CN104959241A - 一种可调式三相分离器 - Google Patents

Abstract

一种可调式三相分离器。主要目的在于提供一种分离效率高、设备体积小、双溢流口结构、溢流口伸入长度可以调节的三相分离装置。其特征在于：旋流腔体开有第一内螺纹孔；还包括二级分离体和一级分离体；二级分离体为倒扣的空心圆筒，二级分离体可旋入旋流腔体顶端的封板内，二级分离体的底端位于内部稳流锥的上方，二者具有相同的中心轴线；穿透二级分离体的筒壁上切向接入二级出口，该出口按照与旋流入口管相同的旋流方向接入；二级分离体顶端为呈台阶状收缩的二级旋转扳手卡口，贯穿扳手卡口中央开有第二内螺纹孔；一级分离体为外壁开有第二外螺纹的空心圆管，一级分离体旋入二级分离体内，一级分离体的顶端为呈台阶状收缩的一级旋转扳手卡口。

Description

一种可调式三相分离器

技术领域

 本发明涉及一种应用于石油、化工、环保等领域中的三相分离装置。

背景技术

 目前，用于两相（以油水两相为例进行说明）的快速分离方法主要有旋流分离、气浮选、过滤和膜分离等。旋流分离具有设备体积小等优点，但对于细小油滴的去除能力有限；气浮选则适应含油浓度变化的范围较小；过滤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；膜分离设备成本较高，对介质条件要求又较为严格。水力旋流器的分离原理是利用介质间的密度差而进行离心分离的，密度差越大，分散相的粒径越大，分离效果相对就越好。最早是作为固-液分离设备而产生的，目前作为一种分离设备也已在我国获得了一定的应用。目前在水处理技术领域还存在着对细小油滴去除效果差等实际问题。尤其是在油田开发进入中高含水开采期后，随着聚驱规模不断扩大，含聚污水采出量逐年增多。由于含聚污水粘度大，油田地面工艺中沉降段除油效率低，增加了过滤段的负荷，造成滤料污染严重，过滤水质变差。而且，越来越多的水驱污水站也已见到聚合物，引起处理水质变差，难以满足注水要求。同时随着三元复合驱油技术的推广应用，可以预见水质形势将更加严峻。因此，如何改善水质已成为油田地面工程系统竞相研究的一个热点问题。此外,现有的三相分离设备多数体积较大,而且相应的尺寸参数不能够按照实际的分离效果而做出适应性的调整, 使其成为目前生产中面临的技术难题。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种可调式三相分离器，该种可调式三相分离器可以提高旋流处理的高效性和可操作性，为多相分离设备的设计提供一个新的思路，可促进分离技术的发展。

本发明的技术方案是：该种可调式三相分离器，包括一个立式圆管状的旋流腔体，所述旋流腔体的顶端和底端均通过圆形封板封闭，紧贴位于所述旋流腔体顶端的封板下方切向接入旋流入口管，紧贴位于所述旋流腔体底端的封板上方，在所述旋流腔体的外壁上，按照与旋流入口管相同的旋流方向切向接入底流出口管，在所述旋流腔体内，位于底端的封板中央固定有内部稳流锥，其独特之处在于：

所述旋流腔体顶端的封板中央开有第一内螺纹孔；

所述可调式三相分离器还包括一个二级分离体和一个一级分离体；

二级分离体为倒扣的空心圆筒，圆筒外开有第一外螺纹，所述第一外螺纹与所述旋流腔体顶端的第一内螺纹孔相配合，二级分离体可旋入所述旋流腔体顶端的封板内，二级分离体的底端位于内部稳流锥的上方，二者具有相同的中心轴线；穿透二级分离体的筒壁上切向接入二级出口，二级出口按照与旋流入口管相同的旋流方向接入；二级分离体的顶端为呈台阶状收缩的二级旋转扳手卡口，垂直贯穿扳手卡口的中央开有第二内螺纹孔；

一级分离体为外壁开有第二外螺纹的空心圆管，第二外螺纹与所述第二内螺纹孔相配合，一级分离体可旋入二级分离体内，一级分离体的底端高于二级分离体的底端所在位置；一级分离体的顶端为呈台阶状收缩的一级旋转扳手卡口。

本发明具有如下有益效果：本种可调式三相分离器是利用三种不互溶液体介质的密度差而进行离心分离的。气液固混合液由旋流入口管进入旋流腔体内部，在旋流腔内形成高度的旋转流，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腔内发生旋转分层，密度小的气相形成气核集中在轴心附近由一级分离体的管口排出，密度居中的水相主要集中在气核的外层，由二级分离体的出口排出，密度最大的固相受离心力的作用集中在旋流腔的内壁处，最终由底流出口排出，其中内部稳流锥体的作用在于修复流体旋转时形成的速度损失，有利于两相的分离。另外，在本技术方案中，一级分离体和二级分离体与旋流腔体之间是一种可以相对位置进行移动的可变化的连接关系，同时内部稳流锥体的高度可以进行配合调整，因此一级分离体和二级分离体之间的相对位置、二级分离体与旋流腔之间的相对位置可以通过旋转一级旋转扳手卡口和二级旋转扳手卡口进行调节，从而可以根据实际分离介质的情况以及实际分离结果来调整相应尺寸参数，改善最终的分离效果。本种三相分离器可以提高旋流处理的高效性和可操作性，同时为现有的多相分离设备的设计提供了一个新的设计思路，促进分离技术的发展。本种分离器可应用于石油、化工、市政环保等行业的不互溶三相介质的离心分离处理，如污水脱油除砂、污水脱气除砂处理等。

附图说明：

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明的A-A截面剖面结构示意图。

图3是本发明的B-B截面剖面结构示意图。

图4是本发明标注了设定尺寸条件后的剖面结构示意图。

图5是本发明的改进实施例1中所述内部稳流锥体的结构示意图。

图6是本发明的改进实施例1中所述内部稳流锥体下面固定锥台形状垫块后的结构示意图。

图7是本发明的改进实施例1中所述内部稳流锥体下面固定圆台形状垫块后的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

随着三元复合驱油技术的推广应用，水质的保护问题已经变得异常严峻。因此，如何改善水质已成为油田地面工程系统竞相研究的一个热点问题。为了获得一种分离效率高、设备体积小、三相分离效果突出的分离器，编号为2012AA061303的国家863计划课题资助了本专利技术方案的研发。

由图1结合图2、图3所示，该种可调式三相分离器，包括一个立式圆管状的旋流腔体10，所述旋流腔体的顶端和底端均通过圆形封板16封闭，紧贴位于所述旋流腔体顶端的封板下方切向接入旋流入口管9，紧贴位于所述旋流腔体底端的封板上方，在所述旋流腔体的外壁上，按照与旋流入口管9相同的旋流方向切向接入底流出口管12，在所述旋流腔体内，位于底端的封板中央固定有内部稳流锥11。其独特之处在于：

所述旋流腔体顶端的封板中央开有第一内螺纹孔；

所述可调式三相分离器还包括一个二级分离体4和一个一级分离体1；

二级分离体4为倒扣的空心圆筒，圆筒外开有第一外螺纹7，所述第一外螺纹7与所述旋流腔体顶端的第一内螺纹孔相配合，二级分离体4可旋入所述旋流腔体顶端的封板内，二级分离体4的底端位于内部稳流锥11的上方，二者具有相同的中心轴线；穿透二级分离体4的筒壁上切向接入二级出口13，二级出口13按照与旋流入口管9相同的旋流方向接入；二级分离体4的顶端为呈台阶状收缩的二级旋转扳手卡口5，垂直贯穿扳手卡口5的中央开有第二内螺纹孔。

一级分离体1为外壁开有第二外螺纹3的空心圆管，第二外螺纹3与所述第二内螺纹孔相配合，一级分离体1可旋入二级分离体4内，一级分离体1的底端高于二级分离体4的底端所在位置；一级分离体1的顶端为呈台阶状收缩的一级旋转扳手卡口2。

由于一级分离体和二级分离体之间、二级分离体与旋流腔体之间分别通过螺纹进行连接，因此其伸入旋流腔内的高度可以通过旋转于一级分离体和二级分离体进行调节。一级旋转扳手卡口2和二级旋转扳手卡口5为扳手卡口，便于实现工人用工具完成对一级分离体1与二级分离体4的旋转。

此外，在以上方案基础上可以进行优化： 即对一级分离体1与二级分离体4之间的螺纹连接进行定位通过贯穿二级分离体4筒壁后与一级分离体1外壁相接触的第二螺栓6实现；对二级分离体4与旋流腔体10之间的螺纹连接进行定位通过贯穿旋流腔体10的筒壁后与二级分离体4的外壁相接触的第一螺栓8来实现。第二螺栓6和第一螺栓8的作用在于定位，防止旋流器运行过程中一级分离体与二级分离体的方向转动，

另外，还可以进一步优化：即如图5、6、7所示，在所述旋流腔体内，位于底端的封板中央固定有内部稳流锥连接体15，内部稳流锥连接体15为圆柱体，开有第三外螺纹，内部稳流锥11的中央开有与所述内部稳流锥连接体15相配合的带内螺纹的中央盲孔14；所述可调式三相分离器还包括若干内部稳流锥辅助垫块17，内部稳流锥辅助垫块17的中央开有贯穿的与所述内部稳流锥连接体15相配合的带内螺纹的通孔。内部稳流锥辅助垫块17可以为圆锥台，也可以为圆柱台。这样，内部稳流锥连接体的锥顶与一级分离体和二级分离体之间的距离就可以保持不变，从而实现随一级分离体和二级分离体伸入旋流腔内的高度变化而调整。

下面给出实施本发明最佳的尺寸限定条件：

如图4所示，将所述旋流腔体直径设定为D，一级分离体的出口直径设定为D₁，将二级分离体的入口直径设定为D₂，将所述旋流腔体高度设定为H，一级分离体的高度设定为H₁，一级分离体的螺纹高度设定为H₂，二级分离体的高度设定为H₃， 二级分离体的螺纹高度设定为H₄，二级出口的直径设定为H₅，内部稳流锥的锥角设定为α，内部稳流锥的直径设定为H₆，二级分离体伸入所述旋流腔体内的高度设定为H₇，一级分离体伸入到所述旋流腔体内的高度设定为H₈，其特征在于，所述可调式三相分离器按照如下限定条件1至条件12构造：

限定条件1为0.35D< D₁ <0.5D；

限定条件2为0.4D< D₂ <0.8D；

限定条件3为3D< H<7D；

限定条件4为0.1H< H₁<0.5H；

限定条件5为0.06H< H₂<0.45H；

限定条件6为0.15H< H₃<0.6H；

限定条件7为0.06H< H₄<0.45H；

限定条件8为0.1D₂< H₅<0.5 D₂；

限定条件9为15°< α <45°；

限定条件10为0.1H< H₇<0.5H；

    限定条件11为0.5D< H₆<0.9D；

限定条件12为0.1H< H₈<0.4H。

本发明专利所述的技术方案已经进行了试验性的应用，经试验证明，本种分离器由于采用了分离体伸入长度可调节的结构，增强了分离器实际应用中的可操作性，更能适应现场复杂的工况；此外，使得设备体积进一步减小，缩小了占地面积，具有很强的实用性；另外，它可用于密度不同的三相不互溶介质的一体化旋流分离。本种分离器既可应用于油田生产，又可应用于市政环保等其它领域，具有可观的推广应用前景。

Claims (4)

1.一种可调式三相分离器，包括一个立式圆管状的旋流腔体（10），所述旋流腔体的顶端和底端均通过圆形封板（16）封闭，紧贴位于所述旋流腔体顶端的封板下方切向接入旋流入口管（9），紧贴位于所述旋流腔体底端的封板上方，在所述旋流腔体的外壁上，按照与旋流入口管（9）相同的旋流方向切向接入底流出口管（12），在所述旋流腔体内，位于底端的封板中央固定有内部稳流锥（ 11），其特征在于：

所述旋流腔体顶端的封板中央开有第一内螺纹孔；

所述可调式三相分离器还包括一个二级分离体（4）和一个一级分离体（1）；

二级分离体（4）为倒扣的空心圆筒，圆筒外开有第一外螺纹（7），所述第一外螺纹（7）与所述旋流腔体顶端的第一内螺纹孔相配合，二级分离体（4）可旋入所述旋流腔体顶端的封板内，二级分离体（4）的底端位于内部稳流锥（ 11）的上方，二者具有相同的中心轴线；穿透二级分离体（4）的筒壁上切向接入二级出口（13），二级出口（13）按照与旋流入口管（9）相同的旋流方向接入；二级分离体（4）的顶端为呈台阶状收缩的二级旋转扳手卡口（5），垂直贯穿扳手卡口（5）的中央开有第二内螺纹孔；

一级分离体（1）为外壁开有第二外螺纹（3）的空心圆管，第二外螺纹（3）与所述第二内螺纹孔相配合，一级分离体（1）可旋入二级分离体（4）内，一级分离体（1）的底端高于二级分离体（4）的底端所在位置；一级分离体（1）的顶端为呈台阶状收缩的一级旋转扳手卡口（2）。

2.根据权利要求1所述的一种可调式三相分离器，其特征在于：对一级分离体（1）与二级分离体（4）之间的螺纹连接进行定位通过贯穿二级分离体（4）筒壁后与一级分离体（1）外壁相接触的第二螺栓（6）实现；对二级分离体（4）与旋流腔体（10）之间的螺纹连接进行定位通过贯穿旋流腔体（10）的筒壁后与二级分离体（4）的外壁相接触的第一螺栓（8）来实现。

3.根据权利要求1或2所述的一种可调式三相分离器，其特征在于：在所述旋流腔体内，位于底端的封板中央固定有内部稳流锥连接体（15），内部稳流锥连接体（15）为圆柱体，开有第三外螺纹，内部稳流锥（ 11）的中央开有与所述内部稳流锥连接体（15）相配合的带内螺纹的中央盲孔（14）；所述可调式三相分离器还包括若干内部稳流锥辅助垫块（17），内部稳流锥辅助垫块（17）的中央开有贯穿的与所述内部稳流锥连接体（15）相配合的带内螺纹的通孔。

4.根据权利要求1或2所述的一种可调式三相分离器，将所述旋流腔体直径设定为D，一级分离体（1）的出口直径设定为D₁，将二级分离体（4）的入口直径设定为D₂，将所述旋流腔体高度设定为H，一级分离体（1）的高度设定为H₁，一级分离体（1）的螺纹高度设定为H₂，二级分离体（4）的高度设定为H₃， 二级分离体（4）的螺纹高度设定为H₄，二级出口（13）的直径设定为H₅，内部稳流锥（11）的锥角设定为α，内部稳流锥（11）的直径设定为H₆，二级分离体（4）伸入所述旋流腔体内的高度设定为H₇，一级分离体（1）伸入到所述旋流腔体内的高度设定为H₈，其特征在于，所述可调式三相分离器按照如下限定条件1至条件12构造：

限定条件1为0.35D< D₁ <0.5D；

限定条件2为0.4D< D₂ <0.8D；

限定条件3为3D< H<7D；

限定条件4为0.1H< H₁<0.5H；

限定条件5为0.06H< H₂<0.45H；

限定条件6为0.15H< H₃<0.6H；

限定条件7为0.06H< H₄<0.45H；

限定条件8为0.1D₂< H₅<0.5 D₂；

限定条件9为15°< α <45°；

限定条件10为0.1H< H₇<0.5H；

    限定条件11为0.5D< H₆<0.9D；

    限定条件12为0.1H< H₈<0.4H。