CN112302614A - 紧凑l型柱锥组合管式三级轴流脱气装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种紧凑L型柱锥组合管式三级轴流脱气装置，应用于含气流体高效分离。该三级轴流脱气装置采用立管、水平管和T型管组合的立式高速旋流场、卧式快速轴流场和立式换向涤气场的高效脱气技术，柱管造旋器调整倾斜入射的含气流体并形成立式高速含气旋流，第一级脱气器实施第一级分段立式高速旋流脱气作业，脱除含气流体的大部分气相并形成一级气体和一级流体，微孔均混器破碎一级流体的大粒径气泡而形成气液均混流，第二级脱气器实施第二级卧式叶轮造旋快速轴流脱气作业，脱除气液均混流的大部分气相并形成二级气体和二级流体，第三级脱气器实施第三级立式换向深度脱气作业，脱除二级气体的少量剩余液相并形成三级气体和三级流体。

Description

紧凑L型柱锥组合管式三级轴流脱气装置

技术领域

本发明涉及一种油气田开发与开采工程领域高效气液分离装置，特别是涉及一种L型管式、柱管和锥管组合的紧凑三级轴流脱气装置及其作业流程。

背景技术

气液两相流的高效脱气技术对油气田开发与开采工程具有非常重要的现实意义，其主要原因一是由于高效脱气技术可以有效防止气液两相混输过程中产生段塞流并避免段塞流对输送管道及其沿程设备造成冲击，二是由于高效脱气技术可以有效降低油气田开采过程中的井底回压，从而提升油气采收率。

常规的气液两相分离装置主要分为三大类：第一类是以重力沉降分离为主的大罐式立式或卧式气液分离器，大罐式气液分离器具有设备体积大、紧凑性差、分离效率低的特点，会相应增大油气田开采，尤其是海上油气分离系统的生产成本与维护成本。第二类是依托离心力进行分离的旋流式气液分离器，旋流式气液分离器以柱状旋流气液分离器(GLCC)的研究和应用最为成熟，柱状旋流气液分离器的工作机理主要是通过入口的流型转换和筒体内的旋流进行气液分离，其适用工况以气相为连续相的低流速、低气液比的气液两相流为主，然而应用于高气液比以及高气速的雾状流和段塞流工况时，液相会以高速旋转的液滴或者液膜的形式沿着分离器壁爬升，最终旋出升气管，造成分离性能的恶化。第三类是国际石油装备巨头美国FMC公司开发的轴流导叶式旋流气液分离器，气液两相流由轴向进入分离器并产生强烈的旋流，液相在离心力的作用下被甩向壁面并形成流动的液膜，液膜流经分离段末端环形空间被收集到集液管内且最终流入液相管线，而气相则在管道中央区域螺旋前进，经过消旋构件时将旋流转化为轴流，最终经由扩压管流入气相管线，最后需要指出的是，目前国内对紧凑高效气液分离技术的研究尚处于试验阶段。

为此依托现有可行性技术的基础上，以紧凑、高效、适用范围广为基本原则，研制适合油气田开发与开采工程领域气液两相流高效分离用的管式三级轴流脱气装置，以减小分离设备的体积并提高分离器的分离效率，同时扩大适用范围。

发明内容

为了克服现有油气田开发与开采工程大罐式和柱状旋流气液分离处理设施存在的缺陷和不足，并改善国内紧凑型高效脱气分离技术尚处于试验阶段的研究现状，本发明的目的是提供一种适合油气田开发与开采工程领域含气流体高效分离用的紧凑L型柱锥组合管式三级轴流脱气装置。该三级轴流脱气装置采用立管、水平管和T型管组合的立式高速旋流场、卧式快速轴流场和立式换向涤气场的高效脱气技术，依次实施第一级分段立式高速旋流脱气作业、第二级卧式叶轮造旋快速轴流脱气作业和第三级立式换向深度脱气作业，具备气液高效分离、脱后气中含液率低、脱后液中含气率低等特点，有效解决含气流体的高效分离问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是开发一种紧凑L型柱锥组合管式三级轴流脱气装置，主要由柱管造旋器、第一级脱气器、微孔均混器、第二级脱气器和第三级脱气器组成，柱管造旋器、第一级脱气器、第二级脱气器和第三级脱气器主体部件的材质采用超级双向不锈钢且内衬环氧树脂，柱管造旋器和微孔均混器通过法兰盘分别接于第一级脱气器的上部和下部，微孔均混器和第三级脱气器依据第二级脱气器连为一体，且柱管造旋器与第一级脱气器同轴心立式放置，微孔均混器与第二级脱气器同轴心卧式放置，柱管造旋器和第一级脱气器与第三级脱气器间保持平行并同时与微孔均混器和第二级脱气器垂直相交布置。

柱管造旋器依据变距螺旋齿槽和螺旋进液管调整倾斜入射的含气流体并形成立式高速含气旋流，同时保证立式高速含气旋流倾斜流出，它包括螺旋进液管、造旋流管、第一级排气管和连管套体。

造旋流管采用顶端封闭式厚壁柱形管体，造旋流管的两端分别配置双法兰盘和单法兰盘且位于最顶部法兰盘的中央部位钻有接套圆孔。造旋流管的内壁铣有变距造旋齿，变距造旋齿的齿线为右旋放置的螺旋线且其齿线所在螺旋线的螺距自上而下逐渐增大，变距造旋齿的剖面齿形呈等腰三角形，相邻变距造旋齿之间构成变距螺旋齿槽，变距螺旋齿槽作为含气流体的流动通道并形成立式高速旋流场，立式高速旋流场内含气流体不断旋转加速并调整为立式高速含气旋流，变距螺旋齿槽的槽底面所在柱面的直径等于第一级脱气器上柱形脱气管段的内径。位于变距螺旋齿槽上部入口部位的造旋流管管壁钻有造旋进液圆孔，造旋进液圆孔倾斜放置且其中心线与水平面之间的夹角等于变距造旋齿的上部齿线所在螺旋线的导程角。

螺旋进液管用于输送含气流体，螺旋进液管的一端配置法兰盘且其另一端设有楔形坡口，螺旋进液管的楔形坡口与造旋流管的造旋进液圆孔之间通过圆周焊进行固定，螺旋进液管的楔形坡口与造旋流管内壁相交的部位与变距螺旋齿槽的槽底面保持相切，保证含气流体可以顺利切入变距螺旋齿槽内。

第一级排气管采用细长弯管并排出第一级脱气后的一级气体，第一级排气管的一端与第一级集气管同轴心布置且其另一端通过法兰盘与输气管汇相连。

连管套体采用厚壁管体，连管套体的内壁车制密封性管螺纹并通过螺纹连接将第一级排气管和第一级集气管连为一体，连管套体的外环面与造旋流管最顶部法兰盘的接套圆孔之间通过圆周焊进行固定，且连管套体与造旋流管同轴心布置。

第一级脱气器依据柱锥脱气管实施第一级分段立式高速旋流脱气作业，脱除含气流体携带的大部分气相并形成一级气体和一级流体，且通过止旋整流体将高速旋转的一级流体调整为垂向均匀流而避免发生虹吸现象，第一级脱气器通过法兰连接将柱管造旋器和微孔均混器连为一体，它包括柱锥脱气管、止旋整流体、第一级集气管和第一级排液管。

柱锥脱气管采用两端联通式柱形和锥形组合管体，柱锥脱气管两端配置法兰盘并通过法兰连接将第一级排液管和造旋流管连为一体。柱锥脱气管由上柱形脱气管段、锥形脱气管段和下柱形脱气管段组合而成，下柱形脱气管段和上柱形脱气管段的内壁采用柱面而锥形脱气管段的内壁采用倒锥面且三段管段的轴向长度依次增大，锥形脱气管段内壁所在倒锥面的大端圆面直径等于上柱形脱气管段的内径且其小端圆面直径等于下柱形脱气管段的内径。

止旋整流体采用类“币”字形的片状构造，它由止旋锥体、整流杆体和整流叶片焊接而成，止旋锥体采用顶端封闭式锥形壳体并位于下柱形脱气管段的管腔下部，止旋锥体的壳体内外面采用相同锥度的圆锥面，整流杆体采用圆形杆且其底端设置锥体，防止一级流体产生漩涡。整流叶片采用平板状结构并位于上进液管段的管腔，各整流叶片沿整流杆体径向的内侧设有导流坡口，各整流叶片沿整流杆体的外环面均匀布置，且各整流叶片的顶端面和底端面及其导流坡口的顶端面均沿周向形成圆锥面，且止旋锥体的壳体所在锥面的锥度、各整流叶片的顶端面和底端面及其导流坡口的顶端面所在锥面的锥度相等并大于集气罩的壳体所在锥面的锥度。各整流叶片沿整流杆体径向的外侧面位于同一柱面，且各整流叶片的外侧面所在柱面与上进液管段的内壁之间采用过盈配合，由此整流叶片依据过盈配合实现止旋整流体在第一级排液管上部管腔的轴向固定。

第一级集气管由集气柱管段和集气罩焊接而成并汇集和输送一级气体，集气罩采用顶端开孔式锥形壳体并位于上柱形脱气管段的管腔，集气罩的壳体内外面采用相同锥度的圆锥面，集气柱管段采用细长直管且其顶部车制密封性管螺纹，集气柱管段和第一级排气管的管径和壁厚均相等。

第一级排液管采用底端封闭式T形厚壁管体且其三通管段各端部均配置法兰盘，它位于第一级脱气器的最底部，第一级排液管由上进液管段、下沉砂管段和右排液直管段组成并汇集和排出一级流体，其上进液管段和下沉砂管段与下柱形脱气管段的管径均相等并大于右排液直管段的管径，下沉砂管段用于一级流体中砂粒等固体颗粒的沉积，右排液直管段水平放置并通过法兰连接与均混管连为一体。

第一级分段立式高速旋流脱气作业流程为，立式高速含气旋流沿上柱形脱气管段的管壁高速旋转，流入锥形脱气管段后管壁锥度增大且流道截面迅速收缩，角动量增大，立式高速含气旋流与管壁间的摩擦系数减小，旋转速度不断提升，下柱形脱气管段的轴向长度最小，立式高速含气旋流停留较短时间，期间液相流体逐渐甩向柱锥脱气管的管壁并朝下旋转流动而形成一级流体，一级流体经止旋整流体调整为垂向均匀流后由第一级排液管的右排液直管段排出；与此同时，气相流体在柱锥脱气管的中央部位反向上升并汇集成一级气体，一级气体经集气罩捕捉并由第一级集气管的集气柱管段输送。

微孔均混器依据微孔管的鼠笼式变径微孔破碎一级流体的较大粒径气泡而形成含有小粒径气泡的气液均混流，避免高气液比工况一级流体中出现段塞流并减小段塞流对第二级轴流脱气的影响，微孔均混器包括微孔管、均混管、左限位盘、右限位盘和混流缓冲管。

微孔管采用陶瓷圆管体且其管壁上设有变径微孔，变径微孔沿微孔管轴向呈鼠笼式和等间距分层排列方式，各层变径微孔层间交错布置且每层变径微孔沿圆周方向均匀分布，每个变径微孔沿微孔管径向由内而外依次由大锥微孔、柱状微孔和小锥微孔组合而成，变径微孔的大锥微孔、柱状微孔和小锥微孔的轴向长度依次变短，大锥微孔的孔壁所在锥面的锥度小于小锥微孔的孔壁所在锥面的锥度，由此携带较大粒径气泡的一级流体经大锥微孔的孔道压缩后由柱状微孔的孔道切割并形成含有小粒径气泡的气液均混流，而后流经小锥微孔的孔道减速并射入微孔管与均混管之间的均混环腔。微孔管的两侧端设有左微孔卡环和右微孔卡环，微孔管的左微孔卡环与左限位盘的左限位卡槽同时其右微孔卡环与右限位盘的右限位卡槽精密配合而实现微孔管的双向限位和轴向固定。

均混管采用左端变径式薄壁柱形管体且其内配置微孔管，混流缓冲管采用两端联通式厚壁柱形短管并实现气液均混流的缓冲，均混管和混流缓冲管的两端均配置法兰盘并通过法兰连接与第一级排液管和轴流脱气管连为一体。均混管的内壁由左均混柱面、均混锥面和右均混柱面组合而成，均混管的均混锥面和右均混柱面与微孔管的外环面之间构成均混环腔，均混管的左均混柱面与微孔管的外环面之间采用间隙配合。

左限位盘和右限位盘均采用圆形法兰盘构造，左限位盘的中央部位钻有圆形孔眼，左限位盘的圆形孔眼孔壁铣有左限位卡槽，右限位盘的中央部位铣有右限位卡槽，左限位卡槽和右限位卡槽的剖面均呈直角梯形，各均混流槽孔沿右限位卡槽槽缘的圆周方向均匀布置，各均混流槽孔实现均混管和混流缓冲管间的联通，均混流槽孔沿右限位盘径向的外侧槽壁采用半圆锥面且其内侧槽壁采用圆拱面，同时均混流槽孔沿右限位盘周向的两侧槽壁均采用半圆柱面，由此均混流槽孔的孔壁呈流线型并减小气液均混流的水力损失。

第二级脱气器依据轴流叶轮实施第二级卧式叶轮造旋快速轴流脱气作业，脱除气液均混流携带的大部分气相并形成二级气体和二级流体，且通过叶片整流体将轴向旋转的二级流体调整为水平均匀轴流，第二级脱气器通过法兰连接将微孔均混器和第三级脱气器连为一体，它包括轴流脱气管、轴流叶轮、叶片整流体、第二级集气管和第二级排液管。

轴流脱气管采用两端联通式厚壁柱形长管，轴流脱气管的两端配置法兰盘并通过法兰连接与第二级排液管连为一体，轴流脱气管、混流缓冲管和左进液管段的管径相等。

轴流叶轮由轴流杆体及焊接其上的造旋叶片组成并位于轴流脱气管的管腔最左端，轴流杆体的两侧端分别采用半椭圆球面和圆锥面。各造旋叶片的内侧面通过圆周焊固定于轴流杆体的外环面，各造旋叶片的外侧面位于同一柱面且其外侧面所在柱面与轴流脱气管的内壁之间采用过盈配合，由此各造旋叶片依据过盈配合实现轴流叶轮在轴流脱气管管腔内的轴向固定。造旋叶片的轮廓线为沿轴流杆体外环面展开的螺旋线且其轮廓线所在螺旋线的螺距由左至右逐渐减小，各造旋叶片的轮廓线最左端点处的切线与轴流杆体的轴线保持平行，同时结合轴流杆体的半椭圆球面而将气液均混流顺利导流至各造旋叶片；各造旋叶片的轮廓线最右端点处的切线与轴流杆体的轴线呈锐角交错，同时结合轴流杆体的圆锥面而将多股卧式快速含气轴流平稳导出。造旋叶片的剖面面积沿其轮廓线逐渐增大，相邻造旋叶片之间构成旋式轴流叶片槽，旋式轴流叶片槽作为气液均混流的流动通道并形成卧式快速轴流场，卧式快速轴流场内气液均混流不断提速和换向并调整为多股卧式快速含气轴流。

叶片整流体由沿第二级集气管外环面均匀焊接的轴流叶片组成，各轴流叶片采用梯形板状结构并位于轴流脱气管的管腔最右端，各轴流叶片沿第二级集气管径向的外侧面位于同一柱面上，且各轴流叶片的外侧面所在柱面与轴流脱气管的内壁之间采用过盈配合，由此轴流叶片依据过盈配合实现叶片整流体和第二级集气管在轴流脱气管管腔内的轴向固定。

第二级集气管由集气细锥管、集气粗锥管和集气弯管组合而成并汇集和排出二级气体，集气弯管采用细长弯管且其垂直段的端部车制密封性管螺纹，集气弯管的水平段与轴流脱气管同轴心布置且其垂直段与集液管同轴心布置，集气细锥管采用内外管壁均为锥面的管壳体并控制第二级集气管的气中含液量，集气粗锥管采用内柱面管壁和外锥面管壁的管壳体并将二级流体顺利导入叶片整流体，集气细锥管内管壁所在锥面的大端圆面直径、集气粗锥管内柱面管壁所在柱面直径和集气弯管的内径均相等。

第二级排液管采用右端变径式T形厚壁管体且其三通管段各端部均配置法兰盘，它位于第二级脱气器的最右侧，第二级排液管由左进液管段、右变径排液管段和上排液直管段组成并汇集和排出二级流体，右变径排液管段的内外管壁均采用圆锥面并与输液管汇相连，上排液直管段立式放置且其管腔内配置盘式连接套。

第二级卧式叶轮造旋快速轴流脱气作业流程为，多股卧式快速含气轴流向左同时斜向切入轴流脱气管，轴流脱气管内多股卧式快速含气轴流快速旋转并不断沿轴向推进，期间液相流体逐渐甩向管壁并朝右轴向旋转流动形成空芯状的二级流体，与此同时，气相流体逐渐运移至轴流脱气管的中央部位并与二级流体构成同轴心分层流，而后朝右轴向旋转流动形成细长锥芯状的二级气体，二级流体经第二级集气管的外管壁导入叶片整流体并调整为水平均匀轴流后由第二级排液管排出，二级气体经集气细锥管捕捉并由集气弯管排出。

第三级脱气器依据湿气换向管实施第三级立式换向深度脱气作业，脱除二级气体携带的少量剩余液相并形成三级气体和三级流体，且通过集液管实现三级气体的流压平衡和三级流体的缓冲稳压，第三级脱气器包括湿气换向管、集液管、第三级排气管、第三级排液管和盘式连接套。

湿气换向管采用等径三通式T形薄壁管体并由输湿气管段和换向管段焊接而成，输湿气管段立式放置且与集液管同轴心由内而外分层布置而构成双管缓冲环腔，实现三级流体的缓冲稳压，换向管段与集液管垂直相交布置，换向管段的内壁两侧铣有换向锥腔，经输湿气管段输送的二级气体由换向管段的换向锥腔进行换向和减速，而后射入双管缓冲环腔并形成立式换向涤气场，从而实现深度脱气。输湿气管段的内径、换向管段的换向锥腔所在锥面的小端圆面直径和集气弯管的内径均相等，同时第三级排气管的三级气体流压与集液管的液柱压差之和与第三级排液管内三级流体的压力保持动态平衡。

集液管采用两端联通式薄壁柱形管体，集液管的两端配置法兰盘，且集液管和盘式连接套通过法兰连接及接套法兰与第三级排气管和第二级排液管连为一体，集液管的管壁下部钻有圆孔并与第三级排液管焊接在一起。第三级排液管采用细长直管并排出三级流体，且其端部通过法兰盘与输液管汇相连。

第三级排气管采用两端法兰式的变径短管体并排出三级气体，第三级排气管的内壁采用圆锥面且其内壁所在锥面的大端圆面直径等于集液管的内径。

盘式连接套采用盘式管体且自上而下依次设置接套法兰和连接套管，接套法兰实现盘式连接套的轴向定位，连接套管的外环面与第二级排液管上排液直管段的管壁之间采用间隙配合，连接套管的内壁上部与输湿气管段的外环面下部之间采用过盈配合，由此连接套管依据过盈配合实现盘式连接套与湿气换向管间的连接，同时连接套管的内壁下部车制密封性管螺纹并通过螺纹连接将盘式连接套与第二级集气管连为一体。

本发明所能达到的技术效果是，该三级轴流脱气装置采用立管、水平管和T型管组合的立式高速旋流场、卧式快速轴流场和立式换向涤气场的高效脱气技术，具备气液高效分离、脱后气中含液率低、脱后液中含气率低等特点；柱管造旋器依据螺旋进液管和变距螺旋齿槽调整倾斜入射的含气流体并形成立式高速含气旋流，第一级脱气器依据柱锥脱气管实施第一级分段立式高速旋流脱气作业，脱除含气流体携带的大部分气相并形成一级气体和一级流体，且通过止旋整流体将高速旋转的一级流体调为垂向均匀流；微孔均混器依据鼠笼式变径微孔破碎一级流体的大粒径气泡而形成含有小粒径气泡的气液均混流，第二级脱气器依据轴流叶轮实施第二级卧式叶轮造旋快速轴流脱气作业，脱除气液均混流携带的大部分气相并形成二级气体和二级流体，且通过叶片整流体将轴向旋转的二级流体调整为水平均匀轴流，第三级脱气器依据湿气换向管实施第三级立式换向深度脱气作业，脱除二级气体携带的少量剩余液相并形成三级气体和三级流体，且通过集液管实现流压平衡和缓冲稳压。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明并不局限于以下实施例。

图1是根据本发明所提出的紧凑L型柱锥组合管式三级轴流脱气装置的典型结构简图。

图2是紧凑L型柱锥组合管式三级轴流脱气装置中的柱管造旋器的结构简图。

图3是紧凑L型柱锥组合管式三级轴流脱气装置中的第一级脱气器的结构简图。

图4是第一级脱气器中的止旋整流体的结构简图。

图5是紧凑L型柱锥组合管式三级轴流脱气装置中的微孔均混器的结构简图。

图6是微孔均混器中的右限位盘的结构简图。

图7是微孔均混器中的微孔管的结构简图。

图8是紧凑L型柱锥组合管式三级轴流脱气装置中的第二级脱气器的结构简图。

图9是第二级脱气器中的轴流叶轮的结构简图。

图10是第二级脱气器中的第二级集气管和叶片整流体的结构简图。

图11是紧凑L型柱锥组合管式三级轴流脱气装置中的第三级脱气器的结构简图。

图12是紧凑L型柱锥组合管式三级轴流脱气装置的第一级分段立式高速旋流脱气作业流程简图。

图13是紧凑L型柱锥组合管式三级轴流脱气装置的第二级卧式叶轮造旋快速轴流脱气作业流程简图。

图14是紧凑L型柱锥组合管式三级轴流脱气装置的第三级立式换向深度脱气作业流程简图。

图中1－柱管造旋器，2－第一级脱气器，3－微孔均混器，4－第二级脱气器，5－第三级脱气器，6－第一级排气管，7－连管套体，8－螺旋进液管，9－造旋流管，10－变距造旋齿，11－变距螺旋齿槽，12－楔形坡口，13－造旋进液圆孔，14－接套圆孔，15－第一级集气管，16－柱锥脱气管，17－止旋整流体，18－第一级排液管，19－下沉砂管段，20－右排液直管段，21－上进液管段，22－下柱形脱气管段，23－锥形脱气管段，24－上柱形脱气管段，25－集气罩，26－集气柱管段，27－止旋锥体，28－整流杆体，29－整流叶片，30－导流坡口，31－左限位盘，32－均混管，33－微孔管，34－右限位盘，35－混流缓冲管，36－均混环腔，37－右均混柱面，38－均混锥面，39－左均混柱面，40－左限位卡槽，41－均混流槽孔，42－右限位卡槽，43－右微孔卡环，44－变径微孔，45－左微孔卡环，46－大锥微孔，47－柱状微孔，48－小锥微孔，49－轴流叶轮，50－轴流脱气管，51－第二级集气管，52－叶片整流体，53－第二级排液管，54－右变径排液管段，55－上排液直管段，56－左进液管段，57－造旋叶片，58－轴流杆体，59－旋式轴流叶片槽，60－集气弯管，61－轴流叶片，62－集气粗锥管，63－集气细锥管，64－第三级排气管，65－集液管，66－湿气换向管，67－第三级排液管，68－盘式连接套，69－连接套管，70－接套法兰，71－双管缓冲环腔，72－输湿气管段，73－换向管段，74－换向锥腔。

具体实施方式

在图1中，紧凑L型柱锥组合管式三级轴流脱气装置由柱管造旋器1、第一级脱气器2、微孔均混器3、第二级脱气器4和第三级脱气器5组成，它采用立管、水平管和T型管组合的立式高速旋流场、卧式快速轴流场和立式换向涤气场的高效脱气技术，柱管造旋器1的第一级排气管和第三级脱气器5的第三级排气管通过法兰盘联接至输气管汇并分别将分离后的一级气体和三级气体增压后外输，第二级脱气器4的第二级排液管和第三级脱气器5的第三级排液管通过法兰盘联接至输液管汇并分别将分离后的二级流体和三级流体增压后外输。

在图1中，柱管造旋器1和微孔均混器3通过法兰盘分别接于第一级脱气器2的上部和下部，微孔均混器3和第三级脱气器5依据第二级脱气器4连为一体，柱管造旋器1与第一级脱气器2同轴心立式放置，微孔均混器3与第二级脱气器4同轴心卧式放置，柱管造旋器1和第一级脱气器2与第三级脱气器5间保持平行并同时与微孔均混器3和第二级脱气器4垂直相交布置。

在图1中，该三级轴流脱气装置调试时，首先进行液压试验和气密性试验，试验压力需达到设计压力的1.25倍，而后检查管线系统接头是否有泄露和畅通，并接通仪表气源，检查仪表气源是否清洁、干燥。维护作业时，检查第一级脱气器2的第一级排液管、第二级脱气器4的轴流脱气管和第二级排液管及第三级脱气器5的集液管内是否有异物堆积和锈蚀；检查第一级脱气器2的止旋整流体及第二级脱气器4的轴流叶轮和叶片整流体表面是否有锈蚀，锈蚀厚度超过2mm时，需要进行更换；检查柱管造旋器1的变距造旋齿、微孔均混器3的微孔管及第三级脱气器5换向锥腔的污垢，厚度大于3mm时，需要进行冲洗。

在图2中，柱管造旋器1依据变距螺旋齿槽11和螺旋进液管8调整倾斜入射的含气流体并形成立式高速含气旋流，变距造旋齿10齿线所在螺旋线的螺距依据含气流体的粘度、流压、密度等物性参数进行调整，第一级排气管6的管径选型需要考虑一级气体的流量、流压等因素，造旋流管9的规格设计需要考虑含气流体的流量、流压等因素，螺旋进液管8的轴线与水平面间的夹角与变距造旋齿10的上部齿线所在螺旋线的导程角相一致。

在图2中，连管套体7与第一级排气管6通过螺纹进行连接，且连管套体7与接套圆孔14通过圆周焊进行固定，相邻变距造旋齿10间的变距螺旋齿槽11内形成立式高速旋流场，螺旋进液管8通过其楔形坡口12与造旋进液圆孔13之间的圆周焊固定于造旋流管9上。

在图3和图4中，第一级脱气器2脱除含气流体携带的大部分气相并形成一级气体和一级流体，立式高速含气旋流进入柱锥脱气管16后的流速依据锥形脱气管段23的管壁锥度、上柱形脱气管段24和下柱形脱气管段22的轴向长度等参数进行调整，一级气体的流量及其气中含液率通过调整第一级集气管15的管径来实现，一级流体的流量及其液中含气率则通过调整下沉砂管段19的轴向长度和右排液直管段20的管径来实现，止旋锥体27的壳体所在锥面的锥度设计需要考虑一级流体的流量、流压、粘度等物性参数。

在图3和图4中，第一级脱气器2通过法兰连接将柱管造旋器1和微孔均混器3连为一体，第一级集气管15与连管套体7通过螺纹进行连接，集气罩25和集气柱管段26通过焊接组成一体，柱锥脱气管16通过法兰连接将第一级排液管18和造旋流管9连为一体，整流叶片29依据过盈配合实现止旋整流体17的轴向固定，下沉砂管段19、右排液直管段20和上进液管段21汇集并排出一级流体，下柱形脱气管段22、上柱形脱气管段24和锥形脱气管段23的轴向长度依次增大，止旋锥体27焊于整流杆体28的顶端且各整流叶片29沿整流杆体28的外环面进行焊接，导流坡口30将垂向均匀流顺利导入第一级排液管18的管腔。

在图5～图7中，微孔均混器3依据微孔管33将一级流体调整为气液均混流，微孔管33上变径微孔44的层数及其每层个数依据一级流体的流压、流速、粘度等物性参数进行调整，均混流槽孔41的数量和大小以及均混环腔36的容积均依据气液均混流的流量进行设计，混流缓冲管35的容积设计需要考虑气液均混流的流速、流压等因素。

在图5～图7中，均混管32和混流缓冲管35通过法兰连接与第一级排液管18和轴流脱气管连为一体，左微孔卡环45与左限位盘31的左限位卡槽40同时右微孔卡环43与右限位盘34的右限位卡槽42精密配合而实现微孔管33的双向限位和轴向固定，右均混柱面37和均混锥面38与微孔管33的外环面间构成均混环腔36，左均混柱面39与微孔管33的外环面之间采用间隙配合，各均混流槽孔41实现均混管32和混流缓冲管35的联通，各变径微孔44均由大锥微孔46、柱状微孔47和小锥微孔48组合而成。

在图8～图10中，第二级脱气器4脱除气液均混流携带的大部分气相并形成二级气体和二级流体，轴流脱气管50的管径与混流缓冲管35的管径保持一致，造旋叶片57的数量及其轮廓线所在螺旋线的螺距均依据气液均混流的粘度、流压、密度等物性参数进行调整，轴流叶片61的数量依据二级流体的流速、流压、粘度等因素进行设计，二级气体的流量及其气中含液率通过调整第二级集气管51的管径来实现，二级流体的流量及其液中含气率则通过调整左进液管段56的轴向长度和右变径排液管段54的管径来实现。

在图8～图10中，第二级脱气器4通过法兰连接将微孔均混器3和第三级脱气器5连为一体，各造旋叶片57的内侧面通过圆周焊固定于轴流杆体58的外环面且其外侧面依据过盈配合实现轴流叶轮49在轴流脱气管50左侧管腔的轴向固定，旋式轴流叶片槽59内形成卧式快速轴流场；各轴流叶片61的内侧面均匀焊接于第二级集气管51的外环面且其外侧面依据过盈配合实现叶片整流体52和第二级集气管51在轴流脱气管50右侧管腔的轴向固定，集气弯管60、集气粗锥管62和集气细锥管63用于汇集并排出二级气体，第二级排液管53的右变径排液管段54、上排液直管段55和左进液管段56用于汇集并排出二级流体。

在图11中，第三级脱气器5脱除二级气体携带的少量剩余液相并形成三级气体和三级流体，三级气体的流量及其气中含液率通过调整换向锥腔74的容积以及第三级排气管64的内壁所在锥面的锥度来实现，三级流体的流量及其液中含气率则通过调整双管缓冲环腔71的容积和集液管65的轴向长度来实现，第三级排液管67的管径选型需要考虑三级流体的流量、流压等因素。

在图11中，集液管65通过法兰连接和接套法兰70与第三级排气管64、盘式连接套68和第二级排液管53连为一体，第三级排液管67焊接于集液管65的管壁下部，连接套管69依据过盈配合实现盘式连接套68与湿气换向管66的连接，同时连接套管69通过螺纹连接将盘式连接套68与第二级集气管51连为一体，输湿气管段72与集液管65同轴心分层布置并构成双管缓冲环腔71，二级气体流经换向管段73的换向锥腔74后进行换向和减速。

在图12中，第一级分段立式高速旋流脱气作业流程为，含气流体经螺旋进液管8朝下倾斜切入变距螺旋齿槽11并形成立式高速旋流场，相邻变距造旋齿10之间立式高速旋流场内含气流体不断旋转加速并调整为立式高速含气旋流，而后立式高速含气旋流沿上柱形脱气管段24的管壁高速旋转，流入锥形脱气管段23后管壁锥度增大且流道截面迅速收缩，角动量增大，立式高速含气旋流与管壁间的摩擦系数减小，旋转速度不断提升，下柱形脱气管段22的轴向长度最小，立式高速含气旋流停留较短时间，期间液相流体逐渐甩向柱锥脱气管16的管壁并朝下旋转流动而形成一级流体，一级流体依次经止旋锥体27和整流叶片29调整为垂向均匀流并由导流坡口30导入右排液直管段20后排出；与此同时，气相流体在柱锥脱气管16的中央部位反向上升并汇集成一级气体，一级气体经集气罩25捕捉并依次由集气柱管段26和连管套体7送入第一级排气管6后排至输气管汇。

在图13中，第二级卧式叶轮造旋快速轴流脱气作业流程为，携带较大粒径气泡的一级流体经变径微孔44的大锥微孔46孔道压缩后由柱状微孔47的孔道切割并形成含有小粒径气泡的气液均混流，而后流经小锥微孔48的孔道减速并射入均混环腔36，接着气液均混流经各均混流槽孔41进入混流缓冲管35并进行缓冲；然后，气液均混流切入旋式轴流叶片槽59并形成卧式快速轴流场，相邻造旋叶片57之间卧式快速轴流场内气液均混流不断提速和换向并调整为多股卧式快速含气轴流，多股卧式快速含气轴流向左同时斜向切入轴流脱气管50，轴流脱气管50内多股卧式快速含气轴流快速旋转并不断沿轴向推进，期间液相流体逐渐甩向轴流脱气管50的管壁并朝右轴向旋转流动形成空芯状的二级流体，与此同时，气相流体逐渐运移至轴流脱气管50的中央部位并与二级流体构成同轴心分层流，而后朝右轴向旋转流动形成细长锥芯状的二级气体，二级流体依次经集气细锥管63和集气粗锥管62的外管壁导入轴流叶片61并调整为水平均匀轴流，而后二级流体进入左进液管段56并由右变径排液管段54排至输液管汇，二级气体经集气细锥管63捕捉并由集气粗锥管62送入集气弯管60后排出。

在图14中，第三级立式换向深度脱气作业流程为，携带少量液相的二级气体经输湿气管段72进入换向管段73，并由换向锥腔74进行换向和减速，而后二级气体射入双管缓冲环腔71并形成立式换向涤气场，立式换向涤气场内二级气体携带的少量剩余液相被深度脱除并形成三级气体和三级流体，与此同时，立式换向涤气场内第三级排气管64的三级气体流压与集液管65的液柱压差之和与第三级排液管67内三级流体的压力保持动态平衡，三级气体经第三级排气管64排至输气管汇，三级流体则由第三级排液管67排至输液管汇。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种紧凑L型柱锥组合管式三级轴流脱气装置，其柱管造旋器和微孔均混器通过法兰盘分别接于第一级脱气器的上部和下部，第二级脱气器通过法兰连接将微孔均混器和第三级脱气器连为一体，该三级轴流脱气装置依次实施第一级分段立式高速旋流脱气作业、第二级卧式叶轮造旋快速轴流脱气作业和第三级立式换向深度脱气作业，其特征在于：

一柱管造旋器；所述柱管造旋器形成立式高速含气旋流，它包括螺旋进液管、造旋流管、第一级排气管和连管套体；造旋流管采用顶端封闭式厚壁柱形管体，造旋流管的内壁铣有变距造旋齿，相邻变距造旋齿之间构成变距螺旋齿槽，变距螺旋齿槽作为含气流体的流动通道并形成立式高速旋流场；螺旋进液管的楔形坡口与造旋流管的造旋进液圆孔之间通过圆周焊进行固定，连管套体通过螺纹连接将第一级排气管和第一级集气管连为一体，连管套体的外环面与造旋流管最顶部法兰盘的接套圆孔之间通过圆周焊进行固定；

一第一级脱气器；所述第一级脱气器脱除含气流体携带的大部分气相并形成一级气体和一级流体，它包括柱锥脱气管、止旋整流体、第一级集气管和第一级排液管；柱锥脱气管采用两端联通式柱形和锥形组合管体并通过法兰连接将第一级排液管和造旋流管连为一体，柱锥脱气管由下柱形脱气管段、上柱形脱气管段和锥形脱气管段组合而成且三段管段的轴向长度依次增大；止旋整流体采用类“币”字形的片状构造，它由止旋锥体、整流杆体和整流叶片焊接而成，止旋锥体采用顶端封闭式锥形壳体而集气罩采用顶端开孔式锥形壳体，各整流叶片沿整流杆体径向的内侧设有导流坡口，各整流叶片沿整流杆体的外环面均匀布置，整流叶片依据过盈配合实现止旋整流体在第一级排液管上部管腔的轴向固定；第一级集气管由集气柱管段和集气罩焊接而成，第一级排液管采用底端封闭式T形厚壁管体并由上进液管段、下沉砂管段和右排液直管段组成，且右排液直管段通过法兰连接与均混管连为一体；

一微孔均混器；所述微孔均混器形成含有小粒径气泡的气液均混流，它包括微孔管、均混管、左限位盘、右限位盘和混流缓冲管；微孔管采用陶瓷圆管体，变径微孔沿微孔管轴向呈鼠笼式和等间距分层排列方式，各变径微孔沿微孔管径向由内而外依次由大锥微孔、柱状微孔和小锥微孔组合而成且三段微孔的轴向长度依次变短，微孔管的左微孔卡环与左限位盘的左限位卡槽同时其右微孔卡环与右限位盘的右限位卡槽精密配合而实现微孔管的双向限位和轴向固定；均混管采用左端变径式薄壁柱形管体，均混管和混流缓冲管通过法兰连接与第一级排液管和轴流脱气管连为一体，均混管的内壁由左均混柱面、均混锥面和右均混柱面组合而成，均混锥面和右均混柱面与微孔管的外环面间构成均混环腔；左限位盘的圆形孔眼孔壁铣有左限位卡槽，各均混流槽孔沿右限位盘的右限位卡槽槽缘的圆周方向均匀布置；

一第二级脱气器；所述第二级脱气器脱除气液均混流携带的大部分气相并形成二级气体和二级流体，它包括轴流脱气管、轴流叶轮、叶片整流体、第二级集气管和第二级排液管；轴流脱气管通过法兰连接与第二级排液管连为一体，轴流叶轮由轴流杆体及焊接其上的造旋叶片组成，轴流杆体的两侧端分别采用半椭圆球面和圆锥面，各造旋叶片依据过盈配合实现轴流叶轮在轴流脱气管管腔内的轴向固定，造旋叶片的轮廓线所在螺旋线的螺距由左至右逐渐减小，相邻造旋叶片之间构成旋式轴流叶片槽，卧式快速轴流场内气液均混流不断提速和换向并调整为多股卧式快速含气轴流；叶片整流体由沿第二级集气管外环面均匀焊接的轴流叶片组成，轴流叶片依据过盈配合实现叶片整流体和第二级集气管在轴流脱气管管腔内的轴向固定，第二级集气管由集气细锥管、集气粗锥管和集气弯管组合而成，集气粗锥管采用内柱面管壁和外锥面管壁的管壳体，第二级排液管采用右端变径式T形厚壁管体并由左进液管段、右变径排液管段和上排液直管段组成，上排液直管段的管腔内配置盘式连接套；

一第三级脱气器；所述第三级脱气器脱除二级气体携带的少量剩余液相并形成三级气体和三级流体，它包括湿气换向管、集液管、第三级排气管、第三级排液管和盘式连接套；湿气换向管采用等径三通式T形薄壁管体并由输湿气管段和换向管段焊接而成，输湿气管段与集液管构成双管缓冲环腔并形成立式换向涤气场，换向管段的内壁两侧铣有换向锥腔；集液管和盘式连接套通过法兰连接及接套法兰与第三级排气管和第二级排液管连为一体，集液管的管壁下部钻有圆孔并与第三级排液管焊接在一起，第三级排气管采用两端法兰式的变径短管体；盘式连接套自上而下依次设置接套法兰和连接套管，连接套管依据过盈配合实现盘式连接套与湿气换向管的连接并通过螺纹连接将盘式连接套与第二级集气管连为一体。

2.根据权利要求1所述的紧凑L型柱锥组合管式三级轴流脱气装置，其特征在于：所述三级脱气脱水装置采用立管、水平管和T型管组合的立式高速旋流场、卧式快速轴流场和立式换向涤气场的高效脱气技术，柱管造旋器与第一级脱气器同轴心立式放置，微孔均混器与第二级脱气器同轴心卧式放置，柱管造旋器和第一级脱气器与第三级脱气器之间保持平行并同时与微孔均混器和第二级脱气器垂直相交布置。

3.根据权利要求1所述的紧凑L型柱锥组合管式三级轴流脱气装置，其特征在于：所述柱管造旋器的造旋流管两端分别配置双法兰盘和单法兰盘且位于最顶部法兰盘的中央部位钻有接套圆孔，变距造旋齿的齿线为右旋放置的螺旋线且其齿线所在螺旋线的螺距自上而下逐渐增大，变距造旋齿的剖面齿形呈等腰三角形，立式高速旋流场内含气流体不断旋转加速并调整为立式高速含气旋流，位于变距螺旋齿槽上部入口部位的造旋流管管壁钻有造旋进液圆孔，造旋进液圆孔倾斜放置且其中心线与水平面间的夹角等于变距造旋齿的上部齿线所在螺旋线的导程角；螺旋进液管的一端配置法兰盘且其另一端设有楔形坡口，螺旋进液管的楔形坡口与造旋流管内壁相交的部位与变距螺旋齿槽的槽底面保持相切，第一级排气管采用细长弯管且其一端与第一级集气管同轴心布置，连管套体采用厚壁管体并与造旋流管同轴心布置。

4.根据权利要求1所述的紧凑L型柱锥组合管式三级轴流脱气装置，其特征在于：所述第一级脱气器实施第一级分段立式高速旋流脱气作业，柱锥脱气管的下柱形脱气管段和上柱形脱气管段的内壁采用柱面而锥形脱气管段的内壁采用倒锥面；

所述第一级集气管汇集和输送一级气体，集气罩位于上柱形脱气管段的管腔且其壳体内外面采用相同锥度的圆锥面，集气柱管段采用细长直管并与第一级排气管的管径和壁厚相同；第一级排液管位于第一级脱气器的最底部并汇集和排出一级流体，其上进液管段和下沉砂管段与下柱形脱气管段的管径均相等并大于右排液直管段的管径，右排液直管段水平放置。

5.根据权利要求1所述的紧凑L型柱锥组合管式三级轴流脱气装置，其特征在于：所述止旋整流体的止旋锥体位于下柱形脱气管段的管腔下部，止旋锥体的壳体内外面采用相同锥度的圆锥面，整流杆体采用圆形杆且其底端设置锥体；整流叶片采用平板状结构并位于上进液管段的管腔，各整流叶片的顶端面和底端面及其导流坡口的顶端面均沿周向形成圆锥面，止旋锥体的壳体所在锥面的锥度、各整流叶片的顶端面和底端面及其导流坡口的顶端面所在锥面的锥度相等并大于集气罩的壳体所在锥面的锥度；各整流叶片沿整流杆体径向的外侧面位于同一柱面，且各整流叶片的外侧面所在柱面与上进液管段的内壁间采用过盈配合。

6.根据权利要求1所述的紧凑L型柱锥组合管式三级轴流脱气装置，其特征在于：所述微孔均混器的微孔管两侧端设有左微孔卡环和右微孔卡环且其管壁上设有变径微孔，各层变径微孔层间交错布置且每层变径微孔沿圆周方向均匀分布，变径微孔的大锥微孔孔壁所在锥面的锥度小于其小锥微孔的孔壁所在锥面的锥度，携带较大粒径气泡的一级流体经大锥微孔的孔道压缩后由柱状微孔的孔道切割并形成含有小粒径气泡的气液均混流，而后流经小锥微孔的孔道减速并射入微孔管与均混管间的均混环腔。

7.根据权利要求1所述的紧凑L型柱锥组合管式三级轴流脱气装置，其特征在于：所述均混管内配置微孔管，均混管的左均混柱面与微孔管的外环面之间采用间隙配合，混流缓冲管采用两端联通式厚壁柱形短管并实现气液均混流的缓冲；

所述左限位盘和右限位盘均采用圆形法兰盘构造，左限位盘的中央部位钻有圆形孔眼，右限位盘的中央部位铣有右限位卡槽，左限位卡槽和右限位卡槽的剖面均呈直角梯形，各均混流槽孔实现均混管和混流缓冲管间的联通，均混流槽孔沿右限位盘径向的外侧槽壁采用半圆锥面且其内侧槽壁采用圆拱面，同时均混流槽孔沿右限位盘周向的两侧槽壁均采用半圆柱面，由此均混流槽孔的孔壁呈流线型。

8.根据权利要求1所述的紧凑L型柱锥组合管式三级轴流脱气装置，其特征在于：所述第二级脱气器依据轴流叶轮实施第二级卧式叶轮造旋快速轴流脱气作业，轴流脱气管采用两端联通式厚壁柱形长管，轴流叶轮位于轴流脱气管的管腔最左端，各造旋叶片的内侧面通过圆周焊固定于轴流杆体的外环面，各造旋叶片的外侧面位于同一柱面且其外侧面所在柱面与轴流脱气管的内壁间采用过盈配合；造旋叶片的轮廓线为沿轴流杆体外环面展开的螺旋线，各造旋叶片的轮廓线最左端点处的切线与轴流杆体的轴线保持平行，同时结合轴流杆体的半椭圆球面而将气液均混流顺利导流至各造旋叶片；各造旋叶片的轮廓线最右端点处的切线与轴流杆体的轴线呈锐角交错，同时结合轴流杆体的圆锥面而将多股卧式快速含气轴流平稳导出；造旋叶片的剖面面积沿其轮廓线逐渐增大，旋式轴流叶片槽作为气液均混流的流动通道并形成卧式快速轴流场。

9.根据权利要求1所述的紧凑L型柱锥组合管式三级轴流脱气装置，其特征在于：所述叶片整流体的各轴流叶片采用梯形板状结构并位于轴流脱气管的管腔最右端，各轴流叶片沿第二级集气管径向的外侧面位于同一柱面，且各轴流叶片的外侧面所在柱面与轴流脱气管的内壁之间采用过盈配合；

所述第二级集气管汇集和排出二级气体，集气弯管采用细长弯管，集气弯管的水平段与轴流脱气管同轴心布置且其垂直段与集液管同轴心布置，集气细锥管采用内外管壁均为锥面的管壳体并控制第二级集气管的气中含液量，集气粗锥管将二级流体顺利导入叶片整流体；第二级排液管的三通管段各端部均配置法兰盘，第二级排液管位于第二级脱气器的最右侧并汇集和排出二级流体，右变径排液管段的内外管壁均采用圆锥面，上排液直管段立式放置。

10.根据权利要求1所述的紧凑L型柱锥组合管式三级轴流脱气装置，其特征在于：所述第三级脱气器依据湿气换向管实施第三级立式换向深度脱气作业，湿气换向管的输湿气管段立式放置且与集液管同轴心由内而外分层布置，双管缓冲环腔实现三级流体的缓冲稳压，换向管段与集液管垂直相交布置，经输湿气管段输送的二级气体由换向管段的换向锥腔进行换向和减速，而后射入双管缓冲环腔并实现深度脱气，第三级排气管的三级气体流压与集液管的液柱压差之和与第三级排液管内三级流体的压力保持动态平衡；

所述集液管采用两端联通式薄壁柱形管体，第三级排液管采用细长直管并排出三级流体，第三级排气管的内壁采用圆锥面并排出三级气体，盘式连接套采用盘式管体，接套法兰实现盘式连接套的轴向定位，连接套管的外环面与第二级排液管上排液直管段的管壁之间采用间隙配合，连接套管的内壁上部与输湿气管段的外环面下部之间采用过盈配合。

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