CN101966402B - 固液气分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分离装置，尤其是一种利用离心分离原理的固液气分离装置。该装置包括壳体，以及设置在壳体内的转轴和转鼓，壳体上设有混合液入口、重相出口、出液口和气相出口，转轴贯穿壳体的上下两端，并与壳体转动连接，转轴设置在转鼓内，转轴与转鼓之间通过沿轴向设置的导流叶片固定连接，其中，所述转鼓呈上下开口的筒状，转轴为中空轴，转轴靠近转鼓上开口处的轴壁上固定有挡板，挡板与壳体之间设置密封装置，并在壳体的顶部形成气腔，气腔与气相出口连通；位于挡板上方的转轴轴壁设有出气孔，出气孔与气腔连通，挡板下方的转轴轴壁设有轻相收集孔；转轴内腔固定有气液分离器，气液分离器位于出气孔和轻相收集孔之间；转轴底部的开口与壳体的出液口连通。其能够将密度不同的固液、液液、气液两相或固液气三相进行精确分离。

Description

固液气分离装置

技术领域

本发明涉及一种分离装置，尤其是一种利用离心分离原理的固液气分离装置。 

背景技术

我国现有的高产油田均进入了高含水时期，钻采上来的油气水混合液通常需要先经过三相分离器和两相分离器，将从油井钻采上来的油气水混合液初步分离为天然气、含水油与含油的污水。其中初步分离出的高含油的油水混合液进入大型沉降罐中静置分离，沉降罐中分离出的少量天然气进入天然气管网，沉降罐底部的水注回地下，而沉降罐上层的含水油品再经过沉降罐的数级重力沉降，最终获得满足含水率要求的原油。大型储罐的静置沉降工艺是一种在生产过程中被广泛采用的非常成熟的工艺路线，技术与装备的可靠性高，但是需要较长的静置时间，混合液的分离效率低下，并且占用大罐时间长、储罐体积较大。随着石油开采进入枯油期，钻采出的油水混合液中含水率的增加，开发高效的油水分离器产品以减少或者替代沉降罐分离工艺，是行业发展的必然需求。 

目前，国内基于离心分离器的专利较多，比较典型的有中国专利公开号为CN100435902C的名称为“一种旋流气液、液液分离器”、公开号CN101537266A的名称“油水分离方法及装置”等公开的专利文件，这些公开的技术方案采用的是以螺旋管为主题的旋流离心分离技术，虽然能达到减小分离过程扰动的目的并有一定的分离效果，但螺旋管路沿程阻力大，一般也只能分离两相混合液。其它的如采用锥形筒旋风分离器和普通管式离心分离器等，则由于分离器内流体的流动剪切作用容易将液滴比如油滴或水滴打碎乳化，而降低分离效果，因此其液液分离效果并不理想。 

公开号为US005571070A的美国专利和国际专利WO 00/29120公开了一种上下开口的转鼓结构，待分离的混合液体由转鼓的底部进入并随转鼓一起转动分离，分离的轻相与重相由转鼓的上部不同出口流出分离器。该种结构设计简单，减小了旋转液体与转鼓壁间的相对剪切运动影响分离效果的情况。其最大优点正如国际专利WO 00/29120所描写的那样，其转子装配简单且结构间无焊接连接，特别是适用于清洁度要求高的特殊环境使用。但该结构只能分离两相如固液、液液混合液，对大流量、多相混合液特别是混合液中混有少量溶解气体的分离，存在着不足。 

发明内容

本发明的目的在于提出一种固液气分离装置，该装置能够将密度不同的固液、液液、气液两相或固液气三相进行精确分离。 

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种固液气分离装置，包括壳体，以及设置在壳体内的转轴和转鼓，壳体上设有混合液入口、重相出口、出液口和气相出口，转轴贯穿壳体的上下两端，并与壳体转动连接，转轴设置在转鼓内，转轴与转鼓之间通过沿轴向设置的导流叶片固定连接，其中，所述转鼓呈上下开口的筒状，转轴为中空轴，转轴靠近转鼓上开口处的轴壁上固定有挡板，挡板与壳体之间设置密封装置，并在壳体的顶部形成气腔，气腔与气相出口连通；位于挡板上方的转轴轴壁设有出气孔，出气孔与气腔连通，挡板下方的转轴轴壁设有轻相收集孔；转轴内腔固定有气液分离器，气液分离器位于出气孔和轻相收集孔之间；转轴底部的开口与壳体的出液口连通。 

本发明中，转鼓的外壁与壳体的内壁之间存在间隙，转鼓与壳体之间设有密封装置，该密封装置将间隙空间分为进料腔和重相出料腔，进料腔与混合液入口连通，重相出料腔与重相出口连通。 

所述转鼓上开口处的挡板为堰流板，转鼓的下开口处也设置堰流板，堰流板与转轴固定连接，堰流板可以改变液体进出转鼓的流道。 

所述转轴的上下两端与壳体之间的密封为转动密封，如采用O形圈密封、填料密封或者机械密封。 

所述气液分离器可以为波纹式气液分离器或填料式气液分离器。 

所述轻相收集孔位于转鼓内的轻相汇集区，轻相收集孔呈均匀间隔设置或呈间隔式分区集中分布。孔径大小由液相及混入的气相特征决定。 

所述导流叶片平行于转轴的轴向，且各导流叶片之间呈均匀间隔设置。所述导流叶片也可以相对于转轴的轴向呈倾斜状，且各导流叶片之间呈均匀间隔设置。 

所述导流叶片之间设置挡流片或填料，以稳定分离器内流体的流动状态。 

本发明的有益效果是：与现有的离心分离装置相比，该装置结构简单，体积小，设计紧凑，能够将混合有不同密度的两相或三相的混合液精确分离，并且能够实现气液分离，分离效果好，并且分离效率高。 

附图说明

图1为本发明的结构示意图。 

图中：1、壳体；2、转轴；3、出液管；4、转鼓；5、导流叶片；6、动静密封机构；7、重相出口管；8、堰流板；9、气相出口管；10、气液分离器；11、O形密封圈；12、气腔；13、重相出料腔；14、混合液入口管；15、进料腔；16、轻相收集孔；17、出气孔。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。 

图1为本发明所述的固液气分离装置，该装置包括壳体1，壳体1内设有转轴2和转鼓4，转轴2贯穿壳体1的上下两端。壳体1的侧壁上设有混合液入口管14、重相出口管7、出液管3和气相出口管9。转轴2与壳体1之间转动连接，转轴2与壳体1之间的密封相应的为转动密封，其密封方式可以为O形密封圈11密封、填料密封或机械密封。 

转轴2设置在转鼓4内，转轴2与转鼓4之间设有沿转轴轴向设置的导流叶片5，导流叶片5的一侧边与转轴2的轴壁固定连接，对应的另一侧边与转鼓4的内表面固定连接，即转鼓4通过导流叶片5与转轴2固定连接。导流叶片5可以平行于转轴2的轴向，也可以相对于转轴2的轴向呈倾斜状，即与轴向之间呈一定的夹角。转轴2与转鼓4之间设置多个导流叶片5，导流叶片5将转轴2与转鼓4之间分为多个分离室。各导流叶片5可以为均匀间隔设置，也可以为不均匀间隔设置。导流叶片5之间可以设置挡流板或填料，以稳定分离器内流体的流动状态。 

转鼓4呈上下开口的圆筒状。转轴2呈中空管状，转轴2靠近转鼓4上开口处的轴壁上固定有堰流板8，堰流板8与壳体1之间设有动静密封机构6，从而在壳体1的上部形成气腔12，气腔12与气相出口管9连通。堰流板8上方的转轴2轴壁上设有出气孔17，出气孔17与气腔12连通。堰流板8下方的转轴2轴壁上设有轻相收集孔16，轻相收集孔16为通孔，该孔可以为圆孔或长条形孔，其分布于转鼓4内的轻相汇集区；所述轻相收集孔16之间可以为均匀间隔分布，也可以间隔一定的距离分区集中分布；轻相收集孔16的数量及孔径的大小主要由混合液中的气相特征来决定。转鼓4的下开口处也可以设置堰流板，通过堰流板改变混合液进入转鼓4的流道。 

转轴2的中空管的内壁固定有气液分离器10，气液分离器10位于出气孔17和轻相收集孔16之间，其作用是对轻相中的气体和液体进行分离。气液分离器10可以采用波纹式气液分离器或者填料式气液分离器。 

转轴2的上端穿出壳体1，并与外部驱动机械连接，外部驱动装置驱动转轴2以及与转轴2固定连接的转鼓4和导流叶片5高速旋转。转轴2底部的开口与壳体1的出液管3连通。 转鼓4的外壁与壳体1的内壁之间存在间隙，转鼓4与壳体1之间设有动静密封机构6，该密封机构将间隙空间分为进料腔15和重相出料腔13，进料腔15与混合液入口管14连通，重相出料腔13与重相出口管7连通。 

该三相分离装置的工作过程如下所述：该装置工作时，外部转动机械启动，带动转轴2和转鼓4旋转并产生离心力，壳体1处于静止状态。此时，混合液持续地沿着混合液入口管14进入壳体1和转鼓4之间的进料腔15，并通过转鼓4一端的开口进入转鼓4内腔的各个分离室内，受迫随着转鼓4一起旋转，旋转过程中混合液逐渐上升，同时在转动离心力的作用下，混合液中分离出的轻相包括液相和气相向转鼓4的中心浓缩并聚集于转轴2与堰流板8之间，聚集的轻相经过转轴2上的轻相收集孔16进入转轴2的中空轴内，气相自然上升，并经过气液分离器10分离后，经气腔12和气相出口管9流出，而液相则通过转轴2中空轴底部的开口和出液管3流出。与此对应的，转鼓4内混合液中的重相受离心力作用不断地向转鼓4的内壁聚集，并沿转鼓4的内壁向转鼓4的重相开口移动，经过重相出料腔13由重相出口管7流出。至此，混合液中的液相、气相和和重相在该分离装置内得到有效分离，并从不同的出口管流出收集。 

该装置中，混合液入口管14以及重相出口管7的位置并不限于图1所示的位置，混合液入口管14可以设置在壳体1的上部，同样可以通过实现三相分离。 

另外，根据上述描述，该分离装置除了可以进行三相分离外，还可以对具有密度差的气液混合液、液液混合液、固液混合液或者气液固混合液分离提取。 

Claims (9)

1.一种固液气分离装置，包括壳体(1)，以及设置在壳体(1)内的转轴(2)和转鼓(4)，壳体(1)上设有混合液入口、重相出口、出液口和气相出口，转轴(2)贯穿壳体(1)的上下两端，并与壳体(1)转动连接，转轴(2)设置在转鼓(4)内，转轴(2)与转鼓(4)之间通过沿轴向设置的导流叶片(5)固定连接，其特征在于：所述转鼓(4)呈上下开口的筒状，转轴(2)为中空轴，转轴(2)靠近转鼓(4)上开口处的轴壁上固定有挡板，挡板与壳体(1)之间设置密封装置(6)，并在壳体(1)的顶部形成气腔(12)，气腔(12)与气相出口连通；位于挡板上方的转轴(2)轴壁设有出气孔(17)，出气孔(17)与气腔(12)连通，挡板下方的转轴(1)轴壁设有轻相收集孔(16)；转轴(2)内腔固定有气液分离器(10)，气液分离器(10)位于出气孔(17)和轻相收集孔(16)之间；转轴(2)底部的开口与壳体(1)的出液口连通。

2.根据权利要求1所述的固液气分离装置，其特征在于：转鼓(4)的外壁与壳体(1)的内壁之间存在间隙，转鼓(4)与壳体(1)之间设有密封装置，该密封装置将间隙空间分为进料腔(15)和重相出料腔(13)，进料腔(15)与混合液入口连通，重相出料腔(13)与重相出口连通。

3.根据权利要求1所述的固液气分离装置，其特征在于：转鼓(4)上开口处的挡板为堰流板(8)，转鼓(4)的下开口处也设置堰流板，堰流板与转轴(2)固定连接。

4.根据权利要求1所述的固液气分离装置，其特征在于：转轴(2)的上下两端与壳体(1)之间的密封为转动密封。

5.根据权利要求1所述的固液气分离装置，其特征在于：所述气液分离器(10)为波纹式气液分离器或填料式气液分离器。

6.根据权利要求1所述的固液气分离装置，其特征在于：所述轻相收集孔(16)位于转鼓(4)内的轻相汇集区，轻相收集孔(16)呈均匀间隔设置或呈间隔式分区集中分布。

7.根据权利要求1所述的固液气分离装置，其特征在于：所述导流叶片(5)平行于转轴(2)的轴向，且各导流叶片(5)之间呈均匀间隔设置。

8.根据权利要求1所述的固液气分离装置，其特征在于：所述导流叶片(5)相对于转轴(2)的轴向呈倾斜状，且各导流叶片(5)之间呈均匀间隔设置。

9.根据权利要求1、7或8所述的固液气分离装置，其特征在于：所述导流叶片(5)之间设置挡流片或填料。 

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