CN104245146A - 控制间断排放的离心分离器及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种离心分离器，其具有带有一组分离板的分离空间、构造成将待分离的流体产品给送到分离空间中的入口，入口和分离空间以压力调和方式连接、从分离空间延伸用于排出两个相的产品的第一出口和第二出口。排放控制系统构造成在触发状态时触发第二出口的开启，其中排放控制系统包括传感器，该传感器布置成确定流体产品的入口压力和/或入口流，并且触发状态与关于入口压力的入口流的减小相关联，指示了入口下游的增大的流阻。本发明还涉及一种排放控制系统和一种控制离心分离器的间断排放的方法。

Description

控制间断排放的离心分离器及方法
技术领域
本发明涉及一种用于分离流体产品的离心分离器，其包括用于控制分离相的流体产品的间断排放的排放控制系统，并且涉及一种控制离心分离器的间断排放的方法。
具体而言，本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的离心分离器、一种用于此类离心分离器的排放控制系统，以及一种用于控制此类离心分离器的间断排放的方法。
背景技术
在间断排放离心分离器的操作期间，收集在分离空间的径向外部中的淤渣需要排放，以便保持良好的分离效率。另一方面，排放是分离过程中的干扰，并且因此可设法具有低频率的排放。通过指示分离空间中的淤渣的水平并且在淤渣达到一定水平时开始排放，可优化排放正时。
用于指示离心分离器中的淤渣水平的若干技术是先前已知的，其中分离空间中的淤渣的水平借助于从分离空间朝转子中心延伸的指示通道来指示。指示通道适于指示液体通过其径向外端的通路，该径向外端定位成由在分离空间中收集到预定水平的淤渣堵塞。
GB 099256 A描述了一种离心分离器转子，其设有两个指示通道，该两个指示通道从转子轴线延伸两个不同的径向距离，由此淤渣的水平可通过监测两个指示通道中的压力、流量或混浊度的差别来指示。
US 3642196 A描述了具有一个指示通道的另一个离心转子，以及提供指示通道中的压力和分离液体的压力之间的差的测量的布置。
关于这些解决方案的缺陷在于转子必须设有额外的特征，即，至少一个指示通道，由此更难以获得改造。
发明内容
本发明的目的在于提供一种离心分离器，其中分离空间中的淤渣的水平可由可配合于离心分离器的简单器件指示。还有目的在于改进淤渣水平的指示，使得淤渣以及时的方式从分离空间排放，以便获得分离流体产品的相的良好分离性能，并且同时具有排放期间由停机引起的最小的分离过程干扰。
因此，提供了离心分离器，其包括框架、转子，该转子布置用于在框架中围绕旋转轴线旋转，并且在其自身内形成分离空间。在分离空间中，布置了一组分离板，其从分离空间的径向外部延伸至分离空间的径向内部。成组分离板可为沿旋转轴线分布的截头盘的叠堆。离心分离器包括构造成将待分离的流体产品(组分的液体混合物)给送到分离空间中的入口。离心分离器构造成使得分离空间在分离器的正常操作期间以压力调和方式(诸如，以压力传递方式)连接于入口。压力调和方式意指入口中的压力必须关于分离空间中的压力，使得分离空间中的压力变化在分离器的正常操作期间导致入口的压力变化。正常操作意思是在正常操作状态下分离流体产品的过程期间，诸如，在转子的转速下并且具有转子中的流体的生产水平。分离器还包括从分离空间的径向内部延伸用于排放具有较低密度的第一相的产品(混合物的第一组分)的第一出口，以及从分离空间的径向外部延伸用于间断排放具有较高密度的第二相的产品(混合物的第二组分)的第二出口。产品的第二相通常称为淤渣相，因为其可包括颗粒，但其还可为液相，基本上没有颗粒，由此第一相和第二相为不溶混的液相，诸如油和水。第二出口可呈多个排放端口的形式，其借助于操作滑片来开启。分离器还包括排放控制系统，其构造成在触发状态时触发第二出口的开启。排放控制系统包括布置成确定流体产品的入口压力和/或入口流的传感器，并且触发状态与关于入口压力的入口流的减小相关联，指示了入口下游的增大的流阻。同样，触发状态可与关于流体产品的入口流的入口压力的增大相关联。
由此，分离空间中的第二相的水平和因此第二相的排放的正时可由定位在转子外的简单的监测器件指示，该器件可对于离心分离器改造，而不必拆开转子。
如果离心分离器连接于系统，其中分离器入口处的流体产品的入口流控制成具有恒定压力，排放控制系统不需要入口压力传感器来指示入口下游的增大的流阻。因此，触发状态与关于恒定入口压力的入口流的减小相关联。作为备选，如果流体产品的入口流控制成具有恒定流，则排放控制系统不需要入口流传感器来指示入口下游的增大的流阻。因此，触发状态与关于流体产品的恒定入口流的入口压力的增大相关联。如果流体产品的入口流是预定的，但不是恒定的，则入口流量的信息可从控制流动的装置(诸如入口泵)输入到排放控制系统，并且还在该情况下，排放控制系统不需要入口流传感器来指示入口下游的增大的流阻。
排放控制系统可包括布置成确定第一出口中的压力的出口压力传感器，其中入口压力由出口压力补偿以便表现压降。因此，触发状态与离心分离器上关于流体产品流的压降的增大相关联，并且较少依赖任何构件或独立于任何构件，诸如各种类型的出口，或分离空间下游的干扰。作为一个实施例，离心分离器包括连接于第一出口的泵装置，其中压降由泵装置对出口压力的压力贡献补偿。
入口可为气密性入口。气密性入口与转子的周围环境密封，并且布置成在操作期间填充有流体产品。因此，入口和分离空间以压力传递方式连接。第一出口还可为气密性出口。气密性出口与转子的周围环境密封，并且布置成在操作期间填充有流体产品。
入口可包括入口管道，其构造成在正常操作期间浸没在给送到转子中的流体产品中。浸没意思是包括用于将流体产品提供到转子中的开口的入口管道的至少一部分浸没在流体产品中。因此，入口和分离空间以压力调和方式连接。入口管道可为静止的，并且构造成延伸到形成在转子中的入口室中。在一个实施例中，入口管道包括环形凸缘，其沿径向方向向外延伸，使得凸缘在正常操作期间浸没在给送到转子中的流体产品中。转子可包括一组盘，其构造成使给送到入口室中的流体产品加速。成组的盘使入口室中的流体产品的水平朝旋转轴线移动，以使便于入口管道在正常操作期间浸没在给送到转子中的流体产品中。EP 0225707 B1中进一步描述了该类型的离心分离器和入口装置。EP 0225707 B1的图2中公开了入口装置相对于分离空间和分离盘的构造。在另一个实施例中，静止入口管道(诸如在不具有以上提到的凸缘和环形盘的常规入口中)通过在正常操作期间提供相对高的入口流来浸没在给送到转子中的产品中。另外，在该实施例中，分离空间在离心分离器的正常操作期间以压力调和方式连接于入口，因为入口管道浸没在流体产品中。
触发状态可为给送到离心分离器中的流体产品的流量与入口压力或压降的正指数之间的比降到阈值以下。正指数可为0.5或接近0.5。正指数可由特定离心分离器或特定类型的离心分离器上的初始测量校准。作为备选，入口压力与流体产品流之间的大体关系可首先针对特定分离器测量和储存，并且触发状态可为入口压力与流体产品流之间的关系脱离入口压力与流体产品流之间的储存的大体关系。
作为备选，触发状态可为给送到离心分离器中的流体产品的流量与入口压力或压降的正指数之间的比的时间导数降到阈值以下。这具有独立于正常操作期间和在低淤渣水平下入口压力与流体产品流之间的关系的优点。
入口压力传感器可定位成接近分离器，以便最小化从压力传感器到分离空间的压降。此外，提供了一种用于根据权利要求1的特征前部分的离心分离器的排放控制系统，其中排放控制系统构造成在触发状态时触发第二出口的开启，并且其中排放控制系统包括布置成确定流体产品的入口压力和/或入口流的传感器，并且触发状态与关于入口压力的入口流的减小相关联，指示了入口下游的增大的流阻。
此外，提供了一种用于控制根据先前所述的离心分离器的间断排放的方法，该方法包括以下步骤：
检测离心分离器的入口中的压力，
确定给送到离心分离器中的流体产品流，
在检测到与关于入口压力的流体产品的流量减小相关联的触发状态时，触发第二出口的开口开启以排放第二相的产品，其中触发状态可为给送到离心分离器中的流体产品的流量与入口压力的平方根之间的比降到阈值以下。
本发明的其它目的、特征、方面和优点将从以下详细描述和附图清楚。
附图说明
现在将参照示意性附图经由实例描述本发明的实施例，在该示意性附图中：
图1示出了具有气密性入口和排放控制系统的离心分离器。
图2示出了入口压力与平方流率之间的关系以及对应的线性近似的曲线图。
图3示出了关于入口流与给送到离心分离器中的流体产品的入口压力的平方根之间的比的参数的曲线图。
图4示出了关于入口流与给送到另一个离心分离器中的流体产品的入口压力的平方根之间的比的参数的曲线图。
图5示出了设有加速盘的离心分离器的入口。
具体实施方式
参照图1，示出了离心分离器1，其具有框架2，框架2具有上框架部分3和下框架部分4。分离器转子5布置用于在框架中围绕旋转轴线(x)旋转。转子包括心轴6，心轴6借助于上轴承7和下轴承8支承在下框架部分中。上轴承借助于弹簧装置9弹性地连接于框架。包括连接于下框架部分的电机定子11和连接于心轴的电机转子12的电动机10构造成驱动心轴，并且因此驱动分离器转子。分离器转子包括在其自身内形成分离空间14的碗形物13。在分离空间中，一组截头分离盘15沿旋转轴线布置。分离盘从分离空间的径向外部(淤渣空间16)延伸至分离空间的径向内部17。分离器进一步设有气密性入口，其包括形成在心轴中的入口通道19。入口还包括形成在转子中并且从入口通道延伸到分离空间的通道20。入口借助于入口通道的旋转部分与入口通道的静止部分22之间的界面中的密封件21与分离器的周围环境气密性地密封。
图1中所示的分离器具有呈气密性出口形式的第一出口23，其从分离空间的径向内部17延伸并且与其连通，并且将其连接于出口通道24。第一出口包括可旋转的泵装置25。第一出口借助于出口的可旋转部分与静止部分之间的界面中的密封件26与分离器的周围环境气密性地密封。
分离器还包括从淤渣空间16延伸至转子外的空间的第二出口27，并且包括多个端口。第二出口的开口借助于操作滑片28控制，操作滑片28布置成能够在转子中在第二出口闭合的第一位置与第二出口开启的第二位置之间沿轴向移位。如本领域中已知的，操作滑片的位移借助于控制定位在操作滑片下方的室中的操作水的量来执行。定位在操作滑片下方的室中的操作水的添加和除去由操作水控制装置29控制。
分离器还包括排放控制系统30，其包括连接于操作水控制装置29的控制单元31，并且布置成在触发状态时触发第二出口的开口。排放控制系统还包括入口压力传感器32和流量传感器33，它们布置成感测入口通道中的压力和流量。出口压力传感器34布置成感测第一出口通道中的压力。
由于排放控制系统仅依靠可通过在分离器的外部(诸如，在入口通道和第一出口通道中)的测量来获得的信息，故使得有可能改造现有的设备，而不必拆开分离器。
在离心分离器1的操作期间，电机10向心轴6提供驱动动量来使转子5旋转。使为组分的液体混合物的流体产品通过入口通道22,19和20流入分离器中，并且流入分离空间14中。在分离空间中，流体产品经受离心力，并且具有低密度的第一相的产品和具有较高密度的第二相的产品(淤渣相，包括密集固体颗粒)与流体产品分离。分离由截头分离盘15促进。第一相的产品借助于离心力在分离盘之间沿径向向内输送，并且朝第一出口23输送。接着，第一相经由泵装置25通过第一出口23和24排放。第二相沿径向向外输送并且收集在淤渣空间16中。当分离过程继续时，淤渣空间中的淤渣量增大，由此在淤渣空间中累积的淤渣与分离空间14中的流体产品之间的界面35沿径向向内移位。当界面沿径向向内移位并且接近分离盘的径向外部时，发现分离器的入口和第一出口上的流阻增大。还发现的是，在构造成使得分离空间在离心分离器的正常操作期间以压力调和方式连接于入口的离心分离器中，这趋于取决于如何保持流动穿过入口(例如，如何构造入口泵)来增大压力和/或减小离心分离器的入口中的流动。在图1中所示的离心分离器中，其中入口与分离器的周围环境气密性密封，入口和分离空间以此类压力调和方式连接。增大的流阻由检测增大压力的入口压力传感器32和/或检测流动减小的流动传感器33检测。入口压力传感器检测到的压力可由出口压力传感器34检测到的压力补偿，以免任何下游波动的影响。出口压力可由来自泵装置25的压力贡献来补偿。
感测的压力和流值传送至控制单元31，其中参数基于给送到离心分离器中的流体产品的流量与入口压力的平方根之间的比确定。参数可优选在一运行时间段诸如10s内平均。当参数在正常操作期间降到典型地对应于平均值的最大值的95%到98%的阈值以下时，这看作是用于触发第二相排放穿过第二出口的状态。在完成该触发状态时，控制单元通过操作水控制装置29开始排放。因此，操作滑片移位，第二出口开启，并且淤渣相借助于离心力从淤渣空间排放。
图2示出了对应于图1中所示的一个的离心分离器中的增压(负压降)与平方流率之间的关系的曲线图的实例。分离器设有气密性入口和气密性出口，并且出口设有泵装置。入口压力和流率的测量结果示为点，并且对应于与流率的平方成比例的入口压力的线性近似(即，入口压力的平方根与流率对应地成比例)作为线插入。实例示出了入口压力与平方流率之间的关系的线性近似令人惊讶地准确，特别是在大约30m3/h和以上的正常流率下。因此，发现该关系可形成排放触发的基础。
在图3中，示出了一定时间内用于对应于图1中所示的一个的分离器的前述参数的曲线图。该分离器设有第一出口上的泵装置25，其向出口通道中的压力给予贡献。绘出的参数为在10s的时段内平均的流量Q与压降的平方根之间的比kv(并且在相对于操作期间的平均值的最大值标准化的曲线图中)。在该情况下，压降为由来自泵装置ppump的压力贡献修正的测量入口压力pin与测量出口压力pout之间的差，其可估计为刚性本体旋转中的分离器碗形物中的液体的压力(ppump≈0.5ρω2(router 2-rinner 2)，其中ρ为液体密度，ω为角旋转，并且router和rinner为液体本体的外径和内径)；
在达到标准化最大值的大约97%的参数阈值时，触发排放(竖直线)。排放之后，程序重复。
对于对应于图1中所示的一个但没有第一出口上的任何泵装置的分离器，图4中示出了参数的类似曲线图(现在没有来自泵装置的任何压力贡献)。另外，排放可在标准化最大值的大约97%下开始，但该实例示出了在标准化最大值的大约94%下的排放。
在实验期间发现，触发排放的所述方法至少与基于关于第一出口中的第一相的产品的混浊度测量的方法一样有效。
图5示出了另一个离心分离器的转子的中心部分，其设有呈静止管36形式的入口，该入口延伸到形成在离心分离器的转子的中心部分中的入口室37(接收室)中。入口管设有沿径向方向延伸的环形凸缘38。通道39(对应于图1中所示的分离器中的通道20)从入口室延伸到分离空间14。入口室37和分离空间14由形成在转子中的壁40分开。内室设有沿旋转轴线(x)布置的一组环形加速盘41。EP 0225707 B1中进一步描述了图5中所示的类型的离心分离器和入口装置。EP 0225707 B1的图2中公开了入口装置和环形盘相对于分离器的其它部分(诸如，分离空间和分离盘)的构造。应当注意的是，该类型的入口不必为气密性入口，因为入口室37不必与分离器的周围环境密封。
在具有如图5中所示的入口装置的离心分离器的操作期间，使为组分的液体混合物的流体产品通过入口管36流入分离器中并且流入入口室37中。由于在非旋转入口管与转子的旋转部分之间流动的液体混合物的粘滞力，液体混合物围绕凸缘38的边缘流动，并且流入成组环形盘41中。其效果在于凸缘浸没在正常操作期间给送到转子中的流体产品中。如图5的左手侧(低流动)和右手侧(高流动)上所示，取决于进入流的大小，液体混合物将穿过盘41之间的较大或较小数量的通路。在盘41之间的其余通路中，形成自由液体表面42a(低流动),42b(高流动)。混合物接着朝通道39流动并且流入分离空间14中。
类似于已经关于图1描述的，淤渣将在分离器的操作期间累积在分离空间的外部中。如先前所论述，这将增大从通道39，在分离盘上并且至第一出口的流阻。自由液体表面42,43的水平接着将向内移动，并且入口管36中的压力将增大。因此，根据图5的分离器还构造成使得入口和分离空间在离心分离器的正常操作期间以压力调和方式连接。因此，根据图5构造的离心分离器允许通过监测入口中的压力和进入分离器中的流体产品的流动来允许排放的触发。作为备选，通过增大凸缘38的径向长度，以使其在正常操作期间浸没在给送到转子中的流体产品中，甚至没有成组盘41，所得的流体水平接着由虚线43a(低流动)和43b指示，实现了类似的效果。
在又一个实施例中，即使入口管上不存在凸缘(诸如，在常规分离器入口中)，正常操作状态期间的入口流也足以将入口管浸没在入口室中。

Claims (14)

1. 一种离心分离器(1)，包括框架(2)、转子(5)，所述转子(5)布置用于在所述框架中围绕旋转轴线(x)旋转并且在其自身内形成分离空间(14)，一组分离板(15)布置在所述分离空间(14)中，从所述分离空间的径向外部(16)延伸至所述分离空间的径向内部(17)，
构造成将待分离的流体产品给送到所述分离空间中的入口，其中所述离心分离器构造成使得所述分离空间在所述离心分离器的正常操作期间以压力调和方式连接于所述入口，
第一出口(23)，其从所述分离空间的径向内部延伸用于排放具有较低密度的第一相的所述产品，
第二出口(27)，其从所述分离空间的径向外部延伸用于间断排放具有较高密度的第二相的所述产品，
排放控制系统(30)，其构造成在触发状态时触发所述第二出口的开启，
其特征在于：
所述排放控制系统包括布置成确定流体产品的入口压力和/或入口流的传感器(32,33)，并且所述触发状态与关于入口压力的入口流的减小相关联，指示了所述入口下游的增大的流阻。
2. 根据权利要求1所述的离心分离器，其特征在于，所述传感器为布置成确定所述入口压力的压力传感器。
3. 根据权利要求2所述的离心分离器，其特征在于，所述排放控制系统包括布置成确定所述第一出口中的压力的出口压力传感器(34)，并且其中所述入口压力由所述出口压力补偿，以便表现所述入口和所述第一出口上的压降。
4. 根据权利要求3所述的离心分离器，其特征在于，还包括连接于所述第一出口的泵装置(25)，其中所述入口压力由所述泵装置对所述出口压力的压力贡献补偿。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述入口为气密性入口。
6. 根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述入口包括构造成在所述离心分离器的正常操作期间浸没在给送到所述转子中的流体产品中的入口管。
7. 根据权利要求6所述的离心分离器，其特征在于，所述入口管包括凸缘(38)，所述凸缘(38)沿径向方向向外延伸，使得所述凸缘在正常操作期间浸没在给送到所述转子中的流体产品中。
8. 根据权利要求6或权利要求7所述的离心分离器，其特征在于，所述转子包括一组盘(41)，其构造成使给送到所述分离空间中的流体产品加速。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述触发状态为给送到所述离心分离器中的流体产品的流量与所述入口压力的正指数之间的比降到阈值以下。
10. 根据权利要求9所述的离心分离器，其特征在于，所述入口压力的正指数为0.5或接近0.5。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的离心分离器，其特征在于，所述入口压力感测器件定位成接近所述分离器。
12. 一种用于根据权利要求1的特征前部分所述的离心分离器的排放控制系统(30)，所述排放控制系统构造成在触发状态时触发所述第二出口的开启，
其特征在于：
所述排放控制系统包括布置成确定流体产品的入口压力和/或入口流的传感器(32,33)，并且所述触发状态与关于入口压力的入口流的减小相关联，指示了所述入口下游的增大的流阻。
13. 一种用于控制根据权利要求1至权利要求11中任一项所述的离心分离器的间断排放的方法，包括以下步骤：
检测所述离心分离器的入口中的压力，
确定给送到所述离心分离器中的流体产品流，
在检测到与关于所述入口压力的流体产品的流量减小相关联的触发状态时，触发所述第二出口的开启以排放第二相的所述产品。
14. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述触发状态为给送到所述离心分离器中的流体产品的流量与所述入口压力的平方根之间的比降到阈值以下。
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