CN110812952A - 弹性分离装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种弹性分离装置，用于将气液固混合介质中的气体、液体、固体分离，所述弹性分离装置包括筒体，所述筒体上设有用于输入所述气液固混合介质的混合介质入口，用于排出分离气体的排气口，用于排出分离液体排液口，以及用于排出分离固体的排固口，所述筒体包括收集部及自所述收集部一端延伸形成的分离部，所述分离部与所述收集部内部连通且所述分离部的内径小于所述收集部内径，所述收集部的内壁面上设有螺旋槽道，所述弹性分离装置包括导流钝体，所述导流钝体设置在所述分离部内。

Description

弹性分离装置

技术领域

本发明涉及一种气液固分离装置，特别涉及一种具有液封收集以及颗粒阻回功能的弹性分离装置。

背景技术

现在市面上使用的沉降式三相分离器可以达到分离气液固的功能，但是这种沉降式分离器在分离动作前需要有沉降的过程，无法做到即时分离。沉降式分离器内部结构复杂，占地面积大，造价费用高，壁面冲刷严重，维修性较低，维护非常麻烦，而且处理量小，分离效率有限，不适用较大流量及较大颗粒物工况。因此，如何解决上述问题是本发明的研究方向之一。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种具有液封收集以及颗粒阻回功能的弹性分离装置。

本申请提供一种弹性分离装置，用于将气液固混合介质中的气体、液体、固体分离，所述弹性分离装置包括筒体，所述筒体上设有用于输入所述气液固混合介质的混合介质入口，用于排出分离气体的排气口，用于排出分离液体排液口，以及用于排出分离固体的排固口，所述筒体包括收集部及自所述收集部一端延伸形成的分离部，所述分离部与所述收集部内部连通且所述分离部的内径小于所述收集部内径，所述收集部的内壁面上设有螺旋槽道，所述弹性分离装置包括导流钝体，所述导流钝体设置在所述分离部内。

在一实施例中，所述弹性分离装置沿竖直方向放置，所述混合介质入口和排气口设置于所述分离部，所述排液口和排固口设置于所述收集部。

在一实施例中，所述分离部设置在所述收集部的侧边缘位置。

在一实施例中，所述螺旋槽道沿所述收集部的轴向螺旋延伸，所述螺旋槽道具有相反的第一端口和第二端口，所述收集部的顶端外缘与所述分离部的底端外缘之间具有一最小间隔区，所述第一端口位于对应所述最小间隔区的底部位置，所述第二端口位于所述收集部的底部。

在一实施例中，所述混合介质入口和排气口分别设置在所述分离部相对的两侧壁上，所述排气口设置于靠近所述最小间隔区的一侧，所述混合介质入口设置于远离所述最小间隔区的一侧，所述导流钝体倾斜设置在所述分离部内，所述导流钝体具有击打面和导流面，所述混合介质入口朝向所述击打面，使得经所述混合介质入口喷出的气液固混合介质冲撞在所述击打面上进行弹性分离，分离出的液固流体被所述导流钝体弹向所述收集部内，所述排气口朝向所述导流面，使得分离出的气体被所述导流面导流向所述排气口，所述导流钝体具有相反的第一端和第二端，所述第一端位于靠近所述混合介质入口一侧，所述第二端位于靠近所述排气口一侧。

在一实施例中，所述第一端连接至所述分离部位于所述混合介质入口一侧的内侧壁上，且所述第一端位于所述混合介质入口的上方，所述第二端连接至所述分离部位于所述排气口一侧的内侧壁上，且所述第二端位于所述排气口下方。

在一实施例中，所述导流钝体为横截面呈心形状的柱状结构，所述导流钝体的侧面具有沿周向延伸的内凹面和自所述内凹面的两侧边缘沿周向延伸形成的外侧面，所述内凹面形成所述击打面，所述外侧面形成所述导流面。

在一实施例中，所述弹性分离装置包括振动器，所述振动器连接至所述导流钝体以使其振动。

在一实施例中，所述导流钝体上连接一连接臂，所述连接臂连接至盖设于所述分离部顶端的端盖。

在一实施例中，所述收集部的底部直径渐缩形成缩小部，所述排固口设置在所述缩小部的底部，所述排液口设置在所述缩小部的上缘处。

综上所述，本申请提出一种弹性分离装置，相比传统的沉降式分离器，显著减小了设备尺寸，且能即时处理较大处理量工况、较大颗粒物工况，是一种针对较大颗粒物夹杂液体及气体分离的分离器。该弹性分离装置将筒体分成收集部和分离部两个部分，收集部内径大于分离部内径，在分离部内设置导流钝体，高速喷射进来的气液固混合介质撞击导流钝体的击打面，气体经导流面流至排气口，液体和固体被反弹向下运动进入收集部内分别通过排液口和排固口排出，从而实现气液固弹性分离。

在收集部内侧壁上设置螺旋槽道，分离出的液固流体沿螺旋槽道快速流至收集部底部，加速分离流程，提高分离效率。分离过程中空气随同气液固混合介质一起进入筒体内，在筒体内折返绕流运动后会进入分离部内，在气体绕流运动过程中，由于气体积聚导致分离部内压强增大以及收集部顶部的阻挡双重作用下使得液固颗粒物总体分布于收集部顶部内侧壁，进而防止液固颗粒物分离后被回流气体带回主流。收集部顶部内侧壁上的液固颗粒物在其自身重力作用下流入螺旋槽道并最终流至收集部底部，而底部液固流体及颗粒物不会随气体回流，从而起到阻止回流的作用，提高分离器整体分离效率。

本发明的弹性分离装置除固体颗粒物外同样可分离液体颗粒物，其分离功能与颗粒物相无关，只与颗粒性质、直径、密度及运动速度有关，可解决气液固多成分复杂多相流的气液固颗粒物分离问题，且占地面积小，处理量大，分离效率高，可即时收集，造价费用低，维护起来简单方便。

附图说明

图1是本发明的弹性分离装置的立体图。

图2是图1中弹性分离装置的立体剖视图。

图3是图1中弹性分离装置的侧面剖视图。

图4是图1中弹性分离装置的导流钝体的立体图。

具体实施方式

在详细描述实施例之前，应该理解的是，本发明不限于本申请中下文或附图中所描述的详细结构或元件排布。本发明可为其它方式实现的实施例。而且，应当理解，本文所使用的措辞及术语仅仅用作描述用途，不应作限定性解释。本文所使用的“包括”、“包含”、“具有”等类似措辞意为包含其后所列出之事项、其等同物及其它附加事项。特别是，当描述“一个某元件”时，本发明并不限定该元件的数量为一个，也可以包括多个。

另外，本申请说明书及权利要求中是以弹性分离装置的竖直放置(正常使用状态)时进行说明的，所以文中大量使用竖直方向和水平方向的方向用语是参照其竖直放置状态进行说明的。

本发明是基于固体自有弹性与高流速流场的结合而设计出的一种弹性分离装置，利用进入弹性分离装置的固体的弹性，并控制流体区域来做分离。

如图1-3所示，本申请提供一种弹性分离装置10，用于将气液固混合介质中的气体、液体和固体分离，该弹性分离装置10包括筒体12、导流钝体14和振动器16，筒体12沿竖直方向放置。筒体12上设有混合介质入口18、排气口20、排液口22和排固口24，其中混合介质入口18用于向筒体12内输入气液固混合介质，气液固混合介质例如石油的气液固混合介质；排气口20用于将分离出的气体部分排出；排液口22用于将分离出的液体部分排出；排固口24用于将分离出的固体部分排出。

筒体12包括收集部26和连接在收集部26顶端的分离部27，收集部26和分离部27均为圆筒状，收集部26用于收集分离后的液固流体并排出，气液固混合介质的分离动作在分离部27内完成。收集部26与分离部27例如为一体成型。收集部26内形成收集腔26a，分离部27内形成分离腔27a，收集腔26a与分离腔27a相互连通，且分离腔27a的直径小于收集腔26a的直径。本实施例中，分离部27设置在收集部26的侧边缘位置，收集部26的顶端外缘与分离部27的底端外缘之间具有一最小间隔区29。

混合介质入口18和排气口20设置在分离部27上，排液口22和排固口24设置在收集部26上。更具体地，排气口20靠近分离部27的顶端设置，混合介质入口18位于排气口20下方。混合介质入口18处设有混合介质输入管28，混合介质输入管28用于将气液固混合介质通过混合介质入口18输入筒体12内。排气口20处设有排气管30，筒体12内分离后的气体通过排气口20经排气管30排出。排液口22处设有排液管32，筒体12内分离后的液体通过排液口22经排液管32排出，排液管32上设有液相阀门34，用以控制液体的流出。排固口24处设有排固管36，筒体12内分离后的固体通过排固口24经排固管36排出，排固管36上设有固相阀门38，用以控制固体的排出。

收集部26的底部在轴向向下的方向上直径渐缩形成缩小部40，分离出的固体沉积在缩小部40内，排固口24设置在缩小部40的底部，排液口22设置在缩小部40的上缘处。本实施例中，弹性分离装置10包括控制系统和液位计42，液位计42安装在收集部26的底部侧壁上，液位计42沿竖直方向放置，包括沿水平方向延伸的第一延伸部42a和第二延伸部42b，第二延伸部42b位于第一延伸部42a的上方，第一延伸部42a和第二延伸部42b均连通至收集部26内。在所示的实施例中，第一延伸部42a与排液口22位于收集部26的同一高度上。液位计42与控制系统信号连接，用于传输液位信号至控制系统。控制系统与液相阀门34和固相阀门38控制连接以控制液相阀门34和固相阀门38的开关，从而控制分离出的液体和固体的排放。

导流钝体14倾斜设置在分离部27内，振动器16连接至导流钝体14以使其振动，混合介质入口18和排气口20分别设置在导流钝体14两侧的分离部27侧壁上，例如混合介质入口18和排气口20位于分离部27径向两侧。导流钝体14具有击打面44和导流面46，混合介质入口18朝向击打面44，使得从混合介质入口18喷射出的气液固混合介质击打在击打面44上被分离，气液固混合介质可以包含较大的固体颗粒物，分离出的液固流体大部分因撞击倾斜设置的导流钝体14发生反弹而向下运动，少部分则沿导流钝体14壁面流至分离部27内壁上进而流入收集腔26a内。排气口20朝向导流面46的导流方向设置，分离出的气体大部分被导流面46导流至排气口20排出，少部分被液固流体带入收集腔26a内进行循环并最终返回至分离腔27a内经排气口20排出。

在一些实施例中，可单独在分离部27上开设旁通，气体可从旁通通过，且不会携带颗粒物。

如图4所示，本实施例中，导流钝体14为横截面呈心形状的柱状结构。导流钝体14具有沿周向延伸的内凹面44以及自内凹面44的两侧边缘沿周向延伸形成的外侧面46，内凹面44为内凹的弧形曲面，外侧面46为外凸的弧形曲面，内凹面44和外侧面46共同形成导流钝体14的整个侧面。在所示的实施例中，内凹面44所形成的凹陷区沿导流钝体14的长度方向延伸。内凹面44即形成导流钝体14的击打面44，外侧面46即形成导流钝体14的导流面46。

导流钝体14具有相反的第一端14a和第二端14b，第一端14a位于靠近混合介质入口18的一侧，第二端14b位于靠近排气口20的一侧。在所示的实施例中，第一端14a连接至位于混合介质入口18一侧的内侧壁上并位于混合介质入口18的上方，第二端14b连接至位于排气口20一侧的内侧壁上并位于排气口20下方，从而使得击打面44正对混合介质入口18，导流面46汇聚朝向排气口20，即排气口20正对导流面46的中轴线。第一端14a和第二端14b的端面可以设计成适配于分离部27内壁面的弧形面，安装时弧形面贴靠分离部27内壁面连接固定。应当指出的是，图4示出的导流钝体14的两端是未经适配分离部27内壁面处理的。

如图2和3所示，收集部26的内壁面上设有螺旋槽道31，螺旋槽道31沿收集部26的轴向螺旋延伸，例如从收集部26的顶端侧壁螺旋延伸至收集部26的底部侧壁。螺旋槽道31具有相反的第一端口31a和第二端口31b，第一端口31a位于对应最小间隔区29的底部位置，第二端口31b位于收集部26的底部。在所示的实施例中，将排气口20设置于靠近最小间隔区29的一侧，混合介质入口18设置于远离最小间隔区29的一侧。也就是说，混合介质入口18、排气口20、导流钝体14的第一端14a和第二端14b以及最小间隔区29基本位于同一平面上。如此设计可使得分离出的黏附在导流钝体14上的液固流体可从距离导流钝体第二端14b最近的位置，即螺旋槽道31的第一端口31a快速流入螺旋槽道31内，黏附在分离部27及收集部26内侧壁上的液固流体从其他位置流入螺旋槽道31中，并经螺旋槽道31快速流至收集腔26a内，进而经排液口和排固口排出，加速分离流程，进一步提高分离效率。

分离部27的顶端设有端盖48，端盖48可拆卸地盖设在分离部27的顶端开口上。气液固混合介质从混合介质入口18高速喷射击打在导流钝体14上会形成较大的冲击力，因此导流钝体14的固定尤为重要。本实施例中，为了进一步增强导流钝体14的连接固定，在导流钝体14的顶面上连接一连接臂15，连接臂15另一端连接至端盖48的底部中心位置。

气液固混合介质从混合介质入口18高速喷出击打在击打面44上，使得气液固混合介质分离。在这个过程中会有部分泥浆及附着物黏附在导流钝体14的外壁面上，振动器16高频振动导流钝体14使得泥浆及附着物脱落进入筒体12内，以清洁导流钝体14壁面。分离出的气体被导流面46引导流至排气口20，另一部分会进入收集腔26a内，由于筒体12内液固流体逐渐增多导致腔内压力升高，筒体12内滞留的气体最终也会被挤压至排气口20排出。

导流钝体14的倾斜角度根据混合介质入口18的输入流速设计，导流钝体14按混合介质入口18流体流速设计对应角度安装。振动器16可以直接连接至导流钝体14，例如，将振动器16设置在分离部27的侧壁上对应第一端14a或者第二端14b的位置并连接至导流钝体14内，使得导流钝体14振动；也可以通过连接臂15将振动传递至导流钝体14。本实施例中，振动器16穿设于端盖48的中间位置垂直连接在连接臂15内，振动器16内设有偏心马达，可用于振动导流钝体14壁面黏附的泥浆及附着物，提高分离效率。

由于导流钝体14为被击打方，容易损坏，本实施例中，将导流钝体14可拆卸地安装在筒体12内，方便拆卸、维修、更换。振动器16也设置为可拆卸地连接至连接臂15内，方便维护。

应当理解的是，上述实施例中，导流钝体的形状结构及其击打面和导流面的设置方式仅为本发明的一种实施方式，在其他实施例中，导流钝体也可以设计成其他形状，其击打面和导流面也可以是其他设计方式，只要满足混合介质入口朝向击打面，导流面汇聚朝向排气口等条件即可，本发明不对此限定。

在石油开采生产链中，弹性分离装置设备可以作为前端过滤装置，能及时分离并收集钻井出来的气液固混合介质。排放多余、有害、不平衡的废气，并能有效收集钻井产生的泥浆溶液。弹性分离装置设计的自动排放系统能保证装置正常、安全运行。并能运用于类似工况的产业，覆盖加工制造业、航空航天、新能源开发、食品产业等。

弹性分离装置也可以结合精滤设备使用，例如结合惯性分离器使用。精滤提纯后的气体可被直接使用或存储。由于弹性分离装置先过滤掉大部分的较大颗粒物及泥浆，解决了颗粒物击损后续设备及频繁更换部件的问题，大大增加了惯性分离器的使用寿命，减少后续设备的维护次数，为后续设备提供了保障。经过现场测试，使用弹性分离装置解决了惯性分离器的堵塞问题，增加了总体的过滤精度并代替现有石油开采产业链中的分离器、振动筛等设备。

综上所述，本申请提出一种弹性分离装置，相比传统的沉降式分离器，显著减小了设备尺寸，且能即时处理较大处理量工况、较大颗粒物工况，是一种针对较大颗粒物夹杂液体及气体分离的分离器。该弹性分离装置将筒体分成收集部和分离部两个部分，收集部内径大于分离部内径，在分离部内设置导流钝体，高速喷射进来的气液固混合介质撞击导流钝体的击打面，气体经导流面流至排气口，液体和固体被反弹向下运动进入收集部内分别通过排液口和排固口排出，从而实现气液固弹性分离。

在收集部内侧壁上设置螺旋槽道，分离出的液固流体沿螺旋槽道快速流至收集部底部，加速分离流程，提高分离效率。分离过程中空气随同气液固混合介质一起进入筒体内，在筒体内折返绕流运动后会进入分离部内，在气体绕流运动过程中，由于气体积聚导致分离部内压强增大以及收集部顶部的阻挡双重作用下使得液固颗粒物总体分布于收集部顶部内侧壁，进而防止液固颗粒物分离后被回流气体带回主流。收集部顶部内侧壁上的液固颗粒物在其自身重力作用下流入螺旋槽道并最终流至收集部底部，而底部液固流体及颗粒物不会随气体回流，从而起到阻止回流的作用，提高分离器整体分离效率。

本发明的弹性分离装置除固体颗粒物外同样可分离液体颗粒物，其分离功能与颗粒物相无关，只与颗粒性质、直径、密度及运动速度有关，可解决气液固多成分复杂多相流的气液固颗粒物分离问题，且占地面积小，处理量大，分离效率高，可即时收集，造价费用低，维护起来简单方便。

本文所描述的概念在不偏离其精神和特性的情况下可以实施成其它形式。所公开的具体实施例应被视为例示性而不是限制性的。因此，本发明的范围是由所附的权利要求，而不是根据之前的这些描述进行确定。在权利要求的字面意义及等同范围内的任何改变都应属于这些权利要求的范围。

Claims (10)

1.一种弹性分离装置，用于将气液固混合介质中的气体、液体、固体分离，所述弹性分离装置包括筒体，所述筒体上设有用于输入所述气液固混合介质的混合介质入口，用于排出分离气体的排气口，用于排出分离液体排液口，以及用于排出分离固体的排固口，其特征在于，所述筒体包括收集部及自所述收集部一端延伸形成的分离部，所述分离部与所述收集部内部连通且所述分离部的内径小于所述收集部内径，所述收集部的内壁面上设有螺旋槽道，所述弹性分离装置包括导流钝体，所述导流钝体设置在所述分离部内。

2.如权利要求1所述的弹性分离装置，其特征在于，所述弹性分离装置沿竖直方向放置，所述混合介质入口和排气口设置于所述分离部，所述排液口和排固口设置于所述收集部。

3.如权利要求2所述的弹性分离装置，其特征在于，所述分离部设置在所述收集部的侧边缘位置。

4.如权利要求3所述的弹性分离装置，其特征在于，所述螺旋槽道沿所述收集部的轴向螺旋延伸，所述螺旋槽道具有相反的第一端口和第二端口，所述收集部的顶端外缘与所述分离部的底端外缘之间具有一最小间隔区，所述第一端口位于对应所述最小间隔区的底部位置，所述第二端口位于所述收集部的底部。

5.如权利要求4所述的弹性分离装置，其特征在于，所述混合介质入口和排气口分别设置在所述分离部相对的两侧壁上，所述排气口设置于靠近所述最小间隔区的一侧，所述混合介质入口设置于远离所述最小间隔区的一侧，所述导流钝体倾斜设置在所述分离部内，所述导流钝体具有击打面和导流面，所述混合介质入口朝向所述击打面，使得经所述混合介质入口喷出的气液固混合介质冲撞在所述击打面上进行弹性分离，分离出的液固流体被所述导流钝体弹向所述收集部内，所述排气口朝向所述导流面，使得分离出的气体被所述导流面导流向所述排气口，所述导流钝体具有相反的第一端和第二端，所述第一端位于靠近所述混合介质入口一侧，所述第二端位于靠近所述排气口一侧。

6.如权利要求5所述的弹性分离装置，其特征在于，所述第一端连接至所述分离部位于所述混合介质入口一侧的内侧壁上，且所述第一端位于所述混合介质入口的上方，所述第二端连接至所述分离部位于所述排气口一侧的内侧壁上，且所述第二端位于所述排气口下方。

7.如权利要求5所述的弹性分离装置，其特征在于，所述导流钝体为横截面呈心形状的柱状结构，所述导流钝体的侧面具有沿周向延伸的内凹面和自所述内凹面的两侧边缘沿周向延伸形成的外侧面，所述内凹面形成所述击打面，所述外侧面形成所述导流面。

8.如权利要求1所述的弹性分离装置，其特征在于，所述弹性分离装置包括振动器，所述振动器连接至所述导流钝体以使其振动。

9.如权利要求1所述的弹性分离装置，其特征在于，所述导流钝体上连接一连接臂，所述连接臂连接至盖设于所述分离部顶端的端盖。

10.如权利要求1所述的弹性分离装置，其特征在于，所述收集部的底部直径渐缩形成缩小部，所述排固口设置在所述缩小部的底部，所述排液口设置在所述缩小部的上缘处。

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