CN106039773A - 一种低阻高效油水旋流分离设备 - Google Patents

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陈家庆
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D17/00—Separation of liquids, not provided for elsewhere, e.g. by thermal diffusion
    • B01D17/02—Separation of non-miscible liquids
    • B01D17/0217—Separation of non-miscible liquids by centrifugal force

Abstract

本发明公开了一种低阻高效油水旋流分离设备，包括相互连接的起旋器和分离腔，起旋器的中部设有径向进液口，分离腔的尾部设有排水管，起旋器包括叶片载体，叶片载体的外部固定有导流叶片和破涡元件；逆流排油时叶片载体的中心线处设有排油管，顺流排油时排水管中心线处设有排油管。导流叶片包括引流段、起旋段和稳流段，叶片载体包括圆柱体和锥体两部分，外管与叶片载体组成的流通空间包括造旋的等径区和稳定旋流的渐缩区。更加高效、低阻、结构紧凑，可以节约海上油田的开采成本，保障油田连续生产，提高油田开发中后期的经济效益。

Description

一种低阻高效油水旋流分离设备
技术领域
本发明涉及一种流体分离技术，尤其涉及一种低阻高效油水旋流分离设备。
背景技术
随着油田进入开采的中后期，油井产出液中的含水率日益升高，给后续油气集输处理环节带来了较大压力，传统的容器式重力分离技术由于分离效率低、投资成本高等原因受到较大限制；此外，随着海洋油气资源的大力开发，受限于海上平台甲板空间和载重能力，传统处理方法和容器式重力分离设备难以满足紧凑高效的设计施工要求，因此研究开发结构紧凑、性能高效的油井产出液预脱水技术意义重大。
目前，国内对切向水力旋流器的研究比较多，近年来对轴流式水力旋流器的研究也开始有了一定的进展，轴流式水力旋流器较之常规切向入口式水力旋流器具有径向尺寸小、结构紧凑、压损小、改善入口处循环流、流场更加稳定、分离效率高等优点。
虽然轴向水力旋流器在性能取得了一定改进，但其依然存在低效、高阻、结构复杂的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效、低阻、结构简单的低阻高效油水旋流分离设备。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的低阻高效油水旋流分离设备，其较佳的具体实施方式是：
包括相互连接的起旋器和分离腔，所述起旋器的中部设有径向进液口，所述分离腔的尾部设有排水管，所述起旋器包括叶片载体，所述叶片载体的外部固定有导流叶片和破涡元件；
逆流排油时所述叶片载体的中心线处设有排油管，顺流排油时所述排水管中心线处设有排油管。
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低阻高效油水旋流分离设备，更加高效、低阻、结构紧凑，可以节约海上油田的开采成本，保障油田连续生产，提高油田开发中后期的经济效益。
附图说明
图1为本发明实施例提供的低阻高效油水旋流分离设备的结构示意图。
图2为本发明实施例中起旋器的三维结构示意图。
图中各标记如下：
1-径向进液口；2-排油管；3-起旋器；4-分离腔；5-排水管；6-导流叶片；7-破涡元件；8-叶片载体；9-螺纹头；601-引流段；602-起旋段；603-稳流段；801-圆柱体；802-锥体。
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。
本发明的低阻高效油水旋流分离设备，其较佳的具体实施方式是：
包括相互连接的起旋器和分离腔，所述起旋器的中部设有径向进液口，所述分离腔的尾部设有排水管，所述起旋器包括叶片载体，所述叶片载体的外部固定有导流叶片和破涡元件；
逆流排油时所述叶片载体的中心线处设有排油管，顺流排油时所述排水管中心线处设有排油管。
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，所述起旋段为圆弧曲线或幂函数曲线形，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。
所述叶片载体包括圆柱体和锥体两部分，外管与所述叶片载体组成的流通空间包括造旋的等径区和稳定旋流的渐缩区。
所述破涡元件采用流线型小肋板，距离所述径向进液口一定距离。
所述径向进液口为圆弧曲面。
所述导流叶片与叶片载体一体化加工成型。
所述分离腔采用减缩形锥管。
所述叶片载体(8)的前端设有螺纹头(9)，多个所述低阻高效油水旋流分离设备并联连接时，螺纹头与固定隔板的内螺纹连接。
本发明的低阻高效油水旋流分离设备，相对轴向水力旋流器更加高效、低阻、结构紧凑，可以节约海上油田的开采成本，保障油田连续生产，提高油田开发中后期的经济效益。
实际工作时，待处理液从径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，流体流经破涡元件时，因转向诱发的大涡被切割破碎成小涡，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)数值模拟的结果，在相同处理量下，所述油水分离器的分离效率比常规水力旋流器提高10％，压降降低5％左右；整体设备采用低阻高效结构，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、本发明在低阻高效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，工作时可用螺纹直接连接到套管的隔板上，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低阻高效油水分离器，该分离器由径向进液口1、起旋器3、分离腔4、排水管5和排油管2组成。
其中，径向进液口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。
上述径向进液口1设有与套管隔板连接的螺纹或者法兰，排水管5通过密封圈与套管隔板过盈连接。
如图2所示，上述起旋器3由导流叶片6、破涡元件7、叶片载体8和螺纹头9组成；导流叶片6与起旋器的叶片载体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的叶片载体8由圆柱体801、锥体802两部分。
如图1所示，分离腔4采用渐缩形锥管，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8的中心线处，如图1所示，以实现逆流排油。
使用上述油水分离器进行油水分离时，油水混合物从径向进液口1进入起旋器3，在导流叶片的作用下混合液获得旋转动能，流体中的大涡被破涡元件切割成小涡，实现流动重组后的流体以一定的切向速度流入稳流区，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 (8)

1.一种低阻高效油水旋流分离设备，其特征在于，包括相互连接的起旋器(3)和分离腔(4)，所述起旋器(3)的中部设有径向进液口(1)，所述分离腔(4)的尾部设有排水管(5)，所述起旋器(3)包括叶片载体(8)，所述叶片载体(8)的外部固定有导流叶片(6)和破涡元件(7)；
逆流排油时所述叶片载体(8)的中心线处设有排油管(2)，顺流排油时所述排水管(5)中心线处设有排油管(2)。
2.根据权利要求1所述的低阻高效油水旋流分离设备，其特征在于，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)为圆弧曲线或幂函数曲线形，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。
3.根据权利要求2所述的低阻高效油水旋流分离设备，其特征在于，所述叶片载体(8)包括圆柱体(801)和锥体(802)两部分，外管与所述叶片载体(8)组成的流通空间包括造旋的等径区和稳定旋流的渐缩区。
4.根据权利要求3所述的低阻高效油水旋流分离设备，其特征在于，所述破涡元件(7)采用流线型小肋板，距离所述径向进液口(1)一定距离。
5.根据权利要求1所述的低阻高效油水旋流分离设备，其特征在于，所述径向进液口(1)为圆弧曲面。
6.根据权利要求1所述的低阻高效油水旋流分离设备，其特征在于，所述导流叶片(6)与叶片载体(8)一体化加工成型。
7.根据权利要求1所述的低阻高效油水旋流分离设备，其特征在于，所述分离腔(4)采用减缩形锥管。
8.根据权利要求1至7任一项所述的低阻高效油水旋流分离设备，其特征在于，所述叶片载体(8)的前端设有螺纹头(9)，多个所述低阻高效油水旋流分离设备并联连接时，螺纹头与固定隔板的内螺纹连接。
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