一种天然气分液罐及通液阻气环 |
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| 申请号 | CN202211185022.0 | 申请日 | 2022-09-27 | 公开(公告)号 | CN117778072A | 公开(公告)日 | 2024-03-29 |
| 申请人 | 中国石油化工股份有限公司; 中国石油化工股份有限公司中原油田普光分公司; | 发明人 | 于艳秋; 李永生; 张苏猛; 魏荆辉; 孔祥丹; 杨馥宁; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 天然气 分液罐及通液阻气环，本发明的用于天然气分液罐的通液阻气环，包括呈环形的带孔阻气环体，带孔阻气环体用于封堵天然气分液罐的壳体内壁与安装聚结 滤芯 的承载台之间的环形间隙，带孔阻气环体上设有上下延伸的用于液体向下流过的通孔，通孔沿圆周分布。本发明提供的通液阻气环，能够被加装在天然气分液罐中，从而阻挡在承重台和分液罐壳体之间的环形间隙上，当气流到达稳态阶段后，通液阻气环能够限制环状 涡流 的形成，起到了稳定罐体内流场的作用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于天然气分液罐的通液阻气环，其特征在于，包括呈环形的带孔阻气环体(402)，带孔阻气环体(402)用于封堵天然气分液罐的壳体(1)内壁与安装聚结滤芯(3)的承载台(5)之间的环形间隙，带孔阻气环体(402)上设有上下延伸的用于液体向下流过的通孔(405)，通孔(405)沿圆周分布。 |
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| 说明书全文 | 一种天然气分液罐及通液阻气环技术领域[0001] 本发明涉及天然气的气液分离技术领域，具体涉及一种天然气分液罐及天然气罐用通液阻气环。 背景技术[0002] 石油化工生产企业在日常生产过程中需进行各种工艺过程,以普光气田天然气净化厂高含硫天然气为例，需要经过脱硫脱水处理。湿法脱硫主要是醇胺法，主要原理是酸性气体硫化氢、二氧化碳溶于水成酸性，醇胺的溶液显碱性，两者发生可逆的酸碱中和反应，反应的方向主要是由温度和压力控制，其中最常用的脱硫剂有MDEA，MEA，DEA，处理量较大时，国际上采用较多的是MDEA，国内的化工厂采用脱硫、脱碳工艺也基本都采用此法。吸收塔的工作环境是高压低温，因为当温度在40℃左右，压力在4MPa左右，化学反应正向走，有利于醇胺和酸性气体的反应，一般把吸收了酸性气的胺液称为富胺，没有吸收酸性气体的胺液叫做贫胺。富胺从吸收塔塔底出来，经过闪蒸罐减压，贫富胺换热器换热，进入解析塔，解析塔的工作环境是高温低压，一般工作压力60kpa，温度在120℃左右，富胺进入解析塔，在高温低压的环境下，酸性气体从塔顶解析出来，经过冷却器冷却放空或者专门处理。醇胺能循环利用，周而复始，源源不断的脱除天然气中的硫化氢和二氧化碳。因为醇胺法脱除酸性气体，会使天然气的水含量有所增加，一般脱酸性气体之后，就进行脱水。目前主要采用甘醇法脱水，当完成以上工艺后，天然气中的甘醇含量会有所增加，影响到天然气的品质，分液罐的作用即是用来去除天然气中的醇类和MDEA，因此分液罐成为了天然气净化系统中必不可少的设备。 [0003] 图1为现有天然气分液罐结构示意图。在壳体1内设有承载台4，承载台4上安装有聚结滤芯3，含有液体的气体由天然气分液罐进气管路5进入分离设备，而后气体在压差的作用下由滤芯3内侧表面通过滤材的孔隙进入滤芯，气体内液体颗粒被截留在滤芯3内表面，在聚结作用下以液体形式由滤芯3外侧流出，净化后的气体经排气管路7排出分液罐，聚结形成的液体可通过排污阀6排出。 [0004] 现有技术中，立式分液罐在进行气液分离时的主要分离元件为聚结滤芯，聚结滤芯可以将气体中混合的小液滴聚并成大液滴排出滤芯，从而达到净化气体的作用。分液罐分为上下腔体，且上下腔体联通，此设计可以将聚结滤芯聚结过滤的液体导入腔体下部并进行储存而后定期排液即可，但此时由于上下腔体连通会导致排液过程中进入下腔体的液体在净化后的天然气的涡流的作用下重新进入管道下游，导致部分回收的液体在回收过程中被上升的气体二次夹带进入下游管道，因此分离效果不尽如人意。 [0005] 分析认为，分液罐上下腔体连通的目的是为了使经滤芯聚结过后的液体可以流入下腔体，因此承载台4和壳体1之间的环形间隙的空间给液体流通提供了通道；但是由于环形间隙的存在也造成了二次绕流，导致了被捕集的液体在通过环形空隙时在气流的作用逃逸进入下游管道，造成过滤效率的下降，因此原有的设计存在缺陷。 [0006] 图2a～图2d、图3a～图3d为对现有的分液罐模拟得到的结果，从左到右分别为现有天然气分液罐在15s、30s、45s和60s四个时间点，YOZ、XOY截面的速度云图。从两个截面的速度云图可以看出，存在少量天然气从混合腔和罐体之间的间隙流入罐体下半部分，形成速度涡旋，相比于进口气速0.2m/s，漩涡的流速在0.05m/s左右，而漩涡的形成会导致部分回收的液体在回收过程中被上升的气体二次夹带进入下游管道。 [0007] 综上所述：现有技术的天然气分液罐中的上下腔体是通过“环形间隙”连通的，所以下腔体存在气体流动，而在下腔体流动的气体会在液滴进入下腔体的过程中重新将其混合在气流中一起上升，并从环形间隙进入上腔体，继而从天然气分液罐的出气口进入管道下游，由此可见，由于存在前述的“环形间隙”，经滤芯过滤后排出的液体仅在重力的作用下仍无法克服涡流扰动而产生二次夹带，这是造成天然气分液罐工作效率下降的主要原因。 发明内容[0008] 本发明的目的是提供一种用于天然气分液罐的通液阻气环，以解决经天然气分液罐的滤芯过滤后排出的液体被气体带入管道下游的问题。本发明的目的还在于提供一种使用前述通液阻气环的天然气分液罐。 [0009] 本发明的一种用于天然气分液罐的通液阻气环，包括呈环形的带孔阻气环体，带孔阻气环体用于封堵天然气分液罐的壳体内壁与安装聚结滤芯的承载台之间的环形间隙，带孔阻气环体上设有上下延伸的用于液体向下流过的通孔，通孔沿圆周分布。 [0010] 本发明提供的通液阻气环，能够被加装在天然气分液罐中，从而阻挡在承重台和分液罐壳体之间的环形间隙上，当气流到达稳态阶段后，通液阻气环能够限制环状涡流的形成，起到了稳定罐体内流场的作用。 [0011] 进一步的，所述通孔为上大下小的锥形孔。通液阻气环上的通孔的设计呈上宽下窄型设计能够加快液体流动，防止堆积的液体堵塞通孔。 [0012] 进一步的，所述通孔的孔壁设有上下分布的拒油材料层、亲液材料层。这样能够更利于液体流动而防止堆积的液体堵塞通孔。 [0013] 进一步的，所述通液阻气环的表面设有用于加快液体流动的疏油疏水膜结构。这样可以加快液体的流动，避免因为流通面积的减小造成液体在上腔体堆积。 [0014] 进一步的，所述通液阻气环被分为多段扇环形的扇环结构，各段扇环结构之间通过连接紧固件连接而能够调整径向尺寸。多段扇环结构组成的通液阻气环易于维修和拆装，既可以分部分更换维修，当出现损坏部分时无需全部更换，也可降低使用成本，经济性较高。带孔阻气环体由连接紧固件连接，可以在一定范围内调节通液阻气环的松紧度，因此对于制造精度要求不高，且连接紧固件的设计便于安装和更换，也降低了制造成本。 [0015] 进一步的，所述扇环结构包括带孔挡液扇环体，带孔挡液扇环体的外周一体设有用于与天然气分液罐的壳体内壁贴紧配合的撑紧扇环，撑紧扇环的外周面沿轴向延伸以扩大与天然气分液罐的壳体内壁贴紧配合的配合面。 [0016] 进一步的，所述带孔挡液扇环体及撑紧扇环的两端设有加固件，加固件包括连接在带孔挡液扇环体及撑紧扇环之间的立板和连接在立板与撑紧扇环之间的平板，立板沿轴向延伸，平板沿径向延伸，立板用于与连接紧固件配合。 [0017] 进一步的，所述通孔的数量n的计算公式为：n＝kπDf(c)；D为腔体直径，单位为m；k的取值范围是0～3；f(c)的计算公式如下： [0018] [0019] 进一步的，所述通孔的面积s的计算公式为： Q总为经过天然气分液罐的总3 气体流量，单位为m/h；v孔为每个通孔的流速，v孔的取值小于0.05m/s；x为进入通孔的介质的总流量与经过天然气分液罐的总气体流量的比值，x的取值范围为0.00001～0.0001％。 [0020] 本发明的一种天然气分液罐，包括壳体，所述壳体内设置承载台，所述承载台上设置聚结滤芯，壳体内壁与安装聚结滤芯的承载台之间具有环形间隙，在环形间隙中或在环形间隙之上设有如上所述的用于天然气分液罐的通液阻气环。 [0021] 本发明提供的天然气分液罐中，在承重台和分液罐壳体之间加装通液阻气环，通液阻气环阻挡承重台和分液罐壳体之间的环形间隙，当气流到达稳态阶段后，通液阻气环能够限制环状涡流的形成，起到了稳定罐体内流场的作用。附图说明 [0022] 图1为现有天然气分液罐的结构示意图； [0023] 图2a～图2d依次为现有天然气分液罐在15s、30s、45s和60s四个时间点，XOY截面的速度云图照片； [0024] 图3a～图3d依次为现有天然气分液罐在15s、30s、45s和60s四个时间点，YOZ截面的速度云图照片； [0025] 图4为本发明的天然气分液罐的实施例的结构示意图； [0026] 图5为图4中通液阻气环的结构示意图； [0027] 图6为图4中通液阻气环的立体示意图(不带连接紧固件)； [0028] 图7为图4中通液阻气环的通孔截面形状及表面材料层的示意图； [0029] 图8a～图8d依次为本发明的天然气分液罐的实施例在15s、30s、45s和60s四个时间点，XOY截面的速度云图照片； [0030] 图9a～图9d依次为本发明的天然气分液罐的实施例在15s、30s、45s和60s四个时间点，YOZ截面的速度云图照片； [0031] 图10为现有技术的天然气分液罐与本发明的天然气分液罐的实施例的下游液滴粒径分布变化图； [0032] 图中： [0033] 1、壳体；2、人孔；3、聚结滤芯；4、通液阻气环；5、承载台；6、进气口；7、排污阀；8、出气口；401、连接紧固件；402、带孔阻气环体；403、加固件；404、撑紧环；405、通孔；406、拒油材料层；407、亲液材料层。 具体实施方式[0034] 本发明的天然气分液罐的一种实施例，设置有通液阻气环，如图4‑图7所示，包括中空的壳体1，定义天然气分液罐的上下延伸的中央轴线的延伸方向为轴向，垂直于轴向的方向为径向，所述壳体1内设置承载台5，所述承载台5上设置聚结滤芯3，承载台5的外径尺寸小于壳体1的内径尺寸，承载台5的外壁和壳体1的内壁之间的环形间隙中设置通液阻气环4，所述通液阻气环4为围绕中央轴线的环状结构，包括带孔阻气环体402，带孔阻气环体402上设有沿轴向延伸的用于过流的通孔405，通液阻气环4的表面设有能加快液体流动的疏油疏水膜结构，具体的，本实施例中是通过热融合的方法将2mm厚的疏油疏水纳米纤维膜附在所述带孔阻气环体402表面，达到防止液体在通液阻气环表面堆积的目的。 [0035] 本实施例中通孔405的横截面(径向截面)形状为圆形，在其它实施例中也可以是方形或不规则多边形。通孔405为上大下小的锥形孔，其纵截面(轴向截面)形状如图8所示，孔的截面形状呈梯形，上部宽下部窄，此锥形孔的设计可以在减小气体流通面积的同时加快液体的流动，即在底部流通面积相同的情况下锥形孔可以增大孔的容积，孔内容纳更多液体，由于流通截面积的缩小，上部堆积的液体可以对孔底部的液体产生更大的压力，因此在上部液体重力的作用下底部液体流动速度加快，有效避免了液体堵塞的现象，同时孔的上半部分孔壁设有拒油材料层406，孔下半部分孔壁设有亲液材料层407，这样也可以有效防止液体堵塞，锥形孔的孔壁面与竖直方向(即轴向)夹角α的角度在30°～60°范围内效果较佳。 [0036] 带孔阻气环体402外周一体设有用于与天然气分液罐的壳体内壁贴紧配合的撑紧环404，撑紧环404外周面沿轴向延伸以扩大与天然气分液罐的壳体内壁贴紧配合的配合面。 [0037] 在本实施例中，通液阻气环4被设置为周向松紧度(即径向尺寸能够调节，可大可小与壳体匹配)能调整设置的结构，而能够与天然气分液罐的壳体内壁撑紧配合，整个通液阻气环4被分为多段扇环形的扇环结构，具体为三段，各段扇环结构之间通过连接紧固件401连接，连接紧固件401具体为螺栓，与之相应的，本实施例中的带孔阻气环体402、撑紧环 404也被分为三段，各段扇环结构包括带孔挡液扇环体、撑紧扇环，在带孔挡液扇环体及撑紧扇环的两端设有加固件403，加固件403包括连接在带孔挡液扇环体及撑紧扇环之间的立板和连接在立板与撑紧扇环之间的平板，立板沿轴向延伸，平板沿径向延伸，立板用于与连接紧固件401配合，具体在立板上开设有供螺栓穿装的螺栓孔。本实施例中的带孔阻气环体 402的材料为橡胶，在其它实施例中也可以替换为搪塑等软性材质。 [0038] 前述带孔阻气环体402的表面开设的通孔405的面积和数量由天然气分液罐中气体的流量以及气体中所含的液滴的浓度来确定，由于流量越大会导致下腔体中的涡流流速越大，因此流量越大则单个孔(“孔”指通孔405，下同)的面积应尽量小，以达到阻碍上腔体中气流进入下腔体的目的。而当气体中液滴含量比较高时，经过滤芯聚结排出的液体相应的也会较多，因此气体中液滴含量越高则孔的数量应尽量多，为堆积的液体提供足够多的通道流入下腔体。孔数量(n)根据以下公式确定： [0039] n＝kπDf(c) (1.1) [0040] 式中，D为腔体直径，m；f(c)为与上游气流中的液滴质量浓度有关的函数，公式如下： [0041] [0042] k为修正和调整系数，可选0～3，一般优选0.5。计算出来的n值向下取整。例如，当D3 ＝1m时，上游浓度为150mg/m时，n＝0.5*3.14*1*2＝3.14，向下取整即为3个孔。 [0043] 孔的面积(s)根据以下方式确定。记Q总为经过天然气分液罐的总气体流量，m3/h。进入通孔的介质的总流量与经过天然气分液罐的总气体流量的比值定义为x，范围应控制在0.00001～0.0001％，优选为0.00005％。则孔面积s的计算公式为： [0044] [0045] 式(1.3)中，v孔为每个孔的流速，不能超过滤芯的表观气速(0.05m/s)，一般优选为3 0.04m/s。因此，例如：v孔为0.04m/s、n为3、x取0.00005％、Q总为170000m/h(分液罐常用的气 2 2 2 体处理流量)时，s＝0.00005*0.01*170000/3/0.04/3600m＝0.0197m＝1.97cm。 [0046] 优选的，公式(1.3)可以简化为公式(1.4)： [0047] [0048] 本发明的上述天然气分液罐的实施例，为了验证其效果，建立CFD模拟试验如下：采用realizable k‑epsilon模型，标准壁面函数进行模拟，从图2a～图2d、图3a～图3d可以看出现有天然气分液罐在达到稳定状态时下腔体存在漩涡，速度约为0.05m/s。而本发明的上述天然气分液罐的实施例，加装通液阻气环后的效果如图8a～图8d、图9a～图9d所示，可以看到达到稳态后下腔体速度漩涡基本消除，气流流动速度基本为0m/s～0.01m/s，有效降低了下腔体速度漩涡的流速，基本消除速度漩涡，相应的二次夹带现象即可明显减弱。 [0049] 如图10所示，本发明的加装通液阻气环的天然气分液罐的实施例，通过现场验证，相比于现有技术的天然气分液罐，本发明的天然气分液罐的下游颗粒物明显降低，颗粒物3 3 质量浓度从20mg/m降低到0.2mg/m ，且颗粒物计数浓度也明显下降，其中0.24μm粒径处颗粒物下降97％，基本上无1μm以上的大颗粒出现。即本发明的上述天然气分液罐的实施例，在加装通液阻气环后可以有效降低因涡流而产生的液滴二次夹带现象。 [0050] 由上所述，本发明的加通液阻气环的新型天然气分液罐具有如下有益效果：本发明提供的加通液阻气环的天然气分液罐中，在承重台和分液罐壳体之间加装通液阻气环，当气流到达稳态阶段后限制了环状涡流的形成，起到了稳定罐体内流场的作用，且带孔阻气环体表面的疏油疏水型纳米纤维膜可以加快液体的流动，不会因为流通面积的减小造成液体在上腔体堆积。通液阻气环通孔的设计呈上宽下窄型设计，同时孔内壁上部拒油下部亲液的设计可以加快液体流动，防止堆积的液体堵塞通孔，孔的数量、面积可以通过公式(1.1)公式(1.3)计算得出。 [0051] 进一步的，环通液阻气环由三部分扇环结构拼接组成，由于人孔相对较狭窄，因此由三部分扇环结构组成的通液阻气环易于维修和拆装，既可以分部分更换维修，当出现损坏部分时无需全部更换，也可降低使用成本，经济性较高。带孔阻气环体由连接紧固件连接，可以在一定范围内调节通液阻气环的松紧度，因此对于制造精度要求不高，且连接紧固件的设计便于安装和更换，也降低了制造成本。 [0052] 本发明的用于天然气分液罐的通液阻气环的实施例，结构与上述天然气分液罐的实施例中的通液阻气环的结构相同。 [0053] 另外，本发明的其它实施例中，通液阻气环也可以不采用分段结构而是整个环；另外，通液阻气环中的通孔也可以是方形或不规则多边形截面的孔，也可以是直圆柱形孔，也属于实现本发明的技术方案的实施例。 |
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