一种内置多管式超音速凝结-旋流-聚结过滤器的制作方法

本发明涉及气液两相流分离、天然气净化处理装置，特别涉及一种用于天然气气液分离的专用设备。

背景技术：

1、在天然气开采与集输工艺过程中经常出现游离液滴及蒸汽态的水、润滑油或其他烃类物质，随着输送距离的增加，游离液滴会不断沉积，温度与压力的状态变化也会使蒸汽态的水、润滑油或其他烃类物质发生相变而凝析成雾滴并最终团聚成大液滴而沉积下来。随着输气量的增加，沉积在管道中的液相日积月累越来越多，很容易形成断塞流，使管道输送截面积、有效输送能力降低，还会造成管道的腐蚀破坏。因此，天然气在长距离输送之前应经过有效气液分离，有效脱除其中游离态的液滴及容易相变凝析的各种蒸汽态组分。

2、现阶段，传统的气液分离设备通常由多台分离设备组合而成，这些设备对气液比以及流量的变化比较敏感，具有很大的重量，而且会占用很大的面积。常见的天然气气液分离设备大多为单级旋流式或旋流与过滤组合式。其中单级旋流式气液分离器对高含液天然气分离效果较差，而旋流与过滤组合式气液分离器虽然分离效果好，但是存在压降大、占地空间大等缺点。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种分离精度高、适应性强且结构紧凑的内置多管式超音速凝结-旋流-聚结过滤器。

2、为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：

3、本发明的一种内置多管式超音速凝结-旋流-聚结过滤器，包括外壳，在所述的外壳内从下至上依次设置有旋流预分离模块、超音速喷管蒸汽凝结模块、多级导叶式雾滴旋流分离模块与聚结滤芯过滤模块，在所述的外壳内从下至上依次固定有下隔板、上隔板、第一支撑板、第二支撑板、第三支撑板以及第四支撑板，所述的上隔板、下隔板、第一支撑板、第二支撑板、第三支撑板以及第四支撑板的外壁与外壳的内壁形状吻合且沿圆周方向固定相连；

4、所述的旋流预分离模块包括一端和开在外壳底部的下排液口连通的排液通道，所述的上隔板和下隔板之间的外壳内的腔体构成积液腔，在与所述的积液腔下部对应的外壳上开有积液排出口，在与积液腔对应处的外壳上设置的液位计，在所述的积液腔内安装有多支沿竖直方向设置的旋流管，每一支旋流管包括上部固定在上隔板上的旋流管筒体，所述的旋流管筒体的顶部进口与上隔板上对应设置的开口连通，所述的旋流管筒体的底部出口位于下隔板上方；在所述的旋流管筒体内上部安装有旋流管导向器，所述的上隔板和第一支撑板之间的外壳内的腔体构成进气腔，沿竖直方向设置的下升气管的底部固定在所述的上隔板中间且与开在上隔板中间的下升气孔连通，所述的下升气管的顶部固定在第一支撑板的中间且与开在第一支撑板中间的上升气孔连通，在与进气腔下部对应的外壳上开有进气入口，分离器入口通道与进气入口连通；

5、所述的第一支撑板与第二支撑板之间的外壳内的腔体构成喷管入口腔，所述的超音速喷管蒸汽凝结模块包括多个沿竖直方向设置的喷管，在所述的第二支撑板上开有与多个喷管一一对应设置的安装孔，所述的安装孔环套固定在喷管的中间部位，所述的多个喷管为拉瓦尔喷管形状，单个超音速喷管段从下至上依次由渐缩段、喉部、渐扩段和直线段构成；

6、所述的多级导叶式雾滴旋流分离模块包括顶部穿过开在第三支撑板顶部中间的连接孔设置的上升气管，所述的上升气管沿竖直方向设置且固定在第三支撑板上，一个环锥台形状的分离锥的开口小端的顶壁与上升气管的底部进口底壁固定相连，集液腔的顶壁与分离锥的底部开口大端的底壁固定相连，中间排液管穿过外壳且与进口开在集液腔底壁上的液体出口连通，所述的集液腔位于多个喷管上方；

7、沿竖直方向设置的多支导叶式旋流管沿上升气管外圆周方向均布，每支导叶式旋流管包括旋流管筒体，在所述的旋流管筒体内顶部入口、下部出口处分别安装有第一级导向器、第二级导向器，所述的旋流管筒体底部固定在分离锥上并与分离锥相通，旋流管筒体的外壁通过支撑杆固定在上升气管外壁上；

8、所述的旋流管导向器、第一级导向器和第二级导向器均包括中间柱体，在所述的中间柱体的中间处的侧壁上沿圆周方向均匀连接有多个导向叶片，所述的多个导向叶片的上部为竖直板且下部为弧形板；

9、在所述的第三支撑板和第四支撑板之间的外壳内的腔体构成顶部排液腔，所述的聚结滤芯过滤模块包括多个下部与开在第四支撑板上的安装孔固定相连的聚结滤芯，所述的聚结滤芯沿竖直方向设置，在与所述的聚结滤芯上部出口对应位置处的外壳上开有顶部排气口，所述的第四支撑板至安装在外壳顶部的分离器的端盖之间的外壳内的腔体部分为排气腔；在与顶部排液腔下部对应的外壳上开有上排液口，在与排气腔对应的外壳上开有顶部排气口。

10、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

11、(1)分离精度高，对天然气处理量的适应范围宽，尤其是对高含液的入口条件，通过预处理模块，能够保证最后的聚结滤芯始终处于最佳的操作条件，实现整台设备的长周期运行；

12、(2)在一台设备内连续实现旋流分离、相变凝结与聚结过滤多个功能，对所处理的天然气含有的液相和气相组分组成分布适应性强；

13、(3)结构紧凑，四个模块沿高度方向合理布置在一台分离器内部空间，占地面积小，适合于海上油气生产平台应用。

技术特征：

1.一种内置多管式超音速凝结-旋流-聚结过滤器，包括外壳，其特征在于：在所述的外壳内从下至上依次设置有旋流预分离模块、超音速喷管蒸汽凝结模块、多级导叶式雾滴旋流分离模块与聚结滤芯过滤模块，在所述的外壳内从下至上依次固定有下隔板、上隔板、第一支撑板、第二支撑板、第三支撑板以及第四支撑板，所述的上隔板、下隔板、第一支撑板、第二支撑板、第三支撑板以及第四支撑板的外壁与外壳的内壁形状吻合且沿圆周方向固定相连；

2.根据权利要求1所述的内置多管式超音速凝结-旋流-聚结过滤器，其特征在于：所述渐缩段的边界线方程为：

3.根据权利要求1或者2所述的内置多管式超音速凝结-旋流-聚结过滤器，其特征在于：多个喷管沿同一圆周方向均布。

4.根据权利要求3所述的内置多管式超音速凝结-旋流-聚结过滤器，其特征在于：所述的集液腔为半球形。

5.根据权利要求4所述的内置多管式超音速凝结-旋流-聚结过滤器，其特征在于：所述的旋流管导向器包括6个导向叶片，每个导向叶片的弧形板的出口角为42°，第一级导向器和第二级导向器均包括8个导向叶片，其中第一级导向器的导向叶片的弧形板的出口角为42°，第二级导向器的导向叶片的弧形板的出口角为55°，第一级导向器的底部和第二级导向器顶部之间的距离d为旋流管总长l的1/2。

6.根据权利要求5所述的内置多管式超音速凝结-旋流-聚结过滤器，其特征在于：所述的中间柱体的顶部和底部为子弹头形。

技术总结
本发明公开了一种内置多管式超音速凝结‑旋流‑聚结过滤器，包括外壳，在所述的外壳内从下至上依次设置有旋流预分离模块、超音速喷管蒸汽凝结模块、多级导叶式雾滴旋流分离模块与聚结滤芯过滤模块；本过滤器不仅可以分离天然气中携带的游离态液滴，还可以通过相变凝结的方式将天然气中所含润滑油蒸汽、烃类及水蒸汽进行深度脱除，采用多管并联方式，具有操作弹性大，分离效率高的特点。

技术研发人员：谢云霞,王英,李成志,贺海龙,王冠,庞日敏,苟志勇,刘维康,王海潮,赖彦,蒲海燕
受保护的技术使用者：中海油能源发展股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11