CN112827669B - 一种间歇式气液旋流分离器 - Google Patents

Abstract

一种间歇式气液旋流分离器。主要目的在于实现气液两相混合液的各相分离。其特征在于：所述分离器包括气液分离模块、气液调控模块、气液收集模块，气液两相混合液从除气分离筒进液口进入旋流分离器后，脱气后的油水混合液相通过花瓣式连接件后经过除液螺旋流道，油相和水相优先被分离并被收集；含有少部分液相的气相经过气液分离圆筒内的沉降室和气液调控模块后，气相和液相分别在花瓣式连接件上的出气口和除液口被收集。本种旋流分离器可对气液两相混合液进行处理，实现气相、溢流液和底流液的单相高精度分离。

Description

一种间歇式气液旋流分离器

技术领域

本发明涉及一种应用石油化工、水处理领域的气液两相旋流分离装置。

背景技术

随着油田的不断开采，油田采出液中含气问题日益严重，采出液中含有气体不仅会增加一部分人工举升的成本，而且伴随的气体若得不到较好的处理也会对环境产生影响，更重要的是会严重影响高含水油田同井注采旋流分离的效率，若能将混合液中含有的气体收集起来回收利用即避免低效率的旋流分离，同时也减少了能源的浪费；另一方面气液分离过程中，分离的效果不能达到完全分离，使得收集到的气体含有少量液相。因此很有必要研制气液两相分离装置，通常气液两相分离旋流器是利用各相间密度差进行旋流分离的，例如专利发明名称：气液旋流分离器，专利号：201920941312，该发明专利所设计的装置能够实现气液两相的分离，但仍有不足，首先该装置底部采用搅拌装置，产生的旋流效果不如螺旋流道，更为重要的是该装置不能实现同为液相的底流与溢流之间的分离，这就需要研制能排气、底流分离、溢流分离的多功能旋流分离装置。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供了一种间歇式气液旋流分离装置，该装置的气液分离机构是由内置除气螺旋流道，沉降室构成，能够实现精准脱气的同时将液相彻底分离，该装置的液-液分离机构是通过内置除液螺旋流道分离，在花瓣式连接件中溢流液排出，具备较强的分离各相介质的能力。

本发明的技术方案是：本种间歇式气液旋流分离器，具有气液分离模块，气液调控模块。气液收集模块。

所述气液分离模块包括九孔封盘、除气分离筒、渐变式除气螺旋流道；所述九孔封盘开有8个进液孔402圆周分布在其上，圆心孔上开有一段螺纹，与渐变式除气螺旋流道螺纹连接；所述除气分离筒左端与花瓣式连接件螺纹连接，右端与九孔封盘螺纹连接；所述渐变式除气螺旋流道内置于除气分离筒中，右端与九孔封盘螺纹连接；

所述气液调控模块包括气液分离圆筒、上液位传感器、下液位传感器、Z型电机托盘、交流电机、弹性套柱销联轴器、梯形凹槽旋转套筒、液位控制器、步进电机、特性螺杆、梯形连杆凸轮、升降挡板、伸缩弹簧、凹型内板、封盖、排气管、排液管；所述气液分离圆筒内置于除气分离筒中，其左侧开有一段螺纹与封盖螺纹连接，气液分离圆筒自右向左含有圆孔气体流道、气液沉降室、气液调控室，其中气液调控室上方和下方各开有排气通道和排液通道，底部开有一圆孔与排液通道相通，右侧壁开有一圆孔螺纹；气液沉降室左侧壁含有两个圆孔螺纹槽，分别位于排气通道下方和排液通道上方；圆孔气体流道与气液沉降室相连通；所述上液位传感器和下液位传感器底部开有一段螺纹，与气液沉降室左侧圆孔螺纹槽螺纹连接；所述Z型电机托盘右端圆柱开有一段螺纹，与圆孔螺纹通过螺纹连接固定，托盘开有四个螺纹孔；所述交流电机通过四个螺钉固定在托盘上；所述梯形凹槽旋转套筒的梯形凹槽上端面含有四个圆周等距螺纹孔和一个圆孔，筒壁开有一圆螺纹孔；其中所述弹性套柱销联轴器左右两端分别连接梯形凹槽旋转套筒中心轴和交流电机；所述液位控制器左端开有一段螺纹，与圆螺纹孔螺纹连接；所述步进电机通过四个螺钉固定在梯形凹槽上端面，其中步进电机、液位控制器、上液位传感器、下液位传感器采用电线相连；所述特性螺杆上端面开有键槽，通过键连接与步进电机连接,；所述梯形连杆凸轮的梯形块开有螺纹通孔，与特性螺杆螺纹连接，连杆穿插在凹型内板的方形通槽中；所述升降挡板放置于伸缩弹簧之上，其中伸缩弹簧套在圆柱上，挡板穿在圆孔内；所述凹型内板两侧壁各开有方形通槽，底部开有一圆孔，与圆柱采用孔配合固定；所述封盖与气液分离圆筒采用螺纹连接固定，封盖端面开有两个螺纹孔，分别与排气管和排液管螺纹连接；

所述气液收集模块包括花瓣式连接件、除液分离筒、除液螺旋流道；所述花瓣式连接件开四个花瓣式的通道，内部开有L型集气通道和L型集液通道其中两个通道分别与排气通道和排液通道相连通，两个L型通道内部各开有一段螺纹；所述除液分离筒与花瓣式连接件采用螺纹连接固定；所述除液螺旋流道内置于除液分离筒中，右端开有一段螺纹与花瓣式连接件螺纹连接；

所述除气分离筒左侧内壁含有一段螺纹，与花瓣式连接件螺纹连接；所述气液调控模块内置于除气分离筒中，左端的排气连接管和排液连接管采用螺纹连接固定在花瓣式连接件上。

本发明具有如下有益效果：本装置利用各相间密度差进行旋流分离，可实现对气相、溢流、底流的分离，气液两相混合液流过内置除气螺旋流道产生强旋流使得轻质气相及少部分油相入气液分离模块，采用重力沉降的方法将气相中的少部分油相与气体分离开，在气液调控模块的调控下，气相和油相分别从排气通道和排液通道排出，脱气后的油水混合液从气液分离圆筒外壁流入花瓣式连接件脱液孔，进而流入除液分离筒，经过除液螺旋流道再次产生强旋流使得轻质油相流入气液收集模块，轻质油相与气液调控模块分离出的油相汇合一起排出，重质相的水相从底流流出。

下面进行详细说明：

首先，该种间歇式气液旋流分离器外观结构简洁美观，在功能多用性方面具有创新性，能将气液两相混合液内含有的各相以单独的形式分离出来，并且整个分离过程依旧维持溢流液与底流液的高效分离。

其次，该种间歇式气液旋流分离器的气液调控在液位传感器的作用下通过交流电机和步进电机的合理控制使得气相和油相分别从排气通道和排液通道排出。

再次，该种往复间歇式旋流分离器通过梯形凹槽旋转套筒、凸轮之间相互作用，创新性的将凸轮机构与特性螺杆结合电机使用，通过控制电机正反转改变凸轮机构的旋转轴心，从而在不同含气量工况下动态调节通路有效过流面积以提高气液分离纯度。

然后，该种间歇式气液旋流器的花瓣式连接件一方面能连接除气分离筒和除液分离筒，另一方面还能够作为液相流入通道和集液、集气设备使用，具有很强的综合使用价值。

最后，该种间歇式气液旋流器创新性的将渐变式除气螺旋流道和除液螺旋流道配合使用，功能分工明确，设计巧妙。

综上所述，本发明提出的一种间歇式气液旋流分离装置，可以实现气液两相的完全分离，并且对于同为液相的水相和油相可以有效的进行分离，创新性的将两种规格的螺旋流道配合使用，将气相内包含的油相充分分离并且收集，使得排出气体内附带油相占比大大降低。同为液相的油相和水相经过除液螺旋流道后，在强旋流的作用下，能够有效的分离开。相比于其他的气液分离装置，该间歇式气液旋流分离装置增设了气液调控装置，含油气相在重力沉降室内分离，在液位传感器带动凸轮机构上下运动的控制下，能有力的保证分离后的气相中油相占比极低。以往的气液分离装置不能实现气液两相的完全分离，甚至对于液相的分离也没有达到完全分离的效果，但是本发明可以实现气相、溢流、底流的完全分离，并且整体装置结构不复杂，制造简便。

附图说明

图1为间歇式气液旋流分离器整体装配图。

图2为间歇式气液旋流分离器爆炸图。

图3为间歇式气液旋流分离器截面剖视图。

图4为气液分离模块装配图。

图5为气液分离模块爆炸图。

图6为气液调控模块装配图。

图7为气液调控模块爆炸图。

图8为气液调控模块剖视图。

图9为气液调控模块局部放大截面剖视图。

图10为气液分离圆筒外观图。

图11为气液分离圆筒截面剖视图。

图12为托盘电机连接图。

图13为Z型电机托盘结构图。

图14为气液调控模块局部连接示意图。

图15为气液调控模块局部连接剖视图。

图16为套筒凸轮连接示意图。

图17为梯形凹槽旋转套筒结构图。

图18为梯形凹槽旋转套筒截面剖视图。

图19为梯形连杆凸轮结构图。

图20为升降挡板结构图。

图21为凹型内板结构图。

图22为特性螺杆结构图。

图23为伸缩弹簧结构图。

图24为弹性套柱销联轴器结构图。

图25为封盖的结构图。

图26为气液收集模块爆炸图。

图27为除液螺旋流道剖视图。

图28为花瓣式连接件结构图。

图29为花瓣式连接件的截面剖视图

图30为气液调控装置初始时刻状态图

图31为气液调控装置运行对比图

图中1-气液分离模块，2-气液调控模块，3-气液收集模块，4-九孔封盘，401-圆心孔，402-进液孔，5-除气分离筒，6-渐变式除气螺旋流道，7-气液分离圆筒，701-圆孔气体流道，702-气液沉降室，703-气液调控室，704-排气通道，705-排液通道，706-定位圆孔，707-螺纹圆孔，708-圆孔螺纹槽，8-上液位传感器，9-下液位传感器，10-Z型电机托盘，101-电机托盘连接柱，102-托盘板，103-螺纹孔，11-交流电机，12-弹性套柱销联轴器，13-梯形凹槽旋转套筒，131-梯形凹槽，132-等距螺纹孔，133-丝杠通孔，134-圆螺纹孔，135-中心轴，14-液位控制器，15-步进电机，16-特性螺杆，161-键槽，17-梯形连杆凸轮，171-梯形块，172-凸轮圆柱，173-凸轮，174-螺纹通孔，175-近行程点，176-远行程点，18-升降挡板，181-驱动连杆，182-挡板定位块，183-挡板，19-伸缩弹簧，20-凹型内板，201-方形通槽，202-定位圆通孔，21-封盖，22-排气连接管，23-排液连接管，24-花瓣式连接件，241-L型集气通道，242-L型集液通道，243-左环形螺纹槽，244-右环形螺纹槽，25-除液分离筒，26-除液螺旋流道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本种间歇式气液旋流分离器整体装配图如图1所示，气液两相混合液从九孔封盘4上的8个进液孔402进入除气分离筒5内部分离，在除气分离筒5内部完成气液两相的完全分离，脱气后的油水混合液经过花瓣式连接件24进入除液分离筒25，在除液分离筒25内部完成油相和水相的分离，最终各相被排出并收集。间歇式气液旋流分离器爆炸图如图2所示，主要由气液调控模块2、九孔封盘4、除气分离筒5、渐变式螺旋流道6、花瓣式连接件24、除液分离筒25组成。图3为间歇式气液旋流分离器截面剖视图，气液两相混合液从九孔封盘4的进液孔402进入，经过渐变式除气螺旋流道6产生强旋流后，带有部分油相的气相从圆孔气体流道701进入气液沉降室702，经过重力沉降后，气相流入L型集气通道241后被排出外界，液相流入L型集液通道242后被排出外界，脱气后的油水混合液流入除液分离筒25内部，油相和水相在除液螺旋流道26的旋心力作用下被分离。油相进入L型集液通道242后被排出，水相流入排水孔251后被排出。图4为气液分离模块1装配图。气液分离模块1爆炸图如图5所示，主要由九孔封盘4、除气分离筒5、渐变式除气流道6组成，九孔封盘4与除气分离筒5之间采用螺纹连接，渐变式除气螺旋流道6内置于除气分离筒5内，与九孔封盘4的圆心孔401螺纹连接固定在一起。

图6为气液调控模块2的装配图，排气连接管22和排液连接管23分别与封盖21采用螺纹连接固定，封盖21与气液分离圆筒7采用螺纹连接固定。气液调控模块2爆炸图如图7所示，主要由气液分离圆筒7、上液位传感器8、下液位传感器9、Z型电机托盘10、交流电机11、弹性套柱销联轴器12、梯形凹槽旋转套筒13、液位控制器14、步进电机15、特性螺杆16、梯形连杆凸轮17、升降挡板18、伸缩弹簧19、凹型内板20、封盖21、排气连接管22、排液连接管23组成。图8为气液调控模块2截面剖视图，含有少量油相的油气混合物从圆孔气体流道701流入气液沉降室702进行重力沉降，在气液调控装置的调控下，轻质气相依次流入上方排气通道704，排气连接管22，重质油相依次流入排液通道705，排液连接管23。图9为气液调控模块2局部放大截面剖视图，交流电机11与弹性套柱销联轴器12连接，带动梯形凹槽旋转套筒13和梯形连杆凸轮17旋转，交流电机11正反转交互运行，以保证电线不会随着梯形凹槽旋转套筒13的旋转产生缠绕现象。初始时刻，升降挡板18在凸轮173的旋转和伸缩弹簧19的作用下做间歇运动，随着时间的推移，液相在气液沉降室内开始累积，液位上升，当液位到达下液位传感器9时，步进电机15无响应，液位保持上升状态，当液位到达上液位传感器8时，上液位传感器8发出信号给液位控制器14，步进电机15开始正转3圈，步进电机15带动特性螺杆16旋转，梯形连杆凸轮17在特性螺杆16的带动下，向上运动，此时，排液通道705全开，气液沉降室702内的液位开始下降，当液位高度降低到下液位传感器9时，下液位传感器9发出信号给液位控制器14，步进电机15开始反转3圈，梯形连杆凸轮17在特性螺杆16的带动下，向下运动，此时梯形连杆凸轮17回归初始位置，升降挡板18在梯形连杆凸轮17和伸缩弹簧19的控制下做间歇运动。其中，上液位传感器8的工作运行条件为从无液相状态转变为有液相状态，下液位传感器9的工作运行条件为从有液相状态转变为无液相状态。图10为气液分离圆筒7外观图。气液分离圆筒7截面剖视图如图11所示，主要结构有圆孔气体流道701，气液沉降室702，气液调控室703，排气通道704，排液通道705，定位圆孔706，螺纹圆孔707，圆孔螺纹槽708，左侧内壁开有一段螺纹与封盖21螺纹连接。托盘电机连接图如图12所示，交流电机11与Z型电机托盘10采用螺栓连接进行固定。图13为Z型电机托盘10结构图，主要结构有电机托盘连接柱101、托盘板102，四个螺纹孔103，电机托盘连接柱101与气液分离圆筒7上的螺纹圆孔707螺纹连接固定在一起，托盘板102起承载交流电机11的作用，托盘板102上开有4个螺纹孔103。图14为气液调控模块2局部连接示意图，步进电机15采用螺钉连接固定在梯形凹槽旋转套筒13的梯形凹槽131端面，梯形连杆凸轮17的凸轮圆柱172穿插在凹型内板20的方形通槽201中。图15为气液调控模块2局部连接剖视图，步进电机15与特性螺杆16之间采用键连接，梯形连杆凸轮17的内部结构梯形块171通过特性螺杆16进行孔配合，通过驱动连杆181与定位圆通孔202的孔配合实现凹型内板20与气液分离圆筒7内部结构定位圆孔706的相互定位，伸缩弹簧19套在驱动连杆181外表面，液位控制器14与梯形凹槽旋转套筒13的内部结构圆螺纹孔134螺纹连接。图16为套筒凸轮连接示意图，特性螺杆16穿插在丝杠通孔133内，梯形块171与特性螺杆16之间采用丝杠连接，梯形块171与梯形凹槽131结构尺寸相同，梯形连杆凸轮17从梯形凹槽131底部进行安装。图17为梯形凹槽旋转套筒13结构图，其内部含有梯形凹槽131，四个螺纹孔132，丝杠通孔133，圆螺纹孔134。图18为梯形凹槽旋转套筒13截面剖视图，内部结构有一中心轴135。图19为梯形连杆凸轮17结构图，主要结构有梯形块171，凸轮圆柱172，凸轮173，梯形块171内开有一螺纹通孔174，凸轮173在伸缩弹簧19的作用下时刻保持与升降挡板18的接触。图20为升降挡板18结构图，主要结构有驱动连杆181、挡板定位块182、挡板183，驱动连杆181与定位圆通孔202和定位圆孔706孔配合，挡板定位块182与方形通槽201滑道配合实现上下往复运动，挡板183控制排液通道705的有效过流量。图21为凹型内板结构图，其内部开有方形通槽201，定位圆通孔202。图22为特性螺杆16结构图，上端面开有一键槽161与步进电机15键连接在一起。图23为伸缩弹簧19结构图。

图24为弹性套柱销联轴器12结构图，左端连接梯形凹槽旋转套筒13的中心轴，右端连接交流电动机11的中心轴。图25为封盖21的结构图，其外壁开有一段螺纹，与气液分离圆筒7螺纹连接，其端面开有两个圆通孔，两圆孔内均有一段螺纹分别与排气连接管22和排液连接管23螺纹连接。图26为气液收集模块3爆炸图，主要由花瓣式连接件24、除液分离筒25、除液螺旋流道26组成。除液螺旋流道26截面剖视图如图27所示，内部开有一圆通孔，溢流液通过圆通孔排出，右侧开有一段螺纹与花瓣式连接件24螺纹连接。图28为花瓣式连接件24结构图，主要结构有四个类花瓣的通道，以供混合液相从除气分离筒5流至除液分离筒25。图29为花瓣式连接件24的截面剖视图，主要结构有L型集气通道241，L型集液通道242，左环形螺纹槽243，右环形螺纹槽244，L型集气通道241内开有一段螺纹与排气连接管22螺纹连接，气液分离模块1分离出的气相从L型集气通道241排出，L型集液通道242内开有一段螺纹与排液连接管23螺纹连接，气液分离模块1分离出的油相和气液收集模块3分离出的油相汇合后从L型集液通道242排出，左环形螺纹槽243与除气分离筒5螺纹连接固定在一起，右环形螺纹槽244与除液分离筒25螺纹连接固定在一起。图30为气液调控装置初始时刻状态图，初始时刻，梯形连杆凸轮17的内部结构凸轮173的近行程点175与升降挡板18接触，此时排液通道705全开。图31为气液调控装置运行对比图，梯形连杆凸轮17的内部结构凸轮173的远行程点176与升降挡板18接触，在凸轮173的作用下使得升降挡板18向下运动，此时挡板183完全进入排液通道705，排液通道705完全关闭。

本发明所提出的一种间歇式气液旋流分离器，可进行气液两相的完全分离和油相和水相的有效分离，相比较常规的气液旋流分离器，创新性的将渐变式除气螺旋流道和除液螺旋流道相配合使用，在渐变式除气螺旋流道的作用下之后再经过重力沉降的方法，有效的使得排出的气相内部含液量极少，步进电机在液位传感器的调控下，气相和油相分别流入排气管道和排液管道，创新性的利用凸轮的间歇作用来调控升降挡板，花瓣式连接件一方面能起到连接除气分离筒和除液分离筒的同时，另一方面还能够作为液相流入通道和集液、集气设备使用，具有很强的综合使用价值。因此整个装置功能强大可实现一机多用，具有很强的实用价值。

Claims (1)

1.一种间歇式气液旋流分离器，包括气液分离模块（1），其特征在于：

所述分离器还包括气液调控模块（2）和气液收集模块（3）；

所述气液调控模块（2）包括气液分离圆筒（7）、上液位传感器（8）、下液位传感器（9）、Z型电机托盘（10）、交流电机（11）、弹性套柱销联轴器（12）、梯形凹槽旋转套筒（13）、液位控制器（14）、步进电机（15）、特性螺杆（16）、梯形连杆凸轮（17）、升降挡板（18）、伸缩弹簧（19）、凹型内板（20）、封盖（21）、排气连接管（22）以及排液连接管（23）；所述气液分离圆筒（7）内置于除气分离筒（5）中，其左侧开有一段螺纹与封盖（21）螺纹连接，气液分离圆筒自右向左含有圆孔气体流道（701）、气液沉降室（702）、气液调控室（703），其中气液调控室（703）上方和下方各开有排气通道（704）和排液通道（705），底部开有一定位圆孔（706）与排液通道（705）相通，右侧壁开有一螺纹圆孔（707）；气液沉降室（702）左侧壁含有两个圆孔螺纹槽（708），分别位于排气通道（704）下方和排液通道（705）上方；圆孔气体流道（701）与气液沉降室（702）相连通；所述上液位传感器（8）和下液位传感器（9）底部开有一段螺纹，与气液沉降室（702）左侧圆孔螺纹槽（708）螺纹连接；所述Z型电机托盘（10）右端电机托盘连接柱（101）开有一段螺纹，与螺纹圆孔（707）通过螺纹连接固定，托盘板（102）开有四个螺纹孔（103）；所述交流电机（11）通过四个螺钉固定在托盘板（102）上；所述梯形凹槽旋转套筒（13）的梯形凹槽（131）上端面含有四个圆周等距螺纹孔（132）和一个丝杠通孔（133），筒壁开有一圆螺纹孔（134），套筒内部含有一中心轴（135）；其中所述弹性套柱销联轴器（12）左右两端分别连接梯形凹槽旋转套筒中心轴（135）和交流电机（11）；所述液位控制器（14）左端开有一段螺纹，与圆螺纹孔（134）螺纹连接；所述步进电机（15）通过四个螺钉固定在梯形凹槽（131）上端面，其中步进电机（15）、液位控制器（14）、上液位传感器（8）、下液位传感器（9）采用电线相连；所述特性螺杆（16）上端面开有键槽（161），通过键连接与步进电机（15）连接；所述梯形连杆凸轮（17）的梯形块（171）开有螺纹通孔（174），与特性螺杆（16）螺纹连接，凸轮圆柱（172）穿插在凹型内板（20）的方形通槽（201）中，凸轮圆柱（172）右端带有凸轮（173）；所述升降挡板（18）放置于伸缩弹簧（19）之上，其中伸缩弹簧（19）套在驱动连杆（181）上，驱动连杆（181）穿在定位圆孔（706）内；所述凹型内板（20）两侧壁各开有方形通槽（201），底部开有定位圆通孔（202），与驱动连杆（181）采用孔配合固定；所述封盖（21）与气液分离圆筒（7）采用螺纹连接固定，封盖端面开有两个螺纹孔，分别与排气连接管（22）和排液连接管（23）螺纹连接；

所述气液收集模块（3）包括花瓣式连接件（24）、除液分离筒（25）、除液螺旋流道（26）；所述花瓣式连接件（24）开有四个花瓣式的通道，内部开有L型集气通道（241）和L型集液通道（242）L型集气通道（241）和L型集液通道（242）分别与排气通道（704）和排液通道（705）相连通，两个L型通道内部各开有一小段螺纹，花瓣式连接件（24）中部左右两侧壁各开有左环形螺纹槽（243）、右环形螺纹槽（244）；所述除液分离筒（25）与花瓣式连接件（24）采用螺纹连接固定；所述除液螺旋流道（26）内置于除液分离筒（25）中，右端开有一段螺纹与花瓣式连接件螺纹连接，左端开有一排水孔（251）；

所述气液分离模块（1）包括九孔封盘（4）、除气分离筒（5）、渐变式除气螺旋流道（6）；所述九孔封盘（4）开有8个进液孔（402）圆周分布在其上，圆心孔（401）上开有一段螺纹，与渐变式除气螺旋流道（6）螺纹连接；所述除气分离筒（5）左端与花瓣式连接件（24）螺纹连接，右端与九孔封盘（4）螺纹连接；所述渐变式除气螺旋流道（6）内置于除气分离筒中，右端与九孔封盘（4）螺纹连接；

所述除气分离筒（5）左侧内壁含有一段螺纹，与花瓣式连接件（24）螺纹连接；所述气液调控模块（2）内置于除气分离筒（5）中，左端的排气连接管（22）和排液连接管（23）采用螺纹连接固定在花瓣式连接件（24）上。

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