CN101189068B - 三相分离器及其应用和三相分离方法 - Google Patents
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Abstract
一种分离器，具有一个至少内部单锥或双锥的分离器转筒(1)，它仅在其一个轴向端部上可旋转地支承且具有一个垂直旋转轴并且还有下列特征：仅仅在其下端部或上端部上有一个用于驱动分离器转筒的旋转主轴，它围绕铰接点(G)摆动地支承；一个用于待处理产品的输入管(4)；至少两个用于较轻相和较重相的液体出口，用于较轻相的液体出口配有剥离盘；在其最大内圆周处的固体排出口；一个设置在分离器转筒中的分离盘组，在另一液体出口(12)后面在转筒外部设置一个可调节的节流装置(13)，它具有一个环形盘(19)并且设计成通过改变用于较重相的液体出口的出口横截面，使较重相的液体在转筒中一直延伸到的液体半径R偏移。本发明还涉及分离器的应用及三相分离方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有剥离盘和固体排出口的三相分离器及其应用和一种用于通过这种分离器进行三相分离的方法。
背景技术
早就公知这种分离器。通常液体出口配有所谓的剥离盘，在其中利用这种效应，使进入的液体的旋转能量转换成排出管道中的全压头。这种剥离盘已经经过实践考验。尤其可能通过节流改变所产生的全压头并由此在一定范围A内改变转筒中的分离区或者转筒中的分离区半径。尤其还已知，对两个液体出口配设剥离盘。
在图3中示出已知的三相分离器。如果对转筒的两个液体出口的一个或两个出口配设剥离盘并且喷嘴式地构成另一出口，则得到一个范围ΔLP，在其内剥离盘通过节流实现分离区在转筒中的移动(参见例如WO 86/01436)。在这里一方面分离区移动性还相对微小并且也不能轻易地使分离区通过剥离盘在运行中足够快速地移动。移动也不总是导致稳定的工艺特性，因为剥离盘节流过程的变化同时影响多个工艺参数。
发明内容
与此相对本发明的目的是，这样改进上述形式的分离器，使得能够在运行期间以简单方式在较大的径向范围上实现分离区在转筒内部的移动，其中要能够改善分离区位置的调节性。此外要建议一种用于运行这种分离器的方法。
本发明通过三相分离器及其应用和三相分离方法实现这个目的。
本发明建议一种具有一个至少内部单锥或双锥的分离转筒，它仅仅在其一个轴向端部上可旋转地支承并且具有一个垂直旋转轴并且还具有下列特征：
-仅仅在其下端部或其上端部上有一个用于驱动分离转筒的旋转 主轴，它围绕铰接点摆动地支承，
-一个用于待处理的产品的输入管，
-用于较轻相和较重相的至少两个液体出口，其中用于较轻相的液体出口配有剥离盘，
-最好在其最大内圆周区域内的固体排出口，
-一个设置在分离转筒中的分离盘组，
-其中在用于较重相的液体出口后面在转筒外部设置一个可调节的节流装置，该节流装置最好具有一个环形盘或节流盘，并且节流装置设计用于，通过改变用于较重相的液体出口的出口横截面，即通过节流，使较重相的液体在转筒中一直延伸的液体半径偏移。
借助于本发明尤其得到改善的工艺控制性和尤其是改善的分离区位置、也称为E线的调节性。
也能够均衡不仅产品量(相比例)的改变而且产品特性(尤其是密度)，而且使分离线保持几乎恒定。可以测量喷嘴磨损并延长使用寿命。
尽管由全壳螺杆离心器领域、例如由DE 102 09 925A1或DE 10203652A1已知在运行中不旋转的环形盘形式的节流装置。但是这个离心器的转筒支承在两个轴向端部区域中并且不象离心器那样摆动。由此得到差别，螺旋卸料沉降离心机(Dekanter)或全壳螺杆离心器的转筒围绕一个确定的轴旋转，而分离器转筒执行一定的摆动运动，因而由此出发使得排出环缝上的特性不是足够恒定，以便确定地调节轻相与重相之间的分离区和借助于可调节的节流盘实现重液相排出半径的偏移。但是这种猜测没有得到证实。与期望相反，在分离器的排出缝隙上在节流盘上也得到稳定的特性。而该节流盘改善工艺效率以及工艺的精细协调性和稳定性。
优选地，所述环形盘沿轴向设置在转筒外部在用于较重相的液体出口以上。
优选地，为所述环形盘配设一个驱动装置并且使该环形盘可轴向移动地、尤其是偏移地设置，和/或可摆动地设置，由此可改变在运行 中的环形盘和用于较重相的液体出口的间距，即一环缝的缝隙宽度。
优选地，所述环形盘设计成在运行中是不旋转的。
优选地，所述固体排出口设计成固体排出喷嘴，这些固体排出喷嘴设计成用于从转筒中连续地排出固体颗粒。
优选地，所述固体排出喷嘴能够通过滑阀封闭。
优选地，有一个延伸到转筒中的另外的输入管，用于液体，作为待加工产品的添加物。
优选地，有至少一个用于测量输入和/或输出的产品通流率的传感器。
优选地，在用于较重相的液体出口和节流装置前面设置一个液压密封环室。
优选地，所述液压密封环室由一个在转筒内部前置于用于较重相的液体出口的阻滞盘组成，该阻滞盘从剥离盘的外圆周向外延伸并且具有一个最大圆周半径，该最大圆周半径大于用于较重相的液体出口一直延伸到的最大半径，其中在该阻滞盘前面设置一个环形盘，该环形盘从转筒的转筒盖的内圆周出发向内延伸并且该环形盘的内径小于阻滞盘和用于较重相的液体出口一直延伸到的最大半径，由此在环形盘与用于较重相的液体出口之间的区域内在转筒的转筒盖的内圆周上形成所述液压密封环室。
所述分离器适用于各种三相分离任务，尤其是原油预加工，其中净化掉原油中的固体并且从原油中分离出水。
本发明也实现一种按照本发明的用于原油预加工的分离器，其中净化掉原油中的颗粒并且从原油中分离出水。
本发明还实现一种用于三相分离和净化(Klaerung)待加工产品的方法，将产品分成至少两个液相和一个固相，其中在一个按上述的分离器中实现产品处理，其中为了调节分离区，一次性地在运行中通过剥离盘调节轻液相的半径，然后通过节流装置、最好是环形盘调节重液相和由此调节分离区。
在其下面给出其它有利的扩展结构。
优选地，通过调节方法根据产品输入量和/或特性使分离区保持在 恒定的半径上。
优选地，在剥离盘和节流装置上获得在产品输入管道中进入转筒和从转筒进入产品排出管道中的流量，并且由这些参数的差值获得固体的流量。
优选地，由所获得的固相流量的变化推断出固体排出喷嘴状态的变化，其中流量的增加证实固体排出喷嘴的磨损并且流量的减少证实固体排出喷嘴的堵塞或脏污。
优选地，在形成乳液的情况下通过调整剥离盘和节流装置使分离区这样偏移，使得通过剥离盘或通过节流装置上的缝隙排出乳液。
优选地，测量导入分离器转筒中的产品的固体含量。
优选地，测量轻液相的排出体积。
优选地，所述节流装置是环形盘。
下面借助于实施例参考附图详细地描述本发明。附图中：
附图说明
图1示出一个按照本发明的非常简化地示出的分离器转筒的一半的截面图，
图2示出另一按本发明的简示的分离器转筒的截面图，
图3示出一个用于按照图1至3形式的分离器转筒的驱动区域的实施例截面图，
图4示出按照现有技术的分离器转筒，以及
图5a-c示出用于表示本发明作用的多部分表格。
图1至3分别示出分离器转筒1，它们在半径r0处具有一个垂直定向的旋转轴。
具体实施方式
所述分离器转筒1分别安置在一个旋转主轴2上，它例如按照图4的形式直接或通过一个皮带(在这里未示出)或以其它方式(例如传动机构)驱动。该旋转主轴2可以在其上部圆周区域中锥形地构成。
所述旋转主轴2通过至少一个或多个滚动轴承3在转筒单侧-在 这里在转筒下方-摆动地支承并因此在运行中根据剩余不平衡量与螺旋卸料沉降离心机不同地描述一个新的轴线，它描述一种围绕垂直线r0的旋进运动(见图4，在其中示出倾斜角α)。
除了这种结构类型以外，还已知以下结构，其中一个下转筒犹如“悬挂”在上部的旋转主轴上。但是在这里转筒只在其端部或者紧接着其轴向端部可旋转地摆动支承。
所述分离器转筒1具有一个用于待分离产品P的输入管4，在其上连接一个分配器5，它配有至少一个或多个排出口6，通过它们可以将输入的分离物(十字阴影)导入到分离器转筒1的内部和盘组的上升通道7中。同样可以设想例如从下面穿过主轴的输入。
在这里这样选择结构，使排出口6在上升通道7下方位于由锥形成形的分离盘9组成的盘组8(标记符号8处外径)中。该盘组8向上由一个分隔盘17封闭，该分隔盘具有比盘组更大的直径。
在分离盘组内部并且在那里最好在上升通道7内部，在运行中在转筒相应旋转时在乳液线或分离线(也称为E线)的确定半径rE处在较轻液相LP(从左下到右上的阴影)与较重液相HP(向右下的阴影)之间形成一个分离区。
所述较轻液相LP(轻相)在内部半径rLP处借助于剥离盘10(也称为抓具：Greifer)从转筒中被导引出去。借助于通过液体旋转能产生的全压头使剥离盘起到如同泵的作用。在该剥离盘后面例如在分离器外部在其后接的排出管道中设置一个用于节流的阀门18。
而所述重液相HP围绕分隔盘17的外圆周通过排出通道11流动到转筒1(半径rHP)上部轴向端部处的液体出口12。
就此而言，对应于图1至3的结构。它们也配有相同的驱动装置。
按照图3，重液相HP在液体出口12处溢流式地从转筒流出。
而按照本发明的图1和2的结构与按照图3的结构不同，在液体出口12的区域内配有可调节的节流装置13，借助于它可以改变液体流出的横截面。
为了在结构上以简单的方式实现节流装置13而建议，按照图1和2的形式沿轴向在液体出口12以上在转筒1外部设置一种环形盘或节流盘19，它与至少一个液体出口间隔距离地设置和构成，其中环形盘19相对于至少一个出口的位置是可以变化的。该环形盘具有一个平面的表面或者例如配有槽。该环形盘的表面最好、但不必一定垂直于转筒轴线取向。
环形盘19最好例如可轴向移动或者在其一个圆周边缘上可偏转地设置，并且对该环形盘配设一个驱动装置，其设计用于改变在运行中最好静止的环形盘19与出口12的距离。
所述环形盘19最好设计成在运行中是静止的并且不与转筒1一起旋转。
在环形盘19与出口12之间这样构成一个缝隙20，使得由从转筒流出的重液相HP通流该缝隙，其中液相缝隙的宽度是变化的。
不仅通过节流剥离盘而且通过调整节流装置或者在这里通过环形盘19的运动调整缝隙20的缝隙宽度，能够使E线的半径在转筒内部以一定的范围移动。
在这里双锥转筒在其最大直径范围内具有固体排出喷嘴21，它们用于从转筒中连续地排出固体颗粒S。优选这种扩展结构。当时同样可以设想没有附加固体排出的实施例。
在使用活动的环形盘9时，在只单侧或者浮动地支承的转筒上由于明显的旋进运动，在出口缝隙20上不能构成足够稳定的特性，因为缝隙20由于旋进运动而没有恒定的缝隙宽度，这种初始的设想已经证实是不可靠的(也参见图5的表格)。
而可移动的环形盘导致乳液线(E线)调节性的明显改善以及更好的工艺掌握性和控制性。也存在更大的分离区调节范围。
在此方面结构仍然与图1和2相似。
所述出口12可以具有孔形式的圆形形状或者例如也可以具有从内向外楔形或台阶形的形状，这提高在不同情况下的调节能力。也可以在出口中使用小管，其优点是，液体流不置于转筒上。
按照图2在液体出口前面设置一种液压密封环室14。
该环室由一个前置于转筒内部液体出口的盘15组成，它从剥离盘(Schaelscheibe)10的外圆周向外延伸并且具有一个最大圆周半径，它大于出口12一直延伸到的最大半径。在静止的不旋转的(封闭)盘15前面也在转筒1内部设置一个环形盘16，作为第一闸门，它从转筒1的转筒盖的内圆周出发向内延伸并且其内径小于盘15和出口12一直延伸到的最大半径，由此在环形盘16与出口12之间的区域内(作为第二闸门)在转筒1的转筒盖的内圆周上构成液压密封环室14。
这个环室防止气体或蒸气从转筒通过出口12或迷宫或其它缝隙等等不可控地排出，这导致在乳液线区域-分离区内短时的不稳定性。
为了平衡压力，可以设有垂直孔22，它通过剥离盘10的盘状凸台延伸并且不与剥离盘中的排出通道作用连接。
在实践中本发明如下起作用：
乳液线半径rE、也称为分离区或分离线的改善的监控或调节性以有效的范围提高在三相分离系统中工艺的优化性、稳定性和精细协调性。
具有可调节的节流盘19的节流装置13可以以10mm调整重液相的排出半径并且剥离盘可以施加100000Pa的附加压力降，由此出发得到下面的调节E线或保持具有不同稠度(K)的稳定E线的可能性(见图5的表格)。
仅仅节流装置13就可以实现从约336至384mm(即48mm)的重液相排出半径的调节性或者从0.884至0.915(0.031)密度变化(K)的平衡，因为或者通过对偏移作出反应或者在产品变化时通过改变缝隙20的缝隙宽度而抵消分离区的偏移，以使分离区保持尽可能恒定的半径，以保持工艺稳定。
仅仅剥离盘10就可以实现从约360至392mm(32mm)的重液相排出半径的调节或者从0.878至0.900(0.022)的密度变化(K)的平衡。
所述节流装置13和剥离盘10可以组合实现从336至414mm(对应于78mm)的分离区或E线半径的调节性或者从0.863至0.915 (0.052)的密度关系变化(K)的平衡。
这一点印象深刻地显示出，通过剥离盘10和节流装置13和固体排出喷嘴21(在其后面设置一个具有例如导板和类似部件的排出管道系统)的组合不仅能够在大的范围上调节E线，而且也能够使E线特别简单地保持恒定，如果分离物的成分或特性改变，或者由于喷嘴磨损使机器特性-在这里是固相的排出管道横截面和相关的固相排出量-改变的话。
如果按照图2设有一个液压密封的室14，则能够防止从液体排出蒸气或气体(例如碳氢化合物和/或水或油蒸气)，而且与工艺温度无关，由此得到的优点是，尤其通过水蒸气既不影响盘堆叠中的分离或分离效率也不影响E线半径的位置。
也可以单独且独立地将水输送到转筒中(在这里未示出，例如可以通过在产品输送管4内部的同心输送管并进而通过分配器直到转筒中实现)，以便在三相分离时没有附加的液压负荷施加在盘堆叠上，保证在缝隙20处总是存在足够的全压头。而如果缝隙不完全通流，则可能产生不可控的E线偏移。
最好观察并且必要时也测量通过缝隙20的排出体积流，以防止这种干燥过程并且使要添加的水的体积尽可能少。
在本发明中也能够并且特别有利的是，这样测量产品到离心器的流量，如通过剥离盘10在排出口上的流量和通过缝隙20在节流装置13上的流量，其中由这个参数的差可确定通过固体排出喷嘴21的固体排出率。
可以以机器设计和转筒旋转速度为基础，首先在理论上确定喷嘴排出能力。这个能力在下面称为“名义”能力或者排出率。
在固体喷嘴的名义排出率与“测得的”排出率之间的差值给出关于喷嘴运行状态的信息。
如果“测得的”排出率大于名义排出率，则表示喷嘴21磨损并且给出时间间隔，建议在该时间间隔以内维修或者保养固体排出喷嘴21。这一点是有利的，因为能够使直到更换喷嘴的时间最大化。
如果“测得的”排出率小于名义排出率，由此可以，排除一个或多个固体排出喷嘴21被堵塞。
该系统可以设计用于执行对喷嘴磨损影响的自动修正，如果确定了固体排出喷嘴被堵塞或未堵塞的话。
最后也能够借助于按照本发明的分离器转筒实现一种用于过程优化和调节的专家系统。
在节流装置(在缝隙20)上的压力降取决于缝隙20的通流率或流量和大小。在剥离盘10上的压力降取决于流量和在剥离盘的阀门20上的节流压力。所述压力降影响重相和轻相的流出量。此外，组合地并且分别自身地观察，排出半径影响E线的位置。
因为明确的是，重相和轻相的排出半径如何通过缝隙20和剥离盘上的压力降受到影响和这一点如何影响E线，对于分离器能够实现改善的控制和调节系统。
由此应用者由E线半径特别小可以推断出，在轻相中有较大分量的重相和反之。
如果不能分离乳液，则在离心器内部已经建立一个乳液层。
通过适当地改变缝隙20上和/或剥离盘上的调节，能够在过程变得不稳定之前或者实现更不良的澄清之前或者在过程不可控之前，或者防止产生乳液层或者将乳液层排到重或轻液体排出管道中。
通过在线专家系统可以保持稳定的分离过程，尽管可能出现产品输送率和产品成分的波动或者较重和/或较更轻液相LP和HP的密度波动。这种效应例如在天然产品如鱼油中产生或者也在原油预加工(从原油中分离水)或者在水预加工(尤其是从水中分离残余油)时产生。
通过通流量和/或产品流量的在线测量补充在线专家系统，能够计算输送密度或者最终直接测量密度。
通过测量固体含量可以修正固体流量，因为固体密度是一个相对恒定的参数。
通过测量轻相的排出流量和流量可以测量轻相密度并最终直接测量密度。
由密度可以确定重和轻相的输入量和排出量。
由所有这些值可以得出结论，它们能够通过仅仅调节缝隙和/或通 过适当地节流剥离盘使分离过程最佳化。
通过在线测量准确的重相成分以及轻相，可以补充这个简单的专家系统。重相和轻相一般都不具有极性，它们将使得体积浓度的测量简化。
附图标记清单
1分离器转筒 20 14液压密封环室
2旋转主轴 15阻滞盘
3轴承 16环形盘
4输入管 17分隔盘
5分配器 18调节阀
6出口 25 19环形盘
7上升通道 20缝隙
8盘组 21固体排出喷嘴
9分离盘 22孔
10剥离盘 R0垂直线
11排出通道 30 α角度
12液体出口 LP较轻的液相
13闸门装置 HP较重的液相
Claims (19)
1.一种分离器，具有一个至少内部单锥或双锥的分离器转筒(1)，该分离器转筒仅仅在其一个轴向端部上可旋转地支承且具有一个垂直旋转轴并且还具有下列特征：
a)仅仅在其下端部或其上端部上有一个用于驱动分离器转筒的旋转主轴，该旋转主轴围绕一铰接点(G)摆动地支承，
b)一个用于待处理产品的输入管(4)，
c)用于较轻相(LP)和较重相(HP)的至少两个液体出口，其中用于较轻相(LP)的液体出口配有一剥离盘(10)，
d)在其最大内圆周区域内的固体排出口，
e)一个设置在分离器转筒中的分离盘组，
其特征在于，
f)在用于较重相的液体出口(12)后面在转筒外部设置一个可调节的节流装置(13)，该节流装置具有一个环形盘(19)，并且该节流装置设计用于，通过改变用于较重相的液体出口的出口横截面，即通过节流，使较重相的液体在转筒中一直延伸到的液体半径R偏移。
2.如权利要求1所述的分离器，其特征在于，所述环形盘(19)沿轴向设置在转筒(1)外部在用于较重相的液体出口(12)以上。
3.如上述权利要求1或2所述的分离器，其特征在于，为所述环形盘(19)配设一个驱动装置并且使该环形盘可轴向移动地和/或可摆动地设置，由此可改变在运行中的环形盘(19)和用于较重相的液体出口(12)的间距，即一环缝(20)的缝隙宽度。
4.如上述权利要求1或2所述的分离器，其特征在于，所述环形盘(19)设计成在运行中是不旋转的。
5.如上述权利要求1或2所述的分离器，其特征在于，所述固体排出口设计成固体排出喷嘴(21)，这些固体排出喷嘴设计成用于从转筒(1)中连续地排出固体颗粒。
6.如上述权利要求5所述的分离器，其特征在于，所述固体排出喷嘴(21)能够通过滑阀封闭。
7.如上述权利要求1或2所述的分离器，其特征在于，为所述环形盘(19)配设一个驱动装置并且使该环形盘可轴向偏移地和/或可摆动地设置，由此可改变在运行中的环形盘(19)和用于较重相的液体出口(12)的间距，即一环缝(20)的缝隙宽度。
8.如上述权利要求1或2所述的分离器，其特征在于，有一个延伸到转筒中的另外的输入管，用于液体，作为待加工产品的添加物。
9.如上述权利要求1或2所述的分离器，其特征在于，有至少一个用于测量输入和/或输出的产品通流率的传感器。
10.如上述权利要求1或2所述的分离器，其特征在于，在用于较重相的液体出口(12)和节流装置(13)前面设置一个液压密封环室(14)。
11.如上述权利要求10所述的分离器，其特征在于，所述液压密封环室(14)由一个在转筒内部前置于用于较重相的液体出口(12)的阻滞盘(15)组成，该阻滞盘从剥离盘(10)的外圆周向外延伸并且具有一个最大圆周半径，该最大圆周半径大于用于较重相的液体出口(12)一直延伸到的最大半径，其中在该阻滞盘前面设置一个环形盘(16)，该环形盘从转筒(1)的转筒盖的内圆周出发向内延伸并且该环形盘的内径小于阻滞盘(15)和用于较重相的液体出口(12)一直延伸到的最大半径，由此在环形盘(16)与用于较重相的液体出口(12)之间的区域内在转筒(1)的转筒盖的内圆周上形成所述液压密封环室(14)。
12.一种用于将待处理产品三相分离和净化成至少两个液相和一个固相的方法，其特征在于，在一个如上述权利要求中任一项所述的分离器中实现产品处理，其中为了调节分离区，一次性地在运行中通过剥离盘(10)调节轻液相(LP)的半径，然后通过节流装置(13)调节重液相(HP)和由此调节分离区。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，通过调节方法根据产品输入量和/或特性使分离区保持在恒定的半径上。
14.如权利要求12或13所述的方法，其特征在于，在剥离盘和节流装置上获得在产品输入管道中进入转筒和从转筒进入产品排出管道中的流量，并且由这些参数的差值获得固体的流量。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，由所获得的固相流量的变化推断出固体排出喷嘴状态的变化，其中流量的增加证实固体排出喷嘴的磨损并且流量的减少证实固体排出喷嘴的堵塞或脏污。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，在形成乳液的情况下通过调整剥离盘和节流装置使分离区这样偏移，使得通过剥离盘或通过节流装置上的缝隙排出乳液。
17.如权利要求12或13所述的方法，其特征在于，测量导入分离器转筒中的产品的固体含量。
18.如权利要求12或13所述的方法，其特征在于，测量轻液相的排出体积。
19.应用如上述权利要求1-11中任一项所述的分离器用于原油预加工，其中由原油中净化掉固体并且从原油中分离出水。
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