CN109622251B - 一种管式分离器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种管式分离器，包括：旋流器筒体，旋流器筒体外设有积液腔；以及回流管，回流管固设于旋流器筒体上且回流管的下端与积液腔连通，回流管的侧壁设有多个第一开口，旋流器筒体的侧壁上设有多个第二开口且第二开口与第一开口在水平方向上至少部分重合；多个导流叶片，导流叶片固设于旋流器筒体上且位于第一开口与旋流器筒体之间。本发明提供的管式分离器结构简单，便于设计制造以及搬运，同时能够对气体进行多次分离，既提高了气液分离效率，又简化了管式分离器的结构，能减小管式分离器占用的空间，有效地解决了传统旋风分离器笨重、移动不方便、分离效率低等缺点。
Description
技术领域
本发明涉及分离技术领域，具体而言，涉及一种管式分离器。
背景技术
煤层气井主要采用排水降压方法进行生产，降低煤储层压力，促使煤层气中吸附的甲烷得以解吸。煤层气从井下输送到地面不可避免含有一定液体杂质，而这部分液体在煤层气长距离输送过程中会堵塞和腐蚀管路和设备，必须予以脱除。管式分离器是一种常见的气液分离装置，其结构简单、紧凑且分离效率较高，可以用于煤层气脱水净化过程。
由于煤层气开采过程中具有气量波动较大，抽采压力低等特点，要求气液分离器具备较高的微雾处理能力、抗流量波动能力以及较低设备压降等。为实现上述功能，现有技术中管式分离器结构较为复杂，使管式分离器常常较为笨重、移动不方便。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种管式分离器。
为了实现上述目的，本发明的技术方案提供了一种管式分离器，包括：旋流器筒体，旋流器筒体外设有积液腔；以及回流管，回流管固设于旋流器筒体上且回流管的下端与积液腔连通，回流管的侧壁设有多个第一开口，旋流器筒体的侧壁上设有多个第二开口且第二开口与第一开口在水平方向上至少部分重合；多个导流叶片，导流叶片固设于旋流器筒体上且位于第一开口与旋流器筒体之间。
本方案中，流体从旋流器筒体与回流管之间的间隙的下侧流入，流入在旋流器筒体与回流管的间隙中从下往上流动，流体流经导流叶片时，流体在导流叶片的导向作用下起旋，流体流速增加，而位于回流管内的流体的流速较慢，由于流体流速高的区域压强较小，流体流速低的区域压强较大，此时在回流管内部与导流叶片的设置区域之间形成压强差，流体经导流叶片起旋的流体在压强差以及导流叶片的导向作用下撞向旋流器筒体的内壁面，液体沿旋流器筒体的内壁面向下流出。
流体在流经导流叶片后，部分流体经第二开口流入积液腔，由于离心作用，流入积液腔的流体中，液体沿旋流器筒体的径向位于远离旋流器筒体的一侧，并在附着于积液腔的内壁后向下流动，而气体沿旋流器筒体的径向位于靠近旋流器筒体的一侧。此时即完成对流体的初次分离。
流入积液腔内的流体回流至回流管内并在回流管中从下往上流动，流体在流经第一开口时，一部分流体在压强差的作用下流入导流叶片设置的区域并经第二开口再次流入积液腔内，进行二次分离，另一部分流体由回流管的上侧流出。
通过本方案，管式分离器结构简单，便于设计制造以及搬运，同时能够对气体进行多次分离，既提高了气液分离效率，又简化了管式分离器的结构，能减小管式分离器占用的空间，有效地解决了传统旋风分离器笨重、移动不方便、分离效率低等缺点。
还需指出的是，本方案中，通过压力差驱动流体经导流叶片流向积液腔，导流叶片起旋后通过离心作用将流体中的气体和液体分离。一方面，流体的流动损失较小，能够减少流体输送装置的耗能，另一方面，当流入间隙内的流体存在压力波动时，积液腔内的压力波动较小，压力增大时隙中的流体可直接通过第一开口流出，因而管式分离器能够承受较大的压力波动，适应性更好，能够减少因压力波动导致管式分离器损坏的可能。
在上述技术方案中，优选地，回流管包括从下至上依次设置的进气段、分离段以及与外部连通的出气段，进气段的下端与积液腔连通，第一开口设于分离段的侧壁上，其中，由下至上，进气段内流道的横截面积逐渐增大。
在上述任一技术方案中，优选地，出气段远离分离段的一端连通有多个排气管，排气管的侧壁上设有多个通孔，其中，第二开口与排气管在垂直方向上至少部分重合。
在上述任一技术方案中，优选地，还包括：回流通道，回流通道设于旋流器筒体的外壁上且位于第二开口的下侧，回流通道上侧的进气口内设有挡网，其中，挡网为网状结构且挡网向下倾斜设置。
在上述任一技术方案中，优选地，旋流器筒体与回流管同轴设置。
在上述任一技术方案中，优选地，多个导流叶片沿旋流器筒体的周向依次间隔设置，其中，沿导流叶片水平延伸的方向，相邻两个导流叶片的在旋流器筒体的径向上的间距逐渐减小。
在上述任一技术方案中，优选地，还包括：第一管体，旋流器筒体套设于第一管体内且旋流器筒体与第一管体围设出积液腔；出气管，出气管固设于第一管体上端且与旋流器筒体的上端连通。
在上述任一技术方案中，优选地，还包括：第二管体，第二管体固设于第一管体的下端且旋流器筒体的下端与第二管体连通，第二管体的侧壁上设有进气口；至少一个排液管，排液管固设于第一管体上，排液管的上端位于积液腔的底部且排液管的下端伸入第二管体，其中，排液管的下端位于进气口下侧。
在上述任一技术方案中，优选地，还包括：平衡管，平衡管固设于第一管体上且平衡管将积液腔与第二管体内连通，其中，平衡管的上端高于排液管的上端。
在上述任一技术方案中，优选地，平衡管与排液管沿旋流器筒体的周向等间隔设置。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的管式分离器的侧视图；
图2是根据本发明的一个实施例的管式分离器的剖视图；
图3是图2中A部分的局部放大图；
图4是根据本发明的一个实施例的管式分离器的气体流向示意图；
图5是根据本发明的一个实施例的管式分离器的部分结构示意图。
其中，图1至图5中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：
1旋流器筒体，11第二开口，2积液腔，3回流管，31第一开口，32进气段，33分离段，34出气段，4导流叶片，5出液管，6排气管，7回流通道，71挡网，8第一管体，9出气管，10第二管体，101进气口，110排液管，120平衡管，130进气管。
具体实施方式
为了可以更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面参照图1至图5描述根据本发明的一些实施例。
如图1至图5所示，本发明的实施例提供了一种管式分离器，包括：旋流器筒体1，旋流器筒体1外设有积液腔2；以及回流管3，回流管3固设于旋流器筒体1上且回流管3的下端与积液腔2连通，回流管3的侧壁设有多个第一开口31，旋流器筒体1的侧壁上设有多个第二开口11且第二开口11与第一开口31在水平方向上至少部分重合；多个导流叶片4，导流叶片4固设于旋流器筒体1上(例如为焊接在旋流器筒体1的内壁上)且位于第一开口31与旋流器筒体1之间。
本方案中，流体从旋流器筒体1与回流管3之间的间隙的下侧流入，流入在旋流器筒体1与回流管3的间隙中从下往上流动，流体流经导流叶片4时，流体在导流叶片4的导向作用下起旋，流体流速增加，而位于回流管3内的流体的流速较慢，由于流体流速高的区域压强较小，流体流速低的区域压强较大，此时在回流管3内部与导流叶片4的设置区域之间形成压强差，经导流叶片4起旋的流体在压强差以及导流叶片4的导向作用下，经导流叶片4起旋的流体在压强差以及导流叶片的导向作用下撞向旋流器筒体1的内壁面，液体沿旋流器筒体1的内壁面向下流出。
流体在流经导流叶片4后，部分流体经第二开口11流入积液腔2。由于离心作用，流入积液腔2的流体中，液体沿旋流器筒体1的径向位于远离旋流器筒体1的一侧，并在附着于积液腔2的内壁后向下流动，而气体沿旋流器筒体1的径向位于靠近旋流器筒体1的一侧。此时即完成对流体的初次分离。
流入积液腔2内的流体回流至回流管3内并在回流管3中从下往上流动，流体在流经第一开口31时，一部分流体在压强差的作用下流入导流叶片4设置的区域并经第二开口11再次流入积液腔2内，进行二次分离，另一部分流体由回流管3的上侧流出。
通过本方案，管式分离器结构简单，便于设计制造以及搬运，同时能够对气体进行多次分离，既提高了气液分离效率，又简化了管式分离器的结构，能减小管式分离器占用的空间，有效地解决了传统旋风分离器笨重、移动不方便、分离效率低等缺点。
还需指出的是，本方案中，通过压力差驱动流体经导流叶片4流向积液腔2，导流叶片4起旋后通过离心作用将流体中的气体和液体分离。一方面，流体的流动损失较小，能够减少流体输送装置的耗能，另一方面，当流入间隙内的流体存在压力波动时，积液腔2内的压力波动较小，压力增大时隙中的流体可直接通过第一开口31流出，因而管式分离器能够承受较大的压力波动，适应性更好，能够减少因压力波动导致管式分离器损坏的可能。
进一步优选设计旋流器筒体1的内壁面上设有多个竖直的导流槽，便于液体向下流出，同时还能起到藏水的作用，减少内壁面上的流体被起旋后的流体再次吹起的可能。
其中，本实施例中，第一开口31以及第二开口11均为沿旋流器筒体1的周向等间隔布置且竖直设置的长条形孔。
在上述实施例中，优选地，回流管3包括从下至上依次设置的进气段32、分离段33以及与外部连通的出气段34，进气段32的下端与积液腔2连通，第一开口31设于分离段33的侧壁上，其中，由下至上，进气段32内流道的横截面积逐渐增大。
本方案中，由下至上，进气段32内流道的横截面积逐渐增大，便于回流管3中的流体流至导流叶片4中进行二次分离。
其中，优选地，多个第一开口31形状和大小相同且沿旋流器筒体1的周向均分排布，以使回流管3内以及间隙内的流体流动均匀，便于减少流体的流动损失。
在上述任一实施例中，优选地，出气段34远离分离段33的一端连通有多个排气管6，排气管6为中空管体且排气管6的侧壁上设有多个通孔其中，第二开口11与排气管6在垂直方向上至少部分重合。
本方案中，部分流体经通孔以及第二开口11流入积液腔2中，并重新经所述回流管3回流至旋流器筒体1内部进行再次分离，便于提高分离效率。
其中，流体经排气管6的通孔流出时流向为水平方向，一方面，能够降低排气管6周围流体在竖直方向上的流向，此时在第二开口11内，形成中间流速低周侧流速高的区域，从而能够产生压强差，进而便于驱动流体经第二开口11流入积液腔2内；另一方面，水平流动的流体还便于直接推动流体经第二开口11流入积液腔2内。
在上述任一实施例中，优选地，还包括：回流通道7，回流通道7设于旋流器筒体1的外壁上且位于第二开口11的下侧，回流通道7上侧的进气口内设有挡网71，其中，挡网71为网状结构且挡网71向下延伸并倾斜设置。
本方案中，挡网71为网状结构且由旋流器筒体1的外壁向下延伸并倾斜设置，液体能附着在挡网71上并沿挡网71向下流动，从而能阻止液滴重新流入回流通道7内，便于提高分离效率。
进一步优选设计挡网71的上端与旋流器筒体的外壁贴合，以能够对旋流器筒体1外壁上的流体进行导流。
在上述任一实施例中，优选地，旋流器筒体1与回流管3同轴设置。
本方案中，旋流器筒体1与管体之间的间隙为环形间隙，便于流体流动均匀，能够减少紊流等流态产生的可能性，进而减少流体的流动损失。
在上述任一实施例中，优选地，多个导流叶片4沿旋流器筒体1的周向依次间隔设置，其中，沿导流叶片4水平延伸的方向，由回流管3至旋流器筒体1，相邻两个导流叶片4的在旋流器筒体1的径向上的间距逐渐减小(如图5所示，bi大于b0)。
本方案中，沿导流叶片4水平延伸的方向，相邻两个导流叶片4的在旋流器筒体1的径向上的间距逐渐减小。流体在导流叶片4之间流动时，流体中的液滴在叶片中由于惯性不能及时改变运动方向而撞向壁面，附壁的液滴颗粒会变成粒径较大的液滴，以实现气液预分离，便于提高分离效率。
在上述任一实施例中，优选地，还包括：第一管体8，旋流器筒体1套设于第一管体8内且旋流器筒体1与第一管体8围设出积液腔2；出气管9，出气管9固设于第一管体8上端且与旋流器筒体1的上端连通。
在上述任一实施例中，优选地，还包括：第二管体10，第二管体10固设于第一管体8的下端(例如通过螺栓连接)且旋流器筒体1的下端与第二管体10连通，第二管体10的侧壁上设有进气口；至少一个排液管110，排液管110固设于第一管体8上，排液管110的上端位于积液腔2的底部且排液管110的下端伸入第二管体10，其中，排液管110的下端位于进气口下侧。
本方案中，排液管110的下端位于进气口下侧，能减少积液腔2内流出的液体被重新吹回旋流器筒体1内的可能性。
在上述任一实施例中，优选地，还包括：平衡管120，平衡管120固设于第一管体8上且平衡管120将积液腔2与第二管体10内连通，其中，平衡管120的上端高于排液管110的上端。
本方案中，平衡管120的上端高于排液管110的上端，能够防止排液管110被积液腔2内的流体堵住的可能性，使积液腔2内的流体压力稳定，提高管式分离器工作的可靠性。
在上述任一实施例中，优选地，平衡管120与排液管110沿旋流器筒体1的周向等间隔设置。
其中，第二管体10的进气口处还设有进气管130，第二管体10的下端还设有与第二管体10内连通的出液管5。
其中，如图4所示，空心箭头为二次分离的流体的流动方向。
具体地，在本发明的一个实施例中，待分离的流体经进气管130以及进气口101流入第二管体10内，第二管体10内的流体经选流体筒体与回流管3之间的间隙向上流动，流经导流叶片4时，流体在导流叶片4的导向作用下起旋，流体流速增加，而位于回流管3内的流体的流速较慢，由于流体流速高的区域压强较小，流体流速低的区域压强较大，此时在回流管3内部与导流叶片4的设置区域之间形成压强差，流体经导流叶片4起旋的流体在压强差以及导流叶片4的导向作用下撞向旋流器筒体1的内壁面，液体沿旋流器筒体1的内壁面向下流至第二管体10内并最终由第二管体10底部的出液管5流出。
流体在流经导流叶片4后，部分流体经第二开口11流入积液腔2，由于离心作用，流入积液腔2的流体中，液体沿旋流器筒体1的径向位于远离旋流器筒体1的一侧，并在附着于积液腔2的内壁后向下流动，并由排液管110流入第二管体10内，最终由第二管体10底部的出液管5流出。
而气体沿旋流器筒体1的径向位于靠近旋流器筒体1的一侧。此时即完成对流体的初次分离。
流入积液腔2内的流体通过回流通道7回流至回流管3内，并在回流管3中从下往上流动。流体在流经第一开口31时，一部分流体在压强差的作用下流入导流叶片4设置的区域并经第二开口11再次流入积液腔2内，进行二次分离，另一部分流体由回流管3的上侧经排气管6和出气管9流出。其中，平衡管120能平衡积液腔2与第二管体10的压力，进而减少管式分离器内部出现压力波动的可能性。
在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种管式分离器，其特征在于，包括：
旋流器筒体(1)，所述旋流器筒体(1)外设有积液腔(2)；以及
回流管(3)，所述回流管(3)固设于所述旋流器筒体(1)内且所述回流管(3)的下端与所述积液腔(2)连通，所述回流管(3)的侧壁设有多个第一开口(31)，所述旋流器筒体(1)的侧壁上设有多个第二开口(11)且所述第二开口(11)位于所述第一开口(31)的上侧；
多个导流叶片(4)，所述导流叶片(4)固设于所述旋流器筒体(1)上且位于所述第一开口(31)与所述旋流器筒体(1)之间。
2.根据权利要求1所述的管式分离器，其特征在于，所述回流管(3)包括从下至上依次设置的进气段(32)、分离段(33)以及与外部连通的出气段(34)，所述进气段(32)的下端与所述积液腔(2)连通，所述第一开口(31)设于所述分离段(33)的侧壁上，
其中，由下至上，所述进气段(32)内流道的横截面积逐渐增大。
3.根据权利要求2所述的管式分离器，其特征在于，
所述出气段(34)远离所述分离段(33)的一端连通有多个排气管(6)，所述排气管(6)的侧壁上设有多个通孔，
其中，所述第二开口(11)与所述排气管(6)在垂直方向上至少部分重合。
4.根据权利要求1所述的管式分离器，其特征在于，还包括：
回流通道(7)，所述回流通道(7)设于所述旋流器筒体(1)的外壁上且位于所述第二开口(11)的下侧，所述回流通道(7)上侧的进气口(101)内设有挡网(71)，
其中，所述挡网(71)为网状结构且所述挡网(71)向下倾斜设置。
5.根据权利要求1所述的管式分离器，其特征在于，
所述旋流器筒体(1)与所述回流管(3)同轴设置。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的管式分离器，其特征在于，
多个所述导流叶片(4)沿所述旋流器筒体(1)的周向依次间隔设置，
其中，沿所述导流叶片(4)水平延伸的方向，相邻两个所述导流叶片(4)的在所述旋流器筒体(1)的径向上的间距逐渐减小。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的管式分离器，其特征在于，还包括：
第一管体(8)，所述旋流器筒体(1)套设于所述第一管体(8)内且所述旋流器筒体(1)与所述第一管体(8)围设出所述积液腔(2)；
出气管(9)，所述出气管(9)固设于所述第一管体(8)上端且与所述旋流器筒体(1)的上端连通。
8.根据权利要求7所述的管式分离器，其特征在于，还包括：
第二管体(10)，所述第二管体(10)固设于所述第一管体(8)的下端且所述旋流器筒体(1)的下端与所述第二管体(10)连通，所述第二管体(10)的侧壁上设有进气口(101)；
至少一个排液管(110)，所述排液管(110)固设于所述第一管体(8)上，所述排液管(110)的上端位于所述积液腔(2)的底部且所述排液管(110)的下端伸入所述第二管体(10)，
其中，所述排液管(110)的下端位于所述进气口(101)下侧。
9.根据权利要求8所述的管式分离器，其特征在于，还包括：
平衡管(120)，所述平衡管(120)固设于所述第一管体(8)上且所述平衡管(120)将所述积液腔(2)与所述第二管体(10)内连通，
其中，所述平衡管(120)的上端高于所述排液管(110)的上端。
10.根据权利要求9所述的管式分离器，其特征在于，
所述平衡管(120)与所述排液管(110)沿所述旋流器筒体(1)的周向等间隔设置。
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