一种用于评估超声速旋流分离器性能的实验装置的制作方法

本发明属于分离技术领域，具体涉及一种用于评估超声速旋流分离器性能的实验装置。

背景技术：

从天然气田中开采出的天然气中含有大量水蒸气、co2等杂质，必须对其进行净化分离处理。因为水蒸气、co2等杂质的存在会降低天然气的热值、降低管道运输能力，同时存在堵塞天然气运输管道和腐蚀设备等风险。因此，除去水蒸气、co2等杂质是天然气净化环节中的关键。

目前一种新型的用于除去水蒸气、co2等杂质的天然气净化分离装置逐渐得到应用，它就是超声速旋流分离器。超声速旋流分离器主要由拉伐尔喷管、超声速整流管、旋流器、扩压器等构件组成，进入的气体通过拉法尔喷管会产生低温低压环境，从而使得天然气内可凝组分凝结，并通过旋流器产生巨大的离心力而将凝结的液滴分离出来。其具有结构紧凑轻巧、无运动部件、支持无人值守等优点，更适合海上、沙漠和偏远地区的油气田等无人作业。此外，其密闭无泄漏、无需化学试剂的优点使其在天然气净化分离工艺中具有安全可靠、低碳环保的竞争优势。

在研究超声速旋流分离器分离的过程中，需要对水蒸气、co2等各种杂质的分离性能进行评价，以作为分离器结构优化的依据，而分离性能的评价都需要不断地对超声速旋流分离器进行实验研究。目前，大部分的超声速旋流分离系统都是用来评估其对水蒸气的分离效果的，例如中国专利cn104056497a。因此亟需研发一种针对co2分离性能评估的超声速旋流分离实验系统。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种用于评估超声速旋流分离器性能的实验装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于评估超声速旋流分离器性能的实验装置，包括压缩机、引射器、混合器、储气罐、超声速旋流分离器、气瓶组；

所述压缩机的出口与引射器的高速流入口相连，所述气瓶组的出口与引射器的低速流入口相连；所述引射器的出口与混合器的入口相连，所述混合器的出口与储气罐的入口相连，所述储气罐的出口与超声速旋流分离器的入口相连，所述超声速旋流分离器的气相出口与气相管线相连，所述超声速旋流分离器的液相出口与液相管线相连；

所述超声速旋流分离器的入口管线上沿介质流动方向依次设置有第一压力传感器、第一温度传感器、第一气体旋涡流量计以及用来测量超声速旋流分离器入口气体中co2含量的第一手持式泵吸co2检测仪；

所述气相管线上沿介质流动方向依次设置有用来测量超声速旋流分离器气相出口气体中co2含量的第二手持式泵吸co2检测仪、第二气体旋涡流量计、第二压力传感器、第二温度传感器；

所述液相管线上沿介质流动方向依次设置第三压力传感器和第三温度传感器；

所述第一压力传感器、第一温度传感器、第一手持式泵吸co2检测仪、第一气体旋涡流量计、第二手持式泵吸co2检测仪、第二气体旋涡流量计、第二压力传感器、第二温度传感器、第三压力传感器、第三温度传感器均与数据采集系统相连。

优选的，所述压缩机的出口设置有第一球阀。

优选的，所述引射器的入口还与辅助压缩机相连，所述辅助压缩机的出口设置有第二球阀。

优选的，所述引射器的高速流入口管线上设置有第一过滤器。

优选的，所述引射器的出口管线上设置有安全阀。

优选的，所述气瓶组与引射器之间的管线上设置有第一手动调节阀。

优选的，所述储气罐的出口管线上沿介质流动方向依次设置有第二过滤器、第三过滤器；所述第三过滤器与第一压力传感器之间的管路上设置有自力式压力调节阀，所述自力式压力调节阀的两端并联有第二手动调节阀。

优选的，所述气相管线的端部和液相管线的端部均设置有消音器。

优选的，所述气相管线上第二温度传感器后端设置有第三手动调节阀；所述液相管线上第三温度传感器后端设置有第四手动调节阀。

本发明的有益效果是：

本发明用于评估超声速旋流分离器性能的实验装置提供了一套稳定可靠的测试系统，气瓶组的设置能够为压缩空气中增加co2，以模拟天然气中co2气体的存在，从而能够测试超声速旋流分离器对天然气中co2气体的分离脱除效果；根据超声速旋流分离器入口第一气体旋涡流量计检测的入口流量、第一温度传感器检测的入口温度、第一压力传感器检测的入口压力以及超声速旋流分离器气相出口第二气体旋涡流量计检测的气相出口流量、第二温度传感器检测的气相出口温度、第二压力传感器检测的气相出口压力以及超声速旋流分离器液相出口第三温度传感器检测的液相出口温度、第三压力传感器检测的液相出口压力，从而达到对整个实验系统工况的监测；通过手持式泵吸co2检测仪对超声速旋流分离器入口、气相出口中的介质中co2含量进行检测，以co2含量的变化作为超声速旋流分离器对co2分离性能评估的依据。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明用于评估超声速旋流分离器性能的实验装置的流程示意图；

图2是本发明用于评估超声速旋流分离器性能的实验装置的结构示意图；

其中：

1-压缩机，101-第一球阀，2-引射器，201-第一过滤器，202-安全阀，3-混合器，4-储气罐，401-第二过滤器，402-第三过滤器，403-自力式压力调节阀，404-第二手动调节阀；

5-超声速旋流分离器，501-第一压力传感器，502-第一温度传感器，503-第一手持式泵吸co2检测仪，5031-第一气体旋涡流量计，504-第二压力传感器，505-第二温度传感器，506-第二手持式泵吸co2检测仪，5061-第二气体旋涡流量计，507-第三压力传感器，508-第三温度传感器，509-第三手动调节阀，510-第四手动调节阀；

6-气瓶组，601-第一手动调节阀，7-气相管线，8-液相管线，9-辅助压缩机，901-第二球阀，10-消音器，11-数据采集系统。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“底”、“顶”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1-2所示，一种用于评估超声速旋流分离器性能的实验装置，包括压缩机1、引射器2、混合器3、储气罐4、超声速旋流分离器5、气瓶组6；本装置中压缩机1具有较大功率，可将气体压缩至4mpa，从而扩宽了超声速旋流分离器5的工况；本装置中的气瓶组6，其目的是为压缩空气中增加co2，以模拟天然气中杂质气体co2的存在，从而能够测试超声速旋流分离器对co2的分离脱除效果；在本装置中设有混合器3，其目的是更加充分的混合压缩空气与气瓶组6内来气；本装置设有储气罐4，其目的是为下游设备提供稳定气流，从而提高了压力、温度和流量的测量精度；

所述压缩机1的出口与引射器2的高速流入口相连，所述气瓶组6的出口与引射器2的低速流入口相连；所述引射器2的出口与混合器3的入口相连，所述混合器3的出口与储气罐4的入口相连，所述储气罐4的出口与超声速旋流分离器5的入口相连，所述超声速旋流分离器5的气相出口与气相管线7相连，所述超声速旋流分离器5的液相出口与液相管线8相连；

所述超音速旋流分离器5的入口管线上沿介质流动方向依次设置有第一压力传感器501、第一温度传感器502、第一气体旋涡流量计5031以及用来测量超声速旋流分离器5入口气体中co2含量的第一手持式泵吸co2检测仪503；

所述气相管线上沿介质流动方向依次设置有用来测量超声速旋流分离器5气相出口气体中co2含量的第二手持式泵吸co2检测仪506、第二气体旋涡流量计5061、第二压力传感器504、第二温度传感器505；

所述液相管线上沿介质流动方向依次设置第三压力传感器507和第三温度传感器508；

所述第一压力传感器501、第一温度传感器502、第一手持式泵吸co2检测仪503、第一气体旋涡流量计5031、第二手持式泵吸co2检测仪506、第二气体旋涡流量计5061、第二压力传感器504、第二温度传感器505、第三压力传感器507、第三温度传感器508均与数据采集系统11相连；

其中数据采集系统11为基于labview软件的数据采集系统，通过数据线将超声速旋流分离器5入口与气相出口的压力传感器、温度传感器、气体旋涡流量计以及液相出口的温度传感器、压力传感器所测得数据传输至labview软件中，实现对整个实验系统压力、温度和流量的监控，以达到超声速旋流分离器5的最佳工况。

优选的，所述压缩机1的出口设置有第一球阀101，用于控制管道内气体流量。

优选的，所述引射器2的入口还与辅助压缩机9相连，所述辅助压缩机9的出口设置有第二球阀901；其中压缩机1和辅助压缩机9一方面能够互为备用，另一方面还可以同时使用，以增加气体流量，从而拓宽超声速旋流分离器5实验工况的范围。

优选的，所述引射器2的高速流入口管线上设置有第一过滤器201，在引射器2之前安装第一过滤器201，能够过滤气体内的固体杂质，从而避免引射器2及其后面的装置受损。

优选的，所述引射器2的出口管线上设置有安全阀202，当管道内压力过高时，该安全阀202会因管内高压而打开释放管内压力，保证了整个实验装置安全运行。

优选的，所述气瓶组6与引射器2之间的管线上设置有第一手动调节阀601。

优选的，所述储气罐4的出口管线上沿介质流动方向依次设置有第二过滤器401、第三过滤器402；所述第三过滤器402与第一压力传感器501之间的管路上设置有自力式压力调节阀403，以确保自力式压力调节阀403后管道压力维持在一定范围内波动，使超声速旋流分离器5入口处压力稳定，超声速旋流分离器5达到最佳工况；所述自力式压力调节阀403的两端并联有第二手动调节阀404，当自力式压力调节阀403出现故障时，可用第二手动调节阀404实现第二手动调节阀404后管道压力维持在一定范围内波动，使超声速旋流分离器5入口处压力稳定，超声速旋流分离器5达到最佳工况。

优选的，所述气相管线7的端部和液相管线8的端部均设置有消音器10，其目的在于减小气体因超高速流动所产生的噪音。

优选的，所述气相管线7上第二温度传感器505后端设置有第三手动调节阀509；所述液相管线8上第三温度传感器508后端设置有第四手动调节阀510。

一种用于评估超声速旋流分离器性能的实验装置，其具体实施方式如下：

使用本实验装置时，空气经由压缩机1压缩升压后经过第一球阀101进入第一过滤器201，过滤掉气体中所含有对设备有害的固体杂质，之后气体进入引射器2，同时因引射器2内压差导致气瓶组6内气体经由第一手动调节阀601进入引射器2与压缩空气进行初步混合；

初步混合气进入混合器3进行充分混合，充分混合后的气体进入到储气罐7进行缓冲为下游设备提供稳定流动；之后气体再次经第二过滤器401、第三过滤器402进行过滤，过滤后进入到超声速旋流分离器5内进行膨胀冷凝分离；分离出的液相(冷凝的co2液滴)以及少量的滑脱气体从排液口排出超声速旋流分离器5，后经液相管线8、消音器10排出本实验装置；分离出的纯净气体经排气口排出超声速旋流分离器5，最后经气相管线7、消音器10排出本实验装置。

通过在超声速旋流分离器5入口管线、出口气相管线7上安装压力传感器、温度传感器、气体旋涡流量计以及手持式泵吸co2检测仪，对超声速旋流分离器5入口、气相出口介质的压力、温度、流量以及气体所含co2含量进行检测；通过在超声速旋流分离器5出口液相管线8上安装压力传感器、温度传感器，对超声速旋流分离器5液相出口介质的压力、温度进行检测。

同时，根据超声速旋流分离器5入口第一气体旋涡流量计5031检测的入口流量、第一温度传感器502检测的入口温度、第一压力传感器501检测的入口压力以及超声速旋流分离器5气相出口第二气体旋涡流量计5061检测的气相出口流量、第二温度传感器505检测的气相出口温度、第二压力传感器504检测的气相出口压力以及超声速旋流分离器5液相出口第三温度传感器508检测的液相出口温度、第三压力传感器507检测的液相出口压力，从而达到对整个实验系统工况的监测。

根据第一手持式泵吸co2检测仪503检测的入口气体所含co2含量、第二手持式泵吸co2检测仪506检测的气相出口气体所含co2含量，以co2含量的变化作为超声速旋流分离器5对co2分离性能评估的依据。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。