CN106861296B - 一种管道式天然气凝析液旋流分离器 - Google Patents

Abstract

一种管道式天然气凝析液旋流分离器，包括圆柱筒体、轴向入口、入口锥段、出口锥段、轴向出口、前排液管、后排液管、环形板、内筒、导流体、入口导叶、支撑叶片；环形板将分离器内部分为预分离区和主分离区；内筒穿过环形板在分离器内延伸，并与内部的导流体形成环形空腔；入口导叶由光滑过渡的圆弧形和直线形叶片组合形成，其外缘和内缘分别与内筒和导流体固定连接；内筒壁面上开有纵向开缝，尾部与出口渐扩段构成环形开口；支撑叶片内缘与导流体末端连接，外缘与出口渐扩段的直线管段连接。本发明整体结构紧凑，两端有标准法兰，便于与管道进行连接、拆卸。分离效率高，压降损失小；设置预分离区，对高含液率的气液来流有较好分离效果。

Description

一种管道式天然气凝析液旋流分离器

技术领域

本发明涉及一种管道式天然气凝析液旋流分离器，特别涉及到一种重力分离与离心分离相结合，用于天然气管道凝析液分离的在线式分离器。属于油气集输系统多相分离技术领域。

背景技术

随着气田的持续开发，采出气中的游离水和凝析液含量逐渐增多。尤其在地形起伏条件下管道中易形成积液，减少管道输送截面积，造成采气管线摩阻增大，井口回压升高，从而影响气田产能。因此，在天然气进入集输管道系统前必须去除其中的液态组分。此外，对于海洋油气田和海上平台，由于空间的限制，必须要求分离器结构紧凑，并有较高的分离效率。

目前，国内外石油工业中主要采用离心分离技术实现天然气中的气液分离，其主要分离力为离心力、旋转动力和冲击力。常规的离心式分离器普遍存在体积大、分离效率低、压降过大的特点，无法满足海上平台的空间要求。对此中国发明专利CN202263488U公开的一种轴流管道式气液分离器，对采气管道中的天然气凝析液进行分离。其结构紧凑，操作简单，气液停留时间短，适用于海上平台上的安装使用。但是对于含液率较高的来流，分离器内的气液两相高速冲击剪切，造成液滴破碎，引起气体对液滴的夹带，影响分离器的分离效率。中国发明专利CN105148625A公开的一种涡流管式气液分离器，采用立式两级离心分离的方式进行气液分离，缓冲效果好，适用于气液比变动大的来流情况，但其立式结构不能在水平来流管线上直接安装。且其腔体内部结构复杂，易产生二次旋涡，气体又经过两级离心分离，有较大能量损失。

因此，基于以上装置的不足，有必要发明一种管道式天然气凝析液旋流分离器，结构紧凑，操作简单，能够适应气液比变动较大的来流情况，压力损失小，并能够实现较高的分离效率。

发明内容

本发明提供了一种管道式天然气凝析液旋流分离器，以克服现有技术的不足。

一种管道式天然气凝析液旋流分离器，其特征在于包括由圆柱筒体、轴向入口、入口锥段、出口锥段、轴向出口、前排液管、后排液管组成的壳体，由环形板、内筒、导流体、入口导叶、支撑叶片、出口渐扩段组成的内部结构；其中，轴向入口、入口锥段、圆柱筒体、内筒、导流体、口渐扩段、出口锥段、轴向出口位于同一轴线；且轴向入口、入口锥段、圆柱筒体、出口锥段、轴向出口依次连接；环形板位于圆柱筒体内腔前半部，且外环与圆柱筒体内壁连接、内环与内筒外壁连接，分离器内部位于环形隔板前方的部分为预分离区、位于后方的部分为主分离区，分别实现来流中积液和离散相液滴的分离；内筒壁面上开有若干条纵向开缝，并穿过环形板在圆柱筒体内向后方水平延伸；出口渐扩段包括前部直管段和后部渐扩段，渐扩段后端与轴向出口的前端固定连接，直管段前端与内筒尾部相邻，并构成环形开口，为液滴的分离提供通道；导流体位于内筒内部，且后端穿过内筒并延伸至出口渐扩段内，导流体与内筒之间形成环形空腔；导流体前部外侧面设有多个入口导叶、后部外侧面设有多个支撑叶片，所述每一片入口导叶均采用前部为圆弧段叶片、后部为直线段叶片组合形式，两段叶片光滑顺接，入口导叶外缘和内缘分别与内筒内壁和导流体外侧固定连接；支撑叶片为直板形叶片，其内缘与导流体后部外侧连接、外缘与出口渐扩段前部直管段的内壁连接；前排液管，后排液管分别设于圆柱筒体下部的前后两侧，分别连通于所述的预分离区和主分离区。

所述圆柱筒体直径与所述轴向入口、轴向出口直径的比值为2～3。

所述位于所述轴向入口和圆柱筒体之间的入口锥段的锥度为1:1.125～1:1.6。

所述环形板位于距所述圆柱筒体前端0.2～0.4倍圆柱筒体长度处。

所述内筒长度与所述圆柱筒体长度比值为0.6～0.8；所述内筒外径与所述轴向入口、轴向出口内径相等。

所述内筒壁面上有8条围绕内筒轴线均匀排列的纵向开缝；所述开缝分布于所述入口导叶之后；所述开缝的方向与开缝处内筒圆周切线方向夹角α角为30°～45°。

所述导流体前后两端均为流线型结构，所述导流体直径与内筒直径的比值为1/2。

所述分为两段——前段为圆弧形、后段为直线形且两段叶片光滑顺接的入口导叶，所述圆弧段长度与直线段长度比值为1/2。

所述出口渐扩段直管段外径小于内筒内径，且所述出口渐扩段直管段长度大于支撑叶片长度。

本发明的有益效果是，一种管道式天然气凝析液旋流分离器，其整体轴向设计，体积小巧，通过自身配备的标准法兰可与管线方便快捷地连接，适于空间狭小的特殊场合；环形板将分离器分为预分离区和主分离区，其中预分离区入口的渐扩锥形入口设计，能够使来流管线中内壁的积液以及气体中夹带的离散相液滴通过重力作用得到分离；入口导叶由圆弧形叶片与直线形叶片组合形成，圆弧段叶片能够减少来流对叶片的直接冲击，降低冲击损失，同时后端直线形叶片能够使流体在分离区内高速旋转；内筒穿过环形板在分离器延伸，与导流体同轴，两者形成环形空腔，流体在环形空腔内能够保持高速旋转，增大了分离效率；内筒开有若干条纵向开缝，能够及时处理分离出的液体，减小液滴破碎和反弹的几率，提高分离效率；内筒尾部与出口渐扩段的直线管段构成一个环形出口，为没有经过条形开缝逸出的液滴提供通道；支撑叶片设在导流体与出口渐扩段的直线管段之间，既能降低气体的旋转强度，又能起到固定支撑的作用；出口渐扩段后部为渐扩形结构，气体流通面积逐渐增大，有利于压能的恢复。

附图说明：

图1是本发明的纵剖面构造图。

图2是导流体及入口导叶与支撑叶片的结构图。

图3是内筒结构图。

图4是内筒开缝截面图。

图中：1—圆柱筒体、2—轴向入口、3—入口锥段、4—出口锥段、5—预分离区、6—环形板、7—入口导叶、8—导流体、9—开缝、10—内筒、11—支撑叶片、12—轴向出口、13—出口渐扩段、14—后排液管、15—主分离区、16—前排液管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明,但本发明并不局限于以下实施例。

参见图1，一种管道式天然气凝析液旋流分离器，该分离器主要包括由圆柱筒体(1)、轴向入口(2)、入口锥段(3)、出口锥段(4)、轴向出口(12)、前排液管(16)、后排液管(14)组成的外部壳体，由环形板(6)、内筒(10)、导流体(8)、入口导叶(7)、支撑叶片(11)、出口渐扩段(13)组成的内部结构；其中，环形板(6)位于圆柱筒体(1)前半侧，外环与圆柱筒体(1)内壁连接，内环与内筒(10)外壁连接，将分离器内部分为预分离区(5)和主分离区(15)；内筒(10)与圆柱筒体(1)同轴，且壁面上开有若干条纵向开缝，穿过环形板(6)在分离器内水平延伸；导流体(8)与内筒(10)同轴，穿过内筒(10)延伸至出口渐扩段(13)内，并与内筒(10)形成环形空腔；入口导叶(7)采用圆弧段与直线段叶片组合形式，两段叶片光滑顺接。叶片外缘和内缘分别与内筒(10)内壁和导流体(8)连接；支撑叶片(11)为直板形叶片，外缘与出口渐扩段(13)前部的直管段连接，内缘与导流体(8)末端连接；出口渐扩段(13)包括前部直管段和后部渐扩段，出口渐扩段(13)的直管段与内筒(10)尾部相邻，构成环形开口，渐扩段与轴向出口连接；前排液管(16)，后排液管(14)分别设于圆柱筒体(1)下部的前后两侧，对应分离器的预分离区(5)和主分离区(15)。前排液管(16)设于环形板(6)之前。

如附图2所示，入口导叶(7)采用圆弧叶片与直线形叶片相组合的形式，前段为圆弧形，后段为直线形，两段叶片光滑顺接，其中圆弧段长度与直线段叶片长度比值为1/2。流体到达入口导叶(7)后，来流方向与前端圆弧段叶片夹角较小，减少气体对叶片的直接冲击。叶片后段为直线形，为流体离心力的产生提供条件。由于导流体(8)的作用，与内筒(10)形成环形空腔，流体运动截面积变小，流体的流速会随着流通面积的减小而增大，提高了气体流动的离心力。

如附图3所示，内筒(10)为环状圆柱体结构，在实心柱导流体(8)外围环绕，形成环形空腔。从入口导叶(7)出来的高速旋转流体，在此空腔内进行旋转分离，内筒(10)周向均匀分布纵向开缝(9)，在离心力作用下，液滴从气体中分离出来，并甩向内筒(10)内壁，这些条形开缝(9)就为液滴的逸出提供了通道。另外，内筒(10)的尾部和出口渐扩段段(13)形成环形通道，未经开缝处逸出的液体由此进入主分离区(15)集液腔。

如附图4所示，入口导叶(7)后的内筒(10)壁面上开有纵向开缝(9)，其中保持壁面上的开缝(9)方向与开缝处切线方向夹角α在30°～45°之间。与在内筒(10)上开孔或者其他形式开缝相比，因为条形开缝(9)方向与内筒(10)壁面上液体流动方向相同，所以能够使分离出的液体及时排到主分离区(15)集液腔，并有效降低液滴再次返回到气体中的几率。

本发明的工作过程为：气液混合流体从轴向入口(2)进入分离器，经过预分离区(5)的锥形渐扩部分，由于流通截面积增大，流体轴向运动速度减小，停留时间增长，来流管线中的积液或气体中离散相液滴经过重力沉降作用得到分离，并通过前排液管(16)排出，预分离区的设置对气液比变动大的来流具有较好的分离效果。经过预分离区的气相流体进入内筒(10)，并在入口导叶(7)的作用下发生高速旋转。在内筒(10)和导流体(8)所形成的环形空腔内，密度较大的液相从气体中分离出来，甩向内筒(10)内壁，一部分液滴通过内筒上的纵向开缝(9)逸出，到达圆柱筒体(1)内壁，剩余未逸出的液滴沿内筒(10)内壁向前运动，从尾部的环形出口排出，两部分液体最终都由圆柱筒体(1)下端的后排液管(14)排出；密度较小的气体沿导流体(8)一直向前旋转流动，到达导流体(8)尾部时，在支撑叶片(11)的作用下，气体由旋转流动转为轴向流动，最终通过出口渐扩段(13)排出，并恢复部分压能。

本发明提供的一种管道式天然气凝析液旋流分离器具有以下优点：(1)结构紧凑，占地空间小；(2)压降损失小，分离效率高；(3)内部无转动部件且不需要外部能量带动，操作简单，易于维护，使用寿命长；(4)能够适应不同持液率来流的气液分离，适用性广。

Claims (2)

1.一种管道式天然气凝析液旋流分离器，其特征在于包括由圆柱筒体（1）、轴向入口（2）、入口锥段（3）、出口锥段（4）、轴向出口（12）、前排液管（16）、后排液管（14）组成的壳体，由环形板（6）、内筒（10）、导流体（8）、入口导叶（7）、支撑叶片（11）、出口渐扩段（13）组成的内部结构；其中，轴向入口（2）、入口锥段（3）、圆柱筒体（1）、内筒（10）、导流体（8）、出口渐扩段（13）、出口锥段（4）、轴向出口（12）位于同一轴线；且轴向入口（2）、入口锥段（3）、圆柱筒体（1）、出口锥段（4）、轴向出口（12）依次连接；环形板（6）位于圆柱筒体（1）内腔前半部，且外环与圆柱筒体（1）内壁连接、内环与内筒（10）外壁连接，分离器内部位于环形隔板（6）前方的部分为预分离区（5）、位于后方的部分为主分离区（15），分别实现来流中积液和离散相液滴的分离；内筒（10）壁面上开有若干条纵向开缝，并穿过环形板（6）在圆柱筒体（1）内向后方水平延伸；出口渐扩段（13）包括前部直管段和后部渐扩段，渐扩段后端与轴向出口（12）的前端固定连接，直管段前端与内筒（10）尾部相邻，并构成环形开口，为液滴的分离提供通道；导流体（8）位于内筒（10）内部，且后端穿过内筒（10）并延伸至出口渐扩段（13）内，导流体（8）与内筒（10）之间形成环形空腔；导流体（8）前部外侧面设有多个入口导叶（7）、后部外侧面设有多个支撑叶片（11），所述每一片入口导叶（7）均采用前部为圆弧段叶片、后部为直线段叶片的组合形式，两段叶片光滑顺接，入口导叶（7）外缘和内缘分别与内筒内壁和导流体（8）外侧固定连接；支撑叶片（11）为直板形叶片，其内缘与导流体（8）后部外侧连接、外缘与出口渐扩段（13）前部直管段的内壁连接；前排液管（16），后排液管（14）分别设于圆柱筒体（1）下部的前后两侧，分别连通于所述的预分离区（5）和主分离区（15）；

所述圆柱筒体（1）直径与所述轴向入口（2）、轴向出口（12）直径的比值为2～3；

所述位于所述轴向入口（2）和圆柱筒体（1）之间的入口锥段（3）的锥度为1:1.125～1:1.6；

所述环形板（6）位于距所述圆柱筒体（1）前端0.2～0.4倍圆柱筒体长度处；

所述内筒（10）长度与所述圆柱筒体（1）长度比值为0.6～0.8；所述内筒（10）外径与所述轴向入口（2）、轴向出口（12）内径相等；所述导流体（8）前后两端均为流线型结构，所述导流体（8）直径与内筒（10）直径的比值为1/2；

所述内筒（10）壁面上有8条围绕内筒轴线均匀排列的纵向开缝（9）；所述开缝（9）分布于所述入口导叶（7）之后；所述开缝（9）的方向与开缝处内筒圆周切线方向夹角α角为30°~45°；

所述入口导片（7）分为两段——前段为圆弧形、后段为直线形且两段叶片光滑顺接，所述圆弧段长度与直线段长度比值为1/2。

2.根据权利要求1所述的一种管道式天然气凝析液旋流分离器，其特征在于所述出口渐扩段（13）直管段外径小于内筒（10）内径，且所述出口渐扩段（13）直管段长度大于支撑叶片（11）长度。