CN104136128A - 具有入口设置的离心分离器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及离心分离器，其包括设置为可绕着旋转轴线(x)旋转的转子。入口室形成在转子中，且入口管延伸进入转子，并且在入口室中具有开口用于提供组分的液体混合物。入口设置提供在入口室中，包括成套环形盘，其与转子同轴并在盘之间形成用于液体的通道，或者螺旋形元件，其与转子同轴并且形成在螺旋形元件的卷绕之间的用于液体的通道。分离器进一步包括设置在入口设置上游的叶片，以便导致液体混合物的预旋转和预加速。这些叶片可以提供在转子的可移除元件上。

Description

具有入口设置的离心分离器

技术领域

本发明涉及用于将组分的液体混合物至少分离成第一组分和第二组分的离心分离器。

背景技术

一些液体混合物对于可在液体混合物中引起微滴、颗粒或者颗粒团的分解的高剪切力比较敏感。例如两种不混溶液体(诸如油和水)的乳化液的剪切减少了液滴尺寸，并使得分离更为困难。因此，可能的目的是，当进入到高速旋转的分离器的转子时提供液体混合物的缓和加速。

具有入口的离心分离器的示例在EP 0225707 B1中公开，该入口对于组分的液体混合来说很缓和。该文献公开了如下的离心分离器，其具有以成套环形盘形式的入口设置，该成套环形盘与转子同轴地设置并在它们之间形成用于液体的通道。

具有入口的离心分离器的另一示例在EP 1105219B1中公开，该入口对于组分的液体混合来说很缓和。该文献公开了如下的离心分离器，其具有以螺旋形元件形式的入口设置，该螺旋形元件沿着入口管延伸，从而在元件的相邻卷绕之间形成用于液体的通道。

离心分离器的又一示例在WO 91/12082中公开，其中入口包括光滑的挡盘和多个携带盘，用于缓和地携带所提供的液体。

然而，在一些应用中，现有技术中所公开的入口设置可以在离心分离器内引起内部溢流，特别是在高入口流的情况下。在这种条件下，未分离的液体混合物会溢流进入用于已分离液体的出口，因而有损于分离质量。

发明内容

本发明的目的在于提供带有入口的离心分离器，该入口对于待分离的液体混合物来说缓和，同时最小化分离器转子中内溢流的危险。

因此，本发明涉及一种离心分离器，其包括设置为可绕着旋转轴线(x)旋转的转子，以及形成在转子中的入口室。分离器具有延伸进入入口室的入口管，其具有在入口室中的开口用于提供组分物液体混合物，以及在入口室中的入口设置。入口设置包括成套环形盘，其与转子同轴并且在盘之间形成用于液体的通道，或者螺旋形元件，其与转子同轴地设置并且在螺旋形元件的卷绕之间形成用于液体的通道。分离器进一步包括设置在入口设置上游的叶片，从而引起液体混合物的预旋转和预加速。

因此，通过引起液体混合物的预旋转和预加速，作用在液体混合物上的离心力将在更大程度上迫使液体混合物进入入口设置的盘之间的液体通道，因此使得内溢流(入口与分离器出口短路)的危险最小化。换句话说，叶片设置为引起所提供液体的预加速，与WO91/12082所公开的现有技术光滑挡板相反。光滑挡板相反本身可引起进入液体的减速，即加速的反面。

成套环形盘形式的入口设置可以是如EP 0225707B1中进一步公开的入口设置，并且螺旋形元件形式的入口设置可以是如EP1105219B1中进一步公开的入口设置。

叶片可以包括在转子中。因此需用于将液体送入转子的压力可受到限制，因为离心分离器的马达被用来加速液体。

叶片可以设置在如下元件上，该元件形成面对入口管的开口的、入口室的壁的部分。因此液体混合物遇到叶片，且在进入入口室时被加速。

该元件可以是转子的可移除元件。此外，该元件可以是套筒形状的。可选地，可移除元件可以是盘形的。因此叶片的形状和尺寸可以改变以反应不同操作条件。因此如果承受磨损，该元件也可以替换。

叶片可以向内延伸到在入口管开口处的、入口管壁内侧的径向位置和/或向外延伸到在入口管开口处的入口管外侧的径向位置。因此，入口流将在经过入口管和面对入口管开口的入口室壁之间的通道后经过叶片。

此外，叶片可以径向向外延伸到径向位置，其留出在叶片和入口室壁之间用于液体混合物的通道，因而允许所提供的液体混合物在经过叶片之后，即在经过入口设置之前，经过该通道。这可以减少进一步混合入口液体的危险。换句话说，入口室可具有在叶片的位置处从旋转轴线X起算的半径R_室，且叶片可以在入口室中径向向外延伸到从旋转轴线X起算的位置R_出处，其中R_出＜R_室。径向延伸可以是沿着液体流的延伸部。如果入口管从顶部延伸进入分离器，则叶片的位置可以是入口管开口竖直下方的位置。结果，R_出可以定位成使得通道形成在叶片和入口室壁之间，其中该通道足够大以允许液体混合物的通过。这是有利的，因为叶片继而提供入口混合物的加速，还允许适宜的入口压力。例如，R_出可以延伸为小于R_室的90％，诸如约为R_室的30-85％，如约为R_室的50-75％。应该理解的是，叶片的径向延伸不必从旋转轴线X开始的，而是叶片可从相对于旋转轴线X留出通道或者距离的径向位置R_开始开始。例如，分离器的中央毂(nave)螺母或者中央毂螺母的某部分，诸如中央毂螺母的顶部，可延伸进入在叶片和旋转轴线X之间的通道。如上所述，叶片可向内延伸到在入口管开口处的、入口管壁内侧的径向位置，其处，即R_开始可位于入口管开口径向内侧上。利用上面所用术语，叶片延伸部R_叶片为R_出-R_开始。例如，R_叶片可以是R_室的约5-80％，诸如R_室的约10-70％，诸如R_室的约20-50％，诸如R_室的约25-35％。

可移除元件可以在转子的中央毂部处紧固到转子上。离心分离器可进一步包括心轴，其中转子通过毂螺母在中央毂部处连接到心轴，且其中可移除元件通过毂螺母紧固到转子上。因此可移除元件可以以简单方式替换。

入口设置可包括连接相邻环形盘或者卷绕的多个壁。这些壁可以在径向上延伸，在与径向方向具有角度的方向上延伸，或者是弯曲的。多个壁可以设置为使得在每个环形盘之间或者沿着每个卷绕回转形成多个沟道。因此当进入在入口设置的盘或者卷绕之间的通道时，液体混合物的加速得以改善。

叶片可以包括在转子中，并且可在垂直于旋转轴线(x)的平面中，在径向上设置、在与径向成角度的方向上设置或者是弯曲的。

可选地，叶片可以形成在入口管中，并设置成引起液体混合物的预旋转和预加速。因此液体混合物可以在进入转子之前具有预旋转和预加速。这样的叶片可以是弯曲的，或者与液体混合物流呈角度地设置。

每一叶片可具有在分离器操作期间沿着液体混合物流的延伸部，且每一叶片沿着该延伸部可具有基本上矩形或者翼形轮廓的横截面。这样的翼形轮廓横截面可包括碰到液体流的圆形前缘，以及尖锐的后缘。因此，叶片的流体动力学性能得以优化。

此外，离心分离器可包括至少三个叶片，诸如至少五个叶片，诸如至少八个叶片，诸如至少十个叶片，诸如至少十二个叶片，诸如至少十五个叶片。叶片可以具有相同的径向长度。

此外，离心分离器可适于液体混合物的如下入口流速，至少80m³/小时、诸如至少100m³/小时、诸如约150m³/小时。

如本发明的其他方面，提供了用于分离液体混合物中的组分的方法，其包括步骤：

a)提供了根据本公开的离心分离器，以及待分离的液体混合物；以及

b)使用该分离器从液体混合物中分离至少一种组分。

步骤b)可包括向分离器提供处于如下入口流速的液体混合物，至少80m³/小时、诸如至少100m³/小时、诸如约150m³/小时。

液体混合物可包括固体。例如，液体混合物可包括水、石脑油以及沥青。例如，液体混合物的水含量可以为约25-30％(w/w)。石脑油可以为全(full range)石脑油，且可包括在30℃和200℃之间沸腾的石油中的烃馏分。此外，石脑油可包括轻石脑油，其可以是在30℃和90℃之间沸腾的烃馏分。轻石脑油可包括具有5-6个碳原子的分子。此外，石脑油可包括重石脑油，其可以是在90℃和200℃之间沸腾的烃馏分。该重石脑油可包括具有6-12个碳原子的分子。

沥青，有时候称为柏油，是指高粘度的液体，石油的半固体或者固体形式。沥青可以是粘性且黑色的。结果，液体混合物的固体可以包括沥青。该沥青可来自油砂、焦油砂和/或沥青砂。沥青可以是石油，其在天然沉积物中以半固态或者固态相存在。沥青可因此是稠的、粘性的烃，且可以具有足够高的密度和/或粘度，使得除非加热或者利用较轻的烃稀释，否则它不会流动。沥青可以是在贮藏条件下具有大于10000厘泊的粘度，以及小于10°API的API比重。

本公开的分离器可以有效地用于分离液体混合物的组分，该液体混合物包含固体，诸如包含水、石脑油和沥青的液体混合物。因此本公开的分离器可以用于从油砂、焦油砂和/或沥青砂中提取油。

本发明的其他目的、特征、方面和优点将从下述详细说明以及附图中显露。

附图说明

本发明的实施例现在将通过示例方式参考所附示意图进行说明，其中

图1示出了离心分离器的部分的横截面图。

图2示出了毂套筒形式的可移除元件，其包括叶片。

图3示出了横截面以及示意性示出了当包括叶片的可移除元件设置在离心分离器中时与入口室相关的叶片延伸部的实施例。

具体实施方式

参考图1，示出了离心分离器的部分，其包括由绕着旋转轴线(x)可旋转设置在框架中的心轴18(部分地示出)所支撑的转子1。转子包括形成在分配器17内的入口室2，固定入口管3延伸进入该室，以提供待分离的组分的液体混合物。转子进一步包括分离空间11，其经由转子中的通道10与入口室连通。

入口管具有开口4，以将组分的液体混合物提供到入口室中。该开口朝向入口室的壁的部分，且该入口室包括毂螺母9以及毂套筒8形式的可移除元件。该毂螺母设置为将转子紧固到心轴上，并将毂套筒紧固到转子。毂套筒具有叶片7，其从套筒元件上突起并朝向入口管。参考图2，示出了毂套筒形式的可移除元件的进一步细节。在此处所示的实施例中，毂套筒具有从元件的上表面突起并在径向上延伸的十二个叶片。如果叶片的径向延伸较长，则进入压力可增加，且因此可能有益的是限制叶片的延伸。每一叶片的径向跨度w为11-22mm，且内直径d为67mm。11mm的径向跨度从对入口压力的限制效果来看是有利的。叶片的高h为18mm。

图1所示的转子进一步包括入口设置，其具有形成液体的通道6的成叠加速盘5，并设置成与入口室和通道10连通。通道通过在与旋转轴线(x)平行的径向上延伸的壁限定。这些壁连接相邻的盘，因此在径向延伸的盘之间形成沟道。

在分离空间11中，沿着旋转轴线(x)并与其同轴地设置成叠截头锥形分离盘12。分离空间的外部，在分离盘的径向外侧，形成了污物空间13，用于具有较高密度(重相)的液体混合物的第一分离组分。喷嘴形式的出口14从污物空间延伸，以排出在此处收集到的分离组分。分离空间的内部15，在分离盘的径向内侧，构成了空间，用于具有较低密度(轻相)的液体混合物的第二分离组分。分离空间的内部15与用于轻相16的出口连通。

在根据图1的离心分离器(具有根据图2的毂套筒)操作期间，转子1以工作速度旋转。待分离的组分的液体混合物从固定入口管3并且经由开口4引入到入口室2中。液体混合物遇到面对入口管的开口的入口室的旋转壁部，并径向向外受力。当在壁部和入口的开口的边缘之间的通道中经过叶片7时，液体混合物被加速成旋转。因此，当进入到入口室的包含入口设置5，6(叶片下游)的部分时，液体混合物具有预旋转和预加速。由于预旋转，液体混合物承受了离心力，从而促使液体混合物经过在入口设置的盘5之间的通道6。在这些通道中，液体混合物进一步加速，以便随着转子旋转。液体混合物继而经由转子中的通道10引入到分离空间11中。在分离空间中，受到离心力并由分离盘12促使，液体混合物至少分离为具有较高密度(重相)的液体混合物的第一分离组分以及具有较低密度(轻相)的液体混合物的第二分离组分。重相被收集到污物空间13中，并经由出口14排出。轻相被收集到分离空间的内部15中，它经由轻相出口16从该内部排出。

如果组分的液体混合物未经受上述预旋转，则存在它溢流出分配器17的径向内边缘(在分配器17和入口管3之间)的危险，特别地在液体混合物的高流量下。基于这种条件，未分离的液体混合物可从入口室2溢流到用于轻相的出口室16中，因此有损分离质量。

图3进一步示出了设置在离心分离器中的可移除元件8的实施例。元件8包括叶片7且竖直地设置在入口管3的开口4下方，在入口室的壁2a之间。元件8设置在毂螺母9上，如关于上述图1所述。元件8绕着旋转轴线X居中，且入口室具有在叶片7的位置处从旋转轴线X起算的半径R_室。叶片7从位置R_开始延伸，并径向向外延伸到位置R_出。R_出定位在从X起算小于R_室的位置处，因此留下用于经过叶片7的液体混合物的通道19。通道19，位于叶片7和入口室壁2a之间，因此当液体从液体管3提供时定位在叶片7的下游。此外，R_{开 始}定位成距旋转轴线X为距离d，且仍然定位在入口管壁的径向内侧、入口管3的开口4处。叶片7可邻靠突出穿过元件8的毂螺母9的部分，或者叶片可以设置在元件8上，与突出穿过元件8的毂螺母9的部分具有较小距离。叶片的径向延伸，或者长度为R_叶片，且因而为R_出-R_开始。在本实例中，R_叶片约为R_室的25-35％。距离d可例如约为R_室的5-80％，诸如约为R_室的10-70％，诸如约为R_室的20-50％，诸如约为R_室的25-35％。在本实例中，d约为R_室的25-35％。因此，距离d可具有约等于叶片延伸的长度，即，d可以约等于径向长度上的R_叶片。

Claims (19)

1.一种离心分离器，其包括设置为可绕着旋转轴线(x)旋转的转子(1)，

形成在所述转子中的入口室(2)，

延伸进入所述转子的入口管(3)，所述入口管(3)在所述入口室中具有开口(4)，用于提供组分的液体混合物，

所述入口室中的入口设置，其包括成套环形盘(5)，其与所述转子同轴并且在所述盘之间形成用于液体的通道(6)，或者螺旋形元件，其与转子同轴并且在所述螺旋形元件的卷绕之间形成用于液体的通道(6)，

其特征在于

所述分离器包括设置在所述入口设置上游的叶片(7)，以便导致所述液体混合物的预旋转和预加速。

2.根据权利要求1所述的离心分离器，其特征在于，所述叶片包括在所述转子中。

3.根据权利要求2所述的离心分离器，其特征在于，所述叶片设置在如下元件(8)上，所述元件形成面对所述入口管的开口的、入口室的壁的部分。

4.根据权利要求2或3所述的离心分离器，其特征在于，所述叶片向内延伸到在所述入口管的开口处的、所述入口管壁内侧的径向位置。

5.根据权利要求2-4中的任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述叶片向外延伸到在所述入口管的开口处的、所述入口管壁外侧的径向位置。

6.根据权利要求2-5中的任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述叶片径向向外延伸到在所述叶片和所述入口室的壁之间留出用于所述液体混合物的通道的径向位置，因而允许所提供的液体混合物在经过所述叶片之后经过所述通道。

7.根据权利要求2-6中的任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述元件为所述转子的可移除元件。

8.根据权利要求7所述的离心分离器，其特征在于，所述可移除元件在所述转子的中央毂部处紧固到所述转子。

9.根据权利要求8所述的离心分离器，其特征在于，进一步包括心轴，其中所述转子通过毂螺母(9)在所述中央毂部处连接到所述心轴，并且其中，所述可移除元件通过所述毂螺母紧固到所述转子。

10.根据权利要求7-9中的任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述可移除元件为套筒形状。

11.根据前述权利要求中的任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述入口设置包括连接相邻环形盘或者卷绕的多个壁。

12.根据权利要求11所述的离心分离器，其特征在于，所述多个壁设置为使得多个沟道在每个环形盘之间形成或者沿着每个卷绕回转形成。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述叶片在垂直于所述旋转轴线(x)的平面中在径向上设置、在与所述径向成角度的方向上设置、或者是弯曲的。

14.根据权利要求1所述的离心分离器，其特征在于，所述叶片包括在所述入口管中，并且布置成使得引起所述液体混合物的预旋转和预加速。

15.根据权利要求14所述的离心分离器，其特征在于，所述叶片是弯曲的，或者与所述入口管中的液体混合物流成角度地设置。

16.根据前述权利要求中的任一项所述的离心分离器，其特征在于，每个叶片具有在所述分离器的操作期间沿着液体混合物流的延伸，并且其中每个叶片沿着该延伸具有基本上矩形或者翼形轮廓的横截面。

17.一种用于分离液体混合物中的组分的方法，包括步骤：

a)提供根据权利要求1-16中的任一项所述的离心分离器，以及待分离的液体混合物；并且

b)使用所述分离器从所述液体混合物中分离出至少一种组分。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，步骤b)包括为所述分离器提供入口流速为至少80m³/小时、诸如至少100m³/小时、诸如约150m³/小时的液体混合物。

19.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，所述液体混合物包括水、石脑油以及沥青。