CN107261654B - 一种两级管道式气液旋流分离器 - Google Patents

Abstract

一种两级管道式气液旋流分离器，该分离器主要由一级分离模块和二级分离模块两部分组成；一级分离模块主要由轴向入口、一级导叶、导流体、套筒、前排液管组成。套筒与一级导叶叶片尾部连接，且与一级分离管、导流体形成环形空腔；二级分离模块通过中间部分法兰与一级分离模块连接，主要由环形板、二级导叶、内筒和出口渐扩段、整流装置、后排液管和轴向出口组成。内筒通过环形板固定于二级分离管中，内部设有二级导叶，壁面上开有螺旋条形槽，尾部与出口渐扩段形成环状出口；本发明提供的分离器整体呈管式结构，体积小，易于管道安装；两端有标准法兰，便于与管道进行连接、拆卸；采用两级旋流分离，分离后的气体含液量低，具有较高的分离效率。

Description

一种两级管道式气液旋流分离器

技术领域

本发明涉及一种两级管道式气液旋流分离器，是一种用于天然气管道中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

随着气田的不断开发，采出气中会携带一定量的凝析液与液态水。天然气中水分的存在会给集输系统带来损害：在含酸性气体的天然气集输过程中，由于水的存在易形成酸，腐蚀管路和设备；在高压低温的集输条件下，管道中易形成水合物，堵塞阀门、管道和设备；天然气中液体的存在也会降低管道的输送能力，造成不必要的动力消耗。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。

目前，离心式分离器具有分离效率高，设备体积小，气液停留时间短等优点，成为广泛采用的一种分离方式。中国发明专利CN104474795A公开的一种新型管道气液分离器，分别将离心分离部件和机械捕集部件置于管道式分离器中，实现天然气管道中液体的捕集，结构紧凑，可直接与管道连接。但是为了延长流体的运动路径，增加液滴捕集，在分离器后面设置前倾的弓形板，造成分离器内部结构复杂，结构不够稳定。且弓形板上开有长条槽，增加了管道中天然气的压降损失。中国发明专利CN102641790A公开的一种多级超音速旋流分离器，根据拉瓦尔喷管原理，通过节流降温使来流中液滴增长或使沸点高的气体凝结成液滴，并进行离心分离，主要应用于天然气的深度脱水。但是这种结构高速来流对叶片有较大的冲击作用，并且对叶片的腐蚀作用明显，且在来流中含液较多的情况下低温容易形成水合物，造成冰堵，使分离器失效。

基于以上装置的不足，有必要发明一种两级管道式气液旋流分离器，该分离器结构紧凑，占用空间小，能够实现在线安装；且具有更高的分离效率，对来流中的微小液滴分离效果显著；分离器内部流场稳定，能量损失小。在实现气液高效分离的同时，性能稳定，使用寿命长。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种分离效率高、结构紧凑、操作简单的两级管道式气液旋流分离器。

本发明所采用的技术方案是：

一种两级管道式气液旋流分离器，其特征在于该分离器包括一级分离模块Ⅰ、二级分离模块Ⅱ和位于两级分离模块之间的环形板，其中，一级分离模块Ⅰ包括水平设置的一级分离管，一级分离管前后两端分别设有轴向入口与前法兰，一级分离管内部设有一级导叶、一级导流体与套筒；一级导叶叶片为螺旋形，其外缘与内缘分别与一级分离管内壁和一级导流体外侧面相连接；套筒与一级导叶的后缘相连；所述的一级分离管、一级导流体与套筒同轴，一级导流体后段在套筒内水平延伸并与套筒形成环形空腔；一级分离管底部位于套筒之后的位置设有前排液管；

所述二级分离模块Ⅱ包括水平设置的二级分离管，二级分离管前后两端分别设有后法兰与轴向出口，二级分离管内部含有内筒、二级导叶、二级导流体、出口渐扩段、整流装置；所述环形板位于前法兰与后法兰之间，并通过螺栓使前法兰、环形板和后法兰依次连接，从而实现一级分离模块Ⅰ、二级分离模块Ⅱ和环形板的相互连接；

所述内筒与二级分离管同轴，内筒固定于环形板内环开口中，且环形板与内筒相接触的位置位于内筒外侧面的前部，从而在一级分离模块Ⅰ、二级分离模块Ⅱ、环形板相互连接之后，使得内筒的前段位于一级分离管内、内筒的后端位于二级分离管中；内筒壁面开有若干螺旋形条形槽；出口渐扩段位于与内筒后方并与内筒相邻，出口渐扩段前段为直径小于内筒直径的直管段，直管段与内筒末端形成环形开口，出口渐扩段后段为渐扩段，渐扩段末端带有凸台，该出口渐扩段通过凸台与二级分离管内壁连接；二级导叶叶片为螺旋形并且位于内筒内部前端，其外缘和内缘分别与内筒内壁和二级导流体外侧面相连接；二级导叶叶片旋向与一级导叶叶片旋向相同，继续为经过一级分离模块Ⅰ的来流増旋；所述的二级分离管、二级导流体、内筒、出口渐括段同轴；二级分离管底部位于出口渐扩段末端凸台之前的位置设有后排液管；整流装置设于轴向出口处，对分离出来的气体进行整流。

所述的一种两级管道式气液旋流分离器，其特征在于所述一级导流体前后两端都是流线型结构，所述一级导流体直径与所述轴向入口直径比值为0.4～0.6。

所述的一种两级管道式气液旋流分离器，其特征在于所述套筒与所述一级导叶尾部焊接连接，焊接点位于叶片径向1/2高度处，所述套筒长度与所述一级导叶后的一级导流体延伸长度相同，形成环形空腔；所述套筒长度与所述一级导流体直径比值为2～4。

所述的一种两级管道式气液旋流分离器，其特征在于所述套筒末端至所述前法兰的间距与所述套筒长度的比值为0.4～0.6。

所述的一种两级管道式气液旋流分离器，其特征在于所述二级导流体前后两端均为流线型结构，所述二级导流体直径与所述内筒直径比值为0.4～0.6。

所述的一种两级管道式气液旋流分离器，其特征在于所述内筒前端通过所述环形板内环开孔固定连接，后端开有条螺旋形条形槽，所述条形槽与所述二级导叶旋向相同，且与轴向夹角角度在30°～60°之间；所述内筒直径与所述套筒直径相等。

所述的一种两级管道式气液旋流分离器，其特征在于所述出口渐扩段直管段直径小于所述内筒直径，且直管段前端面与所述内筒后端面位于同一个平面。

所述的一种两级管道式气液旋流分离器，其特征在于所述整流装置为直板相互交叉组成，形成的网格栅板呈圆柱形，置于所述出口渐扩段后的轴向出口内。

本发明所产生的有益效果是：一种两级管道式气液两级旋流分离器，其整体呈轴向结构，采用两级分离的方式，对气液来流进行分离，能够实现较高的分离效率；一级分离模块与二级分离模块通过分离器中间的前后法兰连接，且分离器前后两端配有标准法兰，能够与管道方便快捷地进行安装、拆卸；套筒焊接在一级导叶叶片尾部，与一级分离管内壁形成外腔，与内部延伸的导流体形成内腔。由于套筒的存在，液滴受离心力径向运动距离减少为原来的一半，分别在一级分离管内壁和套筒内壁碰撞聚结形成液膜。其中，套筒内壁形成的液膜，在气体作用下继续向后运动，在套筒末端破碎形成更大的液滴，并在离心力作用下得到分离，提高了气液来流中液体的分离效率；二级导叶安装在内筒内部，叶片为螺旋形且旋向与一级导叶相同，继续为经过一级分离模块的气液来流増旋，使气体能够在内筒中高速旋转，为气体中的液滴提供离心力；内筒后部开有若干螺旋形条形槽，螺旋方向内筒内部气液旋流方向相同，这样能够及时处理分离出的液体，并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前部直线管段构成一个环形出口，为没有经过条形槽逸出的液滴提供通道；出口渐扩段前段为直管段，末端带有凸台，既能够将二级分离管中的气液分离部分与出气部分隔开，又能够起到固定支撑的作用。

附图说明：

图1为本发明总体结构示意图。

图2为一级分离模块中一级导叶与套筒结构示意图。

图3为二级分离模块中内筒与二级导叶结构示意图。

图4为整流器结构示意图。

图中：Ⅰ-一级分离模块、Ⅱ-二级分离模块；1-一级分离管、2-二级分离管、3-轴向入口、4-一级导叶、5-一级导流体、6-套筒、7-前法兰、8-后法兰、9-二级导叶、10-二级导流体、11-环形板、12-内筒、13-条形槽、14-出口渐扩段、15-整流装置、16-轴向出口、17-前排液管、18-后排液管。

具体实施方式

参见附图1，一种两级管道式气液旋流分离器，该分离器主要由一级分离模块Ⅰ和二级分离模块Ⅱ两部分组成，两级分离模块通过分离器中间的前法兰7和后法兰8进行连接；其中，一级分离模块Ⅰ主要由轴向入口3、一级导叶4、导流体5、套筒6、前排液管17组成；一级导叶4叶片为螺旋形，外缘与内缘分别与一级分离管(1)内壁和一级导流体5外侧面连接；套筒6与一级导叶4相邻，并与叶片尾部连接；一级导流体5与套筒6同轴，在套筒6内水平延伸并与套筒6形成环形空腔。一级分离管1底部位于套筒6之后的位置设有前排液管17；二级分离模块Ⅱ主要由环形板11、内筒12、二级导叶9、二级导流体10、出口渐扩段14、整流装置15、后排液管18和轴向出口16组成；环形板11位于前法兰7与后法兰8之间，并通过螺栓进行连接；内筒12与二级分离管2同轴，通过环形板11内环开口固定于二级分离管2中，壁面开有若干螺旋条形槽13；出口渐扩段14与内筒12相邻，前段为直径小于内筒12直径的直管段，与内筒12末端形成环形开口，出口渐扩段14末端带有凸台，通过凸台与二级分离管2内壁连接；二级导叶9位于内筒12内部前端，叶片外缘与内缘分别与内筒12内壁和二级导流体10外侧面连接；二级分离管2底部位于出口渐扩段14末端凸台前的位置设有后排液管18；整流装置15设于轴向出口16处，对分离出来的气体进行整流。

如附图2所示，一级导叶4后连接套筒6结构为一级分离模块Ⅰ的主要设计。套筒6与一级导叶4尾部焊接连接，焊接点位于叶片径向1/2高度处，一级导叶4后的导流体5延伸长度与套筒6长度相等。套筒6分别与一级分离管1内壁形成环形外腔，与导流体5形成环形内腔。气液混合物来流经过一级导叶4后分别在所形成的外腔、内腔中旋转分离，减少了液滴分离过程中的径向运动距离，提高了分离效率。

如附图3所示，二级导叶9设在内筒12内部，叶片外缘与内筒12内壁连接，内缘与二级导流体10外侧面连接。二级导叶9叶片旋向与一级导叶4叶片旋向相同，继续为经过一级分离模块Ⅰ的来流増旋。二级导叶9后的内筒12壁上开有与二级导叶9旋向相同的条形槽13，与轴向夹角在30°～60°之间，在离心力作用下，液滴从气体中分离出来，并甩向内筒12内壁，这些条形槽13就为液滴的逸出提供了通道。另外，内筒12的尾部和出口渐扩段14直管段形成环形通道，未经条形槽13处逸出的液体由此进入二级分离管2，并通过后排液管18排出。

如附图4所示，整流装置15为直板交叉形成的网格栅板，平板间相互正交形成长方体通道。经过两级分离模块后的气体旋转前进到达轴向出口16，经过直方形的网格栅板整流变为轴向流动。

本发明工作过程阐述如下：

气液混合流体从轴向入口3进入分离器后，在一级导叶4的作用下起旋。套筒6焊接在一级导叶4叶片尾部，与导流体5和一级分离管1形成环形内腔、外腔。经过一级导叶4后，流体中的液滴在离心力的作用下径向移动，分别在套筒6内壁和一级分离管1内壁碰撞聚结形成液膜。其中套筒6内壁形成的液膜，在气体作用下继续向后移动，在套筒6尾部液膜破碎形成更大的液滴，在离心力的作用下运动到一级分离管1内壁。套筒6的设置减少了气体中离散相液滴的运动距离，并提高了气体中小液滴分离效率，气液混合物经过一级分离模块Ⅰ能够分离出大部分的液相。在二级分离模块Ⅱ内，来流经过二级导叶9继续増旋，提高气液分离的离心力，气流在内筒12中高速旋转，密度较大的液相从气体中分离出来，甩向内筒12内壁，一部分液滴通过内筒12上的条形槽13逸出，到达二级分离管2内壁，剩余未逸出的液滴沿内筒12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二级分离管2下端的后排液管18排出；密度较小的气体在内筒12中一直向前旋转流动，进入出口渐扩段14，到达轴向出口16。轴向出口16设有整流装置15对气体进行整流。在气体排出的过程中，气体由旋转流动转为轴向流动，并恢复部分压能。

Claims (8)

1.一种两级管道式气液旋流分离器，其特征在于该分离器包括一级分离模块Ⅰ、二级分离模块Ⅱ和位于两级分离模块之间的环形板(11)，其中，一级分离模块Ⅰ包括水平设置的一级分离管(1)，一级分离管(1)前后两端分别设有轴向入口(3)与前法兰(7)，一级分离管(1)内部设有一级导叶(4)、一级导流体(5)与套筒(6)；一级导叶(4)叶片为螺旋形，其外缘与内缘分别与一级分离管(1)内壁和一级导流体(5)外侧面相连接；套筒(6)与一级导叶(4)的后缘相连；所述的一级分离管(1)、一级导流体(5)与套筒(6)同轴，一级导流体(5)后段在套筒(6)内水平延伸并与套筒(6)形成环形空腔；一级分离管(1)底部位于套筒(6)之后的位置设有前排液管(17)；

所述二级分离模块Ⅱ包括水平设置的二级分离管(2)，二级分离管(2)前后两端分别设有后法兰(8)与轴向出口(16)，二级分离管(2)内部含有内筒(12)、二级导叶(9)、二级导流体(10)、出口渐扩段(14)、整流装置(15)；所述环形板(11)位于前法兰(7)与后法兰(8)之间，并通过螺栓使前法兰(7)、环形板(11)和后法兰(8)依次连接，从而实现一级分离模块Ⅰ、二级分离模块Ⅱ和环形板(11)的相互连接；

所述内筒(12)与二级分离管(2)同轴，内筒(12)固定于环形板(11)内环开口中，且环形板(11)与内筒(12)相接触的位置位于内筒(12)外侧面的前部，从而在一级分离模块Ⅰ、二级分离模块Ⅱ、环形板(11)相互连接之后，使得内筒(12)的前段位于一级分离管(1)内、内筒(12)的后端位于二级分离管(2)中；内筒(12)壁面开有若干螺旋形条形槽(13)；出口渐扩段(14)位于与内筒(12)后方并与内筒(12)相邻，出口渐扩段(14)前段为直径小于内筒(12)直径的直管段，直管段与内筒(12)末端形成环形开口，出口渐扩段(14)后段为渐扩段，渐扩段末端带有凸台，该出口渐扩段(14)通过凸台与二级分离管(2)内壁连接；二级导叶(9)叶片为螺旋形并且位于内筒(11)内部前端，其外缘和内缘分别与内筒(12)内壁和二级导流体(10)外侧面相连接；二级导叶(9)叶片旋向与一级导叶(4)叶片旋向相同，继续为经过一级分离模块Ⅰ的来流増旋；所述的二级分离管(2)、二级导流体(2)、内筒(12)、出口渐扩段(14)同轴；二级分离管(2)底部位于出口渐扩段(14)末端凸台之前的位置设有后排液管(18)；整流装置(15)设于轴向出口(16)处，对分离出来的气体进行整流。

2.根据权利要求1所述的一种两级管道式气液旋流分离器，其特征在于所述一级导流体(5)前后两端都是流线型结构，所述一级导流体(5)直径与所述轴向入口(3)直径比值为0.4～0.6。

3.根据权利要求1所述的一种两级管道式气液旋流分离器，其特征在于所述套筒(6)与所述一级导叶(4)尾部焊接连接，焊接点位于叶片径向1/2高度处，所述套筒(6)长度与所述一级导叶(4)后的一级导流体(5)延伸长度相同，形成环形空腔；所述套筒(6)长度与所述一级导流体(5)直径比值为2～4。

4.根据权利要求1所述的一种两级管道式气液旋流分离器，其特征在于所述套筒(6)末端至所述前法兰(7)的间距与所述套筒(6)长度的比值为0.4～0.6。

5.根据权利要求1所述的一种两级管道式气液旋流分离器，其特征在于所述二级导流体(10)前后两端均为流线型结构，所述二级导流体(10)直径与所述内筒(12)直径比值为0.4～0.6。

6.根据权利要求1所述的一种两级管道式气液旋流分离器，其特征在于所述内筒(12)前端通过所述环形板内环开孔固定连接，后端开有(8)条螺旋形条形槽(13)，所述条形槽(13)与所述二级导叶(9)旋向相同，且与轴向夹角角度在30°～60°之间；所述内筒(12)直径与所述套筒(6)直径相等。

7.根据权利要求1所述的一种两级管道式气液旋流分离器，其特征在于所述出口渐扩段(12)直管段直径小于所述内筒(12)直径，且直管段前端面与所述内筒(12)后端面位于同一个平面。

8.根据权利要求1所述的一种两级管道式气液旋流分离器，其特征在于所述整流装置(15)为直板相互交叉组成，形成的网格栅板呈圆柱形，置于所述出口渐扩段(14)后的轴向出口(16)内。