阅读说明：本技术 一种双侧式高效涡流管加热器 (Double-side efficient vortex tube heater ) 是由 王凯 茅磊 王海峰 韩涛 姚东 于 2020-05-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种双侧式高效涡流管加热器,包括金属外筒,金属外筒内设有涡流管,涡流管的一端连接有涡流室,涡流管的另一端开口并设有调节阀,涡流管的外部设有热交换器,热交换器与所述金属外筒之间设有外加热层,涡流室与所述金属外筒之间设有涡流室局部加热区；金属外筒的侧壁设有先导气入口、先导气出口、低压天然气出口、高压天然气入口,对应高压天然气入口的部位设有减压喷嘴。在提高对先导气加热效率的同时,可实现对先导气温度的调节,并具有一般工况下自身防冰堵与极端工况下自身解冰堵的功能,可长期稳定运行,保障了天然气调压设备的正常工作。(The invention discloses a double-side efficient vortex tube heater, which comprises a metal outer cylinder, wherein a vortex tube is arranged in the metal outer cylinder, one end of the vortex tube is connected with a vortex chamber, the other end of the vortex tube is provided with an opening and an adjusting valve, a heat exchanger is arranged outside the vortex tube, an outer heating layer is arranged between the heat exchanger and the metal outer cylinder, and a vortex chamber local heating area is arranged between the vortex chamber and the metal outer cylinder; the side wall of the metal outer cylinder is provided with a pilot gas inlet, a pilot gas outlet, a low-pressure natural gas outlet and a high-pressure natural gas inlet, and a pressure reducing nozzle is arranged at the position corresponding to the high-pressure natural gas inlet. The regulating device can realize the regulation of the temperature of the pilot gas while improving the heating efficiency of the pilot gas, has the functions of self ice blockage prevention under the common working condition and self ice blockage removal under the extreme working condition, can stably operate for a long time, and ensures the normal work of the natural gas pressure regulating equipment.)

一种双侧式高效涡流管加热器

技术领域

本发明涉及一种天然气输送设备，尤其涉及一种双侧式高效涡流管加热器。

背景技术

天然气在绝热节流膨胀过程中，因焦耳-汤姆逊效应，通常会产生较大温降。由于天然气调压设备的引压管(亦称“先导气导管”)口径较小，当天然气的温度低于水露点时，极有可能在引压管中形成水合物，发生“冰堵”事故，进而造成天然气调压设备功能的失灵。因此，在先导气进入调压设备前需要对其进行加热，以保证调压设备的正常运行。

常用的提高先导气温度的方法主要有两类，一类是需要外部能源的加热法，主要有：电伴热法、指挥器局部加热法和热交换器法。电伴热法是在引压管上缠绕电伴热带，利用电能产生的热量加热管道，进而提升管道内先导气的温度。当环境温度较低时，该方法的能耗较高，加热效果不佳，维护频繁，还存在一定的安全隐患。指挥器局部加热法是直接在天然气调压设备的指挥器上安装加热器，该方法只适用于中、小型调压站内的指挥器式调压设备，由于是局部加热，加热效果受调压器前后压差的影响较大。热交换器法用循环热水作为热源对先导气进行加热，该方法存在设备复杂、投资和运行费用高、需要专人值守等问题。

另一类是不需要外部能源的涡流管加热法，即利用天然气自身压差产生的能量分离效应来实现对先导气的加热。涡流管加热器一般是由涡流管、热交换器、减压喷嘴、保温层和金属外壳组合而成。将天然气管道、引压管与涡流管加热器连接。天然气在压差作用下，通过涡流管产生高速旋流，外层气体转化为高温热气，先导气通过热交换器与高温热气发生热交换而提高温度。涡流管加热器具有不需要外部能源和运行成本等优点。目前，应用较多的是美国UVI公司生产的VPGH-SP和VPGH-DP两种产品,其热交换器只是由内而外单侧对先导气进行加热，自身没有调节装置，不便于工况发生变化时进行换热效率的调节。同时，涡流管加热器因为减压喷嘴的存在，自身也有冰堵的风险，虽然VPGH-SP和VPGH-DP都引出了热气来预防减压喷嘴发生冰堵，但是当调压器前后压比较小且天然气温度较低时，热气的温度本身就不高，所以涡流管加热器依然存在冰堵的可能，由于没有调节装置，解堵比较困难。更一般地，涡流管加热器均采用热气与先导气单侧换热，换热效率不高，当天然气温度、压力和环境温度下降时，无法保证足够的换热效率，导致对先导气的加热效果不佳，影响天然气调压设备的正常工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用涡流管能量分离原理对天然气调压设备的先导气进行加热和调温的双侧式高效涡流管加热器。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的双侧式高效涡流管加热器，包括金属外筒，所述金属外筒内设有涡流管，所述涡流管的一端连接有涡流室，所述涡流管的另一端开口并设有调节阀，所述涡流管的外部设有热交换器，所述热交换器与所述金属外筒之间设有外加热层，所述涡流室与所述金属外筒之间设有涡流室局部加热区；

所述金属外筒的侧壁在对应所述涡流管的部位设有先导气入口和先导气出口，所述先导气入口和先导气出口与所述热交换器分别连接；

所述金属外筒的侧壁在对应所述涡流室的部位设有一个或多个高压天然气入口，所述金属外筒的端壁在对应所述涡流室中心的部位设有低压天然气出口，所述涡流室在对应所述高压天然气入口和低压天然气出口的部位分别设有开口。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的双侧式高效涡流管加热器，在提高对先导气加热效率的同时，可实现对先导气温度的调节，同时本发明具有一般工况下自身防冰堵与极端工况下自身解冰堵的功能，可长期稳定运行，保障了天然气调压设备的正常工作。主要用于天然气及燃气管道调压设备，属于一种加热、解堵和调温功能兼备的器具。

附图说明

图1为本发明实施例提供的双侧式高效涡流管加热器结构示意图。

图中：

1—减压喷嘴；2—涡流室；3—涡流管；4—热交换器；5—调节阀；6—热气通道；7—外加热层；8—涡流室局部加热区；9—保温层；10—金属外筒(包含高压天然气入口、低压天然气出口和先导气出入口)；A、B—高压天然气入口；C—先导气入口；D—先导气出口；E—低压天然气出口。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

本发明的双侧式高效涡流管加热器，其较佳的具体实施方式是：

包括金属外筒，所述金属外筒内设有涡流管，所述涡流管的一端连接有涡流室，所述涡流管的另一端开口并设有调节阀，所述涡流管的外部设有热交换器，所述热交换器与所述金属外筒之间设有外加热层，所述涡流室与所述金属外筒之间设有涡流室局部加热区；

所述金属外筒的侧壁在对应所述涡流管的部位设有先导气入口和先导气出口，所述先导气入口和先导气出口与所述热交换器分别连接；

所述金属外筒的侧壁在对应所述涡流室的部位设有一个或多个高压天然气入口，所述金属外筒的端壁在对应所述涡流室中心的部位设有低压天然气出口，所述涡流室在对应所述高压天然气入口和低压天然气出口的部位分别设有开口。

所述涡流室在对应所述高压天然气入口的开口部位设有减压喷嘴。

所述金属外筒设有保温层。

本发明的双侧式高效涡流管加热器，在提高对先导气加热效率的同时，可实现对先导气温度的调节，同时本发明具有一般工况下自身防冰堵与极端工况下自身解冰堵的功能，可长期稳定运行，保障了天然气调压设备的正常工作。

本发明的原理是：

在热交换器与调节阀之间形成了热气通道，在保温层与热交换器之间形成了外加热层，在涡流室与保温层之间形成了涡流室局部加热区，保温层外层为金属外筒。在金属外筒上设有高压天然气入口、低压天然气出口、先导气入口和先导气出口，当对应的气体出入口与该涡流管加热器联通后形成一个密闭的工作单元。当调节阀开启时，热气通过热气通道进入外加热层，使先导气在内外两侧同时被加热，提高了加热效率。当调整调节阀开度时，可以实现对先导气温度的控制。热气继续流经涡流室的局部加热区，实现防治喷嘴发生冰堵的功能；在极端工况下，当减压喷嘴发生冰堵时，可暂时关闭先导气的进出口阀门和调节阀，待涡流管内的热气温度上升后，再开启调节阀，使热气尽可能减少热量损失，流至局部加热区，对减压喷嘴进行加热，实现解堵功能。

本发明的优越性在于：

(1)设置了调节阀，当工况发生较大变化时，可以通过调节阀改变先导气的温度。(2)热交换器增加了外加热层，使先导气可以内外两侧同时被加热，提高了对先导气的加热效率。(3)设置了涡流室局部加热区，一般情况下可以起到预防减压喷嘴冰堵的作用；极端条件下，若减压喷嘴发生冰堵还可以配合调节阀的调节进行解堵。(4)本装置加热高效且性能稳定，可以适应更大范围内的工况变化，针对少量含水、含硫等天然气依然适用。

具体实施例：

如图1所示，本发明提供的双侧式高效涡流管加热器，包括：1—减压喷嘴；2—涡流室；3—涡流管；4—热交换器；5—调节阀；6—热气通道；7—外加热层；8—涡流室局部加热区；9—保温层；10—金属外筒(包含高压天然气入口、低压天然气出口和先导气出入口)；A、B—高压天然气入口；C—先导气入口；D—先导气出口；E—低压天然气出口。

本发明的加热功能：

高压天然气从高压天然气入口A、B进入，通过减压喷嘴1和涡流室2到达涡流管3，在涡流管3内气体分为外层的热旋气流和内层的冷旋气流，冷气由低压天然气出口E排出，外层的热气对热交换器4内侧进行加热，同时热气通过热气通道6到达外加热层7，对热交换器4外侧进行加热，先导气从先导气入口C进入热交换器4，在热交换器4内的螺旋通道内流动，增大接触面积和流通时间，被热交换器4的内外两侧同时加热，然后由先导气出口D排出，实现对先导气的加热功能。

本发明的自身防冰堵功能：

涡流管3内的热气经过热气通道6和外加热层7后到达涡流室局部加热区8，对减压喷嘴1进行加热，防止涡流室2内的减压喷嘴1因温度过低而发生冰堵，实现自身防冰堵功能。

本发明的自身解堵功能：

在天然气温度、环境温度极低且调压器前后压差或压比极小时，设备理论上存在发生冰堵的可能性。如果发现先导气温度异常下降，说明涡流室内有部分水合物生成，应暂时关闭先导气进出口管道上的阀门，并关闭调节阀5使热气通道6关闭，此时涡流管3内的热气温度会逐渐上升，然后开启调节阀5，使热气到达涡流室局部加热区8，对减压喷嘴1进行加热，实现自身解堵功能。

本发明的调节功能：

当天然气温度、环境温度和调压器前后压差变化较大时，如果先导气的温度达不到要求，可以调大调节阀5的开度，增大热气通道6，使更多的热气流通过外加热层7，对热交换器4内的先导气进行加热，达到先导气的目标温度，实现调节功能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。