CN102671470B - 高效气液分离器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效气液分离器。壳体前端设有进料口，壳体后段上方设有气出口，中部下方设有排污口，后端下方设有液出口，壳体内上部为气相区，壳体内下部为液相区，壳体内的气相区从前端到后端顺次设有预分离器、第一层叶片式填料、第二层叶片式填料、丝网除雾器，液相区后段设有隔离板；预分离器包括导气管、盖板、旋流管、圆台隔离板、导液槽。本发明的优点在于，油气混合进料顺次经过预分离器、第一层叶片式填料、第二层叶片式填料、丝网捕雾器，气体中各粒径的液滴均能得到有效的分离。在同等处理量下，这种高效气液分离器的长度比现有的分离器短了20%～30%，减轻了分离器的重量，减少了制造和运输的成本。

Description

高效气液分离器

技术领域

本发明涉及一种高效气液分离器，主要用于天然气井的气液分离，油田的气液分离，炼油工业的气液分离。

背景技术

油气分离器实现气液分离的前提是气液间的密度不同，通过重力分离、离心分离、惯性分离等方法实现，传统的分离器通常由初级分离元件，重力分离空间等组成，气液分离的效率低，海湾出版公司出版的，Maurice stewart和Ken Arnold合著的《气-液和液-液分离器》一书的第72页介绍有一种传统气液分离器。

一种已有的卧式气液分离器由一个进口转向元件，一个气体分离区域和一个位于气体分离区下方的液体分离区域组成，分离器的尾端区域，设置了一个气相出口，一个液相出口，在气相出口处简单设置了一个捕雾丝网。

工作时，气液进料冲击转向元件，由于气液的动量不同，在此处会发生原始的气液分离。气体携带一部分液体进入气体分离区域，在此处利用重力沉降，进行气液分离，液体进入液体分离区，在此处，小部分游离气进入气体分离区域，最后，气体从气相出口离开分离器，液体从液相出口离开分离器。

这种分离器的缺点在于分离容量低，设备笨重，占地大。

在美国雪夫龙公司1992年编写的海上油气工程设计实用手册（第二分册）的第27页中介绍一种离心式折流器，该折流器没有盖板，容易造成离心运动后的气相经旋流管壁和导气管中间的空隙中流入气相区，造成气体的短路流，影响气液的分离效率，此外，该折流器没有设置隔板，隔板的作用有两点，一是气体在做离心运动时，碰到隔板，气液由于惯性的不同而分开，提升气液分离效果；二是气相和液相区分开，不会造成液体的再携带。本发明在内置式预分离器上设置了盖板和隔板，提升了气液分离效果。

专利号02267561.2介绍了另一种卧式气液分离器，该分离器在分离器筒体上方设置了一个管式旋流器，一个丝网除雾器，一个分气包，一个气出口，一个液出口，分气包与管式旋流器之间设有气体连通管。

工作时，气液进料先进管式旋流器，在离心力的作用下，进行气液的预分离，大部分气从连通管进入分气包，进行最后的气液分离，分离后的气从气出口离开分离器，液体进入分离器内部，除去大量泡沫，最终从液出口离开分离器。

这种分离器的优点是利用了管式旋流器为预分离构件，能够提高气液分离的效率，缺点是，旋流管提升了设备的整体高度，增加了操作难度，分离出的气相中不能很好保证气出口的要求。而本专利采用的是内置旋流预分离装置，既能运用好离心力的分离作用，又利用了分离器内部的气相空间，改善了气液分离的效果。

在美国雪夫龙公司1992年编写的海上油气工程设计实用手册（第二分册）的第28页中介绍一种圆弧板叶片填料，该填料由同心圆式的叶片组成，占据了整个气相空间，目的是除去气液混合进料中

的液滴，该填料的缺点是气流方向上光滑过渡，无明显碰撞，只比纯重力分离的效果要好一点。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种高效气液分离器。

高效气液分离器包括壳体、进料口、预分离器、导气管、盖板、旋流管、圆台隔离板、导液槽、气相区、预分离区、第一层叶片式填料、第二层叶片式填料、液相区、主分离区、丝网除雾器、排污口、隔离板、 集液腔、液出口、干气区、气出口；

壳体前端设有进料口，壳体后段上方设有气出口，中部下方设有排污口，后端下方设有液出口，壳体内上部为气相区，壳体内下部为液相区，壳体内的气相区从前端到后端顺次设有预分离器、第一层叶片式填料、第二层叶片式填料、丝网除雾器，液相区后段设有隔离板;

预分离器包括导气管 、盖板、旋流管、圆台隔离板、导液槽，预分离器 上端设有盖板，在盖板上设有导气管，预分离器底部设有圆台隔离板 ，隔离板底部均匀开有3条导液槽，导气管下端开口位于进料口以下，导气管上端伸出盖板，与气相区连接，预分离器与气相区之间用盖板隔开，进料口与旋流管成切线相交。

所述的预分离器的圆台隔离板置于导气管正下方，圆台隔离板与旋流管之间用斜板焊接，圆台母线与水平面夹角θ的范围是45~60°。

所述的导液槽长度为1/6底面圆周长度，均匀分布在圆台隔离板底部，槽口高度为50~100mm。

所述的第一层叶片式填料的每层叶片由折板顺序折成，呈“几”字型，每层叶片之间平行等距离固定。

所述的第二层叶片式填料的每层叶片由折板顺序折成，呈“几”字型，“几”字型的每个凸面的斜坡中间位置设置一块折板，在每个凹面设置了一块折板。

所述的第一层叶片式填料与第二层叶片式填料间距为0~500mm。

所述的丝网除雾器填充满整个气相截面，丝网的厚度为150~400mm。

所述的第一层叶片式填料、第二层叶片式填料和丝网除雾器构成了整个主分离区，丝网除雾器与气出口的距离为200~800mm。

本发明与现有技术相比，具有的优势：

1、采用内置式旋流分离器，利用大小约为几十倍重力的离心力，进行气液的预分离，在预分离区就能除去大部分的液体，提高气液分离效率，并利用内置旋流，降低了分离器的整体高度。

2、气液预分离器，内部设置导气管和盖板，盖板把旋流预分离器与气相区隔开，进料在离心力作用下，液滴被甩到旋流管壁上，顺着管壁流下，气体往中间走，顺着导气管进入气相区，避免了气体的短路流。 

3、气液预分离装置的底部设置隔离板、导液槽，隔离板把旋流预分离器内部的气液界面分开，避免了液体的再携带，从旋流管壁流下的液滴从导液槽缓缓离开旋流预分离器，进入分离器的液相区，减少了液滴对液相区的冲击，减少了泡沫的产生。

4、在分离器内部设置第一层叶片式填料，能提高气体的通过能力，提供更大的气中液体流量载荷，通过不断变换气流方向，利用惯性分离原理，除去其中携带的大粒径的液滴。

5、在离第一层叶片式填料0~500mm处设置第二层叶片式填料，距离根据实际的处理量和工况数据而定，该填料叶片结构相对复杂，在气流方向上增加了折板，这种填料的特点是增加了气体流动方向变换的次数，增加了碰撞次数，目的是除去气体中粒径更小的液滴，进一步提升气液分离效果。

6、在离液出口200~2000mm处设置了隔离板，隔离板高度超过了填料的下端。在正常操作时，当液相区的积液高度高于隔离板时，其中的液体会溢流进入集液腔。因此，在正常操作时，填料层的下端浸没在液体中，有效防止了填料层底部的气体短路流，提升了气液分离效果。

7、在离气出口距离200~800mm处的气相空间截面上，设置一个丝网除雾器，丝网除雾器与气体流动方向垂直，与水平安装相比，一方面增加了气液碰撞和分离的面积，一方面气流方向与液滴汇聚流动的方向垂直，减少了液体夹带。

8、高效气液分离器运用旋流预分离器、第一层叶片式填料、第二层叶片式填料、丝网除雾器后，极大地提高了气液分离效果。与常规分离器相比，在同等处理量下，该高效气液分离器的长度比常规分离器小20%~30%，减轻了分离器的重量，降低制造及运输成本。

附图说明

图1是本发明设计的高效气液分离器结构示意图；

图2是旋流预分离器3的I向图；

图3是预分离器3的A-A截面图；

图4是第一层叶片式填料11的B-B截面图；

图5是第一层叶片式填料11的II向图；

图6是第二层叶片式填料12的C-C截面图；

图中：壳体1、进料口2、预分离器3、导气管4、盖板5、旋流管6、圆台隔离板7、导液槽8、气相区9、预分离区 10、第一层叶片式填料11、第二层叶片式填料 12、液相区13、主分离区14、丝网除雾器15、排污口16、隔离板17、 集液腔18、液出口19、干气区20、气出口21、折板22、固定板23、固定支架24、凸面折板25a、凹面折板25b。

具体实施方式

如附图所示，高效气液分离器包括壳体1、进料口2、预分离器3、导气管4、盖板5、旋流管6、圆台隔离板7、导液槽8、气相区9、预分离区 10、第一层叶片式填料11、第二层叶片式填料 12、液相区13、主分离区14、丝网除雾器15、排污口16、隔离板17、 集液腔18、液出口19、干气区20、气出口21；

壳体1前端设有进料口2，壳体1后段上方设有气出口21，中部下方设有排污口16，后端下方设有液出口19，壳体1内上部为气相区9，壳体1内下部为液相区13，壳体1内的气相区9从前端到后端顺次设有预分离器3、第一层叶片式填料11、第二层叶片式填料12、丝网除雾器15，液相区13后段设有隔离板17;

预分离器3包括导气管 4、盖板5、旋流管6、圆台隔离板7、导液槽8，预分离器 3上端设有盖板5，在盖板5上设有导气管4，预分离器3底部设有圆台隔离板 7，隔离板底部均匀开有3条导液槽8，导气管4下端开口位于进料口2以下，导气管4上端伸出盖板5，与气相区连接，预分离器3与气相区9之间用盖板5隔开，进料口2与旋流管6成切线相交。

所述的预分离器3的圆台隔离板7置于导气管4正下方，圆台隔离板7与旋流管6之间用斜板焊接，圆台母线与水平面夹角θ的范围是45~60°。

所述的导液槽8长度为1/6底面圆周长度，均匀分布在圆台隔离板7底部，槽口高度为50~100mm。

所述的第一层叶片式填料11的每层叶片由折板22顺序折成，呈“几”字型，每层叶片之间平行等距离固定。

所述的第二层叶片式填料12的每层叶片由折板顺序折成，呈“几”字型，“几”字型的每个凸面的斜坡中间位置设置一块折板25a，在每个凹面设置了一块折板25b。

所述的第一层叶片式填料11与第二层叶片式填料12间距为0~500mm。

所述的丝网除雾器15填充满整个气相截面，丝网的厚度为150~400mm。

所述的第一层叶片式填料11、第二层叶片式填料12和丝网除雾器15构成了整个主分离区14，丝网除雾器15与气出口21的距离为200~800mm。

本发明的工作过程如下:

在正常工作过程中，由气体和液体组成的混合物经外输管线送至进料口2，该混合物切线进入预分离装置3，开始绕着旋流管6做离心运动，在离心力的作用下，密度大的液体甩向旋流管壁，顺着管壁流下，从导液槽8缓缓流出，减少了液滴滴溅造成的液相区的波动，减少液体起泡的可能性，密度小的气体向旋流管中间集合，做螺旋运动中，碰到隔离板7，气体反弹，顺着导气管4进入气相区9。

气体进入主分离区14，气体携带一小部分液滴，进入第一层叶片式填料11，气体顺着叶片式填料11的空隙流动，气体的流速方向随着折板方向不断改变，液滴由于惯性作用撞击到折板上，顺着折板间的导流线向下流至液相区13，气体离开第一层叶片式填料11，进入重力沉降区，稳定流态后，进入第二层叶片式填料12，因为特殊的叶片结构，增加了气体碰撞的机会，通过不断改变流向，可以除去更小的液滴，截留下的液滴顺着折板25a、25b提供的流道流入液相区13，气体离开叶片式填料组11、12后，进入一段间隔段，此间隔段的间距为200~800mm，气体在此处进行重力沉降，且进行流态的稳定，稳定后，气体进入了丝网除雾器15。在此处，气体经过最后一次的碰撞及聚结分离，液滴顺着丝网往下流，流至液相区13，气体则进入干气区20，最终经气出口21排出分离器。在液相区后段设置有隔离板17，如果有积砂或者其他固体残留，会被隔离板挡住，经排污口16排出，液体溢过隔离板17，进入集液腔18，最终经液出口19排出。

Claims (8)

1.一种高效气液分离器，其特征在于包括壳体（1）、进料口（2）、预分离器（3）、导气管（4）、盖板（5）、旋流管（6）、圆台隔离板（7）、导液槽（8）、气相区（9）、预分离区（10）、第一层叶片式填料（11）、第二层叶片式填料 （12）、液相区（13）、主分离区（14）、丝网除雾器（15）、排污口（16）、隔离板（17）、 集液腔（18）、液出口（19）、干气区（20）、气出口（21）；

壳体前端设有进料口（2），壳体（1）后段上方设有气出口（21），中部下方设有排污口（16），后端下方设有液出口（19），壳体（1）内上部为气相区（9），壳体（1）内下部为液相区（13），壳体（1）内的气相区（9）从前端到后端顺次设有预分离器（3）、第一层叶片式填料（11）、第二层叶片式填料（12）、丝网除雾器（15），液相区（13）后段设有隔离板（17）；

预分离器（3）包括导气管（4）、盖板（5）、旋流管（6）、圆台隔离板（7）、导液槽（8），预分离器（3）上端设有盖板（5），在盖板（5）上设有导气管（4），预分离器（3）底部设有圆台隔离板（7），隔离板底部均匀开有3条导液槽（8），导气管（4）下端开口位于进料口（2）以下，导气管（4）上端伸出盖板（5），与气相区连接，预分离器（3）与气相区（9）之间用盖板（5）隔开，进料口（2）与旋流管（6）成切线相交。

2.根据权利要求1所述的高效气液分离器，其特征在于：所述的预分离器（3）的圆台隔离板（7）置于导气管（4）正下方，圆台隔离板（7）与旋流管（6）之间用斜板焊接，圆台母线与水平面夹角θ的范围是45~60°。

3.根据权利要求1所述的高效气液分离器，其特征在于：所述的导液槽（8）长度为1/6底面圆周长度，均匀分布在圆台隔离板（7）底部，槽口高度为50~100mm。

4.根据权利要求1所述的高效气液分离器，其特征在于：所述的第一层叶片式填料（11）的每层叶片由折板（22）顺序折成，呈“几”字型，每层叶片之间平行等距离固定。

5.根据权利要求1所述的高效气液分离器，其特征在于：所述的第二层叶片式填料（12）的每层叶片由折板顺序折成，呈“几”字型，“几”字型的每个凸面的斜坡中间位置设置一块折板（25a），在每个凹面设置了一块折板（25b）。

6.根据权利要求1所述的高效气液分离器，其特征在于：所述的第一层叶片式填料（11）与第二层叶片式填料（12）间距为0~500mm。

7.根据权利要求1所述的高效气液分离器，其特征在于：所述的丝网除雾器（15）填充满整个气相截面，丝网的厚度为150~400mm。

8.根据权利要求1所述的高效气液分离器，其特征在于：所述的第一层叶片式填料（11）、第二层叶片式填料（12）和丝网除雾器（15）构成了整个主分离区（14），丝网除雾器（15）与气出口（21）的距离为200~800mm。

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