CN102580354A - 两相流或多相流分离的多层复合t形管分离器及分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两相流或多相流分离的多层复合T形管分离器，包括一个用于混合物流入的流入口、两个用于将分离后的流体流出的流出口和至少两个复合T形管层，复合T形管层包括两个主管和垂直连通在两个主管之间的至少两个中间连接管，相邻的复合T形管层之间共用一个主管。一种采用上述分离器的分离方法，利用两个流出口处的自动控制阀门，分别以液位、压力或两相相体积分率为反馈控制信号，控制两个流出口的流体分配比例，使两相流达到完全分离或接近完全分离。本发明结构简单、体积小、成本低、两相完全按理想分离模型分离，同时管式的设备结构，其更换、维护也更方便。

Description

两相流或多相流分离的多层复合T形管分离器及分离方法

技术领域

本发明涉及两相流或多相流分离技术领域，特别是一种两相流或多相流分离的多层复合T形管分离器及分离方法。

背景技术

在化工、冶金、能源、采矿、食品以及家电工业中普遍存在气液、液液、液固、气固等两相流以及气液固等多相流。为了提高工业过程的经济性和安全性以及得到某单一相的产品，这些不同的相往往要采用一定的方法加以分离。

传统的这类分离器主要有分离罐、沉降槽以及旋风分离器等。然而分离罐或沉降槽一般体积庞大，如果是海上油田的油气、油水分离还要架设大型的海上平台，不仅投资很高而且还有气体泄漏等安全隐患；旋风分离器也存在易磨损、易泄漏，设备成本较高等缺点；此外，这些设备在管线上的安装、更新以及维护保养都不方便；对于高压操作的两相流而言，分离所用的这些设备因体积庞大并且耐压要求高，还要求更大的投资；若物料需换热，这些装置的换热能力也很差。

T形三通管能部分分离两相流，但单次分离的分离效果较差。中国专利CN200910029249.4《一种多相流分离的复合T形管分离器及其分离方法》用一种复合T形管，代替简单T形管，对两相流的分离效率可以大大提高，大量的实验研究结果(Yang，Limin，Zhao，Zhenying，Qi，Pengcheng等，PhaseSeparation of Gas-Liquid Two-Phase Flows in Multi-tube T-junctionSeparators[C]，Collected Papers of Forum on the Second China EnergyScoentist，1-3：241-245，2010)表明这种分离器具有完全分离气液两相流的能力，从而使T形管分离技术有了大规模工业应用的可能。由于这种分离器结构简单、集约，安装、更换、维修方便，存在很好的工业应用前景，但这种分离器也有诸如操作弹性较小、完全分离点不易控制等缺点，尤其当两相流率出现波动时，很难完全分离两相。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：本发明利用上述发明申请的优点并克服上述缺点，提供一种改进的两相流或多相流分离的多层复合T形管分离器及分离方法，解决现有分离器的完全分离点不易控制的技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种两相流或多相流分离的多层复合T形管分离器，包括至少两个复合T形管层，所述复合T形管层包括两个主管和垂直连通在两个主管之间的至少两个中间连接管，相邻的复合T形管层之间共用一个主管，所述两相流或多相流分离的多层复合T形管分离器还具有一个用于混合物流入的流入口和两个用于将分离后的流体流出的流出口。通过将复合T形管层多层分布，使得多相流多重分离，进一步加强了分离效果。

所述主管和中间连接管的管道大小相等。

所述主管和中间连接管的管道大小不同。

所述相邻两个复合T形管层之间垂直或倾斜或水平放置。

所述同一复合T形管层内的中间连接管的长度相同，不同复合T形管层的中间连接管长度相同。

所述同一复合T形管层内的中间连接管的长度相同，不同复合T形管层的中间连接管长度不同。

所述各个复合T形管层内的中间连接管的数量相同。

所述各个复合T形管层内的中间连接管的数量不同。

一种实施方式，所述各个主管上用于混合物流入的流入口和流体流出的流出口均敞开，各个主管上其他端口均封闭。

另一种实施方式，所述主管上用作流入口和/或流出口的端部封闭，在封闭的流入口和/或流出口端部侧向安装有相对应的流入支管和/或流出支管。

一种采用两相流或多相流分离的多层复合T形管分离器的分离方法，所述的两相流或多相流分离的多层复合T形管分离器的流入口与两相或多相流混合物的输送管道相连，两个流出口分别与两个出口管道相连，并在两个出口管道上分别装有调节流量的阀门，分离时将两相或多相流混合物输入上述分离器的流入口，通过两个流出口管道上的阀门调节混合物出口的分配比例，在适当的分配比例下，使混合物相分离，所述的分离器内两个敏感位置上装有测量流体压力、液位或两相相体积分率的传感器，所述阀门为自动控制阀门，自动控制阀门以两个敏感位置上的压力、液位或两相相体积分率的传感信号作为反馈控制信号，如气液两相流时，分别采用底层紧靠流出口位置的连接管内的液位和顶层紧靠流出口位置的连接管50％高度处的气相体积分率，控制两个自动控制阀门调节两个流出口的流体分配比例，使分离效率优化，使两相完全分离或接近完全分离。

所述的两相流或多相流分离的多层复合T形管分离器兼作换热设备，多相流分离过程与多相流换热过程在同一设备内完成。

本发明的有益效果是，本发明与现有技术相比，具有结构简单、体积小、成本低、两相完全按理想分离模型分离，即使在入口流动条件不稳定时，如各相流体流率波动等，用自动控制装置也可以实现两相完全或接近完全分离；同时由于是管式的设备，可用于在线安装完成分离任务，管式设备还能用作换热设备，其更换、维护也更方便。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的两相流或多相流分离的多层复合T形管分离器的第一个具体实施例的结构示意图；

图2是本发明的两相流或多相流分离的多层复合T形管分离器的第二个具体实施例的结构示意图；

图3是用于测试本发明装置对气液两相流动时的相分离效果而进行的实验流程图；

图4是气液两相流在多层复合T形管分离器的相分离效果图；

图5是液液两相流在多层复合T形管分离器的相分离效果图。

图中：1.复合T形管层，1-1.主管，1-2.中间连接管，2.流入口，3.流出口，4.流入支管，5.流出支管，6.气体压缩机，7.储气罐，8.气体转子流量计，9.混合器，10.液体转子流量计，11.离心泵，12.自动控制阀门，13.湿式气体流量计，14.旋风分离器，15.缓冲计量槽。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

下面描述用来分离两相流或多相流的实验设备和实验方法

实验设备：如图3所示为用于测试本发明装置对气液两相流动时的相分离效果而进行的实验流程图，空气由气体压缩机6排出后经储气罐7、阀门和气体转子流量计8计量后流入气液混合器9；同时水从水槽经阀门再由离心泵11排出，经过阀门和液体转子流量计10计量后也进入混合器9与空气混合。混合后的气液两相流经过一段水平管道到达多层复合T形管分离器后分流，一部分流向底层出口，该部分通过缓冲计量槽15缓冲计量后排入水箱；另一部分经过顶层出口，用旋风分离器14对之分离，分离出的气体经过湿式气体流量计13计量后排入大气，液体则流入水槽进行计量，可测出单位时间内从顶层出口流出的气体流量和液体流量。

实验方法：采用两相流或多相流分离的多层复合T形管分离器的分离方法，分离两相流或多相流时，将多层复合T形管分离器的流入口2与两相或多相流混合物的输送管道相连，两个流出口3分别与两个出口管道相连，并在两个出口管道上分别装有调节流量的阀门，分离时将两相或多相流混合物输入上述分离器的流入口2，通过两个流出口3管道上的阀门调节混合物出口的分配比例，在适当的分配比例下，使混合物相分离，分离器内两个敏感位置上装有测量流体压力、液位或两相相体积分率的传感器，阀门为自动控制阀门12，自动控制阀门12分别以两个敏感位置即底层紧靠流出口3位置的连接管内的液位和顶层紧靠流出口3位置的连接管50％高度处的气相体积分率作为反馈控制信号，控制两个自动控制阀门12调节两个流出口3的流体分配比例，使分离效率优化，使两相完全分离或接近完全分离。两相流或多相流分离的多层复合T形管分离器兼作换热设备，多相流分离过程与多相流换热过程在同一设备内完成。

实施例1采用图1所示多层复合T形管分离器进行气液两相流分离

以空气和水组成气液两相流体系，采用图1所示的具有4层结构的多层复合T形管分离器，包括四个复合T形管层1，相邻两个复合T形管层1之间垂直或倾斜或水平放置，复合T形管层1包括两个主管1-1和垂直连通在两个主管1-1之间的至少两个中间连接管1-2，相邻的复合T形管层1之间共用一个主管1-1，两相流或多相流分离的多层复合T形管分离器还具有一个用于混合物流入的流入口2和两个用于将分离后的流体流出的流出口3，各个主管1-1上用于混合物流入的流入口2和流体流出的流出口3均敞开，各个主管1-1上其他端口均封闭，主管1-1和中间连接管1-2的管道大小相同也可以不同，同一复合T形管层1内的中间连接管1-2的长度相同，不同复合T形管层1的中间连接管1-2长度相同，也可以不同，各个复合T形管层1内的中间连接管1-2的数量可以相同或不相同。

当管道直径都为0.010m，常温下恒定空气的压强为0.1MPa，采用液体和气体在主管进口的表观速度都为0.35m/s，此时的两相流流型为塞状流，分离效率随采出质量分率变化的实验结果见图4气液两相流在多层复合T形管分离器的相分离效果图。图中，纵坐标为分离效率，横坐标为从顶层出口流出混合物占总进料混合物的质量分率，即采出分率，“-”为理想分离线。由图4可见，在这种分离条件下，采用简单T形管时，分离效率最高只能达到64％左右；而采用多层复合T形管分离器，随着顶层出口采出分率增加，分离效率的变化完全沿着理想分离线进行，最高分离效率达到两相完全分离的100％。同样的平均气液速条件但气液流量存在波动时，采用上述的自动控制系统，控制两个出口混合物的分配比例，测量到顶层流出口3流出完全是气体，底层流出口3流出完全为液体，分离效率达到100％，实现两相的完全分离。

实施例2采用图2所示多层复合T形管分离器进行液液两相流分离

将图3中用压缩机提供空气的系统改造成用油泵输送煤油的系统，同时对多层复合T形管分离器分离后的两个出口的分离计量系统进行相应的改造，图3装置也可用于测试液液两相流在多层复合T形管处的相分离特性。以煤油和水组成液液两相流体系，采用图2所示的具有4层结构的多层复合T形管分离器，包括四个复合T形管层1，相邻两个复合T形管层1之间垂直或倾斜或水平放置，复合T形管层1包括两个主管1-1和垂直连通在两个主管1-1之间的至少两个中间连接管1-2，相邻的复合T形管层1之间共用一个主管1-1，两相流或多相流分离的多层复合T形管分离器还具有一个用于混合物流入的流入口2和两个用于将分离后的流体流出的流出口3，主管1-1上流入口2和其中一个流出口3的端部封闭，在封闭的流入口2和流出口3端部侧向安装有相对应的流入支管4和流出支管5，主管1-1和中间连接管1-2的管道大小相同也可以不同，同一复合T形管层1内的中间连接管1-2的长度相同，不同复合T形管层1的中间连接管1-2长度相同，也可以不同，各个复合T形管层1内的中间连接管1-2的数量可以相同或不相同。

当管道直径以及复合T形管的直径都为0.010m，常温下，煤油的表观速度为0.35m/s，水的表观速度为0.66m/s，此时液液两相流的流型为带混合界面的分层流，分离效率随采出质量分率变化的实验结果见图5液液两相流在多层复合T形管器的相分离效果图。图中纵坐标为分离效率，横坐标为从顶层出口流出的混合物占总流入液液混合物的质量分率，“-”为理想分离线。由图5可见，采用简单T形管，分离效率最高只有75％左右，而采用多层复合T形管分离器，分离效率可达到100％，而且随着质量采出分率的变化，分离效率完全落在理想分离线上。同样的平均油水两相条件但油水流量存在波动时，分别用紧靠底层流出口3的连接管内的水位和紧靠顶层流出口3的两连接管内50％高度位置的油相体积分率为反馈控制信号，控制两个出口的阀门，自动调节两个出口的混合物分配比例，测量到顶层出口流出完全是煤油，底层出口流出完全为水，分离效率为100％，也能实现两相的完全分离。

以上述依据本发明的实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (12)

1.一种两相流或多相流分离的多层复合T形管分离器，其特征在于：包括至少两个复合T形管层(1)，所述复合T形管层(1)包括两个主管(1-1)和垂直连通在两个主管(1-1)之间的至少两个中间连接管(1-2)，相邻的复合T形管层(1)之间共用一个主管(1-1)，所述两相流或多相流分离的多层复合T形管分离器还具有一个用于混合物流入的流入口(2)和两个用于将分离后的流体流出的流出口(3)。

2.如权利要求1所述的两相流或多相流分离的多层复合T形管分离器，其特征在于：所述主管(1-1)和中间连接管(1-2)的管道大小相等。

3.如权利要求1所述的两相流或多相流分离的多层复合T形管分离器，其特征在于：所述主管(1-1)和中间连接管(1-2)的管道大小不同。

4.如权利要求1所述的两相流或多相流分离的多层复合T形管分离器，其特征在于：所述相邻两个复合T形管层(1)之间垂直或倾斜或水平放置。

5.如权利要求1所述的两相流或多相流分离的多层复合T形管分离器，其特征在于：所述同一复合T形管层(1)内的中间连接管(1-2)的长度相同，不同复合T形管层(1)的中间连接管(1-2)长度相同。

6.如权利要求1所述的两相流或多相流分离的多层复合T形管分离器，其特征在于：所述同一复合T形管层(1)内的中间连接管(1-2)的长度相同，不同复合T形管层(1)的中间连接管(1-2)长度不同。

7.如权利要求1所述的两相流或多相流分离的多层复合T形管分离器，其特征在于：所述各个复合T形管层(1)内的中间连接管(1-2)的数量相同。

8.如权利要求1所述的两相流或多相流分离的多层复合T形管分离器，其特征在于：所述各个复合T形管层(1)内的中间连接管(1-2)的数量不同。

9.如权利要求1～8任一项所述的两相流或多相流分离的多层复合T形管分离器，其特征在于：所述各个主管(1-1)上用于混合物流入的流入口(2)和流体流出的流出口(3)均敞开，各个主管(1-1)上其他端口均封闭。

10.如权利要求1～8任一项所述的两相流或多相流分离的多层复合T形管分离器，其特征在于：所述主管(1-1)上用作流入口(2)和/或流出口(3)的端部封闭，在封闭的流入口(2)和/或流出口(3)端部侧向安装有相对应的流入支管(4)和/或流出支管(5)。

11.一种采用权利要求1所述的两相流或多相流分离的多层复合T形管分离器的分离方法，所述的两相流或多相流分离的多层复合T形管分离器的流入口(2)与两相或多相流混合物的输送管道相连，两个流出口(3)分别与两个出口管道相连，并在两个出口管道上分别装有调节流量的阀门，分离时将两相或多相流混合物输入上述分离器的流入口(2)，通过两个流出口(3)管道上的阀门调节混合物出口的分配比例，在适当的分配比例下，使混合物相分离，其特征在于：所述的分离器内两个敏感位置上装有测量流体压力、液位或两相相体积分率的传感器，所述阀门为自动控制阀门(12)，以两个敏感位置上的压力、液位或两相相体积分率的传感信号作为反馈控制信号，控制两个自动控制阀门(12)调节两个流出口(3)的流体分配比例，使分离效率优化，使两相分离或接近完全分离。

12.如权利要求11所述的分离方法，其特征在于：所述的两相流或多相流分离的多层复合T形管分离器兼作换热设备，多相流分离过程与多相流换热过程在同一设备内完成。

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