CN104093493A - 分离器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于分离多相混合物的分离器（2），包括：限定分离器轴线的压力容器（7）；用于支撑所述压力容器使其绕所述分离器轴线旋转的支架；设置在所述压力容器（7）内并被耦合以随之旋转的至少一个叶片；以及流量调节器，其中所述压力容器具有入口（20）、第一相出口（22）和相对于分离器轴线从第一相出口径向向外布置的多个第二相出口（24），所述流量调节器被设置以调节经过所述第二相出口（24）的流；以及被设置位于所述第一相出口（22）径向外侧且位于所述第二相出口（24）径向内侧的第三相出口（26）；所述分离器还包括控制系统，用于控制在所述压力容器内位于第一相和第三相之间的交界面的径向位置。

Description

分离器

发明领域

本发明涉及一种分离器，且特别地但不排他地涉及一种用于分离多相混合物中各相的旋转分离器。

发明背景

用于将多相混合物分离成各组成相的离心分离器是公知的。

现有的离心分离器通常依赖于间歇式分离方法，将混合物的各相分离到分离器的不同区域。一旦分离结束，分离器就停止，且每个相可从分离器移除。间歇式的方法常常是不方便的，因为它包括了周期性中断该分离过程。

可替换地，每个相可经由分离出口从分离器连续地移除。使用上述方法，每个相的移除率需要持续地被监控以确保分离过程保持有效。此外，固体和乳剂在分离过程中逐渐积聚，并且填充分离器并浸没转子。

术语“相”在本说明书的上下文中可以指物质的特定状态，例如，物质是固体、液体还是气体。术语“相”也可用于区分不同的物质，例如，不互溶的液体或液体与固体。

发明内容

根据本发明的第一方面，本发明提供一种用于分离多相混合物的分离器，包括限定分离器轴线的压力容器、用于支撑压力容器围绕分离器轴线旋转的支架、布置在压力容器内并被耦合以随着压力容器旋转的至少一个叶片和流量调节器，其中压力容器具有入口、第一相出口和相对于分离器轴线从第一相出口径向向外布置的多个第二相出口；所述流量调节器用于调节经过所述第二相出口的流。

流量调节器可包括分别布置在第二相出口处的多个压力激活喷嘴。

每个压力激活喷嘴可包括用于阻止流进入压力容器中的单向阀。单向阀可包括朝着闭合位置偏置所述单向阀的偏置装置。

压力激活喷嘴可设置在压力容器的径向外壁中。

在压力容器内设置多个收集器，所述收集器可相邻于相应的第二相出口而被设置。收集器可包括在径向向外的方向上朝着相应的第二相出口会聚的漏斗。

分离器还可包括压力调节器，用于调节压力容器内的压力。所述压力调节器可包括用于控制通过第一相出口的流的流量控制器。

分离器可包括多个叶片。这些叶片可以是与分离器轴线同轴并从分离器轴线向外径向延伸的扁平圆盘。可替换地，这些叶片可以是与分离器轴线同轴并从分离器轴线向外径向延伸的圆锥形盘。

每个盘可具有绕分离器轴线周向地布置的孔的阵列，其中相邻盘上的孔相对于彼此成角度地偏移。孔可以是穿孔。

隔板翅片可在相邻圆盘之间延伸，且隔板翅片可相对于孔而布置以形成从压力容器入口到第一相出口的交错和/或互连的流动通道。

至少布置有一个乳剂出口，其可从第一相出口径向向外且从第二相出口径向向内而被布置。所述或每个乳剂出口可包括相对于分离器轴线径向向外延伸的管，其中所述或每个管与乳剂排出通道流体连通，乳剂排出通道沿着分离器延伸并穿过分离器的端部排出，用于从分离器移除乳剂。

分离器还可包括设置有用于将流体供应到压力容器的内部的喷嘴的转子轴。喷嘴可布置成使得它们指向第二相出口。

分离器还可包括被设置位于第一相出口径向外侧且位于第二相出口径向内侧的第三相出口。

分离器还可包括控制系统，用于控制在所述压力容器内位于第一相和第三相之间的交界面的径向位置。

所述控制系统可包括调节器，所述调节器与第一相出口和/或第三相出口相关联，用于改变所述出口的压力。

所述控制系统可包括监控装置，用于确定在所述压力容器内的预设参考位置处的第一相和/或第二相在第一相和第二相的混合物中所占的比例。

所述参考位置可以位于第一相出口的径向外侧，以及可以位于第三相出口的径向内侧。所述监控装置可以包括密度计。

所述监控装置还可以包括设置在预设参考位置的取样口。

所述取样口可以相对于所述分离器轴线径向延伸，使所述取样口延伸超过预设的径向伸长量。所述取样口的平面可相对于所述分离器轴线倾斜布置，相对于所述分离器轴线的倾斜角度至少为20°。

分离器还可包括可密封的外壳，压力容器可旋转地安装在可密封的外壳内。可密封的外壳可包括外壳的下部中的贮槽，第二相从该贮槽排出。

设置有用于在所述外壳和压力容器之间的压力下引入流体的装置。该流体可以是气体。

分离器可包括用于调节所述外壳和压力容器之间的压力的压力调节器。

根据本发明的第二方面，本发明还提供了一种使用用于分离多相混合物的分离器来分离包括第一相和第二相的混合物的方法，分离器包括限定分离器轴线的压力容器、用于支撑压力容器绕着分离器轴线旋转的支架、布置在压力容器内并被耦合以随着压力容器旋转的至少一个叶片，以及流量调节器，其中压力容器具有入口、第一相出口和相对于分离器轴线从第一相出口径向向外布置的多个第二相出口，且流量调节器被布置以调节通过第二相出口的流，该方法包括下列步骤：

（a）在第二相出口的两端产生正压力差，以便阻止流通过第二相出口；

（b）旋转压力容器，使得第二相在第二相出口附近积聚；

（c）在第二相出口的两端产生负压力差，以便允许流通过第二相出口。

步骤（a）可包括限制或阻止流通过第一相出口以增加压力容器内的压力的步骤。

步骤（a）可包括增加压力容器上的外部压力。该外部压力可足以抵消压力容器的内部压力和作用于压力容器的离心力。

可重复步骤（a）到（c）以通过第二相出口移除积聚的第二相。

根据本发明的第三方面，本发明还提供了一种使用用于分离多相混合物的分离器来分离包括第一相、第二相和第三相的混合物的方法，分离器包括限定分离器轴线的压力容器、用于支撑压力容器以便绕着分离器轴线旋转的支架、布置在压力容器内并被耦合以随着压力容器旋转的至少一个叶片，以及流量调节器，其中压力容器具有入口、第一相出口和相对于分离器轴线从第一相出口径向向外布置的多个第二相出口，以及从第一相出口径向向外并从第二相出口径向向内布置的第三相出口，流量调节器被布置以调节通过第二相出口的流，其中，所述方法包括下列步骤：

（a）旋转所述压力容器，使所述容器内的第一相和第三相之间形成一个交界面；

（b）根据所述压力容器内的预设参考位置处第一相和/或第二相在第一相和第二相的混合物中的比例，确定参考值；

（c）根据所述参考值控制所述交界面的径向位置。

根据所述参考值控制所述交界面的径向位置的步骤，可以包括改变第一相出口和/或第三相出口的压力。

所述参考值可以包括参考位置处相的密度或混合相的密度。

根据所述参考值控制所述交界面的径向位置的步骤，可以包括步骤：将参考位置处所述相的密度或所述混合相的密度与预设密度进行对比，改变第一相出口和/或第三相出口的压力，使交界面的径向位置向参考位置移动。

根据本发明的第四方面，本发明还提供了一种用于分离多相混合物的分离器，包括：限定分离器轴线的压力容器，用于支撑压力容器以便围绕分离器轴线旋转的支架，布置在压力容器内并被耦合以随着压力容器旋转的至少一个叶片，流量调节器和控制系统。所述压力容器具有入口，第一相出口和相对于分离器轴线从第一相出口径向向外布置的第二相出口；其中，所述流量调节器用于调节经过所述第一相出口和/或第二相出口的流；所述控制系统用于控制在所述压力容器内位于第一相和第二相之间的交界面的径向位置。所述第一相和第二相可以是液相。所述调节器和/或所述控制系统可以与前述本发明的第一方面中的调节器和/或控制系统一致。

附图说明

为了更好地理解本发明和更清楚地表明它可如何被实现，现结合例子并参考下面的附图进行阐述，其中：

图1是分离器的透视图；

图2是图1所示的分离器的透视剖面图；

图3是图1所示的分离器的端部的放大的透视剖面图；

图4是与图3所示的端部相对的在图1中所示的分离器的端部的放大剖面图。

图5是图2所示的分离器的转子的部分的剖视透视图；

图6是图2所示的转子的部分的径向剖面图；

图7是图6中的区域VI的部分放大剖面图；

图8是图2所示的转子的轴和叶片部件的部分的透视图；

图9是图2所示的转子的筒部件的部分的另一透视图；

图10是在收集器的区域中的根据本发明分离器的一种变形的转子的部分透视图；

图11是本发明分离器的另一实施方式的透视剖面图；

图12是图11所示的分离器的端部的放大透视剖面图；

图13是与图12所示的端部相对的在图11中所示的分离器的端部的放大剖面图。

图14是图11中所示的转子的部分的径向剖面图；以及

图15是图11中所示的转子的轴和叶片部件的部分的透视图；

图16是图1或图11中所示分离器的部分的变体的示意图；

图17是设置有出口的管的部分示意图。

具体实施方式

图1和2示出包括外壳4的分离器2，外壳4用于支撑在其内旋转的转子6。外壳4包括在每端处由入口法兰10和出口法兰12封闭的圆柱形部分8。

转子6包括以由轴14支撑的圆柱形筒7的形式的压力容器。轴14在相应的法兰10、12中被轴承18支撑，用于绕着分离器轴线16旋转。筒6设置有筒入口20、第一相出口22，多个第二相出口24，和第三相出口26。

参考图3，筒入口20包括四个弧形的且周向间隔开的孔，其绕着轴线16周向地延伸。

第一相出口22在与筒入口20相对的筒7的端部处。第一相出口22包括绕着轴线16周向地延伸的环形孔。第二相出口24穿过筒7的径向外壁而形成。第二相出口24被布置成轴向和周向间隔开的阵列。第三相出口26被布置成相邻于第一相出口22，并包括绕着轴线16周向地布置的多个孔。第三相出口26与第一相出口22同轴，但与第一相出口22径向向外间隔开，并与第二相出口24径向向内间隔开。

一堆圆盘28（附图所示的实施方式包括十八个圆盘28）沿着轴14的长度布置。圆盘28垂直于分离器轴线16延伸，并固定到轴14。圆盘28因此被耦合而随着筒7旋转。

如图2、6和8所示，每个圆盘28具有绕着分离器轴线16相等地间隔开的多个径向延伸的狭槽30。所示实施方式在每个圆盘28中有二十个狭槽30。圆盘28被布置成使得相邻圆盘28的狭槽30绕轴线16相互成角度地偏移，并使得间隔的圆盘28的狭槽30在角度上对准。翅片32被布置在相邻圆盘28之间并邻接相邻圆盘28。翅片32轴向和径向地延伸。每个翅片32与前方的圆盘（即，较接近于筒入口20的圆盘）上的相应狭槽30对准，并沿着其长度与狭槽30相交叉。因此，狭槽30和翅片32界定沿着筒7的长度的一系列交错和互连的流动通道。每个翅片32具有异形的边缘34，其与设置在狭槽30的端部处的圆盘24中的相应定位凹槽35配合。

如图2所示，环形堰板29被设置成相邻于第一相出口22和第三相出口。堰板29的径向内周边从轴14的外表面偏移。环形板31从堰板29的径向内周边延伸到筒7的端壁，从而界定在堰板29和第一相出口22之间的环形流动通道。

如图2、5、6和7所示，以金字塔形漏斗36的形式的收集器被布置在筒7的径向外壁的内部周围。漏斗36从圆盘28和翅片32径向向外布置。每个漏斗36在径向向外的方向上朝着相应的第二相出口24会聚。

漏斗36由包括波纹板38和多个漏斗板40的布置所构成。波纹板38在筒7的外壁内部周向地延伸，使得波纹板38的波纹42与分离器的轴线16平行而延伸。在本实施方式中示出的波纹板38具有八个波纹42，且因此在如图6中所看到的横截面中具有八角星的形状。漏斗板40沿着在波纹板38的径向向内侧上的每个波纹42的长度而布置。每个漏斗板40沿着其长度成波纹状，并具有六个波纹44。漏斗板40的轮廓相应于其所沿布置的波纹42的轮廓。波纹板38和漏斗板40相配合从而限定总共48个漏斗36。每个漏斗36具有由波纹板的波纹42之一的相对侧形成的两个相对侧，以及由相应的漏斗板40的波纹44之一的相对侧形成的两个相对侧。在所示实施方式中，每个漏斗36的径向向内边缘与相邻漏斗36的径向向内边缘相邻接。这确保在筒7的内部上的漏斗结构提供在转子6的内部的大部分上的倾斜表面。

每个漏斗36具有在漏斗36的汇合点处的孔46，其与相应的第二相出口24对准。单向阀48被布置在每个第二相出口24处以控制通过相应的出口24的流。

图7示出其中一个漏斗36的顶点的放大横截面视图以及在第二相出口24和单向阀48的区域中的筒7的圆柱形壁的相应截面部分。单向阀48包括具有螺纹外表面的圆柱形主体50。主体50被拧到筒7的外壁中的螺孔68中。螺孔68具有与第二相出口24连通的会聚部分52。主体50具有沿着其长度延伸的中央钻孔54。钻孔54在与孔68的会聚部分52相对的端部处具有螺纹部分56。多个流动通道58绕中央钻孔54周向地布置。流动通道58沿着主体50的长度延伸，并提供在第二相出口24和外部区域之间的流体连通，所述外部区域在分离器外壳4和筒7之间。弹簧66被放置在钻孔54内并与调节螺钉64邻接。弹簧66将球60偏置到会聚部分52内以封闭第二相出口24。

当阀48被关闭时，球60被放置在第二相出口24的周边上，并通过弹簧66与第二相出口24的周边保持接触。球60抵抗弹簧66的作用而移位，在球60周围产生从第二相出口24穿过流动通道58的流动路径，从而打开阀48。

参考图2、3和4，轴14包括管状部分70，在其两端，实心端部分72、74部分地插入管状部分70内。管状部分70因此界定了实心端部分72、74之间的细长腔。实心端部分72、74由轴承18支撑。轴承18被容纳在由法兰10、12的端壁形成的相应室内。机械密封件19密封外壳4中的轴14，并界定机械密封件19和轴承18之间的分离区，防止轴承18的液体污染。机械密封件19是双重机械密封件，其包含的润滑剂的压力比该机械密封件19之间的处理压力大，以防止固体进入。轴承18与大气连通以防止在分离器2的操作期间轴承18加压。提供电动机（未示出）以便驱动轴14。

乳剂管76在径向方向上从出口法兰12处的实心端部分74伸到第一相出口22径向向外和从堰板29的外周边径向向内的区域。乳剂管76与排出通道78流体连通。排出通道78包括管，该管沿着轴14的长度轴向延伸并经过入口法兰10处的实心端部分72而穿出。

外壳4的圆柱形部分8具有在每端处的法兰80、82，其焊接到外壳并通过诸如螺栓或双头螺栓的紧固件连接到相应的法兰10、12。

外壳4界定室，筒7布置在该室内。在圆柱形部分8的壁中形成的贮槽84从分离器2的底部径向向下延伸。固体出口86设置在贮槽84的底部处。还设置用于调节从固体贮槽84穿过固体出口86的流的固体流量调节器（未示出）和用于控制贮槽84中的液面的液面控制装置（未示出）。

图2和3所示的入口法兰10包括相邻于筒入口布置的入口室88。入口室88通过筒入口20与筒7的内部流体连通。密封件90例如迷宫式密封件被布置在入口法兰10和筒7之间的筒入口20的周边，从而相对于外壳4所界定的室，将入口室88和筒7的内部密封。入口室88具有入口92，其相对于分离器轴线16被相切地布置。

如图2和4所示的出口法兰12包括相邻于第一相出口22布置的第一相出口室94和相邻于第三相出口26布置的第三相出口室96。筒7通过第一相出口22和第三相出口26分别与第一相出口室94和第二相出口室96流体连通。

第一相出口室94包括相邻于第一相出口22的较小直径部分98和在轴向方向与第一相出口22隔开的较大直径部分100。第一相出口管102从较大直径部分100的下部径向向下延伸。第一相出口管102垂直于分离器轴线16。

气体出口管104从与第一相出口室94的较大直径部分100轴向相邻的区域向上延伸。盒式密封件被布置在轴14和气体出口管104的区域中的出口法兰12之间。在较大直径部分100和气体出口管104之间界定有越过盒式密封件的流动路径。

第三相出口室96是环形的，围绕第一相出口室94的较小直径部分98。隔离件106被布置在筒7和第三相出口室96之间的第三相出口26处。隔离件106与第三相出口室96的径向内壁整体地形成，并相对于分离器轴线16径向向外延伸。第三相出口管108（在图1中和图4中的轮廓所示）从第三相出口室96径向向外伸出。第三相出口管108垂直于分离器轴线16和第一相出口管102。

环形第一密封件110绕着第一相出口22的周边布置在筒7和出口法兰12之间，从而相对于外壳4所界定的室并且也相对于第三相出口室96，将第一相出口室94密封。第二密封件112绕着第三相出口26的周边布置在筒7和出口法兰12之间。第二密封件112也是环形的，并与第一密封件110同轴并从第一密封件110径向向外布置。第二密封件112因此相对于外壳4所界定的室，将第三相出口室96密封。密封件110、112允许筒7相对于法兰10、12旋转。在本实施方式中，密封件110、112是迷宫式密封件。

导管114、116和118在入口法兰10和出口法兰12的壁内形成以将密封流体供应到相应的迷宫式密封件90、110和112。例如，密封流体可以是加压的油、水或气体。

压力释放阀（未示出）被设置在外壳4中。

设置有用于独立地控制在第一相出口22处和第三相出口26处的背压的装置（未示出）。例如，所述装置是流量调节器。

在使用中，将包括两种不互溶的液体（例如油和水）、固体微粒（例如沙子）和气体的流入混合物通过入口92供应到入口室88中。入口92的相切布置可以促使混合物在通过筒入口20流入筒7之前在入口室88内循环，通过电机来驱动轴14，筒7高速旋转。转子6例如以不小于1750rpm和不大于10000rpm的速度被驱动。施加于混合物上的离心力至少为1000g。

流入混合物从筒入口20穿过圆盘28中的狭槽30，朝着第一相出口22和第三相出口26流动。当混合物沿着筒7前进时，旋转圆盘28在混合物上施加剪切力（例如，层流阻力），其加速并维持流的旋转。翅片32协助促进并维持混合物的旋转以与转子6的旋转同步。混合物的高速旋转产生使密度较大的成分（即水和沙子）径向向外迁移的离心力，相应地，径向向内移动油和气体。因此，当混合物沿着筒7前进时，它分成单独的成分或相的分层的层。交错的流动通道30禁止从筒入口20直接流到第一相出口22和第三相出口26。这种禁止直接流动增加了混合物在筒7中的停留时间，使得原始混合物的油和水在到达第一相出口22和第三相出口26时基本被分离。从而，在水和油之间形成交界面。该交界面的径向位置例如可以通过改变流过第一相出口22和第三相出口26的流速来控制，应当认识到，其他可替换的方法同样可以实现上述目的。

水在堰板29的外周边上朝着第三相出口26流动。交界面的位置被控制，使得它保持从第一相出口22径向向外和从堰板29的外周边径向向内。这确保被分开的油不能够通过第三相出口26排出，而是沿着环形板31所界定的通道朝着第一相出口22流动。乳剂（或碎屑层）在油和水的交界面处和/或在水和固体的交界面处形成。

离心力使固体颗粒“沉淀”在流中，这实际上使它们朝着漏斗36径向向外迁移。

分离过程包括两个阶段：积聚阶段和排出阶段。在积聚阶段期间，在外壳4中的压力增加到可至少等于旋转的筒7的内部的压力。在积聚阶段期间在第二相出口24两端的压力是正压力差。由单向阀48的弹簧载荷补充的在外壳中的压力足以使单向阀48抵抗由旋转流体施加在筒7的内表面上的压力而关闭。在外壳4内的压力通过将流体（优选的气体例如氮）引入到外壳4而产生。在外壳4中的压力例如可以保持在220psi（大约1500Kpa）。所引入的气体相对于流入的混合物具有低粘性。通过低粘性流体围绕筒7，在积聚阶段期间作用于筒7的阻力可减小。此外，边界层、涡流和摩擦力的影响也降低了。旋转转子6所需的扭矩且因此所需的功率减小了，因而提高了操作效率。外壳4的加压在筒7上产生外部压力，并因此产生径向向内作用于筒7的外壁上的力。径向向内作用的力部分地平衡作用于筒7上的离心力，并因此，对于转子6的特定操作速度，减小作用于筒7上的径向载荷。因此转子6可以以较大的速度运行，所述较大的速度高于由于转子6的材料的结构限制而产生的最大可能速度。升高的速度，例如通过减小分离时间或提高分离的相的质量，来增强混合物的分离。

在积聚阶段期间，油和水分别通过第一相出口22和第三相出口26从筒7排出到第一相出口室84和第三相出口室86中。油通过第一相出口管102离开分离器2。水通过第三相出口管108离开分离器2。由流引入的固体颗粒径向向外移动，并在漏斗36内积聚成泥浆或结成块的固体。由漏斗36提供的倾斜表面抑制固体在其他区域（除了漏斗36的汇合点以外）中发生积聚。

一旦期望数量的固体颗粒已积聚在漏斗36中或已经过一段设定的时间，就开始排出阶段。第一相出口22和第三相出口26中的一个或两个被限制或关闭，且维持外壳4的加压。这在筒7内产生背压。背压增加，直到它超过在外壳4中的压力，并足以克服单向阀48的弹簧偏置以迫使阀48打开。可替换地，通过将较高压力气体引入筒7中可迫使阀打开。此时，在第二相出口24两端的压力是负压力差。增加的背压通过第二相出口24将积聚的固体从筒7排出到在转子6和外壳4之间的区域中。应当理解，可通过排出在具有固体的筒7的径向向外的区域中的一部分水，将固体从筒7经由第二相出口24冲出。排出的固体积聚在贮槽84中，它们或在固体流量控制器的控制下连续地，或间歇地通过固体出口86从贮槽84排出。在贮槽84内维持最低液面以提供堵塞物来维持外壳4中的压力并防止气体漏气。

在油和水的交界面处形成的乳剂层连续地或周期性地通过乳剂管76抽出并通过排出通道78从分离器2排出。可通过改变第一相出口22和第三相出口26处的压力来控制乳剂层的径向位置。例如，增加第一相出口22处的背压，将使在筒7中保留的油的量/深度（相对于水的量）产生积聚，从而将乳剂层径向向外移动。可使用可编程逻辑控制器上的定时器执行乳剂层的控制。

如图16所示的变体中，至少一个布置在与堰板29相邻的乳剂管76具有尖端79，其中，设置有取样口81形式的乳剂出口。如本实施例所示，取样口81平面相对于所述分离器轴线16倾斜布置，使所述取样口81沿着分离器2的径向延伸一小段距离。如图17所示，所述取样口81的平面相对于分离器2轴线方向的倾斜角度为30°。然而，应当注意到，上述倾斜角度可以至少为20°，并且例如角度范围可以为20°到70°。

乳剂管76被设置成使取样口81位于参考位置R处。所述参考位置R为相对于分离器轴线16径向距离第一相出口22的预设距离处，且在环形堰板29外周的径向内侧。如本实施例所示，所述参考位置R位于第一相出口22和环形堰板29中间。

乳剂管76与排出通道78流体连通。所述排出通道78包括轴向延伸并经过轴14端部的实心端部分72的管。控制系统83，用于根据通过乳剂管76排出的流体中的油和/或水的量控制交界面的径向位置。如本实施例所示，所述控制系统包括密度计85，例如科氏质量流量计（仅在图16中示意性示出）。所述密度计85用于测量通过乳剂管76排出的乳剂的密度或比重。所述控制系统进一步包括了交界面控制器87。所述密度计85的输出端与所述交界面控制器87连通。所述交界面控制器87与装置连接，在所示的本实施例中，所述装置包括流量调节器89和91，用于控制彼此独立的第一相出口22和第三相出口26的背压。所述交界面控制器87用于控制所述流量调节器89和91，使得第一相出口22和第三相出口26的流量及背压可以各自独立的增加或者降低。

通过利用所述流量调节器89和91在第一相出口22和第二相出口26上施加背压，控制交界面的位置。相对于第一相出口22，增加施加在第三相出口26上的背压，将增加筒7中水的容量，从而相对于筒7外壁增加了水的径向深度。因此，所述交界面径向向内移动。相反地，相对于第一相出口22，降低施加在第三相出口26上的背压，将降低筒7中水的容量，从而所述交界面径向向外移动。

应当认识到，可以改变施加在第一相出口22上的背压以代替上述改变施加在第三相出口26上的背压，或者可以在上述改变施加在第三相出口26上的背压之外，还附加改变施加在第一相出口22上的背压，以取得与上述径向移动交界面相同的效果。

在使用期间，交界面的径向位置优选为参考位置R，使所述交界面保留在第一相出口22的径向外侧和环形堰板29的径向内侧。从而防止被分离的油从第三相出口26溢出，并防止被分离的水从第一相出口22溢出。而且，将交界面设置于第一相出口22和环形堰板29的中间位置，从而为水脱油程序及油脱水程序提供相等的处理时间。

在水和油的交界面处形成乳剂或碎片层。通过在第一相出口22和第三相出口26处施加背压，将所述乳剂层通过乳剂管76排出。所述背压例如可以为15psi(100kPa)。利用密度计测量由乳剂管76排出的乳剂层的密度。所述乳剂层的密度依赖于乳剂中的油和水的含量。比如，当乳剂中水的比例远大于油的比例时，它的密度比含有水的比例远小于油的比例的乳剂的密度要大。

将乳剂层密度的测量值同密度参考值进行比较。所述密度参考值为油水混合物在交界面处的预估值或者是已知密度值，如乳剂层密度的期望值。所述密度参考值例如可以是当油水混合物中油的含量不高于60%且不低于40%并且水的含量不高于60%且不低于40%时的密度。例如，所述密度参考值为混合物包含50%油和50%水的情况下的密度值，或者混合物包含油水及其他杂质情况下的密度值。如果密度测量值高于密度参考值，则表明乳剂中水的含量过高，则交界面在参考位置R的径向内侧。通过增加第一相出口22的背压（例如减少通过第一相出口的流量），和/或降低施加在第三相出口26上的背压（例如增加通过第三相出口的流量），所述交界面将会回到参考位置R。筒7内的油量增加以及水量降低，从而使交界面径向外移。

应当认识到，可以改变取样口81的大小和/或倾斜角度以适用于增加或减少在交界面处对乳剂层取样的径向伸长量。增加对乳剂层取样的径向伸长量将会降低监控系统对乳剂层含量微小波动的敏感度。

可替代的，所述乳剂管76的取样口81可以单独设置在筒7的筒壁上，或者，当所述乳剂管不是分离器2的一部分时，所述取样口被设置在一个独立的取样管中。应当认识到，在没有堰板时，所述取样口可以沿径向布置在第一相出口和第三相出口之间。

所述取样口81所在的参考位置R，可以被特别设定以便有利于水脱油或者油脱水。例如，如果希望获得含油量很低的水，则所述交界面所在的参考位置R到第一相出口22的距离比到环形堰板29外周边缘的距离更近。因此，在分离器2运行期间，筒7内水的径向深度相比于当交界面处于第一相出口22和环形堰板29中间位置时筒7内水的径向深度要更深。从而增加了水在分离器2中的保留时间，促使油从水中分离，尤其有利于将一些难以移除的由重油形成的滴状物从水中移除。

相反地，如果取样口81所在的参考位置R到环形堰板29外侧边缘的距离比到第一相出口22的距离更近，则筒7内油的容量（因而径向伸长量）将有利于油脱水。

在分离器2的一种变体中，所述取样口81的位置是可以改变的，例如将包括有取样口81的乳剂管76替换为一个长度不同的乳剂管。可替换地，包括有取样口81的乳剂管76是可调节的，使在分离器2运行期间，取样口81的径向位置可以改变。

乳剂层可在水和沙子的交界面处形成。乳剂层包括被厚油膜或另一水膜覆盖的非常细的颗粒（例如，沙子的颗粒），使得被覆盖的颗粒在水中具有中性浮力，因此存在于水和沙子的交界面处。乳剂层的形成可由压力差的变化或转子6平衡的变化来识别。这个乳剂层可在排出阶段期间通过第二相出口24排出。

气体聚积在第一相出口室94的较大直径部分100中，位于相邻于轴14的区域中。气体在盒式密封件周围流动并通过气体出口管104离开法兰12。这确保分离器2始终在除气。

应当认识到，阀48的打开和固体从筒7的排出也可通过降低外壳4中的压力或改变在操作期间作用于阀48中的球60上的偏压或通过增加筒7的旋转速度来实现。也可使用这些的组合。也可使用其它适当的装置打开阀。

应当认识到，在积聚阶段期间产生的正压力差可以参考这样的实施例，其中，如果阀偏置足以关闭阀48，则外壳4和筒7之间的区域中的压力差等于或小于筒7中的压力。

外壳4中的压力可在积聚期间保持不小于150psi（大约1000kPa），不大于600psi。外壳4中的压力分别保持在150psi（大约1000kPa）、300psi（大约2000kPa）和600psi（大约4100kPa）的实施例也是可能的。

穿过分离器2的流的速率可以不小于每分钟100US加仑（大约每秒18.9升）且不大于每分钟1000US加仑（大约每秒63.1升）。

在使用期间，在外壳4中的流体可被保持在升高的温度下。例如，流体可以比流入混合物热。

虽然所示的圆盘28为扁平圆盘，将认识到，它们可以是不同的形状，例如圆锥形。流动通道例如可以由圆盘28中的穿孔形成。

第一相出口管102和第三相出口管108可相对于分离器轴线16相切地布置。

应该认识到，可使用单组周向地布置的漏斗36。

图10所示的实施方式中，挡板120在与分离器轴线16的平行的方向上横跨每个漏斗36的中间部分而延伸。挡板120具有与相应漏斗36的发散端相邻的径向内边缘和被间隔而离开第二相出口24的径向外边缘。

本发明的变形包括具有沿着轴布置的高压喷嘴的转子，该高压喷嘴被定向成朝着漏斗径向向外喷射清洁流体。喷嘴与乳剂排出通道连通。当分离器不工作，或在排出阶段之后，可通过排出通道提供冲洗流体，对着漏斗内部通过喷嘴喷射以清洁漏斗。喷嘴的可替换的功能是引入溶液，以在分离过程期间稀释筒内的流入混合物，或粉碎紧实的固体并在排出之前将固体调成浆。

图11到16示出本发明的另一实施方式。描述了相对于图1到10所示的实施方式的主要差异。

圆盘28轴向间隔开，使得两个相邻圆盘28和相应的翅片32被布置成与每个漏斗36相邻。

每个圆盘28具有沿着与轴14相邻的圆盘28的内周边缘的凹槽122。每个凹槽122与轴14的径向外表面界定孔124。在使用中，迁移到与轴14相邻的区域的气体经由孔124流向第一相出口22。

喷嘴126（例如高压喷嘴）从轴14径向向外延伸。喷嘴126在沿着轴14轴向和圆周方向上相间隔。喷嘴126的数量等于漏斗36的数量，且喷嘴126被布置，使得每个喷嘴126朝着相应的漏斗36和相应的第二相出口24的汇合点延伸。

喷嘴126与轴14的管状部分70的内部连通。钻孔128设置在轴14的每个实心端部分72、74中。相应的钻孔128沿着分离器轴线16延伸并通过轴14的相对端排出。在管状部分70与实心端部分72、74重叠的区域中，喷嘴126经由设置在实心端部分72、74中的通道与钻孔128直接连通，垂直于钻孔128延伸。

在使用中，可通过喷嘴126供应高压流体。流体用于执行两种功能：清洁漏斗36和围绕第二相出口24的区域，以及在通过第二相出口24排出固体之前流化紧实的固体以产生泥浆。当在流中的固体含量低时，分离器可能在排出阶段之间的较长时间段内运行以允许固体积聚。然而，积聚的固体更可能靠着漏斗36的表面通过离心力变得紧实。紧实的固体会减小排出阶段的有效性。因此，在排出之前固体的流化提高了排出过程的效率。

翅片32的数量超过喷嘴126的数量。在本实施方式中，有12个翅片32和八个喷嘴126。翅片32和喷嘴126被布置，使得它们绕着分离器轴线16彼此成角度地偏移。

如图11和15所示，辅助叶片130被布置在堰板29和筒7的端壁之间。辅助叶片130被固定到堰板29用于随其旋转。辅助叶片130从环形板31径向向外延伸到堰板29的外周边。每个辅助叶片130被穿孔。在使用中，辅助叶片130维持流的旋转，并因此抑制在堰板29和第三相出口26之间的区域中的涡流。在辅助叶片130中的穿孔允许水在分离器2的操作期间穿过辅助叶片130，并因此确保在辅助叶片130之间的区域中在分离器2的径向方向上相对于轴线16所测量的水位保持相等。因此防止特别在分离器2的启动和关闭期间由于转子轴14周围的水的分布不均匀导致的转子不平衡。

参考图13，第一相出口室94的较小直径部分98设置有定子翅片132。定子翅片132在沿着较小直径部分98的径向外部内表面的轴向方向上延伸。每个定子翅片132的高度朝远离第一相出口22的方向上增加。定子翅片132相对于第一相出口室94固定。

第三相出口室96设置有定子翅片134。定子翅片134在沿着第三相出口室96的径向外表面的轴向方向上延伸。定子翅片134从第三相出口26沿着第三相出口室96延伸到中途。定子翅片134沿着其长度渐缩，并被布置，使得相对于第三相出口室96的外表面，其高度在远离第三相出口26的方向上增加。定子翅片134相对于第三相出口室96固定。

在使用中，定子翅片132、134阻止在相应的出口室94、96内的流旋转。

应当认识到，可将喷嘴122安装或改造到参考图1到10所描述的分离器。

参考第二实施方式所描述的在圆盘28中的凹槽122、翅片32的间隔、辅助叶片130和/或锥形翅片132/134的相应布置可被单独地或组合地并入所描述的其它实施方式和变形中。

分离器的另一实施方式用于分离在流出或回流处理过程中的藻类。这样的实施方式中，流入的将是包括液体夹带藻类的两相混合物。在这个实施方式中分离器将未必需要第三相出口。

在使用中，藻类在漏斗中积聚成固体或浓缩物。当藻类细胞被压向漏斗的内表面时，可能产生足以使藻类细胞“爆裂”的离心力。然而藻类可在分离过程之前或之后爆裂。积聚的藻类通过第二相出口排出，且流入的混合物的其余部分通过第一相出口排出。流速可响应于藻类密度而被控制。例如，期望的藻类密度可以是60000ppm或例如6%（按体积）的固体。

在分离或浓缩之后，藻类可被移开以进行进一步处理（例如用于生物燃料的制造）。

Claims (33)

1.一种用于分离多相混合物的分离器，包括：

压力容器，其限定了分离器轴线；

支架，用于支撑所述压力容器围绕所述分离器轴线旋转；

至少一个叶片，所述叶片被布置在所述压力容器内并被耦合以随着所述压力容器旋转；以及

流量调节器；

其中所述压力容器具有入口、第一相出口和相对于所述分离器轴线从所述第一相出口径向向外布置的多个第二相出口，所述流量调节器用于调节通过所述第二相出口的流，还包括被设置位于所述第一相出口径向外侧且位于所述第二相出口径向内侧的第三相出口；

其中，所述分离器还包括控制系统，用于控制在所述压力容器内位于第一相和第三相之间的交界面的径向位置。

2.如权利要求1所述的分离器，其特征在于，所述控制系统包括调节器，所述调节器与所述第一相出口和/或所述第三相出口相关联，用于改变所述出口的压力。

3.如权利要求1或2所述的分离器，其特征在于，所述控制系统包括监控装置，用于确定在所述压力容器内的预设参考位置处的第一相和/或第二相在第一相和第二相的混合物中所占的比例。

4.如权利要求3所述的分离器，其特征在于，所述参考位置位于所述第一相出口的径向外侧。

5.如权利要求4所述的分离器，其特征在于，所述参考位置位于所述第三相出口的径向内侧。

6.如权利要求3至5中任一项所述的分离器，其特征在于，所述监控装置包括密度计。

7.如权利要求3至6中任一项所述的分离器，其特征在于，所述监控装置还包括被布置在所述参考位置处的取样口。

8.如权利要求7所述的分离器，其特征在于，所述取样口相对于所述分离器轴线径向延伸，使所述取样口延伸超过预设的径向伸长量。

9.如权利要求7或8所述的分离器，其特征在于，所述取样口的平面相对于所述分离器轴线倾斜。

10.如权利要求9所述的分离器，其特征在于，相对于所述分离器轴线的倾斜的角度至少为20°。

11.如前述任意一项权利要求所述的分离器，其特征在于，所述流量调节器包括被分别布置在第二相出口处的多个压力激活喷嘴。

12.如权利要求11所述的分离器，其特征在于，每个所述压力激活喷嘴包括用于阻止流进入所述压力容器内的单向阀。

13.如权利要求12所述的分离器，其特征在于，所述单向阀包括偏置装置，用于朝向闭合位置偏置所述单向阀。

14.如权利要求11到13中任意一项所述的分离器，其特征在于，所述压力激活喷嘴被设置在所述压力容器的径向外壁中。

15.如前述权利要求中的任一项所述的分离器，其特征在于，在所述压力容器内设置多个收集器，所述收集器被相邻地设置在各自对应的第二相出口处。

16.如权利要求15所述的分离器，其特征在于，所述收集器包括沿径向向外的方向上朝向对应的第二相出口汇聚的漏斗。

17.如前述权利要求中的任一项所述的分离器，其特征在于，还包括压力调节器，用于调节所述压力容器内的压力。

18.如权利要求17所述的分离器，其特征在于，所述压力调节器包括用于控制通过所述第一相出口的流的流量控制器。

19.如前述权利要求中的任一项所述的分离器，其特征在于，所述分离器包括多个叶片。

20.如权利要求19所述的分离器，其特征在于，所述叶片是与所述分离器同轴并从所述分离器径向向外延伸的扁平圆盘。

21.如权利要求19所述的分离器，其特征在于，所述叶片是与所述分离器轴线同轴并从所述分离器径向向外延伸的圆锥形盘。

22.如权利要求20或21所述的分离器，其特征在于，每个所述盘具有绕分离器轴线周向地布置的孔的阵列，其中相邻盘上的孔相对于彼此成角度地偏移。

23.如权利要求22所述的分离器，其特征在于，设置有在相邻圆盘之间延伸的隔板翅片，所述隔板翅片相对于所述孔被布置形成从所述压力容器入口到所述第一相出口的交错和/或互连的流动通道。

24.如前述权利要求中任意一项所述的分离器，其特征在于，包括至少一个乳剂出口，所述乳剂出口被布置在所述第一相出口的径向外侧及所述第二相出口的径向内侧。

25.如权利要求24所述的分离器，其特征在于，所述或每个乳剂出口包括相对于所述分离器轴线径向向外延伸的管，其中所述或每个管与乳剂排出通道流体连通，所述乳剂排出通道沿着所述分离器延伸并穿过所述分离器的端部，用于从所述分离器中移除乳剂。

26.如前述权利要求中任意一项所述的分离器，其特征在于，所述分离器还包括设置有喷嘴的转子轴，所述喷嘴用于将流体供应到所述压力容器的内部。

27.如前述权利要求中任意一项所述的分离器，其特征在于，还包括密封外壳，所述压力容器被可旋转地安装在所述密封外壳内，其中，所述密封外壳包括外壳下部的贮槽，所述第二相从所述贮槽排出。

28.如权利要求27所述的分离器，其特征在于，所述分离器设置有用于在所述外壳和所述压力容器之间的压力下引入流体的装置。

29.如权利要求28所述的分离器，其特征在于，还包括用于调节所述外壳和所述压力容器之间的压力的压力调节器。

30.一种使用用于分离多相混合物的分离器来分离包括第一相、第二相和第三相的混合物的方法，所述分离器包括限定分离器轴线的压力容器、用于支撑所述压力容器绕着所述分离器轴线旋转的支架、布置在所述压力容器内并被耦合以随着所述压力容器旋转的至少一个叶片，以及流量调节器，其中所述压力容器具有入口、第一相出口和相对于所述分离器轴线从所述第一相出口径向向外布置的多个第二相出口，以及从所述第一相出口径向向外并从所述第二相出口径向向内布置的第三相出口，所述流量调节器被布置以调节通过所述第二相出口的流，所述方法包括下列步骤：

（a）旋转所述压力容器，使所述压力容器内的所述第一相和所述第三相之间形成一个交界面；

（b）根据所述压力容器内的预设参考位置处所述第一相和/或所述第二相在所述第一相和所述第二相的混合物中的比例，确定参考值；

（c）根据所述参考值控制所述交界面的径向位置。

31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述根据所述参考值控制所述交界面的径向位置的步骤，包括改变所述第一相出口和/或所述第三相出口的压力。

32.如权利要求30或31所述的方法，其特征在于，所述参考值包括所述参考位置处相的密度或相混合物的密度。

33.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述根据所述参考值控制所述交界面的径向位置的步骤，包括下列步骤：将所述参考位置处所述相的密度或所述相混合物的密度与预设密度进行对比，改变所述第一相出口和/或所述第三相出口的压力，使所述交界面的径向位置向所述参考位置移动。