CN111375245A - 一种连接气液旋流分离器与下游气相管道的管式组件 - Google Patents

一种连接气液旋流分离器与下游气相管道的管式组件 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种管式组件。所述管式组件包括中部的多“V”形结构连接而成的管式捕集腔室、两端的法兰、末端的丝网结构以及捕集腔室下部的排液管。本发明的管式组件，用于连接气液旋流分离器与下游气相管道，可以在线捕集气相中的液滴，降低气流压力损失，实现了资源的高效回收。

Description

一种连接气液旋流分离器与下游气相管道的管式组件
技术领域
本发明涉及一种连接气液旋流分离器与下游气相管道的管式组件，用于气液旋流分离器气相出口与下游气相管道的连接。本发明属于油气储运油气集输系统多相分离领域。
背景技术
随着对油田的不断开采，我国大部分油田已经进入中后期开发阶段，尤其是注水滞后单元和高油气区块的开采，地层能量下降，油层脱气，产出液中含有大量气、水、泥砂等。产出液中存在大量的气会影响井下电潜泵的工作性能，使流量计量不准确，可燃气体还会有安全隐患。此外，随着陆上油田油气储存量降低，近年来，油气开采逐渐向海底油田转移，而海底开采出的产出液气液比更高，这给海上浮式生产采油船带来巨大的油气分离压力。
为了解决计量、存储、安全等问题，必须对产出的采出液进行气液分离。陆上和海底油田采出液处理中应用最多的气液分离设备是重力分离器和气液旋流分离器。由于产出液中气体较多，传统的重力式分离器已经不能满足较高的气液分离要求。因此，近年来，气液旋流分离器已经成为陆上及海底油田开采中最重要、应用最多的压力容器设备之一。
气液旋流分离器的分离原理是利用不同介质的密度不同，所受离心力不同实现分离。可以用来作为油气分离器、单相和多相流量计计量、液塞补集器以及传统容器式分离器的预分离装置。气液旋流分离器具有结构简单、体积小、分离效率高、成本低、处理量大、应用方便等特点。
虽然气液旋流分离器优点众多，但旋流分离器内流体流动会产生剪切作用，如果参数不合适，会将液滴打散，从而恶化相分离；通用性差，实际工程中有许多气液分离场合，但不同的场合气液分离方法设备不同，有其局限性；关键影响因素多，分离介质、分离器几何尺寸等都对分离效率有较大的影响。当旋流分离器因以上原因分离效率下降时，气流会携带较多液滴从气相出口流出，造成资源的浪费。
现有的气液旋流分离器出口一般直接与下游气相管道连接，气相中携带液滴直接进入下游管道，不仅造成资源浪费，还会带来安全隐患。
为了实现油气资源的二次回收，保障下游管道的安全，有必要发明一种管式组件，该组件应能连接气液旋流分离器与下游气相管道，在线捕集气相中的液滴，降低气流压力损失，实现资源的高效回收，提高气液旋流分离器的分离效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种管式组件，能够连接气液旋流分离器与下游气相管道，在线捕集气相中的液滴，降低气流压力损失，实现资源的高效回收，提高气液旋流分离器的分离效率。
本发明的一种连接气液旋流分离器与下游气相管道的管式组件，包括中部的多“V”形结构连接而成的管式捕集腔室、两端的法兰、末端的丝网结构以及捕集腔室下部的排液管；所述的多“V”形结构连接而成的管式捕集腔室包括入口管段、若干相连的“V”形捕集腔、出口管段；所述入口管段管径与分离器气相出口的管径一致，出口管段管径与下游气相管道管径一致，保证液滴捕集装置的匹配性；所述捕集腔高度一般为管式捕集腔室的入口管段管径的0.8～1.0倍，保证液滴捕集装置的紧凑性；所述捕集腔内径一般为管式捕集腔室的入口管段管径的0.6～0.8倍，保证流体在捕集腔内加速，减少液滴捕集时间，提高液滴捕捉效率；所述捕集腔转角角度为60°～120°，优选90°，保证流畅稳定、压力损失小及捕捉更小粒径的液滴；所述管式捕集腔室总长度取6～10倍的入口管径。
本发明的管式组件中的关键几何尺寸包括：入口管段管径、捕集腔高度、捕集腔内径、捕集腔折角角度、管式捕集腔室总长度、出口管段管径。
所述捕集腔内径d、捕集腔高度h及捕集腔转角角度θ之间满足以下方程：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
。
所述法兰分为前、后法兰，所述前法兰将多“V”形结构连接的管式捕集腔室与气液分离器气相出口相连接，所述后法兰将捕集腔室与下游气相管道相连接，实现管式组件的在线快速安装与拆卸。
所述丝网结构安装在后法兰前端（3~6）cm处，丝网边缘设有环形卡槽，用来固定丝网，丝网拆卸清洗方便，丝网孔径一般为100μm。
所述排液管安装在捕集腔若干个转角的下部，用于储存捕集腔捕捉的液滴，所述排液管下部安装有球阀，控制储存的液滴的排放。
本发明中，所述的若干“V”形捕集腔在水平面的投影优选在同一直线上。
本发明的管式组件的工作过程如下：
1．多相流体经气液旋流分离器离心分离后分为气、液两相，其中夹带液滴的气相从分离器上部的气相出口排出。
2．气相出口与管式组件的前法兰相连接，夹带液滴的气相流体经气相出口进入管式组件。
3．流体在自身压力下进入管式组件后，气体沿多“V”形结构连接的捕集腔前行，气流中夹带的较大粒径的液滴颗粒因其较大的惯性力作用，不能及时随气流改变流向，因而与壁面碰撞被捕捉，实现液滴与气体的初步分离。
4．被壁面捕捉的较大粒径的液滴经汇集流入捕集腔的折弯处的排液管，排液管下部安装有球阀，当液滴累积到一定程度后，打开球阀对其进行回收。
5．气流夹带小粒径的液滴颗粒继续前行，在流出管式组件前，小粒径的液滴被安装在末端的丝网进行二次捕捉。对粒径大于100μm的液滴，捕集效率高达100%，实现气体与100μm以上液滴的完全分离。
6．分离后的气相进入与后法兰相连接的下游气相管道外输。
本发明的有益效果：
通过安装管式组件，实现气液旋流分离器与下游气相管道的管式连接，实现气液旋流分离器气相出口中流体的气、液分离，对流体中粒径大于100μm的液滴，分离效率可达100%，分离后的液滴可进行回收，提高资源的的利用率。
管式组件结构紧凑，充分利用了捕集腔室的结构形状对液滴进行捕捉，减小了装置的占用空间；此外，捕集腔室的内径小于入口管径，管径变窄提高了气体流速，缩短了捕集时间，提高了捕集效率；利用腔室结构与丝网进行双重捕集，捕集效果优异，分离效率高；装置前后两端法兰将管式组件与分离器气相出口管、下游气相管道连接起来，实现液滴在线捕集，且与整体系统更成一体化。
附图说明：
图1为本发明的整体结构图；
其中：1—前法兰，2—入口管段，3—多“V”形结构连接的管式捕集腔，4—出口管段，5—丝网，6—后法兰，7、9—排液管，8、10—球阀，11—“V”形捕集腔。
图2为本发明的关键几何结构示意图；
其中，D 1—入口管段管径h—捕集腔高度d—捕集腔内径—捕集腔转角角度L—管式捕集腔室总长度D 2—出口管段管径。
图3为本发明的丝网捕集结构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
如图1所示，本发明提供的管式组件包括前法兰1、中部的多“V”形结构连接而成的管式捕集腔室3、末端的丝网结构5以及捕集腔室下部的排液管7、8。
管式捕集腔室3包括入口管段2、若干“V”形捕集腔11和出口管段4。排液管7、9下部分别设置有球阀8、10。所述入口管段2的管径与气液分离器气相出口的管径一致，出口管段4管径与下游气相管道管径一致。
所述排液管7、9安装在V形捕集腔的折角下部，用于储存捕集腔捕集的液滴。
结合附图，本发明所述的管式组件的工作过程如下：
多相流体经气液旋流分离器分离后，夹带液滴的气相经分离器气相出口流出，进入与前法兰1相连接的管式组件，流体首先经过入口管段2，在自身压力作用下进入“V”形捕集腔11，“V”形捕集腔11包括但不局限于2个，可根据实际情况增加“V”形结构。在“V”形捕集腔3中，流体在惯性作用下继续沿管线流动，但是由于捕集腔内径d小于入口管段管径D 1，导致流体速度增加。流体中由于液滴的密度远远大于气体的密度，液滴颗粒因其较大的惯性力作用，不能及时随气流改变流向，因而与“V”形捕集腔11的壁面碰撞而附着在壁面上，即流体中的液滴颗粒被“V”形捕集腔11捕捉。液滴在壁面上不断汇集，当积累到一定程度时，就会落下汇聚到“V”形捕集腔11的折角处，折角处下部连接有排液管7（9）最终液滴在排液管7、9中汇聚。经与“V”形捕集腔室11的碰撞后，流体中较大粒径的液滴基本分离出来，粒径较小的液滴继续随流体前行，直至到达后法兰6前的丝网5处，丝网5的孔径通常为100μm。丝网5对流体中的液滴进行二次捕捉，将流体中粒径大于100μm的液滴全部被捕捉，捕捉后的液滴流入第二个“V”形捕集腔11的折角处，然后进入排液管9。排液管7、9中的液体积累到一定程度后，打开其下部设置的两个球阀8、10对液滴进行回收。经过丝网5进行二次捕集后的流体经后法兰6进入下游的气相管道中进行外输。

Claims (10)

1.一种连接气液旋流分离器与下游气相管道的管式组件，其特征在于，所述管式组件包括：中部的多个“V”形结构连接而成的管式捕集腔室、两端的法兰、末端的丝网结构以及捕集腔室下部的排液管；
所述的多个“V”形结构连接而成的管式捕集腔室包括入口管段、若干“V”形捕集腔和出口管段；所述入口管段管径与气液分离器气相出口的管径一致，出口管段管径与下游气相管道管径一致；
所述排液管安装在V形捕集腔的折角下部，用于储存捕集腔捕集的液滴。
2.按照权利要求1所述的管式组件，其特征在于，所述“V”形捕集腔的数量为两个。
3.按照权利要求1所述的管式组件，其特征在于，所述捕集腔的高度为入口管段管径的0.8～1.0倍。
4.按照权利要求1所述的管式组件，其特征在于，所述捕集腔的转角角度为60°~120°。
5.按照权利要求1所述的管式组件，其特征在于，所述管式捕集腔室总长度为入口管段管的6～10倍。
6.按照权利要求1所述的管式组件，其特征在于，所述法兰分为前法兰、后法兰，所述前法兰将多“V”形结构连接的管式捕集腔室与气液分离器气相出口相连接，所述后法兰将捕集腔室与下游气相管道相连接。
7.按照权利要求2所述的管式组件，其特征在于，所述丝网结构安装在后法兰前端，丝网边缘设有环形卡槽，用来固定丝网。
8.按照权利要求1所述的管式组件，其特征在于，所述丝网的孔径为100μm。
9.按照权利要求1所述的管式组件，其特征在于，所述排液管的下部安装有球阀，用于控制储存的液滴的排放。
10.按照权利要求1所述的管式组件，其特征在于，所述“V”形捕集腔的内径d、捕集腔高度h及捕集腔转角角度θ之间满足以下方程：
Figure 664013DEST_PATH_IMAGE001
。
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