CN101121153A - 一种旋流气液分离器 - Google Patents

Abstract

一种旋流气液分离器。主要解决现有分离器对液体中的气体分离效果差以及分离器本身体积大、结构复杂等问题。其特征在于：分离体(9)上、下两端分别固定有一个上封闭体和一个下封闭体，上封闭体由上端盖(10)、嵌入上端盖(10)中心的倒锥(5)以及开于倒锥(5)中心的溢流管(7)构成，下封闭体由下端盖(11)和嵌入下端盖(11)中心的内锥(3)构成；在所述分离体(9)上端侧壁上开有与分离体外圆周呈切向接入的两个方向相对、彼此平行的入口管(1)，在所述分离体(9)下端侧壁上开有与分离体外圆周呈切向接入的出口管(4)，其中，所述出口管(4)的方向与由两个入口管(1)确定的内部旋流方向相同。具有分离效率高、结构简单的特点。

Description

一种旋流气液分离器

技术领域：

本发明涉及石油、化工及医药等领域中所应用的一种气液两相分离装置，尤其是涉及一种旋流式气液分离器。

背景技术：

目前，用于以油-气两相分离为主的气液两相分离器主要有柱状分离器、立式重力分离器、螺旋式分离器等。普通柱状分离器的结构简单，但分离效果较差，不能对油气进行充分分离；立式重力分离器虽然分离效果较好，但是其体积较大，内部结构复杂；螺旋式分离器的加工工艺复杂，制造成本高。此外，由于气液两相分离器的分离原理主要是利用两相介质间的密度差而进行离心分离，密度差越大，分离效果相对就越好。因此，上述这些现有的气液两相分离器对于高度离散在液体中的气体就很难分离。为了改善这一现状，曾有人先后提出了许多改进型的分离器，但是这些改进型的分离器，其内部结构都较复杂，而且不易加工。因此，如何改进气液分离器的结构已成为油气田地面工程系统一个亟待解决的问题。

发明内容：

为了解决现有的气液两相分离器对高度离散在液体中的气体分离效果差以及分离器本身存在的体积大、内部结构复杂等问题，本发明提出了一种新的旋流气液分离器，该种旋流气液分离器具有分离效率高、设备体积小、分离速度快、结构简单紧凑、制造及操作成本低等突出优点，使用该种分离器后，可以对高度离散在液体中的气体进行有效分离，解决了油气田地面工程系统中的一个难题。

本发明的技术方案是：该种旋流气液分离器，主体部分是一个中空的圆柱形分离体，在所述分离体的上、下两端分别固定有一个上封闭体和一个下封闭体，其中所述上封闭体由上端盖、嵌入上端盖中心的倒锥以及开于倒锥中心的溢流管构成，所述下封闭体由下端盖和嵌入下端盖中心的内锥构成，上述组件密闭连接后，形成一个分离腔。此外，在所述分离体上端侧壁上开有与分离体外圆周呈切向接入的两个方向相对、彼此平行的入口管，在所述分离体下端侧壁上开有与分离体外圆周呈切向接入的出口管，其中，所述出口管的方向与由两个入口管确定的内部旋转流方向相同。

本发明具有如下有益效果：由于采取上述方案后，同目前常用的气液分离器相比，其顶部倒锥的斜面，可以使聚集在分离腔上部的气体在进入的混合液的携带下沿分离器内壁旋转后析出，位于分离器中心的内锥成为被旋转后经离心作用析出的气体的上行附着体，有利于分离出的气体经溢流管析出。此外。在分离器底部设置的水平切向出口管，既不破坏分离器内部的流场，又可以增加分离器有效分离段的长度，因而可获得更高的分离效率。这种结构的气液分离器其设备体积极小，操作及工艺非常简单，因此说这种旋流气液分离器的提出将有效地解决油田生产实际中面临的气液分离的难题。此外，这种新型的旋流分离结构也可实现油-水两相的高效分离。

附图说明：

图1是本种旋流气液分离器的结构示意图。

图2是本种旋流气液分离器定义了一些参数的结构示意图。

图3是本种旋流气液分离器进行工作时的状态示意图。

图4是本种旋流气液分离器一种变形结构的示意图。

图中1-入口管，2-分离腔，3-内锥，4-出口管，5-倒锥，6-溢流管出口，7-溢流管，8-溢流管入口，9-分离体，10-上端盖，11-下端盖。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本发明中所述旋流气液分离器，其结构如图1所示，主体是一个中空的圆柱形分离体9，在所述分离体9的上、下两端分别固定有一个上封闭体和一个下封闭体。其中，所述上封闭体由上端盖10、嵌入上端盖10中心的倒锥5以及开于倒锥5中心的溢流管7构成，所述下封闭体由下端盖11和嵌入下端盖11中心的内锥3构成，上述组件密闭连接后，形成一个分离腔2。此外，在所述分离体9上端侧壁上开有与分离体外圆周呈切向接入的两个方向相对、彼此平行的入口管1，在所述分离体9下端侧壁上开有与分离体外圆周呈切向接入的出口管4，其中，所述出口管4的方向要与由两个入口管1确定的内部旋流方向相同。

这种新型旋流气液分离器的分离原理也是利用两种不互溶介质的密度差而进行离心分离的。当液体与气体的混合介质由方向相对的两个入口管进入分离器后，在压力的作用下，于设备内部产生高速旋转，形成高速旋转的涡流。在涡流带动混合液沿分离器下行的过程中，在离心力作用下，密度较重相——液体被甩至器壁；同时，密度较轻相——气体被挤至中心处。在此过程中，由于本种旋流气液分离器中心固定有一个内锥3，使高度离散在混合液中的气体与内锥3接触后析出，使内锥附近成为气体的富集区，并且析出的气体沿内锥向上运移，由溢流管入口8进入溢流管7经溢流管出口6排出。在这里，加入内锥的主要目的在于：一、为气体的析出提供有利于条件，增加气体析出的几率。二、减小了气体向中心的径向运移距离，可以使分离出的气体快速排出。

此外，在本发明中安装于分离器顶部的倒锥5，可以使聚集在分离器顶部的气体在进入的混合液的携带下，沿内壁的斜面向下运移，并由溢流口排出，避免在上端盖附近始终存留有不能排出的气体，从而提高分离效率。

现有技术中普通结构的分离器，其下部通常已经不再起到分离作用，而本发明将出口管4置于分离器底部的切向位置，这样既不破坏分离器内部的流场，又可以增加分离器有效分离段的长度，因此可以使除气的效率进一步提高。

这种旋流气液分离器的工作状态示意图如图3所示，分离腔2内曲线旋转方向即为内部旋转流场的方向。

为达到一个较好的实施效果，可以按照如下的要求确定这种旋流气液分离器的具体结构。如图2所示，如果将所述入口管1的宽度设定为t，所述倒锥5的底圆直径设定为d1，所述分离体9的内径设定为D，所述溢流管7的直径设定为d0，那么当满足d0＜d1＜D-4t时，本发明将有较好的实施效果。

此外，考虑到分离器设计的一般规律，可以再增加一个限定条件，即如果设定所述入口管1的上缘至所述内锥3锥顶的垂直距离为Lx，则需要满足Lx＝(0.8～1.2)*D这一条件。

对于分离体9，采用圆柱形结构是一种常规结构，如果对其进行一种变形，则可以选择如图4所示的一个倒置的中空圆台样结构，这样也可获得较好的分离效果，但其全锥角不宜大于10度，以保证内部流场的相对稳定，并使混合介质在分离器内部保持足够的存留时间。

通过实验证明，本发明具有分离效率高、分离速度快、结构紧凑简单等突出的优点。同其他气液分离工艺及设备相比，具有设备体积小，占地面积小，工艺及操作简单，内部无运动部件等突出的优点。此外，本发明既可应用于化工行业及油田生产，又可应用于医药等其它领域，具有可观的推广应用前景，同时本发明也可应用于对油-水两相的高效分离中。

Claims (3)

1.一种旋流气液分离器，包括一个中空的圆柱形分离体(9)，其特征在于：所述分离体(9)的上、下两端分别固定有一个上封闭体和一个下封闭体，其中所述上封闭体由上端盖(10)、嵌入上端盖(10)中心的倒锥(5)以及开于倒锥(5)中心的溢流管(7)构成，所述下封闭体由下端盖(11)和嵌入下端盖(11)中心的内锥(3)构成，上述组件密闭连接后，形成一个分离腔(2)；

此外，在所述分离体(9)上端侧壁上开有与分离体外圆周呈切向接入的两个方向相对、彼此平行的入口管(1)，在所述分离体(9)下端侧壁上开有与分离体外圆周呈切向接入的出口管(4)，其中，所述出口管(4)的方向与由两个入口管(1)确定的内部旋流方向相同。

2.根据权利要求1所述的一种旋流气液分离器，其特征在于：如果设定所述入口管(1)的宽度为t，所述倒锥(5)的底圆直径为d1，所述分离体(9)的内径为D，所述溢流管(7)的直径为d0，则需要满足d0＜dl＜D-4t。

3.根据权利要求2所述的一种旋流气液分离器，其特征在于：如果设定所述入口管(1)的上缘至所述内锥(3)锥顶的垂直距离为Lx，则Lx＝(0.8～1.2)*D。

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