CN102886316B

CN102886316B - 一种用于三相介质分离的水力旋流器

Info

Publication number: CN102886316B
Application number: CN201210346843.8A
Authority: CN
Inventors: 蒋明虎; 赵立新; 李枫; 张勇; 徐保蕊; 宋民航
Original assignee: Northeast Petroleum University
Current assignee: Northeast Petroleum University
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2032-09-18
Also published as: CN102886316A

Abstract

一种用于三相介质分离的水力旋流器，主要为了解决现有水力旋流器在底流口流体能量损失较大的问题。其特征在于：在旋流管的底端固定有一个由直线锥体和曲线锥体连接后构成的曲线导流体，所述曲线锥体的母线为斜率逐渐增大的椭圆线；穿出旋流管的上端盖，固定有一个由二级溢流管和一级溢流管连接后构成的溢流体；二级溢流管位于一级溢流管的外部，两者采用同轴的方式连接，且两者之间有环空，环空内的介质由二级溢流管上的二级溢流出口导出；一级溢流管的直管长度小于二级溢流管的直管长度。本种水力旋流器既可以补偿流体的能量损失，而且还可以通过调整两级溢流管的长度来改善出气或出液的纯度，从而提高对三相介质的分离效率。

Description

一种用于三相介质分离的水力旋流器

技术领域

本发明涉及一种应用于石油、化工以及环保领域中进行污水处理的旋流分离处理装置。

背景技术

目前，在石油、化工以及环保领域中，进行油水两相分离的快速分离方法主要有旋流分离、气浮选、过滤和膜分离等方法。其中，气浮选法适应含油浓度变化的范围较小；过滤法虽然可以较好地实现油水两相的分离，但对于高含油污水却需要频繁的反冲洗来保证设备的长期稳定运行；膜分离法设备成本较高，对介质条件要求又较为严格。比较而言，旋流分离法由于所采用的设备体积较小、建造成本低，因此是应用较为普遍的方法，但是现有的分离设备对于细小油滴的去除能力有限，因此，在应用上存在局限性。旋流分离法中主要采用水力旋流器作为分离设备，其分离原理是利用介质间的密度差进行离心分离的，密度差越大，或分散相的粒径越大，分离效果相对就越好。为提高分离效率，东北石油大学于2007年申报了200920219724.X号气液固三相分离水力旋流器专利，该装置经过应用后发现，虽然具有分离效率高、设备体积小等优点，但是也存在着以下问题：按照该方案中的内锥结构，在分离过程中会有速度损失，而且越接近底流口，流体能量损失越严重，由此，影响了三相分离的效率。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供了一种用于三相介质分离的水力旋流器，该种水力旋流器既可以补偿流体的能量损失，而且还可以通过调整两级溢流管的长度来改善出气或出液的纯度，从而提高对三相介质的分离效率。

本发明的技术方案是：该种用于三相介质分离的水力旋流器，包括一个呈圆柱形中空的旋流管以及用于封闭所述旋流管的上、下端盖，在所述上、下端盖的内侧，分别开有与所述旋流管外圆周呈切向接入的切向入口管和底流出口管，其独特之处在于：

在所述旋流管的底端固定有一个由直线锥体和曲线锥体连接后构成的曲线导流体，所述曲线锥体的母线为斜率逐渐增大的椭圆线；穿出所述旋流管的上端盖，固定有一个由二级溢流管和一级溢流管连接后构成的溢流体；所述二级溢流管位于一级溢流管的外部，两者采用同轴的方式连接，且两者之间有环空，所述环空内的介质由二级溢流管上的二级溢流出口导出；所述一级溢流管的直管长度小于二级溢流管的直管长度。

本发明具有如下有益效果：本种水力旋流器的旋流管内部的锥段采用曲线锥和直线锥相结合的形式，相比于东北石油大学流体机械实验室2007年申报的200920219724.X号专利而言，采用曲线锥的形式对旋流流体具有较好的能量补偿作用。首先在环空内实现分离，环空截面面积越来越小，从而可以补偿分离过程中的速度损失。由于越接近底流口流体能量的损失越严重，因此用母线斜率逐渐增大的曲线锥来补充实际的能量损失，有利于三相的分离。此外，设置了两级溢流管的结构，有利于通过调整两个溢流管的伸入长度来分别改善一级溢流管出气和二级溢流管出液的纯度。综上所述，该种水力旋流器既可以补偿流体的能量损失，而且还可以通过调整两级溢流管的长度来改善出气或出液的纯度，从而提高对三相介质的分离效率。本种分离装置能为提高油田开采的经济效益做出一定贡献，并在简化油田采出液处理工艺方面具有深远的意义，具有较为广阔的工程应用前景。

附图说明：

图1是本发明的A-A截面剖面结构示意图。

图2是本发明的B-B截面剖面结构示意图。

图3是本发明的整体外观结构示意图。

图4为显示本发明各内部组件尺寸关系的示意图。

图中1-一级溢流管，2-二级溢流管，3-二级溢流出口，4-切向入口管，5-直线锥体，6-旋流管，7-曲线锥体，8-底流出口管，9-气体集中区，10-液体集中区。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

由图1至图3所示，该种用于三相介质分离的水力旋流器，包括一个呈圆柱形中空的旋流管6以及用于封闭所述旋流管的上、下端盖，在所述上、下端盖的内侧，分别开有与所述旋流管外圆周呈切向接入的切向入口管4和底流出口管8，在以上现有技术基础上，本方案做出的改进性特征在于：

在所述旋流管6的底端固定有一个由直线锥体5和曲线锥体7连接后构成的曲线导流体，所述曲线锥体的母线为斜率逐渐增大的椭圆线。

另外，穿出所述旋流管的上端盖，固定有一个由二级溢流管2和一级溢流管1连接后构成的溢流体；所述二级溢流管2位于一级溢流管1的外部，两者采用同轴的方式连接，且两者之间有环空，所述环空内的介质由二级溢流管2上的二级溢流出口3导出；

当然，要求所述一级溢流管1的直管长度小于二级溢流管2的直管长度。另外，为提高流场稳定性，所述二级溢流出口3与所述二级溢流管2的外圆周之间可以选择切向接入的方式。

图4为具体实施时，显示本发明各内部组件尺寸关系的示意图。其中旋流管直径表示为D，一级溢流管的直径表示为D₁，二级溢流管的直径表示为D₂，曲线锥体直径表示为D₃；旋流管高度表示为H，，曲线锥体高度表示为H₁，直线锥体高度表示为H₂，二级溢流出口直径表示为H₃；一级溢流管伸入长度表示为L₁，_，二级溢流管伸入长度表示为L₂，直线锥全锥角表示为α，曲线锥体准线上半锥角表示为β，曲线锥体准线下半锥角表示为γ。在按照以下所列的条件来确定本发明各内部组件尺寸关系后，所得到的旋流器分离效果较好。条件如下：

（1）0.35D< D₁ <0.5D；（2）1.2 D₁< D₂ <2 D₁；（3）3D< H<7D；（4）0.15H< L₂<0.6H；（5）0.1H< L₁<0.5H；（6）0.1D₂< H₄<0.5D₂；（7）5度< α <120度；（8）0.02H< H₂<0.4H；（9）0.3H< H₁<0.8H；（10）0.5D< D₃<0.9D；（11）0度< β<45度；（12）40度<γ<90度。

其中曲线锥体7的母线可以采用椭圆线、三次曲线等曲线结构。以母线为椭圆线为例，β=0度，γ=90度，母线方程为x²/（D₃/2）² +y²/ H₁ ²=1（0<x< D₃/2，0<y< H₁）。

本方案在具体实现过程中得到国家863计划2012AA061303号课题和黑龙江省自然科学基金ZD201018号项目的资助，经过多方实验得到上述优选实施例。另外，具体实现时，入口也可以采用轴向入口管，而切向入口管可以采用单入口或多入口结构，而并不局限于本方案中提出的单入口结构。

本种旋流器的具体工作过程如下：

由于三相介质密度不同，受到的离心力大小不同，因此三相介质在旋流管内发生旋转分层，各个相间的分布如图1所示，密度小的气相和液相分别集中在气体集中区9和液体集中区10中。然后，首先进入到二级溢流管内，再之后，气液混合相进一步发生旋转分离，气体形成气核集中在锥尖附近，由一级溢流管1排出，密度居中的水相主要集中在气核的外层，通过二级溢流管2与一级溢流管1之间的环空排出，最终由连接二级溢流管的二级溢流出口3排出。密度最大的固相受离心力的作用集中在旋流腔的内壁处，随部分液相最终由底流出口8排出。

Claims

1.一种用于三相介质分离的水力旋流器，包括一个呈圆柱形中空的旋流管（6）以及用于封闭所述旋流管的上、下端盖，在所述上、下端盖的内侧，分别开有与所述旋流管外圆周呈切向接入的切向入口管（4）和底流出口管（8），其特征在于：

在所述旋流管（6）的底端固定有一个由直线锥体（5）和曲线锥体（7）连接后构成的曲线导流体，所述曲线锥体（7）的母线为斜率逐渐增大的椭圆线；

穿出所述旋流管的上端盖，固定有一个由二级溢流管（2）和一级溢流管（1）连接后构成的溢流体；所述二级溢流管（2）位于一级溢流管（1）的外部，两者采用同轴的方式连接，且两者之间有环空，所述环空内的介质由二级溢流管（2）上的二级溢流出口（3）导出；

所述一级溢流管（1）的直管长度小于二级溢流管（2）的直管长度。

2.根据权利要求1所述的一种用于三相介质分离的水力旋流器，其特征在于：所述二级溢流出口（3）与所述二级溢流管（2）的外圆周之间为切向接入的结构。