CN105536297B - 一种管式油水旋流分离设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管式油水旋流分离设备，主要由进液管、起旋器、分离腔以及排液管组成，整体为管式结构，能够较大程度地节约旋流分离设备的占用空间；利用流线型叶片产生旋转流场，使得入口压力和运行压力远小于常规切向入口水力旋流器，从而使处理能力远大于常规切向入口水力旋流器；采用轴向流管式结构，具有结构紧凑、处理量大、阻力损失小、油水分离效率高等优点，可以用于石油、化工行业中的油水分离过程，尤其适合海上平台使用。且本发明易于实现多管撬装，解决了传统切向水力旋流器占用空间大的问题。

Description

一种管式油水旋流分离设备

技术领域

本发明涉及一种流体分离技术，尤其涉及一种管式油水旋流分离设备，适用于石油、化工工业中的油水分离过程。

背景技术

目前，国内大部分油田进入开采的中后期，油井采出液中的含水率逐渐升高，部分油田往往超过90％(少部分油井甚至高达到95％以上)。因此，不管是海上油田还是陆上油田的生产过程中，都会产生大量的油水混合物，油水分离工艺占据了很重要的地位。基于重力分离的传统脱水处理设施普遍存在效率低、占地面积大、停留时间长等不足，难以应对中后期含水率上升的局面。旋流分离作为一种超重力分离技术，因具有结构简单、占地少、分离效率高等优点得到了广泛应用，尤其是对于甲板空间和承载能力有限的海洋石油开采平台，迫切需要紧凑、高效的分离设备来减少平台的占用面积、减轻上部荷重，而未来水下生产系统的推广实施更是使得紧凑高效型设备成为必然选择。

水力旋流器是利用旋转流场进行油水分离的典型设备，但传统切向入口水力旋流器要求入口压力较高、最小分割粒径较大、单体处理能力较低、流量波动适应能力较差等不足，限制了该类设备的进一步推广使用。在内联、紧凑理念的引领下，为了克服常规切向入口水力旋流器结构上的固有缺陷，国内外研究人员尝试从设计理念上进行突破。专利CN102728487B公布了一种变截面多叶片导流式内锥型轴向水力旋流器，专利CN2882798公布了一种轴流式高效水力旋流器，CN102626561A公布了一种管道式导流片型管式油水旋流分离设备。但以上专利都以常规切向入口静态水力旋流器为蓝本，单体处理量有待于进一步提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种设备紧凑、性能高效、处理量大的管式油水旋流分离设备。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的管式油水旋流分离设备，包括进液管、起旋器、分离腔以及排液管，所述排液管包括排油管和排水管，所述进液管、起旋器、分离腔和排水管通过法兰或焊接依次连接。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的管式油水旋流分离设备，在管式结构中实现了离心分离，设备紧凑、性能高效，克服了现有分离器体积庞大、压降过大的缺点，工作时可用法兰直接连接到管道中，易于安装且操作方便，减少了一次性建设投资和运行成本。可方便用于海上平台、深水作业等环境复杂、空间和承重受限的场合。

附图说明

图1为本发明实施例提供的管式油水旋流分离设备的剖视结构示意图。

图2为本发明实施例中起旋器的三维结构示意图。

图3为本发明实施例中排油管的第二种实施方案示意图。

图中各标记如下：

1-进液管；2-排油管；3-起旋器；4-分离腔；5-排油管；6-导流叶片；7-叶片载体；8-起旋器外管；301-导流区；302-造旋区；303-稳流区；601-引流段；602-起旋段；603-稳流段；701-半球体；702-圆柱体；703-锥体；801-扩张管；802-等径管；803-收缩管。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。

本发明的管式油水旋流分离设备，其较佳的具体实施方式是：

包括进液管、起旋器、分离腔以及排液管，所述排液管包括排油管和排水管，所述进液管、起旋器、分离腔和排水管通过法兰或焊接依次连接。

所述进液管、起旋器、分离腔和排水管依次连接后整体呈管状结构，所述进液管通过法兰与来液管连接，所述排水管通过法兰与下游管路连接。

所述起旋器包括叶片载体、导流叶片和外管，所述导流叶片在径向方向与叶片载体和外管均为紧密配合。

所述导流叶片包括引流段、起旋段和稳流段，所述引流段与来流方向平行，所述起旋段按照圆弧曲线或幂函数曲线设计，其上游与引流段相切，下游出口角不小于45°，所述稳流段与起旋段相切，所述导流叶片与所述叶片载体一体化加工成型。

所述外管由扩张管、等径管和收缩管三段管体通过法兰或焊接依次连接而成，所述叶片载体由半球体、圆柱体和锥体三部分组成，所述外管与所述叶片载体组成的流通空间由导流的扩张区、造旋的等径区以及稳定旋流的减缩区依次组成。

所述分离腔为渐缩形锥管。

逆流排油时所述排油管位于所述叶片载体的中心线处，顺流排油时所述排油管位于所述排水管中心线处。

本发明在实际工作时，待处理液从轴向入口进入分离器内部，流经起旋器时在导流叶片的作用下获得旋转动量，经锥形空间加速后，产生稳定的旋转流动。在离心力的作用下，进入分离空间的油水混合液发生分层，重质水相被甩至外层管壁并向排水口流动，轻质油相汇集至中心形成油核并逆流进入排油管排出。

本发明具有如下优点和效果：

1、本发明采用所述起旋器能够有效降低阻力损失，提高处理量，根据计算流体动力学(CFD)数值模拟实验的结果，所述管式油水旋流分离设备的处理量可达30m3/h；整体设备采用管式结构，易于实现多管并联撬装运行，在相同的处理要求和处理量下，设备结构尺寸小于常规切向入口水力旋流器。

2、本发明在管式结构中实现了离心分离，设备紧凑、性能高效，克服了现有分离器体积庞大、压降过大的缺点，工作时可用法兰直接连接到管道中，易于安装且操作方便，减少了一次性建设投资和运行成本。可方便用于海上平台、深水作业等环境复杂、空间和承重受限的场合。

具体实施例：

如图1所示，本发明实施例提供一种管式管式油水旋流分离设备，该分离器由进液管1、起旋器3、分离腔4、排水管5和排油管2组成。

其中，进液管1、起旋器3、分离腔4和排水管5可采用法兰或者焊接依次连接，各部件连接后整体呈管状结构。

上述进液管1和排水管5设有与外部设备连接的法兰，可分别与上游、下游设备或管道连接。

如图2所示，上述起旋器3由导流叶片6、叶片载体7和起旋器外管8组成；导流叶片6与起旋器的叶片载体7以及外管8为过盈配合。

如图2所示，上述导流叶片6由引流段601、起旋段602和稳流段603组成。上述引流段601与来流方向平行。上述起旋段602按照圆弧曲线或幂函数曲线设计，其上游与引流段601相切，出口角不小于45°。上述稳流段603与起旋段602相切。

如图1和图2所示，上述起旋器3的外管8由扩张管801、等径管802和收缩管803三段管体通过法兰或焊接依次连接而成。上述起旋器3的叶片载体7由半球体701、圆柱体702、锥体703三部分组成。上述外管8和叶片载体7组成的环形空间为流体流通的空间，上游扩张区301有导流作用，中游等径区302装有导流叶片起造旋作用，下游减缩区303起加强和稳定旋流的作用。

如图1所示，分离腔4采用减缩形锥管，并具有一定长度，以保证油水有效分离。

上述分离器的排油管2可位于叶片载体7的中心线处，如图1所示，以实现逆流排油；上述排油管2也可位于排水管5的中心线处，如图3所示，以实现顺流排油。

使用上述管式油水旋流分离设备进行油水分离时，油水混合物从进液管1进入起旋器3的导流段301，然后流入起旋器3的造旋区302，在导流叶片的作用下混合液获得旋转动能，以一定的切向速度流入稳流区303，在稳流区的作用下，混合液的切向速度进一步增大，形成稳定的强旋转流动，在离心力的作用下，轻质油相向中心汇聚，重质水相向外部流动。强旋转的混合液进入分离区4后，在离心力的作用下，油水两相形成了界限明显的内旋和外旋两个区域，外旋流区主要为重质水相类，内旋流区主要为轻质油相类，外旋流区的水相以旋进的方式流动至排水管5排出，内旋流区的油相在中心逆压力梯度的作用下以旋进油核的形式反向流动，经排油管2排出。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种管式油水旋流分离设备，其特征在于，包括进液管(1)、起旋器(3)、分离腔(4)以及排液管，所述排液管包括排油管(2)和排水管(5)，所述进液管(1)、起旋器(3)、分离腔(4)和排水管(5)通过法兰或焊接依次连接；

所述进液管(1)、起旋器(3)、分离腔(4)和排水管(5)依次连接后整体呈管状结构，所述进液管(1)通过法兰与来液管连接，所述排水管(5)通过法兰与下游管路连接；

所述起旋器(3)包括叶片载体(7)、导流叶片(6)和外管(8)，所述导流叶片(6)在径向方向与叶片载体(7)和外管(8)均为紧密配合；

所述导流叶片(6)包括引流段(601)、起旋段(602)和稳流段(603)，所述引流段(601)与来流方向平行，所述起旋段(602)按照圆弧曲线或幂函数曲线设计，其上游与引流段(601)相切，下游出口角不小于45°，所述稳流段(603)与起旋段(602)相切，所述导流叶片与所述叶片载体(7)一体化加工成型；

所述外管(8)由扩张管(801)、等径管(802)和收缩管(803)三段管体通过法兰或焊接依次连接而成，所述叶片载体(7)由半球体(701)、圆柱体(702)和锥体(703)三部分组成，所述外管(8)与所述叶片载体(7)组成的流通空间由导流的扩张区(301)、造旋的等径区(302)以及稳定旋流的减缩区(303)依次组成；

所述分离腔(4)为渐缩形锥管。

2.根据权利要求1所述的管式油水旋流分离设备，其特征在于，逆流排油时所述排油管(2)位于所述叶片载体(7)的中心线处，顺流排油时所述排油管(2)位于所述排水管(5)中心线处。