CN107894260B - 一种用于气液分离的消气器和气液分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于气液分离的消气器和气液分离方法。本发明消气器设有立式的外壳(9)，外壳的下部设有入口管(1)、液体出口管(2)，上部设有气体出口管(3)。消气器还设有可以控制气体出口管排气与阻气的浮球阀。外壳内立式设置有内筒(7)，内筒的底部与入口管相通。内筒内设有立柱(60)，内筒的内侧面与立柱的侧面之间设有螺旋板(6)。内筒内侧面、立柱侧面与上下相邻两圈螺旋板之间形成螺旋通道(5)，螺旋板的顶部至内筒顶部之间的区域为稳流区(10)。本发明公开了采用上述消气器进行气液分离的方法。本发明主要用于液体流量测量技术领域的气液分离，能为质量流量计的精确计量提供可靠的保障。

Description

一种用于气液分离的消气器和气液分离方法

技术领域

本发明涉及液体流量测量技术领域的一种用于气液分离的消气器和气液分离方法。

背景技术

质量流量计可以同时测量液体的质量、密度参数，是一种重要的计量仪表。液体在储存、管线输送、装卸船、装卸车等过程中，容易形成气液共存的两相流体。比如，石油工业中的油品在输送管线和油罐间的泵进泵出、储罐内油面的上升下降、日光对管线的辐射加热、沿线克服摩擦阻力造成的静压头下降等，都会造成油品中轻组分的析出、形成小气泡分布在油品中。使用质量流量计测量含有气泡的液体的流量时，气泡会使质量流量计的计量值出现虚假，造成计量错误；由于气体含量的不确定性，难以通过调整或补偿来消除这一虚假值。另外，气泡进入质量流量计内部后会聚集、长时间冲击磨蚀质量流量计内部，对质量流量计造成永久性的不可逆损坏。因此，液体在进入质量流量计之前，须使用消气器将其中的气泡除去。现有的一种消气器设有立式的外壳，外壳的横截面形状为圆形。外壳的下部设有入口管、液体出口管，上部设有气体出口管。消气器还设有可以控制气体出口管排气与阻气的浮球阀，浮球阀由浮球、连杆和主阀组成。外壳内设有立式矩形挡板，含有气泡的液体经入口管进入消气器并撞击挡板，在撞击过程中进行气液分离。由于只依靠单一的简单方式进行气液分离而且液体处于剧烈的扰流状态，上述的消气器难以有效地将液体中的气泡分离出去，分离后的液体往往还含有直径大于1000微米的气泡。本发明所述液体所含气泡的直径，在相关液体实际所处的工况下测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于气液分离的消气器和气液分离方法，以解决现有消气器所存在的难以有效地将液体中的气泡分离出去、分离后的液体往往含有较大直径气泡的问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种用于气液分离的消气器，设有立式的外壳，外壳的下部设有入口管、液体出口管，上部设有气体出口管，消气器还设有可以控制气体出口管排气与阻气的浮球阀，其特征在于：外壳内立式设置有内筒，内筒的底部与入口管相通，内筒内设有立柱，内筒的内侧面与立柱的侧面之间设有螺旋板，内筒内侧面、立柱侧面与上下相邻两圈螺旋板之间形成螺旋通道，螺旋板的顶部至内筒顶部之间的区域为稳流区，外壳圆筒形筒体内侧面和底部封头内表面与内筒外侧面之间形成液体流动通道。

采用上述消气器进行气液分离的方法，其特征在于：含有气泡的液体由入口管进入内筒的底部，再由螺旋通道底部的螺旋通道入口进入螺旋通道，顺着螺旋通道向上螺旋流动，进行第一次气液分离，液体和气体由螺旋通道顶部的螺旋通道出口流出后进入稳流区，再向上流动到内筒的顶部，之后气体向上进入气相空间，液体由内筒的顶部边缘溢流进入液体流动通道并向下流动，最后由液体出口管流出，液体流动通道内的液体形成液面，液面上方以及内筒顶部上方的空间为气相空间，液体在上述的溢流过程中进行第二次气液分离，所含的剩余气泡被分离出去，向上进入气相空间。

采用本发明，具有如下的有益效果：含有气泡的液体在螺旋通道进行第一次气液分离，再在内筒顶部溢流的过程中进行第二次气液分离，分离过程中对液体的流速和流型都加以控制，可使本发明能够有效地将液体中的气泡分离出去。详细的说明，见本发明说明书的具体实施方式部分。本发明主要用于液体流量测量技术领域的气液分离，气液分离后的液体所含气泡的直径一般不大于300微米，能为质量流量计的精确计量提供可靠的保障。

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是本发明用于气液分离的消气器的结构示意图。

图2是图1中的A—A剖视图。

图3是浮球阀和气体出口管的一种布置方式的示意图。

图1至图3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，本发明用于气液分离的消气器(简称为消气器)设有立式的外壳9，外壳9由立式圆筒形筒体和顶部封头与底部封头组成。外壳9的下部设有入口管1、液体出口管2，上部设有气体出口管3。图1中，入口管1设于外壳9的底部封头上，液体出口管2设于外壳9圆筒形筒体的下部，气体出口管3设于外壳9圆筒形筒体的上部。消气器还设有可以控制气体出口管3排气与阻气的浮球阀，浮球阀由浮球81、连杆82和主阀83组成。浮球阀是现有的成熟设备，本发明只进行简要的说明和图示。

外壳9内立式设置有圆筒形的内筒7，外壳9与内筒7的轴心线平行。内筒7的底部边缘固定于外壳9的底部封头上，顶部边缘位于气体出口管3的下方。内筒7的底部与入口管1相通，内筒7内设有立柱60。内筒7、入口管1和立柱60一般同轴设置。内筒7的内侧面与立柱60的侧面之间设有螺旋板6，螺旋板6的内侧边缘与立柱60的侧面相连，螺旋板6的外侧边缘与内筒7的内侧面相连。内筒7内侧面、立柱60侧面与上下相邻两圈螺旋板6之间形成螺旋通道5。螺旋板6的顶部至内筒7顶部之间的区域为稳流区10，稳流区10的高度h一般为内筒7内直径的1～1.5倍。内筒7以及外壳9圆筒形筒体的内直径主要根据液体的处理量而定。立柱60的顶部与螺旋板6的顶部基本上平齐，立柱60与螺旋板6的底部接近于内筒7的底部。外壳9圆筒形筒体内侧面和底部封头内表面与内筒7外侧面之间形成液体流动通道11，液体出口管2与液体流动通道11相通。浮球81位于液体流动通道11的上部。

外壳9与内筒7可以同轴或不同轴设置。本发明的优选方案是，外壳9圆筒形筒体的内侧面与内筒7的外侧面相切设置，相切线为垂直线；液体出口管2位于与所述垂直线相对的一侧，气体出口管3位于所述垂直线顶部的正上方(参见图1和图2)。相切设置时，液体流动通道11的横截面形状大致为月牙形(参见图2)；不相切设置时，液体流动通道11的横截面形状为环形(图略)。采用上述相切设置方案的优点是，在外壳9圆筒形筒体与内筒7的径向尺寸一定的情况下，与环形横截面相比，月牙形横截面较为集中和开阔，容易放置浮球81，且溢流进入横截面呈月牙形的液体流动通道11内的液体在流动至液体出口管2的过程中流动平缓、受到的扰动较小，不容易产生新的气泡。参见图3，外壳9圆筒形筒体的内侧面与内筒7的外侧面相切设置，浮球81设于横截面形状为月牙形的液体流动通道11的上部；气体出口管3位于外壳9的顶部封头上，位于浮球81的正上方。浮球阀和气体出口管3采用上述的布置方式，主要是为了便于设置浮球阀。

内筒7顶部边缘的长度(即圆周长，按内筒7的内径计算)一般为外壳9圆筒形筒体内直径的1.5～2倍。上述的长度较长，当从内筒7顶部边缘溢流的液体流量一定时，液体溢流的速度可以较慢，液体中的气泡容易充分分离出去。上述的长度也能够使内筒7具有较大的横截面积(横截面积按内筒7的内径计算)；再加上本发明给出的稳流区10的高度，从而就可以保证，从螺旋通道5顶部出口流出的气液流体在稳流区10向上流动至内筒7顶部的过程中其管流分区能够达到层流范围、实现平稳流动，为液体在内筒7的顶部边缘溢流时其所含剩余气泡的分离创造良好的条件。

螺旋板6以及螺旋通道5可以为左旋(如图1所示)，也可以为右旋(图略)。螺旋板6一般为正螺旋面形，螺旋板6与立柱60相交的圆柱螺旋线的升角一般为15～30度。在内筒7内直径和立柱60直径一定的情况下，圆柱螺旋线的升角过小会使螺旋通道5的高度过低、液体流速过高、流场紊乱，造成气液分离困难；圆柱螺旋线的升角过大会使螺旋通道5的高度过大，气泡在浮力作用下需要运移更长时间才能到达每一圈螺旋通道5的上部。螺旋通道5一般设置5～10圈。

本发明所述各种管道的横截面形状一般均为圆形，浮球阀选用耐气液腐蚀的浮球阀，其余各部件的材料一般为不锈钢(例如304不锈钢)。浮球阀按现有的常规方法安装，其余部件之间的连接或固定一般采用焊接。

下面结合附图说明采用本发明上述的消气器进行气液分离的方法。含有气泡的液体由入口管1进入内筒7的底部，再由螺旋通道5底部的螺旋通道入口进入螺旋通道5，顺着螺旋通道5向上螺旋流动，进行第一次气液分离。第一次气液分离包括：(1)在每一圈螺旋通道5内，气泡在浮力作用下趋于向液体上方流动。(2)在螺旋流动自生的离心力场作用下，液体趋于向内筒7内侧面附近的区域流动，气泡趋于向立柱60侧面附近的区域流动。第一次气液分离后，液体和气体由螺旋通道5顶部的螺旋通道出口流出、进入稳流区10；液体位于内筒7内侧面附近的区域，气体位于内筒7的轴心线区域。液体和气体向上流动到内筒7的顶部，之后气体向上进入气相空间。液体由内筒7的顶部边缘溢流进入液体流动通道11并向下流动，最后由液体出口管2流出，进入质量流量计进行计量作业。液体流动通道11内的液体形成液面4，液面4上方以及内筒7顶部上方的空间为气相空间。经过第一次气液分离的液体在上述的溢流过程中进行第二次气液分离，所含的剩余气泡被分离出去，向上进入气相空间。

浮球81漂浮于液面4上。当气相空间内的气体增多时，液面4及浮球81下降；到一定程度时，浮球81通过连杆82带动主阀83开启，气体出口管3处于排气状态，气相空间中的气体经气体出口管3流出。当气相空间内的气体减少时，液面4及浮球81上升；到一定程度时，浮球81通过连杆82带动主阀83关闭，气体出口管3处于阻气状态，气相空间中的气体持续增多。本发明图1、图2和图3中，未注附图标记的箭头表示气液流动方向。

在上述的气液分离过程中，含有气泡的液体在螺旋通道5内的流速一般为0.2～0.5米/秒、保持层流状态，在螺旋通道5内的停留时间一般为5～10秒。在内筒7的顶部边缘溢流的液体的流速一般为0.5～0.8米/秒。从螺旋通道5流出的液体，含有少量直径在300微米以上的气泡。这些液体在内筒7的顶部边缘溢流、进行第二次气液分离后，可将所含的少量直径在300微米以上的气泡分离出去。

Claims (6)

1.一种用于气液分离的消气器，设有立式的外壳(9)，外壳(9)的下部设有入口管(1)、液体出口管(2)，上部设有气体出口管(3)，外壳(9)内立式设置有内筒(7)，内筒(7)的底部与入口管(1)相通，内筒(7)内设有立柱(60)，内筒(7)的内侧面与立柱(60)的侧面之间设有螺旋板(6)，内筒(7)内侧面、立柱(60)侧面与上下相邻两圈螺旋板(6)之间形成螺旋通道(5)，其特征在于：螺旋板(6)的顶部至内筒(7)顶部之间的区域为稳流区(10)，外壳(9)圆筒形筒体内侧面和底部封头内表面与内筒(7)外侧面之间形成液体流动通道(11)，外壳(9)圆筒形筒体的内侧面与内筒(7)的外侧面相切设置，相切线为垂直线，液体出口管(2)位于与所述垂直线相对的一侧，消气器还设有可以控制气体出口管(3)排气与阻气的浮球阀。

2.根据权利要求1所述的消气器，其特征在于：内筒(7)顶部边缘的长度为外壳(9)圆筒形筒体内直径的1.5～2倍。

3.根据权利要求1所述的消气器，其特征在于：螺旋通道(5)设置5～10圈。

4.根据权利要求1所述的消气器，其特征在于：稳流区(10)的高度h为内筒(7)内直径的1～1.5倍。

5.一种采用权利要求1所述消气器进行气液分离的方法，其特征在于：含有气泡的液体由入口管(1)进入内筒(7)的底部，再由螺旋通道(5)底部的螺旋通道入口进入螺旋通道(5)，顺着螺旋通道(5)向上螺旋流动，进行第一次气液分离，液体和气体由螺旋通道(5)顶部的螺旋通道出口流出后进入稳流区(10)，再向上流动到内筒(7)的顶部，之后气体向上进入气相空间，液体由内筒(7)的顶部边缘溢流进入液体流动通道(11)并向下流动，最后由液体出口管(2)流出，在内筒(7)的顶部边缘溢流的液体的流速为0.5～0.8米/秒，液体流动通道(11)内的液体形成液面(4)，液面(4)上方以及内筒(7)顶部上方的空间为气相空间，液体在上述的溢流过程中进行第二次气液分离，所含的剩余气泡被分离出去，向上进入气相空间。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：含有气泡的液体在螺旋通道(5)内的流速为0.2～0.5米/秒，在螺旋通道(5)内的停留时间为5～10秒。