CN107537701B - 一种旋流式分离器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋流式分离器，以解决现有旋流式分离器所存在的进行气液分离时不能除去固体杂质的问题。本发明设有立式圆筒形的筒体(6)、入口管，筒体内设有立式圆筒形的内筒(5)。筒体与内筒之间形成的环形空间内设有螺旋板(8)，筒体内侧壁、内筒外侧壁与上下相邻两圈螺旋板之间形成螺旋通道(12)，入口管的出口插入螺旋通道顶部的螺旋通道入口。筒体上与第2圈或第3圈螺旋通道及其下方的螺旋通道相对应的部分设有开孔区，开孔区设有固体杂质排出孔(9)。在筒体的外部设有固体杂质储存室(11)，固体杂质排出孔与固体杂质储存室的内腔相通。筒体的内腔具有气相空间和旋流分离段。本发明可用于含有固体杂质的气液混合物的分离。

Description

一种旋流式分离器

技术领域

本发明涉及油气田油气处理技术领域所用的一种旋流式分离器。

背景技术

现有的柱状气液旋流式分离器设有立式圆筒形筒体、入口管，筒体顶部和底部分别设有气相出口管和液相出口管，入口管沿筒体的切向与筒体相连。所述分离器的主要原理为离心力场下的气液分离，克服了传统重力式分离器体积大、笨重、占地面积大等诸多缺点。气液混合物中的气相一般是天然气，液相一般是原油。由于体积小、分离效率高，在海上石油平台等对占地面积要求较高的场合，柱状气液旋流式分离器得到了广泛应用。海底油气经海底井口采出后不可避免地会携带一部分泥沙，海底管道内部的腐蚀脱落产物等会经过海上出油管线立管系统进入海上石油平台的油气处理系统。上述的各种固体杂质会对下游管道的仪表造成磨蚀破坏，同时会撞击泵与压缩机等转动设备的叶轮，因此这些固体杂质必须经分离除去。但现有柱状气液旋流式分离器进行气液分离时并不能除去固体杂质，固体杂质的分离必须使用另外的设备。这就增加了占地面积、投资成本和生产环节。

发明内容

本发明的目的是提供一种旋流式分离器，以解决现有的旋流式分离器所存在的进行气液分离时不能除去固体杂质的问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种旋流式分离器，设有立式圆筒形的筒体、入口管，筒体的顶部设有筒体顶板、气相出口管，筒体的底部设有筒体底板、液相出口管，其特征在于：筒体内设有立式圆筒形的内筒，筒体与内筒之间形成的环形空间内设有螺旋板，筒体内侧壁、内筒外侧壁与上下相邻两圈螺旋板之间形成螺旋通道，入口管的出口插入螺旋通道顶部的螺旋通道入口，筒体上与第2圈或第3圈螺旋通道及其下方的螺旋通道相对应的部分设有开孔区，开孔区设有固体杂质排出孔，在筒体的外部设有固体杂质储存室，固体杂质排出孔与固体杂质储存室的内腔相通，螺旋板的顶部设有盖板，筒体的内腔在盖板上方的部分为气相空间，在内筒下方的部分为旋流分离段。

采用本发明，具有如下的有益效果：本发明在对含有固体杂质的气液混合物进行旋流分离的过程中，在螺旋通道内进行气液与固体杂质的分离，直径在200微米以上的固体杂质经固体杂质排出孔进入固体杂质储存室的内腔。分离出固体杂质的气液混合物再在旋流分离段进行气液旋流分离。因此，本发明可进行气液固的三相分离，提高了分离器的紧凑性与实用性。固体杂质的分离不需要使用另外的设备，可节省占地面积、投资成本，减少生产环节。

本发明可用于含有固体杂质的气液混合物的分离。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。附图和具体实施方式并不限制本发明要求保护的范围。

附图说明

图1是本发明旋流式分离器的结构示意图。

图2是图1中的A—A剖视图(放大)。

图1和图2中，相同附图标记表示相同的技术特征。

具体实施方式

参见图1和图2，本发明的旋流式分离器(简称为分离器)设有立式圆筒形的筒体6、入口管。筒体6的顶部设有筒体顶板、气相出口管7，筒体6的底部设有筒体底板、液相出口管4。筒体6内与筒体6同轴设置有立式圆筒形的内筒5，内筒5在高度方向上位于筒体6的中上部。筒体6与内筒5之间形成的环形空间内设有螺旋板8，螺旋板8的内边缘与内筒5的外侧壁相连，螺旋板8的外边缘与筒体6的内侧壁相连。筒体6内侧壁、内筒5外侧壁与上下相邻两圈螺旋板8之间形成螺旋通道12，入口管的出口插入螺旋通道12顶部的螺旋通道入口。

筒体6上与第2圈或第3圈螺旋通道12及其下方的螺旋通道12相对应的部分设有开孔区，开孔区设有固体杂质排出孔9。上述螺旋通道12的圈数自上而下计数。固体杂质排出孔9设置多个，在开孔区均匀布置。固体杂质排出孔9的形状一般为圆形或长方形，也可以为其它形状。单个固体杂质排出孔9的面积一般为1000～1600平方毫米，筒体6上开孔区的开孔率一般为60％～70％。上述的形状和参数，在筒体6的展开平面上计量。

在筒体6的外部设有固体杂质储存室11，固体杂质排出孔9与固体杂质储存室11的内腔相通，在螺旋通道12内分离出的固体杂质经过固体杂质排出孔9进入固体杂质储存室11的内腔。固体杂质储存室11上设有固体杂质取出口15，固体杂质取出口15可以打开和封闭。固体杂质储存室11应具有足够的固体杂质储存空间，可以保证每隔1～2个月才取出一次固体杂质。

螺旋板8的顶部设有盖板10，盖板10为圆环形。盖板10的外边缘与筒体6的内侧壁相连，盖板10中心孔的边缘与内筒5的顶部相连。筒体6的内腔在盖板10上方的部分为气相空间，在内筒5下方的部分为旋流分离段，旋流分离段是分离出固体杂质后的气液的主分离空间。气相空间的高度(即盖板10与筒体6筒体顶板之间的距离)一般为筒体6内直径的5～8倍，旋流分离段的高度(即内筒5底端与筒体6筒体底板之间的距离)一般为筒体6内直径的10～15倍。筒体6以及内筒5的内直径，主要根据气液混合物的气液比(气相与液相的体积比)和流量等条件确定。

螺旋通道12通常设置6～10圈。筒体6上与4圈以上螺旋通道12相对应的部分设置开孔区。

图1和图2所示的固体杂质储存室11包括一个围绕筒体6的外侧壁设置的圆筒形筒体，圆筒形筒体的顶部和底部与筒体6的外侧壁之间分别设有圆环形的顶板和底板。固体杂质排出孔9通常位于固体杂质储存室11内腔上部至中部的位置。固体杂质取出口15设于圆筒形筒体的下部，用可打开的端盖封闭。

图1所示的入口管依次由立管1、弯头2和下倾管3组成，下倾管3的出口为入口管的出口，插入螺旋通道12顶部的螺旋通道入口。在螺旋通道入口处，下倾管3与螺旋通道12相切。下倾管3向下倾斜设置，相对于水平面向下倾斜的角度一般为5～10度，与螺旋通道12向下倾斜的方向一致，以使气液混合物能平稳地进入螺旋通道12。本发明所述的向下倾斜，是按气液混合物的流动方向而定。立管1、弯头2和下倾管3的内直径相同，以保证气液混合物流动的稳定性。内直径的大小应确保气液混合物能在立管1内快速通过、不发生重力作用下的回流。弯头2中心线的曲率半径一般为弯头2内直径的3倍以上，以保证气液混合物流向的平稳过渡。

螺旋板8一般为正螺旋面形，螺旋板8与内筒5相交的圆柱螺旋线的升角一般为5～10度，与下倾管3向下倾斜的角度基本相同。螺旋板8以及螺旋通道12可以为左旋(如图1所示)，也可以为右旋(图略)。下倾管3的设置要考虑到这一点，从其出口流出的气液混合物应顺着螺旋通道12向下螺旋流动。螺旋通道12的横截面面积一般与入口管的横截面面积相同。螺旋通道12的横截面面积应能够保证在螺旋通道12内流动的气液混合物有足够的流速，从而使气液混合物中直径在200微米以上的固体杂质能在离心力作用下移动到筒体6的内侧壁、经固体杂质排出孔9进入固体杂质储存室11。螺旋通道12内气液混合物的流速也不应过大，以减小对气液混合物接触到的部件的磨蚀。

本发明各部件的材料一般为不锈钢(例如304不锈钢)。除说明的以外，部件之间的连接一般均采用焊接。立管1、下倾管3、气相出口管7和液相出口管4的横截面形状一般均为圆形。

下面结合附图说明采用本发明分离器进行旋流分离的过程。含有固体杂质的气液混合物13经立管1、弯头2和下倾管3，由下倾管3的出口沿螺旋通道12的切向进入螺旋通道12，顺着螺旋通道12向下螺旋流动，在旋流场的作用下进行气液与固体杂质的分离。直径在200微米以上的固体杂质向筒体6的内侧壁移动，经固体杂质排出孔9进入固体杂质储存室11的内腔。分离出固体杂质的气液混合物从螺旋通道12底部的螺旋通道出口流入旋流分离段进行气液旋流分离。分离出的气相向筒体6的轴心线区域聚集并向上流动，经内筒5的内腔进入气相空间，最后经气相出口管7流出。分离出的液相在靠近筒体6内侧壁的区域向下流动，最后经液相出口管4流出。图1和图2中，未注附图标记的箭头表示气液混合物、气相、液相或固体杂质的流动方向。

上述气液混合物13的气液比一般为5～10，由下倾管3出口流出的气液混合物的流速一般为6～8米/秒。气液混合物在螺旋通道12内的停留时间一般为5～6秒，分离出固体杂质的气液混合物在旋流分离段内的停留时间一般为20～30秒。经气相出口管7流出的气相，所含液滴的直径一般不大于20微米，只含有少量直径在100微米以下的固体杂质。经液相出口管4流出的液相，所含气泡的直径一般不大于300微米，只含有少量直径在200微米以下的固体杂质。

分离过程持续1～2个月之后，当固体杂质储存室11内腔中的固体杂质积累到一定程度时，分离器停工。打开封闭固体杂质取出口15的端盖，取出固体杂质。取完后，用端盖重新将固体杂质取出口15封闭，再使分离器重新运行。分离器可以设置多个，其中的一个停工时其余的仍正常运行。

Claims (3)

1.一种旋流式分离器，用于含有固体杂质的气液混合物的分离，固体杂质是泥沙和海底管道内部的腐蚀脱落产物，气液混合物中的气相是天然气，液相是原油，旋流式分离器设有立式圆筒形的筒体(6)、入口管，筒体(6)的顶部设有筒体顶板、气相出口管(7)，筒体(6)的底部设有筒体底板、液相出口管(4)，其特征在于：筒体(6)内设有立式圆筒形的内筒(5)，筒体(6)与内筒(5)之间形成的环形空间内设有螺旋板(8)，筒体(6)内侧壁、内筒(5)外侧壁与上下相邻两圈螺旋板(8)之间形成螺旋通道(12)，入口管的出口插入螺旋通道(12)顶部的螺旋通道入口，筒体(6)上与第2圈或第3圈螺旋通道(12)及其下方的螺旋通道(12)相对应的部分设有开孔区，开孔区设有固体杂质排出孔(9)，在筒体(6)的外部设有固体杂质储存室(11)，固体杂质排出孔(9)与固体杂质储存室(11)的内腔相通，固体杂质储存室(11)包括一个围绕筒体(6)的外侧壁设置的圆筒形筒体，圆筒形筒体的顶部和底部与筒体(6)的外侧壁之间分别设有圆环形的顶板和底板，圆筒形筒体的下部设有固体杂质取出口(15)，螺旋板(8)的顶部设有盖板(10)，筒体(6)的内腔在盖板(10)上方的部分为气相空间，在内筒(5)下方的部分为旋流分离段。

2.根据权利要求1所述的旋流式分离器，其特征在于：螺旋通道(12)设置6～10圈。

3.根据权利要求1或2所述的旋流式分离器，其特征在于：筒体(6)上开孔区的开孔率为60％～70％。