CN110835565B - 一种天然气气液分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种天然气气液分离装置。本发明包括依次连接的第一旋流分离器、拉瓦尔喷管和分离罐，分离罐包括罐体，罐体上设有进气口、出气口和出液口，罐体的内部在进气口的一侧设有液体挡板，罐体的内部在液体挡板的上方设有第二旋流分离器。本发明中天然气首先在第一旋流分离器内形成旋流效果，液体由于离心力作用被甩到边壁上并沿着边壁运动；再通过拉瓦尔喷管增速降压降温，使得天然气中的气态润滑油冷却成液滴；液滴直接撞击分离罐内部的液体挡板，进行一次分离；经过第二旋流分离器时，再次利用离心力作用实现了气液两相的二次分离，最终达到天然气气液分离的效果；气液分离效率高，分离效果好，不会出现液相破碎和夹带的现象，结构简单。

Description

一种天然气气液分离装置

技术领域

本发明涉及天然气加工处理的技术领域，特别是指一种天然气气液分离装置。

背景技术

如今，随着能源的紧缺，天然气资源显得越来越重要。我国的天然气消费量巨大，并且正处于急剧增长阶段。天然气在长距离的管道运输中，由于增压而使用压缩机，这些压缩机的运作需要润滑油，因此，天然气中会夹带一些因压缩机增压而使用的润滑油。随着长距离管道输送过程中气温和压力的变化，润滑油有可能从天然气中析出，形成液体，造成管道阻塞。同时，天然气中的酸性气体如H₂S等还会溶解在润滑油中，造成管道腐蚀。所以，对天然气进行处理与开发，降低我国天然气处理成本，实现天然气加工领域的节能减排，意义重大。

目前，天然气处理技术主要集中在天然气脱水和脱烃等方面，例如：中国专利CN204122261U公开了一种天然气***式超音速旋流分离装置，该旋流分离装置主要由节流加速***和***式旋流***两大***组成，节流加速***采用拉瓦尔喷管，***式旋流***包括夹套、矩形喷嘴、旋流腔、溢流段、大椎段、小椎段、底流段、集液箱，夹套的外壁连接拉瓦尔喷管，内部固定圆柱形的旋流腔，旋流腔的外壁上安装多组矩形喷嘴，旋流腔的顶部与溢流段连通，底部通过大锥段连接小锥段，小锥段的下端通过底流段连接集液箱；含杂天然气经过拉瓦尔喷管绝热膨胀后速度达到超音速，进入***式旋流***就行气液分离。这种旋流分离装置结构更加紧密，体积小，分离效率高，处理量大，净化效果更好；这种旋流分离装置是针对海上油气田开采出来的天然气的处理，从海上油气田开采出来的天然气中水蒸气和重烃的含量很高。这种旋流分离装置通过节流膨胀将天然气降温至-35℃左右。在此温度下，天然气中所含有的凝析水及烃类会液化，然后，采用旋流分离器将液相分离出去。但是，这种旋流分离装置结构设计不合理，适用于高含液分离，在液相比较少的情况下就会存在分离效率低的问题，在液相比较多的情况下，往往存在液相破碎和夹带等问题，从而导致分离效率低，无法满足天然气在长距离的管道运输中的气液分离要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种天然气气液分离装置，旨在解决了现有技术中的天然气气液分离装置存在结构设计不合理而导致其分离效率低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：包括第一旋流分离器、拉瓦尔喷管和分离罐；所述第一旋流分离器包括第一进气端和第一出气端；所述拉瓦尔喷管包括第二进气端和第二出气端，所述第二进气端与所述第一出气端连接；所述分离罐包括罐体，所述罐体上设有进气口、出气口和出液口，所述进气口与所述第二出气端连接，所述罐体的内部在所述进气口的一侧设有液体挡板，所述罐体的内部在所述液体挡板的上方设有第二旋流分离器。

本发明中待处理的天然气依次经过第一旋流分离器、拉瓦尔喷管和分离罐，并在分离罐内依次经过液体挡板和第二旋流分离器，从而实现天然气中的气液分离，分离后的气体从出气口排出，分离后的液体从出液口排出。待处理的天然气首先在第一旋流分离器内形成旋流效果，液体由于离心力的作用被甩到边壁上并沿着边壁流动；然后通过拉瓦尔喷管进行增速降压降温，使得天然气中的气态润滑油冷却成液滴；这种液滴进入分离罐之后，直接撞击分离罐内部的液体挡板，在液体挡板的作用下进行了一次分离；一次分离后的液体往下流动，一次分离后的气体往上流动并经过第二旋流分离器，再次利用离心力的作用实现气液两相的二次分离，分离后的气体继续往上流动，并从出气口排出，分离后的液体往下流动，从出液口排出，最终达到天然气气液分离的效果。本发明的气液分离装置结构简单，设计科学合理，即适用于高含液的分离，也适用于含液相比较少的情况下的分离，气液分离效率高，不会出现液相破碎和夹带的现象，分离效果好，特别适合于经过长距离管道运输后的天然气的气液分离。

作为一种优选的实施方案，所述第二旋流分离器包括第二管道和设置在所述第二管道内的旋流叶片，所述旋流叶片的边缘与所述第二管道的内表面之间设有第二间隙；所述旋流叶片的方程为：

式中：r是第二管道的内径，δ是第二间隙的长度，ω为角速度，v为沿轴线方向的速度，t为运动时间。待处理的天然气在分离罐内进入第二旋流分离器之后，在旋流叶片的作用下进行螺旋式旋转运动，在离心力的作用下，天然气在上升过程中实现了气液分离，液体由于离心力的作用被甩到第二管道的内壁上，并沿着内壁往下流动，气体则继续往上流动。在离心力的作用下，聚集在旋流叶片外侧的液滴可以顺势沿着第二间隙δ流出，这种设置的旋流叶片曲面光滑连续，减小了对天然气的扰动，上升阻力小，分离效果好；另外，分离后的液体沿着旋流叶片的边缘与第二管道的内表面之间即第二间隙流动，这种设计的第二间隙可以根据流量大小进行调整，即可以根据气体处理量以及气相组分的不同更换不同结构的第二旋流分离器，使其能满足生产要求，使用方便，分离效果好。

作为一种优选的实施方案，所述第二旋流分离器为多个且在所述罐体内呈均匀分布，所述罐体内设有用于安装所述第二旋流分离器的固定架。这种均匀分布在罐体内部的多个第二旋流分离器具有分流的作用，使得进入第二旋流分离器内的流体均匀分布，同时也增加了旋流面积，缩短了液滴做离心运动的距离，实现了对小液滴的高效分离。

作为一种优选的实施方案，所述第二旋流分离器包括进气段和旋流段，所述进气段的顶部设有所述旋流段，所述固定架包括上支撑板和下支撑板，所述上支撑板上设有与所述旋流段相适配的上安装孔，所述下支撑板上设有与所述进气段相适配的下安装孔。固定架的设置方便了第二旋流分离器的固定和安装，同时，也方便了罐体内待分离的天然气的分流，使其顺利均匀进入第二旋流分离器。

作为一种优选的实施方案，所述液体挡板设置于一进气筒的内部，所述进气筒为水平设置，所述液体挡板包括若干块前挡板和若干块后挡板，所述前挡板和所述后挡板相对并呈间隔设置；所述前挡板和所述后挡板均向着远离所述进气口方向倾斜设置，沿着远离所述进气口的方向，所述前挡板的长度呈逐渐增长设置，所述后挡板的长度也呈逐渐增长设置。前挡板和后挡板分别从前后方向固定在罐体的内部，进气筒的一端直接与进气口连接，另一端为自由端；进入分离罐之后的气流直接撞击液体挡板，使液滴被挡住；这种设置的进气筒和液体挡板，从前后两个方向充分保证所有的液滴均受到撞击，沿着前挡板和后挡板滑落下来的液滴继续沿着进气筒向外流动，并由进气筒的自由端流出，从而从气体中分离出来并向下流动；而且，这种液体挡板还不会妨碍气体的上升运动，气体在不断地撞击前挡板和后挡板之后，也由进气筒的自由端流出，并顺利进入第二旋流分离器。

作为一种优选的实施方案，所述液体挡板设置于一进气管的内部，所述进气管通过一转折管与所述进气口连接，所述转折管呈水平设置，所述进气管呈竖直设置，所述液体挡板包括若干块第一挡板和若干块第二挡板，所述第一挡板和所述第二挡板相对并呈间隔设置；所述第一挡板和所述第二挡板均向着远离所述进气口方向倾斜设置，沿着远离所述进气口的方向，所述第一挡板的长度呈逐渐增长设置，所述第二挡板的长度也呈逐渐增长设置。气流进入分离罐之后，先沿水平方向在转折管中流动，然后竖直向下进入进气管，并不断撞击第一挡板和第二挡板，使液滴被挡住，气体继续向下流动，并由进气管的出口流出，然后再做上升运动，进入第二旋流分离器；这种设置的进气管和液体挡板，使气流曲折运动，即充分保证了气流撞击第一挡板和第二挡板使液滴分离，又保证了气流迂回流动，在进入第二旋流分离器之前得到充分分散；分离后的液滴在重力作用下，沿着第一挡板和第二挡板的末端从进气管的出口流下。这种倾斜设置的第一挡板和第二挡板进一步降低了气体在流动过程中的阻力，同时，可以充分挡住气体掺杂的液滴，使气液分离效果好。液体挡板中越远离进气口的挡板长度越长，这是由于挡板逐渐加长，可以实现逐级挡住液滴，即较长的挡板可以挡住前方挡板未能挡住的液滴，提高气液分离效率。

作为一种优选的实施方案，所述液体挡板设置于一进气通道的内部，所述进气通道为水平设置，所述液体挡板包括若干块上挡板和若干块下挡板，所述上挡板和所述下挡板相对并呈间隔设置；所述下挡板上均设有液体出口，第N块所述下挡板上的液体出口位于其两侧，第N+1块所述下挡板上的液体出口位于其中部，N为自然数；所述上挡板和所述下挡板均向着远离所述进气口方向倾斜设置，沿着远离所述进气口的方向，所述上挡板的长度呈逐渐增长设置，所述下挡板的长度也呈逐渐增长设置。通常情况下，进气通道包括上固定板、下固定板、前固定板和后固定板，上挡板设置在上固定板上、下挡板设置在下固定板上，下挡板的两侧设有液体出口，即下挡板与前固定板以及下挡板与后固定板之间均留有一段空隙，即液体出口，供初步分离后的液体流出；撞击到下挡板上的气流，也有部分气体从该液体出口流出；然后，再次撞击到上挡板上，再次进行气液分离；最后再次撞击到下挡板上，此时，下挡板的中部设有液体出口，供液体流出和气流通过。这种交错设置的液体出口，有利于液体的顺畅流出，同时，也不断扰乱了气流的流动方向，使气流不断的撞击到下挡板和上挡板上，从而提高气液初步分离的效率。

作为一种优选的实施方案，所述拉瓦尔喷管从第二进气端到第二出气端包括依次连接的第一直线段、渐缩段、喉部、渐扩段和第三直线段，所述拉瓦尔喷管以所述喉部为中心呈对称设置。在拉瓦尔喷管中，第二进气端首先连接第一直线段，第一直线段再连接渐缩段，渐缩段连接喉部，喉部再连接渐扩段，渐扩段连接第三直线段，第三直线段与第二出气端连接，整个拉瓦尔喷管(Laval喷管)为中间细两端粗的渐缩-渐扩式喷管，渐缩-渐扩式喷管的渐缩段和渐扩段的交界处为喷管的喉部，此处的管道横截面积最小，拉瓦尔喷管的横截面通常为圆形。

作为一种优选的实施方案，所述渐缩段的边界线方程为：

式中；h₁为的第一直线段高度的一半，h₂为喉部高度的一半，l为渐缩段的水平长度。本发明的Laval喷管渐缩段和渐扩段沿喉部位置呈对称结构，流场气流加速均匀性好，渐缩段边界线方程高阶可导，曲线光滑，可以减少或者避免管道内的湍流或者扰动的产生，减小能量的损耗；另外，本发明还可以根据气体处理量以及气相组分的不同更换不同结构的拉瓦尔喷管，使其能满足生产要求。

作为一种优选的实施方案，所述第一旋流分离器包括第一管道和设置在所述第一管道内的螺旋叶片；所述螺旋叶片的方程为：

式中；ω为角速度，v为沿轴线方向的速度，r为第一管道的内径，t为运动时间。本发明的这种设置的螺旋叶片，其曲面光滑连续，可减少扰动；流体在第一旋流分离器内在螺旋叶片的作用下形成旋流，通过离心力将液体聚集在螺旋叶片的外侧并沿着螺旋叶片的外侧继续向前运动，使得进入拉瓦尔喷管的流体中液相沿着拉瓦尔喷管的内表面流动，聚集液相，从而提高分离效率。在第一旋流分离器中，螺旋叶片的边缘与第一管道的内表面直接连接，从而有助于旋流。另外，本发明的螺旋叶片方程中，r和v都是变量，可以根据流量等参数进行调节，即可以根据气体处理量以及气相组分的不同更换不同结构的第一旋流分离器，使其能满足生产要求，使用方便。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明中待处理的天然气依次经过第一旋流分离器、拉瓦尔喷管和分离罐，并在分离罐内依次经过液体挡板和第二旋流分离器，从而实现天然气中的气液分离，分离后的气体从出气口排出，分离后的液体从出液口排出。待处理的天然气首先在第一旋流分离器内形成旋流效果，液体由于离心力的作用被甩到边壁上并沿着边壁流动；然后通过拉瓦尔喷管进行增速降压降温，使得天然气中的气态润滑油冷却成液滴；这种液滴进入分离罐之后，直接撞击分离罐内部的液体挡板，在液体挡板的作用下进行了一次分离；一次分离后的液体往下流动，一次分离后的气体往上流动并经过第二旋流分离器，再次利用离心力的作用实现气液两相的二次分离，分离后的气体继续往上流动，并从出气口排出，分离后的液体往下流动，从出液口排出，最终达到天然气气液分离的效果。本发明的气液分离装置结构简单，设计科学合理，即适用于高含液的分离，也适用于含液相比较少的情况下的分离，气液分离效率高，不会出现液相破碎和夹带的现象，分离效果好，特别适合于经过长距离管道运输后的天然气的气液分离。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一所提供的天然气气液分离装置的剖视结构示意图；

图2为图1中分离罐的结构放大图；

图3为图1中第一旋流分离器的结构放大图；

图4为图3的立体剖视结构示意图；

图5为图1中拉瓦尔喷管的结构放大图；

图6为图1中液体挡板的立体结构图；

图7为图6的俯视结构示意图；

图8为图1中旋流分离器结构放大图；

图9为图8的立体结构示意图；

图10为本发明实施例二所提供的天然气气液分离装置的剖视结构示意图；

图11为图10中液体挡板的立体结构示意图；

图12为本发明实施例三所提供的天然气气液分离装置的剖视结构示意图；

图13为图12中液体挡板的立体结构示意图；

图中：1-第一旋流分离器；2-拉瓦尔喷管；3-分离罐；4-液体挡板；5-第二旋流分离器；6-进气筒；7-进气管；8-转折管；9-进气通道；11-第一进气端；12-螺旋叶片；13-第一固定轴；14-第一出气端；21-第二进气端；22-第一直线段；23-渐缩段；24-喉部；25-渐扩段；26-第三直线段；27-第二出气端；31-进气口；32-出气口；33-第一出液口；34-第二出液口；41-前挡板；42-后挡板；43-第一挡板；44-第二挡板；45-上挡板；46-下挡板；47-液体出口；51-进气段；52-旋流段；53-旋流叶片；54-第二间隙；55-第二固定轴；61-上支撑板；62-下支撑板；63-凹槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

参阅附图1、附图2、附图3、附图4、附图5、附图6、附图7、附图8和附图9，本发明的一种天然气气液分离装置包括第一旋流分离器1、拉瓦尔喷管2和分离罐3，第一旋流分离器1与拉瓦尔喷管2连接，拉瓦尔喷管2的另一端与分离罐3连接；第一旋流分离器1包括第一进气端11和第一出气端14，第一进气端11用于待处理的天然气的进气；拉瓦尔喷管2包括第二进气端21和第二出气端27，第二进气端21与第一出气端14连接，从而实现第一旋流分离器1与拉瓦尔喷管2的连接；分离罐3包括罐体，罐体上设有进气口31、出气口32和出液口，进气口31与第二出气端27连接，从而实现拉瓦尔喷管2与分离罐3的连接，罐体的内部在进气口31的一侧设有液体挡板4，罐体的内部在液体挡板4的上方设有第二旋流分离器5。进气口31位于罐体的中下部，液体挡板4与进气口31直接连接，第二旋流分离器5位于出气口32的下方，出液口为两个即第一出液口33和第二出液口34，第二出液口34位于罐体的底部即进气口31的下方，第一出液口33位于第二旋流分离器5的底部。待处理的天然气依次经过第一旋流分离器1、拉瓦尔喷管2和分离罐3，并在分离罐3内依次经过液体挡板4和第二旋流分离器5，从而实现天然气中的气液分离，分离后的气体从出气口32排出，分离后的液体从出液口即第一出液口33和第二出液口34排出。

参阅附图1、附图3和附图4，通常情况下，第一旋流分离器1包括第一管道和设置在第一管道内的螺旋叶片12，螺旋叶片12设置在第一管道内的第一固定轴13上，螺旋叶片12提供离心力，天然气中的液体在离心力的作用下被甩到螺旋叶片12的外侧即边缘上，并聚集形成液滴，液滴沿着第一管道的内壁流动。螺旋叶片12的方程优选为：

式中；ω为角速度，v为沿轴线方向的速度，r为第一管道的内径，t为运动时间。这种设置的螺旋叶片12，其曲面光滑连续，可减少扰动；流体在第一旋流分离器1内形成旋流，通过离心力将液体聚集在螺旋叶片12的外侧，使得进入拉瓦尔喷管2的流体中液相沿着第一管道的内表面流动，聚集液相，从而提高分离效率。另外，在螺旋叶片12这个方程中，r和v都是变量，可以根据流量等参数进行调节，即可以根据气体处理量以及气相组分的不同更换不同结构的第一旋流分离器1，使其能满足生产要求，使用方便。

参阅附图1和附图5，流体从第一旋流分离器1以一定的速度进入拉瓦尔喷管2，在拉瓦尔喷管2内进行增速降温降压，气态润滑油冷凝成液体。通常情况下，拉瓦尔喷管2从第二进气端21到第二出气端27包括依次连接的第一直线段22、渐缩段23、喉部24、渐扩段25和第三直线段26，拉瓦尔喷管2以喉部24为中心呈对称设置。在拉瓦尔喷管2中，第二进气端21首先连接第一直线段22，第一直线段22再连接渐缩段23，渐缩段23连接喉部24，喉部24再连接渐扩段25，渐扩段25连接第三直线段26，第三直线段26与第二出气端27连接，整个拉瓦尔喷管2(Laval喷管)为中间细两端粗的渐缩-渐扩式喷管，渐缩-渐扩式喷管的渐缩段23和渐扩段25的交界处为喷管的喉部24，此处的管道横截面积最小，拉瓦尔喷管2的横截面通常为圆形。渐缩段23的边界线方程为：

式中；h₁为的第一直线段22高度的一半，h₂为喉部24高度的一半，l为渐缩段23的水平长度。Laval喷管2的渐缩段23和渐扩段25沿喉部24位置呈对称结构，拉瓦尔喷管2由一个闭合曲面组成，横截面积先变小再变大，最小处形成喉部24，喉部24的左右两边分别为Laval喷管2的渐缩段23和渐扩段25。这种设置的拉瓦尔喷管2流场气流加速均匀性好，渐缩段23边界线方程高阶可导，曲线光滑，可以减少或者避免管道内的湍流或者扰动的产生，减小能量的损耗；另外，还可以根据气体处理量以及气相组分的不同更换不同结构的拉瓦尔喷管2，使其能满足生产要求。

参阅附图1、附图6和附图7，天然气中夹带的润滑油液体直接撞击到液体挡板4上，通过惯性力的作用排除体积较大的液滴。液体挡板4设置于一进气筒6的内部，进气筒6为水平设置，液体挡板4包括若干块前挡板41和若干块后挡板42，前挡板41和后挡板42相对并呈间隔设置，液体挡板4的前挡板41和后挡板42是前后方向安装的；前挡板41和后挡板42均向着远离进气口31方向倾斜设置，沿着远离进气口31的方向，前挡板41的长度呈逐渐增长设置，后挡板42的长度也呈逐渐增长设置。前挡板41和后挡板42分别从前后方向固定在罐体的内部，进气筒6可以是圆柱型，也可以是长方体型，还可以是其它形状；进气筒6的一端直接与进气口31连接，另一端为自由端；进入分离罐3之后的气流直接撞击液体挡板4，使液滴被挡住；这种设置的进气筒6和液体挡板4，从前后两个方向充分保证所有的液滴均受到撞击，沿着前挡板41和后挡板42滑落下来的液滴继续沿着进气筒6向外流动，并由进气筒6的自由端流出，从而从气体中分离出来并向下流动；而且，这种液体挡板4还不会妨碍气体的上升运动，气体在不断地撞击前挡板41和后挡板42之后，也由进气筒6的自由端流出，并顺利进入第二旋流分离器5。这种液体挡板4充分保证所有的液滴均受到撞击，使所有的液滴均被挡住，从而从气体中分离出来并向下流动，最终从罐体底部的第二出液口34排出；而且，这种液体挡板4还不会妨碍气体的上升运动，可以使气体顺利进入第二旋流分离器5。这种倾斜设置的前挡板41和后挡板42进一步降低了气体在流动过程中的阻力，同时，可以充分挡住气体掺杂的液滴，使气液分离效果好。沿着远离进气口31的方向，前挡板41的长度呈逐渐增长设置，后挡板42的长度也呈逐渐增长设置。液体挡板4中越远离进气口31的挡板长度越长，这是由于挡板逐渐加长，可以实现逐级挡住液滴，即较长的挡板可以挡住前方挡板未能挡住的液滴，提高气液分离效率。

参阅附图1、附图8和附图9，流体经过液体挡板4之后进入第二旋流分离器5，流体在第二旋流分离器5内再次形成旋流，由于离心力的作用，小液滴被甩到边壁，通过离心力将细小的液体分离出来，从而提高分离效率。第二旋流分离器5包括第二管道和设置在第二管道内的旋流叶片53，旋流叶片53的边缘与第二管道的内表面之间设有第二间隙54，旋流叶片53安装于第二管道内的第二固定轴55上；旋流叶片53的方程为：

式中：r是第二管道的内径，δ是第二间隙54的长度，ω为角速度，v为沿轴线方向的速度，t为运动时间。待处理的天然气在分离罐3内进入第二旋流分离器5之后，在旋流叶片53的作用下进行螺旋式旋转运动，在离心力的作用下，天然气在上升过程中实现了气液分离，液体由于离心力的作用被甩到第二管道的内壁上，并沿着内壁往下流动，气体则继续往上流动。在离心力的作用下，聚集在旋流叶片53外侧的液滴可以顺势沿着第二间隙54δ流出，这种设置的旋流叶片53曲面光滑连续，减小了对天然气的扰动，上升阻力小，分离效果好；另外，分离后的液体沿着旋流叶片53的边缘与第二管道的内表面之间即第二间隙54流动，这种设计的第二间隙54可以根据流量大小进行调整，即可以根据气体处理量以及气相组分的不同更换不同结构的第二旋流分离器5，使其能满足生产要求，使用方便，分离效果好。通常情况下，第二旋流分离器5为多个且在罐体内呈均匀分布，罐体内设有用于安装第二旋流分离器5的固定架。这种均匀分布在罐体内部的多个第二旋流分离器5具有分流的作用，使得进入第二旋流分离器5内的流体均匀分布，同时也增加了旋流面积，缩短了液滴做离心运动的距离，实现了对小液滴的高效分离。第二旋流分离器5包括进气段51和旋流段52，进气段51的顶部设有旋流段52，固定架包括上支撑板61和下支撑板62，上支撑板61上设有与旋流段52相适配的上安装孔，下支撑板62上设有与进气段51相适配的下安装孔。固定架的设置方便了第二旋流分离器5的固定和安装，同时，也方便了罐体内待分离的天然气的分流，使其顺利均匀进入第二旋流分离器5。最终第二旋流分离器5分离出来的小液滴通过第二间隙54流下，并从第二旋流分离器5底部的第一出液口33排出罐体，干燥的气体从出气口32排出。通常情况下，上支撑板61的周向上设有呈圆周对称分布的凹槽63，凹槽63的个数可以是6个或其它数量个；由于干燥气体在上升过程中可能会携带的部分小液滴，这些小液滴上升到分离罐3的顶部空间之后，会在重力沉降作用下下沉；凹槽63的设置，可以使这些下沉的小液滴沿着分离罐3的内壁一直往下流，通过上支撑板61，进入上支撑板61和下支撑板62之间，并最终由下支撑板62旁边的第一出液口33排出分离罐3，流通顺畅，避免出现流体死角。

实施例二

参阅附图10和附图11，与实施例一不同的是，本实施例中液体挡板4是竖直安装在分离罐3的内部的，具体地，液体挡板4设置于一进气管7的内部，进气管7通过一转折管8与进气口31连接，转折管8呈水平设置，进气管7呈竖直设置，液体挡板4包括若干块第一挡板43和若干块第二挡板44，第一挡板43和第二挡板44相对并呈间隔设置；第一挡板43和第二挡板44均向着远离进气口31方向倾斜设置，沿着远离进气口31的方向，第一挡板43的长度呈逐渐增长设置，第二挡板44的长度也呈逐渐增长设置。第一挡板43和第二挡板44可以是左右方向安装，也可以是前后方向安装；进气管7可以是圆柱型，也可以是长方体型，还可以是其它形状。气流进入分离罐3之后，先沿水平方向在转折管8中流动，然后竖直向下进入进气管7，并不断撞击第一挡板43和第二挡板44，使液滴被挡住，气体继续向下流动，并由进气管7的出口流出，然后再做上升运动，进入第二旋流分离器5；这种设置的进气管7和液体挡板4，使气流曲折运动，即充分保证了气流撞击第一挡板43和第二挡板44使液滴分离，又保证了气流迂回流动，在进入第二旋流分离器5之前得到充分分散；分离后的液滴在重力作用下，沿着第一挡板43和第二挡板44的末端从进气管7的出口流下。这种倾斜设置的第一挡板43和第二挡板44进一步降低了气体在流动过程中的阻力，同时，可以充分挡住气体掺杂的液滴，使气液分离效果好。液体挡板4中越远离进气口31的挡板长度越长，这是由于挡板逐渐加长，可以实现逐级挡住液滴，即较长的挡板可以挡住前方挡板未能挡住的液滴，提高气液分离效率。

实施例三

参阅附图12和附图13，与实施例一相同的是，本实施例中液体挡板4也是水平安装在分离罐3的内部的，与实施例一不同的是，本实施例中液体挡板4的上挡板45和下挡板46是上下方向安装的，具体地，液体挡板4设置于一进气通道9的内部，进气通道9为水平设置，液体挡板4包括若干块上挡板45和若干块下挡板46，上挡板45和下挡板46相对并呈间隔设置；下挡板46上均设有液体出口47，第N块下挡板46上的液体出口47位于其两侧，第N+1块下挡板46上的液体出口47位于其中部，N为自然数；上挡板45和下挡板46均向着远离进气口31方向倾斜设置，沿着远离进气口31的方向，上挡板45的长度呈逐渐增长设置，下挡板46的长度也呈逐渐增长设置。进气通道9可以是圆柱型，也可以是长方体型，还可以是其它形状；通常情况下，进气通道9包括上固定板、下固定板、前固定板和后固定板，上挡板45设置在上固定板上、下挡板46设置在下固定板上，下挡板46的两侧设有液体出口47，即下挡板46与前固定板以及下挡板46与后固定板之间均留有一段空隙，即液体出口47，供初步分离后的液体流出；撞击到下挡板46上的气流，也有部分气体从该液体出口47流出；然后，再次撞击到上挡板45上，再次进行气液分离；最后再次撞击到下挡板46上，此时，下挡板46的中部设有液体出口47，供液体流出和气流通过。这种交错设置的液体出口47，有利于液体的顺畅流出，同时，也不断扰乱了气流的流动方向，使气流不断的撞击到下挡板46和上挡板45上，从而提高气液初步分离的效率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明中待处理的天然气依次经过第一旋流分离器1、拉瓦尔喷管2和分离罐3，并在分离罐3内依次经过液体挡板4和第二旋流分离器5，从而实现天然气中的气液分离，分离后的气体从出气口32排出，分离后的液体从出液口即第一出液口33和第二出液口34排出。待处理的天然气首先在第一旋流分离器1内形成旋流效果，液体由于离心力的作用被甩到边壁上并沿着边壁流动；然后通过拉瓦尔喷管2进行增速降压降温，使得天然气中的气态润滑油冷却成液滴；这种液滴进入分离罐3之后，直接撞击分离罐3内部的液体挡板4，在液体挡板4的作用下进行了一次分离；一次分离后的液体往下流动，一次分离后的气体往上流动并经过第二旋流分离器5，再次利用离心力的作用实现气液两相的二次分离，分离后的气体继续往上流动，并从出气口32排出，分离后的液体往下流动，从出液口即第一出液口33和第二出液口34排出，最终达到天然气气液分离的效果。本发明的气液分离装置结构简单，设计科学合理，即适用于高含液的分离，也适用于含液相比较少的情况下的分离，气液分离效率高，不会出现液相破碎和夹带的现象，分离效果好，特别适合于经过长距离管道运输后的天然气的气液分离。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种天然气气液分离装置，其特征在于，包括：

第一旋流分离器，包括第一进气端和第一出气端；

拉瓦尔喷管，包括第二进气端和第二出气端，所述第二进气端与所述第一出气端连接，所述拉瓦尔喷管从第二进气端到第二出气端包括依次连接的第一直线段、渐缩段、喉部、渐扩段和第三直线段，所述拉瓦尔喷管以所述喉部为中心呈对称设置，所述渐缩段的边界线方程为：

式中；h₁为的第一直线段高度的一半，h₂为喉部高度的一半，l为渐缩段的水平长度；

分离罐，包括罐体，所述罐体上设有进气口、出气口和出液口，所述进气口与所述第二出气端连接，所述罐体的内部在所述进气口的一侧设有液体挡板，所述罐体的内部在所述液体挡板的上方设有第二旋流分离器；所述第二旋流分离器包括第二管道和设置在所述第二管道内的旋流叶片，所述旋流叶片的边缘与所述第二管道的内表面之间设有第二间隙，所述旋流叶片的方程为：

式中：r是第二管道的内径，δ是第二间隙的长度，ω为角速度，v为沿轴线方向的速度，t为运动时间；

所述第二旋流分离器为多个且在所述罐体内呈均匀分布，所述罐体内设有用于安装所述第二旋流分离器的固定架，所述第二旋流分离器包括进气段和旋流段，所述进气段的顶部设有所述旋流段，所述固定架包括上支撑板和下支撑板，所述上支撑板上设有与所述旋流段相适配的上安装孔，所述下支撑板上设有与所述进气段相适配的下安装孔。

2.根据权利要求1所述的天然气气液分离装置，其特征在于：

所述液体挡板设置于一进气筒的内部，所述进气筒为水平设置，所述液体挡板包括若干块前挡板和若干块后挡板，所述前挡板和所述后挡板相对并呈间隔设置；

所述前挡板和所述后挡板均向着远离所述进气口方向倾斜设置，沿着远离所述进气口的方向，所述前挡板的长度呈逐渐增长设置，所述后挡板的长度也呈逐渐增长设置。

3.根据权利要求1所述的天然气气液分离装置，其特征在于：

所述液体挡板设置于一进气管的内部，所述进气管通过一转折管与所述进气口连接，所述转折管呈水平设置，所述进气管呈竖直设置，所述液体挡板包括若干块第一挡板和若干块第二挡板，所述第一挡板和所述第二挡板相对并呈间隔设置；

所述第一挡板和所述第二挡板均向着远离所述进气口方向倾斜设置，沿着远离所述进气口的方向，所述第一挡板的长度呈逐渐增长设置，所述第二挡板的长度也呈逐渐增长设置。

4.根据权利要求1所述的天然气气液分离装置，其特征在于：

所述液体挡板设置于一进气通道的内部，所述进气通道为水平设置，所述液体挡板包括若干块上挡板和若干块下挡板，所述上挡板和所述下挡板相对并呈间隔设置；

所述下挡板上均设有液体出口，第N块所述下挡板上的液体出口位于其两侧，第N+1块所述下挡板上的液体出口位于其中部，N为自然数；

所述上挡板和所述下挡板均向着远离所述进气口方向倾斜设置，沿着远离所述进气口的方向，所述上挡板的长度呈逐渐增长设置，所述下挡板的长度也呈逐渐增长设置。

5.根据权利要求1所述的天然气气液分离装置，其特征在于：

所述第一旋流分离器包括第一管道和设置在所述第一管道内的螺旋叶片；

所述螺旋叶片的方程为：

式中；ω为角速度，v为沿轴线方向的速度，r为第一管道的内径，t为运动时间。

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