一种基于逆流换热与分级减压的调压系统的制作方法

本发明涉及气体管道输送，尤其涉及一种基于逆流换热与分级减压的调压系统，尤其适用于石油化工、天然气输送、压缩空气系统中含水或高沸点组分气体的管路。

背景技术：

1、在气体输送过程中，高压气体需经调压器降至下游所需压力。节流降压过程伴随显著的焦耳-汤姆逊效应，气体温度大幅下降。温降会导致气体中的水蒸气及重烃组分凝结析出，形成液态水或烃类凝液。这些凝液若积聚在管道低点，会减小流通面积、增加压损，在低温环境下更会冻结成冰，堵塞阀门与管路，甚至撑裂设备，严重威胁系统安全。

2、现有技术主要采用以下方式应对：

3、外部加热法：在调压器前或级间设置电伴热带、电加热器或蒸汽/热水换热器，提高气体温度以抵消温降。该方法需消耗大量高品位能源，运行成本高昂；电气元件在防爆区域存在安全隐患；温控系统响应滞后，易发生加热不足导致的冻堵或过度加热导致的能源浪费。

4、多级降压与中间复热：设置多台调压器串联，级间加装换热器，分段控制温降。但同样依赖外部热源，系统复杂，设备占地大，能量利用效率低。

5、自动排液装置：在低点设置集液罐，通过电磁阀与液位传感器实现自动排液。然而此类装置依赖电源和控制系统，断电或传感器故障时可能失效，且排液阀门本身在低温下易冻堵。

6、传统流量调节多依靠电控元器件控制，断电后难以稳定管控冷气进气量，设备运行稳定性容易受供电条件影响；冷热气流混合形式单一，气体调压均匀度存在波动，整体运维投入偏高。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出一种基于逆流换热与分级减压的调压系统，以更加确切地解决了上述背景技术中所提出的问题。

2、本发明通过以下技术方案实现的：

3、本发明提出一种基于逆流换热与分级减压的调压系统，包括柜体，所述柜体的正面通过合页转动安装有两个柜门，所述柜体的内部固定设置有涡流室，所述涡流室的外侧横向倾斜连通有进气管，所述进气管延伸至柜体的左侧，所述涡流室的底部连通有冷气出口管，所述涡流室的底侧连通有热气出口管，还包括：

4、套管式逆流换热器，所述套管式逆流换热器包括套管壳程，所述套管壳程与热气出口管相连通，所述冷气出口管上连通有温控流量调节机构，所述温控流量调节机构包括流量调节室，所述流量调节室的底侧连通有冷气连通管，所述冷气连通管与冷气出口管相连通，所述流量调节室的顶部设置有感温控制单元，所述感温控制单元用于控制冷气连通管开合；柜体为系统整体承载与防护基础，柜门便于内部部件检修，进气管输送待处理气体，涡流室基于兰克赫尔胥效应实现气体冷热分离，套管式逆流换热器完成冷热气流逆流换热，温控流量调节机构可精准控制冷气流量以适配换热需求。

5、液位联动保护式排液机构，设置在套管壳程的底部；用于收集并安全排放换热过程中析出的凝液，降低低温凝液冻结或形成冰塞的风险。

6、降压混气机构，连通在套管壳程的右侧，所述感温控制单元与降压混气机构配合连接；实现冷热气流混合与分级减压，有助于稳定气体压力与温度状态。

7、出气管，连通在降压混气机构的右侧并延伸至柜体的右侧，所述出气管上设置有出气阀；用于输出经换热、减压处理后的气体，出气阀可控制气体输出启停。

8、控制面板，设置在柜体的正面，所述控制面板上设置有控制器；控制面板与控制器配合，实现系统参数设定、运行状态监测与操作控制。

9、优选的，所述套管式逆流换热器还包括内管程，所述内管程固定安装在套管壳程的内部，所述内管程的左侧设置有内螺纹管，所述内管程通过内螺纹管与热气出口管连通，所述内管程的右侧设置有外螺纹连接管；内管程为热气流动核心通道，内螺纹管保障热气出口管与内管程的密封稳固连通，外螺纹连接管实现内管程与降压混气机构的可拆卸连接，套管壳程与内管程形成封闭夹层空间，为逆流换热提供稳定环境。

10、优选的，所述流量调节室的顶部连通有逆流管，所述逆流管的外侧固定安装有密封盖，所述密封盖与套管壳程的右侧密封连接，密封盖与套管壳程之间形成冷却调温腔，所述密封盖的内侧设置有环形逆流盒，所述逆流管与环形逆流盒相连通，所述环形逆流盒的内圈位于内管程的外侧，所述环形逆流盒的内侧设置有多个逆流喷嘴，多个逆流喷嘴为环形排布；逆流管实现冷气向环形逆流盒的定向输送，环形排布的逆流喷嘴使冷气均匀逆向喷射，与内管程内正向流动的热气形成近似完全逆向对流，有助于显著提升换热效率，密封盖保障冷却调温腔的密封性，减少气体泄漏对换热效果的影响。

11、优选的，所述感温控制单元包括第二感温筒和密封导温管道，密封导温管道固定安装在流量调节室的顶部，所述密封导温管道与流量调节室之间为密封状态，所述密封导温管道安装在降压混气机构的底部，所述第二感温筒固定设置在密封导温管道的内部，所述第二感温筒的内部设置有第二感温形变元件，所述第二感温形变元件的底端固定安装有阀门控制杆，所述阀门控制杆延伸至流量调节室内并安装有锁止球，所述锁止球与冷气连通管密封配合，所述阀门控制杆与流量调节室竖向密封滑动连接，所述冷气连通管的底侧连通有压力排放阀；密封导温管道可快速传导降压混气机构内的气体温度，第二感温形变元件随温度变化自动形变，通过阀门控制杆带动锁止球移动，实现冷气连通管开合度的自适应调节，压力排放阀在冷气连通管内压力超标时自动泄压，保障系统运行安全。

12、优选的，所述降压混气机构包括降压室，所述密封导温管道连通在降压室的底侧，内管程的顶部连通有冷流引回管的一端，所述冷流引回管的另一端与降压室的顶部相连通，所述冷流引回管上设置有回流管阀；降压室为气流混合与分级减压的核心区域，冷流引回管将换热后的冷流引入降压室与热气混合，回流管阀可调节冷流引回流量，适配不同工况下的减压需求。

13、优选的，所述降压混气机构中降压室的左侧连通有内螺纹连接管，所述内螺纹连接管与外螺纹连接管螺纹连通，所述出气管连通在降压室的右侧；内螺纹连接管与外螺纹连接管的螺纹连接方式，保障套管式逆流换热器与降压混气机构连接的密封性与可拆卸性，便于后期维护检修，降压室处理后的气体可通过出气管稳定输出。

14、优选的，所述降压室的内部固定安装有支撑杆，所述支撑杆通过密封轴承转动安装有旋转轴，所述旋转轴的外侧固定安装有多个搅拌叶，通过多个搅拌叶进行气流混合；支撑杆为旋转轴提供稳固支撑，气流冲击搅拌叶可带动旋转轴转动，使冷热气流充分搅拌混合，有助于提升气体温度与压力的均匀性，实现平稳分级减压效果。

15、优选的，所述液位联动保护式排液机构包括凝液收集室，所述凝液收集室的顶部连通有凝液连通管，所述凝液连通管贯穿套管壳程并与内管程相连通，所述凝液收集室的底部连通有凝液排放管，所述凝液收集室的顶部内壁上固定安装有密封筒，所述密封筒的内部滑动安装有浮力杆，所述浮力杆的顶端与密封筒之间安装有弹簧，所述浮力杆的底端安装有密封塞，所述密封塞与凝液排放管密封配合，所述浮力杆的外侧套设有浮力球；凝液收集室用于收集内管程换热后析出的凝液，凝液连通管为凝液流动提供通道，当凝液液位上升时，浮力球带动浮力杆向上滑动并压缩弹簧，密封塞脱离凝液排放管实现自动排液，弹簧辅助浮力杆复位，密封塞保障非排液状态下的密封性。

16、优选的，所述凝液收集室的侧壁横向固定安装有第一感温筒，所述第一感温筒内固定安装有第一感温形变元件，所述第一感温形变元件上固定安装有锁止销，所述锁止销与第一感温筒的内壁横向滑动连接，所述浮力杆的外侧开设有锁止槽，所述锁止销与锁止槽相配合，所述第一感温筒上开设有多个条形孔，使得冷却液可以进入第一感温筒内，提高第一感温形变元件的感温效果；第一感温形变元件通过条形孔快速感知凝液温度，当凝液温度过低时，第一感温形变元件形变延长，推动锁止销插入锁止槽，锁止浮力杆以避免密封塞开启，降低低温凝液排放导致阀瓣冻结或管线冰塞的风险，凝液温度升高后，第一感温形变元件复位，锁止解除后可自动进行排放。

17、优选的，所述柜体的正面设置有控制面板，所述柜门上设置有控制器；控制面板为操作人员提供便捷的人机交互界面，控制器可实现系统运行参数设定、运行状态实时监测与故障报警，有助于提升系统操作管控的便捷性与可靠性。

18、优选的，所述凝液收集室的外侧设置有透明液位观察窗；便于操作人员直观观察凝液收集室内的凝液液位高度，及时掌握排液状态，为日常巡检与维护提供便利。

19、与现有技术相比，本发明提供了一种基于逆流换热与分级减压的调压系统，具备以下有益效果：

20、1、采用内管程热流正向流动与环形逆流盒逆向喷射冷流的结构设计，形成近似完全逆向对流场，解决传统换热效率低、温度控制精度不足的问题。

21、2、形状记忆合金无源温控机制：通过感温形变元件直接联动阀门控制杆，无需外部电源与复杂控制器，实现冷气流量随混合气体温度的自适应调节，适配无市电场景。

22、3、液位、温度双联动凝液保护技术：集成浮力驱动排液与低温锁止功能，通过感温形变元件触发锁止销锁止浮力杆，从物理层面避免低温凝液排放导致的阀瓣冻结与管线冰塞，填补传统仅靠液位控制的安全漏洞。

23、4、气流自驱式分级减压混合结构：利用气流冲击带动搅拌叶旋转，实现冷热气流强制混合与压力梯度递减，解决传统减压压力突变、混合不均的问题。

24、5、多模块一体化集成设计：将涡流分离、逆流换热、分级减压、智能排液、无源控温功能集成于同一柜体，形成“分离、换热、减压、排液、控温”闭环系统，简化结构布局，降低运维成本。

25、6、压力、温度协同安全防护机制：通过压力排放阀与感温控制单元联动，既实现超压自动泄压，又通过温度反馈调节避免冷量浪费，保障系统压力与温度双重稳定。

26、本发明采用套管式逆流、环形喷嘴协同换热，提升换热精度；形状记忆合金无源温控，适配无市电场景；液位、温度双联动凝液防护，规避冻结风险；气流自驱分级减压混合，稳定压力；多模块一体化集成，简化布局；压温协同防护，保障系统安全。