CN110812953A - 联合分离系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种联合分离系统，用于将气液固混合介质中的气体、液体、固体分离，包括第一级分离装置和第二级分离装置，所述第一级分离装置包括第一进口端和排气口，所述第一进口端用于输入所述气液固混合介质，所述第一级分离装置用于对所述气液固混合介质进行固相初步分离，以筛离出大口径固体颗粒物，所述第二级分离装置包括第二进口端，所述第二进口端与所述排气口连通，所述第二级分离装置用于对经初步分离后的气相混合物进行液相细化分离。

Description

联合分离系统

技术领域

本发明涉及一种气液固分离装置，特别涉及一种联合分离系统。

背景技术

在石油开采生产链中，分离器均为独立设置使用，当分离较大颗粒物及泥浆时，高速喷射的气液固混合介质容易击损分离器，需要频繁维修、更换零部件，大大缩减分离器的使用寿命，且容易造成分离器的堵塞问题，分离精度较低，分离效率低下。

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。而且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，本申请提供一种可对气液固混合介质进行初步固相大颗粒物分离和液相细化分离的联合分离系统。

本申请提供一种联合分离系统，用于将气液固混合介质中的气体、液体、固体分离，包括第一级分离装置和第二级分离装置，所述第一级分离装置包括第一进口端和排气口，所述第一进口端用于输入所述气液固混合介质，所述第一级分离装置用于对所述气液固混合介质进行固相初步分离，以筛离出大口径固体颗粒物，所述第二级分离装置包括第二进口端，所述第二进口端与所述排气口连通，所述第二级分离装置用于对经初步分离后的气相混合物进行液相细化分离。

在一实施例中，所述第一级分离装置为弹性分离器，所述第二级分离装置为惯性分离器。

在一实施例中，所述弹性分离器沿竖直方向放置，所述惯性分离器沿水平方向放置。

在一实施例中，所述弹性分离器包括第一筒体，所述第一筒体的底部设有排液口和排固口，所述第一进口端和排气口设置在所述第一筒体的顶部侧壁上，所述第一筒体内设有倾斜放置的导流钝体，所述导流钝体具有击打面和导流面，所述击打面朝向所述第一进口端，所述导流面朝向所述排气口，使得经所述第一进口端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第一筒体内，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。

在一实施例中，所述弹性分离器包括振动器，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，所述第一筒体包括收集部和连接在所述收集部顶端的分离部，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，所述第一进口端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，所述导流钝体设置在所述分离部内。

在一实施例中，所述惯性分离器包括第二筒体和导流器，所述第二筒体包括进口部和连接至所述进口部的集液部，所述进口部与所述集液部内部连通，所述第二进口端设置于所述进口部，所述导流器安装在所述进口部内，用于对从所述第二进口端输入的气相混合物进行气体与液体、细微颗粒物分离，所述集液部设有出液端和气体输出通道，分离出的气体从所述气体输出通道排出，所述液体和细微颗粒物从所述出液端排出。

在一实施例中，所述导流器包括导流锥和安装在所述导流锥上的若干导叶，进入所述进口部的气相混合物经所述导叶被旋流分散至所述集液部的内壁以将气体与液体、细微颗粒物分离。

在一实施例中，所述集液部包括相互连接的第一部分和第二部分，所述第一部分内具有第一腔体，所述第二部分内具有第二腔体，所述第一腔体和第二腔体连通，所述第一腔体在流体流动的方向上渐扩，所述第二腔体在流体流动的方向上渐缩。

在一实施例中，所述第二进口端与所述排气口之间设置有连接管道，所述连接管道上设有阀门组件。

综上所述，本申请提出一种联合分离系统，用于将气液固混合介质中的气体、液体和固体分离。该联合分离系统包括第一级分离装置和第二级分离装置，第一级分离装置例如为弹性分离器，第二级分离装置例如为惯性分离器，将弹性分离器与惯性分离器结合在一起形成联合分离系统。弹性分离器用于对气液固混合介质进行固相初步分离，以分离出大口径固体颗粒物，惯性分离器用于对经初步分离后的气相混合物进行液相细化分离，大大提高分离精度。本发明的联合分离系统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，分离精度及分离效率高，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器的侧视图。

图2是图1中导流钝体的立体示意图。

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联合分离系统的竖直放置(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联合分离系统。其中，弹性分离器利用进入弹性分离器的固体的弹性，并控制流体区域来做分离，对气液固混合介质中的大颗粒物进行初步筛离。惯性分离器用于对弹性分离器分离出的气相混合物进行再次精细化分离，气相混合物包括气体、液体和固体，其中固体即细微颗粒物，液体及细微颗粒物经过叶片导流器时产生湍流凝聚，与气体分离，并流向惯性分离器内壁面，导流器上设有非光滑面，有利于产生湍流凝聚，液体和细微颗粒物由于其自身重力沿内壁向下流动并从出液口流出，气体部分被挤压从出气口排出。

如图1所示，本申请提供一种联合分离系统10，用于将气液固混合介质中的气体、液体和固体分离。该联合分离系统10包括第一级分离装置12和第二级分离装置14，第一级分离装置12的气体出口与第二级分离装置14的入口端连通从而实现二者的结合。其中，第一级分离装置12例如为弹性分离器12，用于对气液固混合介质进行固相初步分离，以筛离出大口径固体颗粒物；第二级分离装置14例如为惯性分离器14，用于对经上述弹性分离器12初步分离后的气相混合物进行液相细化分离。

在所示的实施例中，弹性分离器12沿竖直方向放置，惯性分离器14沿水平方向放置。

弹性分离器12包括第一筒体16、导流钝体18和振动器20，第一筒体16沿竖直方向放置。第一筒体16上设有第一进口端22、排气口24、排液口26和排固口28，其中第一进口端22用于向第一筒体16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24用于将分离出的气体部分输出至惯性分离器14中，气体部分为气相混合物，包括气体与液体、细微颗粒物的混合物；排液口26用于将分离出的液体部分排出；排固口28用于将分离出的固体部分排出。

本实施例中，第一筒体16包括收集部30和连接在收集部30顶端的分离部32，收集部30和分离部32均为圆筒状，收集部30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32内完成。收集部30与分离部32例如为一体成型。收集部30内形成收集腔30a，分离部32内形成分离腔32a，收集腔30a与分离腔32a相互连通，且分离腔32a的直径小于收集腔30a的直径。本实施例中，分离部32设置在收集部30的顶端中心位置。

第一进口端22和排气口24设置在分离部32上，排液口26和排固口28设置在收集部30上。更具体地，排气口24靠近分离部32的顶端设置，第一进口端22位于排气口24下方。第一进口端22处设有混合介质输入管34，混合介质输入管34用于将气液固混合介质通过第一进口端22输入第一筒体16内。排气口24处设有排气管36，第一筒体16内分离后的气相混合物通过排气口24经排气管36输出至惯性分离器14内。排液口26处设有排液管38，第一筒体16内分离后的液体部分通过排液口26经排液管38排出，排液管38上设有液相阀门40，用以控制液体的流出。排固口28处设有排固管42，第一筒体16内分离后的固体部分通过排固口28经排固管42排出，排固管42上设有固相阀门44，用以控制固体的排出。

收集部30的底部在轴向向下的方向上直径渐缩形成缩小部46，分离出的固体沉积在缩小部46内，排固口28设置在缩小部46的底部，排液口26设置在缩小部46的上缘处。本实施例中，弹性分离器12包括控制系统和液位计48，液位计48安装在收集部30的底部侧壁上，液位计48沿竖直方向放置，包括沿水平方向延伸的第一延伸部48a和第二延伸部48b，第二延伸部48b位于第一延伸部48a的上方，第一延伸部48a和第二延伸部48b均连通至收集部30内。在所示的实施例中，第一延伸部48a与排液口26位于收集部30的同一高度上。液位计48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40和固相阀门44控制连接以控制液相阀门40和固相阀门44的开关，从而控制分离出的液体和固体的排放。

导流钝体18倾斜设置在分离部32内，振动器20连接至导流钝体18以使其振动，第一进口端22和排气口24分别设置在导流钝体18两侧的分离部32侧壁上，例如第一进口端22和排气口24位于分离部32径向对称两侧。导流钝体18具有击打面50和导流面51，第一进口端22朝向击打面50，使得从第一进口端22喷射出的气液固混合介质击打在击打面50上被弹性分离，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18发生反弹而向下运动，少部分则沿导流钝体18壁面流至分离部32内壁上进而流入收集腔30a内。排气口24朝向导流面51的导流方向设置，分离出的气体大部分被导流面51导流至排气口24，少部分被液固流体带入收集腔30a内进行循环并最终返回至分离腔32a内经排气口24输出。

在一些实施例中，可单独在分离部32上开设旁通，气体可从旁通通过，且不会携带颗粒物。

本实施例中，如图2所示，导流钝体18为横截面呈心形状的柱状结构。导流钝体18具有沿周向延伸的内凹面50以及自内凹面50的两侧边缘沿周向延伸形成的外侧面51，内凹面50为内凹的弧形曲面，外侧面51为外凸的弧形曲面，内凹面50和外侧面51共同形成导流钝体18的整个侧面。在所示的实施例中，内凹面50所形成的凹陷区沿导流钝体18的长度方向延伸。内凹面50即形成导流钝体18的击打面50，外侧面51即形成导流钝体18的导流面51。

导流钝体18具有相反的第一端18a和第二端18b，第一端18a位于靠近第一进口端22的一侧，第二端18b位于靠近排气口24的一侧。在所示的实施例中，第一端18a连接至位于第一进口端22一侧的内侧壁上并位于第一进口端22的上方，第二端18b连接至位于排气口24一侧的内侧壁上并位于排气口24下方，从而使得击打面50正对第一进口端22，导流面51汇聚朝向排气口24，即排气口24正对导流面51的中轴线。第一端18a和第二端18b的端面可以设计成适配于分离部32内壁面的弧形面，安装时弧形面贴靠分离部32内壁面连接固定。应当指出的是，图2示出的导流钝体18的两端是未经适配分离部32内壁面处理的。

分离部32的顶端设有端盖54，端盖54可拆卸地盖设在分离部32的顶端开口上。气液固混合介质从第一进口端22高速喷射击打在导流钝体18上会形成较大的冲击力，因此导流钝体18的固定尤为重要。本实施例中，为了进一步增强导流钝体18的连接固定，在导流钝体18的顶面上连接一连接臂56，连接臂56另一端连接至端盖54的底部中心位置。

气液固混合介质从第一进口端22高速喷出击打在击打面50上，使得气液固混合介质弹性分离。在这个过程中会有部分泥浆及附着物黏附在导流钝体18的外壁面上，振动器20高频振动导流钝体18使得泥浆及附着物脱落进入第一筒体16内，以清洁导流钝体18壁面。分离出的气体部分被导流面51引导流至排气口24，另一部分会进入收集腔30a内，由于第一筒体16内液固流体逐渐增多导致腔内压力升高，第一筒体16内滞留的气体最终也会被挤压至排气口24。

导流钝体18的倾斜角度根据第一进口端22的输入流速设计，导流钝体18按第一进口端22流体流速设计对应角度安装。振动器20可以直接连接至导流钝体18，例如，将振动器20设置在分离部32的侧壁上对应导流钝体18的端部位置并连接至导流钝体18内，使得导流钝体18振动；也可以通过连接臂56将振动传递至导流钝体18。本实施例中，振动器20穿设于端盖54的中间位置垂直连接在连接臂56内，振动器20内设有偏心马达，可用于振动导流钝体18壁面黏附的泥浆及附着物，提高分离效率。

由于导流钝体18为被击打方，容易损坏，本实施例中，将导流钝体18可拆卸地安装在第一筒体16内，方便拆卸、维修、更换。振动器20也设置为可拆卸地连接至连接臂56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，只要满足击打面朝向第一进口端，导流面汇聚朝向排气口等条件即可，本发明不对此限定。

本发明的弹性分离器，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。该弹性分离器将筒体分成收集部和分离部两个部分，收集腔直径大于分离腔直径，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腔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。

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腔，在气体绕流运动过程中，由于气体积聚导致分离腔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最终流入收集腔底部，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。本发明的弹性分离器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。

惯性分离器14包括第二筒体58和导流器60，第二筒体58沿水平方向放置。第二筒体58具有第二进口端62、出液端64以及气体输出通道66，出液端64用于将分离出的液体部分和细微颗粒物排出，分离出的气体部分经气体输出通道66排出。第二进口端62与排气口24连通，在所示的实施例中，在排液管38与第二进口端62之间设置一连接管道68，连接管道68的两端分别与排液管38和第二进口端62连通。在连接管道68上设置阀门组件70，用于控制气相混合物从排气口24向第二筒体58内输入的流量及流速。

在所示的实施例中，第二筒体58包括沿水平方向排布的进口部72和集液部74，进口部72连接在连接管道68与集液部74之间，进口部72和集液部74均为圆筒状。集液部74包括沿水平方向排布的第一部分76和第二部分78，第一部分76具有第一腔体76a，第二部分78具有第二腔体78a，第一腔体76a与第二腔体78a连通。第一腔体76a在流体流动方向上渐扩，即第一部分76的筒体内径在流体流动方向上逐渐增大；第二腔体78a在流体流动方向上渐缩，即第二部分78的筒体内径在流体流动方向上逐渐减小，且第一部分76与第二部分78的连接端的直径相同。如此设置可加快被导流器60分散至集液部74内壁面上的液体的流动，提高惯性分离效率。

第二进口端62设置于进口部72与连接管道68连接的一端，出液端64和气体输出通道66设置于集液部74。导流器60安装在进口部72内，更具体地，导流器60包括导流锥80、若干导叶82和壁筒84，若干导叶82沿周向均匀分布在导流锥80的侧壁上，壁筒84环设于若干导叶82的外周，壁筒84固定安装于进口部72的内壁上，导流锥80与壁筒84之间通过连接杆86固定连接，从而实现导流锥80的固定。

第二部分78远离第一部分76一端的底部设置一出液管88，出液管88的一端与第二腔体78a连通，另一端连通至外部，出液端64设置于出液管88。经导流器60分散至集液部74内壁面的液体及细微颗粒物利用其自身重力流向集液部74的底部，并从出液端64经出液管88流出。

气体输出通道66包括气体输出管90，本实施例中，气体输出管90为沿水平方向设置的直管，气体输出管90包括相反的进气端和出气端。气体输出管90从第二部分78的端部穿过穿设于集液部74内，并利用法兰固定，使得气体输出管90的进气端位于第一腔体76a内，气体输出管90的出气端位于外部。随着气相混合物的不断输入，集液部74内的液体及细微颗粒物不断增多，集液部74内压力上升，压迫气体从进气端进入气体输出管90，以将气体分离出来。

在石油开采生产链中，弹性分离器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。弹性分离器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。

弹性分离器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。由于弹性分离器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，使用弹性分离器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，本申请提出一种联合分离系统，用于将气液固混合介质中的气体、液体和固体分离。该联合分离系统包括第一级分离装置和第二级分离装置，第一级分离装置例如为弹性分离器，第二级分离装置例如为惯性分离器，将弹性分离器与惯性分离器结合在一起形成联合分离系统。弹性分离器用于对气液固混合介质进行固相初步分离，以分离出大口径固体颗粒物，惯性分离器用于对经初步分离后的气相混合物进行液相细化分离，大大提高分离精度。本发明的联合分离系统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，分离精度及分离效率高，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)

1.一种联合分离系统，用于将气液固混合介质中的气体、液体、固体分离，其特征在于，包括第一级分离装置和第二级分离装置，所述第一级分离装置包括第一进口端和排气口，所述第一进口端用于输入所述气液固混合介质，所述第一级分离装置用于对所述气液固混合介质进行固相初步分离，以筛离出大口径固体颗粒物，所述第二级分离装置包括第二进口端，所述第二进口端与所述排气口连通，所述第二级分离装置用于对经初步分离后的气相混合物进行液相细化分离。

2.如权利要求1所述的联合分离系统，其特征在于，所述第一级分离装置为弹性分离器，所述第二级分离装置为惯性分离器。

3.如权利要求2所述的联合分离系统，其特征在于，所述弹性分离器沿竖直方向放置，所述惯性分离器沿水平方向放置。

4.如权利要求3所述的联合分离系统，其特征在于，所述弹性分离器包括第一筒体，所述第一筒体的底部设有排液口和排固口，所述第一进口端和排气口设置在所述第一筒体的顶部侧壁上，所述第一筒体内设有倾斜放置的导流钝体，所述导流钝体具有击打面和导流面，所述击打面朝向所述第一进口端，所述导流面朝向所述排气口，使得经所述第一进口端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第一筒体内，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。

5.如权利要求4所述的联合分离系统，其特征在于，所述弹性分离器包括振动器，所述振动器连接至所述导流钝体以使其振动。

6.如权利要求4所述的联合分离系统，其特征在于，所述第一筒体包括收集部和连接在所述收集部顶端的分离部，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，所述第一进口端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，所述导流钝体设置在所述分离部内。

7.如权利要求2所述的联合分离系统，其特征在于，所述惯性分离器包括第二筒体和导流器，所述第二筒体包括进口部和连接至所述进口部的集液部，所述进口部与所述集液部内部连通，所述第二进口端设置于所述进口部，所述导流器安装在所述进口部内，用于对从所述第二进口端输入的气相混合物进行气体与液体、细微颗粒物分离，所述集液部设有出液端和气体输出通道，分离出的气体从所述气体输出通道排出，所述液体和细微颗粒物从所述出液端排出。

8.如权利要求7所述的联合分离系统，其特征在于，所述导流器包括导流锥和安装在所述导流锥上的若干导叶，进入所述进口部的气相混合物经所述导叶被旋流分散至所述集液部的内壁以将气体与液体、细微颗粒物分离。

9.如权利要求7所述的联合分离系统，其特征在于，所述集液部包括相互连接的第一部分和第二部分，所述第一部分内具有第一腔体，所述第二部分内具有第二腔体，所述第一腔体和第二腔体连通，所述第一腔体在流体流动的方向上渐扩，所述第二腔体在流体流动的方向上渐缩。

10.如权利要求1所述的联合分离系统，其特征在于，所述第二进口端与所述排气口之间设置有连接管道，所述连接管道上设有阀门组件。

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