通过不锈钢管线汇合经过换热器3后形成干气出口 20,作为干气出口通路。
[0026] 本发明的具体工作流程为：空气从气体入口 19进入压缩机1进行加压，经过加压 后的压缩空气经缓冲罐2稳定和换热器3换热后与高压微雾加湿器4出来的水雾一起进入 加湿罐6,经过加湿的饱和湿空气进入实验管道，湿空气经旋涡流量计9计量后进入超声速 旋流分离器12进行实验，从超声速旋流分离器12出来的干气经旋涡流量计计量后从干气 出口 123进入气体缓冲罐14,从超声速分离器出来的液体（包含部分滑脱气）从液体出口 122进入二次分离罐13,从二次分离罐13出来的干气与从气体缓冲罐14出来的干气混合 后经换热器3换热后从干气出口 20流出，从二次分离罐13出来的液体从液体出口 18流出。
【权利要求】
1. 一种气体超声速旋流分离实验系统，包括：压缩机、缓冲罐、加湿器、加湿罐、超声速 旋流分离器、二次分离罐、气体缓冲罐；其特征在于：压缩机的出口与缓冲罐的入口相连， 缓冲罐的出口连接换热器的入口；换热器的出口连接加湿罐的干气入口；加湿器通过管线 与加湿罐的湿气入口相连，加湿器与加湿罐相连的管线上安装有调节阀；加湿罐上设有加 湿罐湿气入口、加湿罐干气入口和加湿罐湿气出口；超声速旋流分离器设有超声速旋流分 离器入口、超声速旋流分离器液体出口和超声速旋流分离器干气出口；加湿罐的湿气出口 通过不锈钢管线与超声速旋流分离器入口相连，由加湿罐至超声速旋流分离器方向不锈钢 管线上依次安装电动调节阀、阀后调节型自力式压力调节阀、第一气体旋涡流量计、第一温 湿度传感器、第一压力传感器；超声速旋流分离器液体出口通过管线与二次分离罐的入口 相连，管线上安装有第二压力传感器；二次分离罐设有入口、滑脱气出口和滑脱液体出口； 滑脱液体出口设有不锈钢管线，不锈钢管线上设有球阀；滑脱气出口通过管线与第一阀前 调节型自力式压力调节阀相连；超声速旋流分离器干气出口通过管线与气体缓冲罐相连， 由超声速旋流分离器干气出口至气体缓冲罐方向管线上依次安装有第三压力传感器、第二 温湿度传感器、第二气体旋涡流量计；气体缓冲罐的出口通过管线与第二阀前调节型自力 式压力调节阀相连；第一阀前调节型自力式压力调节阀出口和第二阀前调节型自力式压力 调节阀出口通过管线汇合经过换热器后形成干气出口。
2. 根据权利要求1所述的气体超声速旋流分离实验系统，其特征在于：压缩机为螺杆 压缩机，工作压力为〇. 4?2MPa，排气量为0?1200m3/h，空气从气体入口进入压缩机。
3. 根据权利要求1-2所述的气体超声速旋流分离实验系统，其特征在于：加湿器为高 压微雾加湿器，工作压力为2?12MPa，加湿量为0?100m 3/h。
4. 根据权利要求1-3所述的气体超声速旋流分离实验系统，其特征在于：加湿罐为顶 端、底端均采用半球壳体封闭的不锈钢圆柱型壳体，加湿罐直径为1000mm?3500mm，壁厚 为 4mm ?20mm，高度为 2000mm ?4200mm。
5. 根据权利要求1-4所述的气体超声速旋流分离实验系统，其特征在于：超声速旋流 分离器采用不锈钢壳体，工作压力为〇. 4?2MPa，流量为300?600m3/h，超声速旋流分离器 的入口直径为40mm?80mm，干气出口直径为40mm?80mm，液体出口直径为40mm?80mm。
6. 根据权利要求1-5所述的气体超声速旋流分离实验系统，其特征在于：超声速旋流 分离器液体出口与二次分离罐的入口相连的管线为不锈钢管线。
7. 根据权利要求1-6所述的气体超声速旋流分离实验系统，其特征在于：滑脱气出口 与第一阀前调节型自力式压力调节阀相连的管线为不锈钢管线。
8. 根据权利要求1-7所述的气体超声速旋流分离实验系统，其特征在于：超声速旋流 分离器干气出口与气体缓冲罐相连的管线为不锈钢管线。
9. 根据权利要求1-8所述的气体超声速旋流分离实验系统，其特征在于：气体缓冲罐 的出口与第二阀前调节型自力式压力调节阀相连的管线为不锈钢管线。
10. 根据权利要求1-9所述的气体超声速旋流分离实验系统，其特征在于：第一阀前调 节型自力式压力调节阀出口和第二阀前调节型自力式压力调节阀出口通过不锈钢管线汇 合经过换热器后形成干气出口。
【文档编号】B01D45/16GK104056497SQ201410284916
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月23日 优先权日:2014年6月23日
【发明者】文闯, 杨燕, 王树立 申请人:常州大学