CN112892001B - 微气泡轴流和旋流双场三级管式t型脱气装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微气泡轴流和旋流双场三级管式T型脱气装置，应用于气液两相流快速脱气。该三级管式T型脱气装置采用微气泡均混旋转轴流场和螺旋流道锥状旋流场与分层射流碰撞换向深度脱气相结合的快速脱气技术，微气泡均混器将含有大气泡的气液两相流调整为微气泡均混轴流，微气泡造旋器将微气泡均混轴流调整为含有微气泡的分股旋转轴流，旋转轴流脱气器实施卧式微气泡均混分股旋转轴流脱气作业，脱除大部分微气泡而形成轴流气体和轴流液体，锥状旋流脱气器实施立式螺旋流道单股锥状旋流脱气作业，脱除剩余少量微气泡而形成旋流气体和旋流液体，射流换向脱气器实施立式分层射流碰撞换向脱气作业，脱除小粒径液滴而形成换向气体和换向液体。

Description

微气泡轴流和旋流双场三级管式T型脱气装置

技术领域

本发明涉及一种油气田开发与开采工程领域管式快速脱气装置，特别是涉及一种微气泡均混旋转轴流场和螺旋流道锥状旋流场组合的双场三级管式T型脱气装置及其作业流程。

背景技术

气液两相流高效分离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。

常规气液分离技术是采用容器式分离器或者容器式凝析液捕集器，容器式分离器主要依靠气液两相密度差进行重力分离，分离时的停留时间较长，设备体积和占地面积较大，且分离效率较低，已不能满足当前较高油气分离效率的需求。

Fliance等设计了有螺旋型壁面的气液分离水力旋流器，气液分离水力旋流器与传统容积式分离器相比，具有结构简单紧凑、能耗较低、设备体积小和重量轻、操作简便等优点，且从环境和安全等方面考虑，可以明显降低烃的残留量。其中，英国石油公司研制的油气分离用水力旋流器具有极高的除气效率，且大大高于常规的重力分离器，气体体积含量占64％的原油经该水力旋流器一次分离，含气量可降至5％，且排出的气体中含油量较低。

Movafaghian等开展了有关柱状气液分离器的几何结构、物料特性、压力因素等研究工作，柱状气液分离器(GLCC)属于旋流式气液分离器，且其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面爬升，最终旋出升气管，造成分离性能的恶化。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。

发明内容

为了克服现有油气田开发与开采工程容器式、柱状和水力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气液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气液两相流快速脱气用的微气泡轴流和旋流双场三级管式T型脱气装置。该三级管式T型脱气装置采用微气泡均混旋转轴流场和螺旋流道锥状旋流场与分层射流碰撞换向深度脱气相结合的快速脱气技术，依次实施卧式微气泡均混分股旋转轴流脱气作业、立式螺旋流道单股锥状旋流脱气作业和立式分层射流碰撞换向脱气作业，具备快速脱气、气中含液率低、设备占地面积小和重量轻等特点，有效解决气液两相流的快速脱气问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是开发一种微气泡轴流和旋流双场三级管式T型脱气装置，主要由微气泡均混器、微气泡造旋器、旋转轴流脱气器、锥状旋流脱气器和射流换向脱气器组成，旋转轴流脱气器、锥状旋流脱气器和射流换向脱气器的材质选用超级双向不锈钢且内衬金属陶瓷，微气泡均混器、微气泡造旋器和旋转轴流脱气器通过法兰连接由左至右依次同轴心布置，射流换向脱气器和锥状旋流脱气器自上而下同轴心布置，同时依据轴流排液三通管的三个管段端部的法兰盘将旋转轴流脱气器、锥状旋流脱气器和射流换向脱气器连为一体，且旋转轴流脱气器同时与锥状旋流脱气器和射流换向脱气器垂直相交布置，使得整个三级管式T型脱气装置呈现T型管式构造。

微气泡均混器依据分层排列的微气泡发生圆板及其上的变径微孔将含有大气泡的气液两相流调整为微气泡均混轴流，它包括均混管体和微气泡发生圆板。

均混管体采用变截面柱管和锥管组合管体且其两端设置法兰盘，均混管体由柱状均混管段和锥状集输管段组成，柱状均混管段的内管壁采用变径回转面，柱状均混管段的相邻变径回转面结合处形成轴肩并实现微气泡发生圆板的轴向定位。均混管体的锥状集输管段内管壁和外管壁采用相同锥度的锥面，且锥状集输管段的内管壁所在锥面的小端圆面直径等于造旋管体的内径、轴流柱管体的内径和轴流水平排液管的内径，微气泡均混轴流在柱状均混管段的管腔内短暂缓冲后经由锥状集输管段不断调压并集输至造旋管体。

微气泡发生圆板采用等厚度的超级双向不锈钢板，微气泡发生圆板沿均混管体轴向等间距且同轴心分层排列，微气泡发生圆板的外环面与柱状均混管段的变径回转面所在柱面之间采用过盈配合，由此微气泡发生圆板依据过盈配合固定于均混管体的管腔。微气泡发生圆板沿其径向设有分层布置的变径微孔，每层变径微孔层间交错排列，各层变径微孔沿周向均匀分布，每个变径微孔沿均混管体轴向由两个锥状流道和一个柱状流道组成，且变径微孔的左侧锥状流道所在锥面的锥高大于其右侧锥状流道所在锥面的锥高。

微气泡造旋器依据鼠笼式排列的微气泡螺旋齿轮将微气泡均混轴流调整为含有微气泡的分股旋转轴流，它包括造旋管体、微气泡螺旋齿轮和造旋仿锥体。

造旋管体采用卧式等径短管且其两端设置法兰盘，造旋管体通过法兰连接将均混管体和轴流柱管体连为一体。

造旋仿锥体与造旋管体同轴心布置并包含椭球形引流体、柱形齿轮体和锥形导流体，椭球形引流体采用半椭圆球面并将微气泡均混轴流顺利引流至螺旋齿轮槽内，柱形齿轮体采用圆柱面且沿其周向均匀焊接有微气泡螺旋齿轮，锥形导流体采用圆锥面并将分股旋转轴流顺利导流至轴流柱管体的管腔。

微气泡螺旋齿轮由沿造旋仿锥体的柱形齿轮体呈鼠笼式均匀排列的微气泡螺旋齿构成，微气泡螺旋齿的齿线为沿柱形齿轮体所在柱面展开的螺旋线，且微气泡螺旋齿的齿线所在螺旋线的螺距沿造旋仿锥体轴向逐渐增大，微气泡螺旋齿垂直于其齿线的横截面呈梯形，各微气泡螺旋齿的齿线起始点处的切线与造旋仿锥体的轴线保持平行且其齿线终止点处的切线与造旋仿锥体的轴线倾斜交错布置。微气泡螺旋齿轮沿造旋仿锥体径向的外齿面采用圆柱面，且微气泡螺旋齿轮的外齿面所在柱面与造旋管体的内管壁之间采用过盈配合，由此微气泡螺旋齿轮依据过盈配合固定于造旋管体的管腔。微气泡螺旋齿之间形成螺旋齿轮槽，螺旋齿轮槽作为微气泡均混轴流提速和换向的流道，螺旋齿轮槽垂直于微气泡螺旋齿齿线的横截面面积沿造旋仿锥体轴向不断减小。

旋转轴流脱气器实施卧式微气泡均混分股旋转轴流脱气作业，脱除气液两相流携带的大部分微气泡而形成轴流气体和轴流液体，并依据旋转轴流叶轮将处于水平旋转状态的轴流液体调整为水平匀速轴流，它包括轴流柱管体、旋转轴流叶轮、轴流排液三通管和轴流排气管。

轴流柱管体采用卧式等径粗长管且其内形成微气泡均混旋转轴流场，轴流柱管体的两端设置法兰盘；轴流排气管采用卧式等径细长管并作为轴流气体的汇集和排出流道，轴流排气管的右侧端车制密封性外管螺纹且其左侧端铣有轴流锥状坡口，从而将轴流液体顺利导引至旋转轴流叶轮。轴流排液三通管采用三通式粗管并由轴流水平排液管、轴流上垂排液管和轴流下垂排液管三个联通管段组成，轴流排液三通管的三个管段端部均设置法兰盘并通过法兰连接将轴流柱管体、螺旋流锥管体和换向缓冲柱管体连为一体。轴流上垂排液管和轴流下垂排液管的内径相等并同时与轴流水平排液管垂直相交布置，且轴流水平排液管与轴流排气管同轴心布置并构成水平双管腔排液流道，轴流上垂排液管与气流汇集管同轴心布置并构成上垂双管腔缓冲流道，轴流下垂排液管与旋流排气管同轴心布置并构成下垂双管腔排液流道。

旋转轴流叶轮由沿轴流排气管外环面均匀布置的旋转轴流叶片构成，旋转轴流叶片的叶面采用平面和曲面的组合面，旋转轴流叶片的叶面左侧和右侧均采用平面，且旋转轴流叶片的叶面左侧面和右侧面所在平面同时与轴流排气管的轴线保持平行，旋转轴流叶轮沿轴流柱管体径向的内侧通过圆周焊固定于轴流排气管上且其外侧依据过盈配合内嵌至轴流柱管体的右侧管腔。旋转轴流叶片之间形成旋转轴流叶槽，旋转轴流叶槽作为轴流液体调整流动方向的流道。

卧式微气泡均混分股旋转轴流脱气作业流程为，气液两相流进入均混管体并流经分层排列的微气泡发生圆板而调整为微气泡均混轴流，而后微气泡均混轴流经造旋仿锥体引流至鼠笼式排列的微气泡螺旋齿轮，螺旋齿轮槽内微气泡均混轴流不断提速和换向并调整为分股旋转轴流；紧接着，分股旋转轴流向右斜切入轴流柱管体的管腔，微气泡均混旋转轴流场内分股旋转轴流沿水平方向不断快速旋转，且朝右旋转推进过程中液相流体逐渐甩向管壁并形成轴流液体，轴流液体经轴流锥状坡口进入旋转轴流叶轮并由旋转轴流叶槽调整为水平匀速轴流，最后轴流液体流经轴流排液三通管的水平双管腔排液流道并由上垂双管腔缓冲流道进行缓冲后通过下垂双管腔排液流道排出，与此同时，大部分的微气泡逐渐运移至轴流柱管体的中央部位并拉伸破裂而汇聚成细长柱状的轴流气体，轴流气体经轴流排气管不断聚合后排出。

锥状旋流脱气器实施立式螺旋流道单股锥状旋流脱气作业，脱除轴流液体携带的剩余少量微气泡而形成旋流气体和旋流液体，且依据旋流叶轮将处于垂向旋转状态的旋流液体调整为垂向均匀流，它包括螺旋流锥管体、旋流进液圆板、旋流排液管、旋流集气管、旋流排气管和旋流叶轮。

螺旋流锥管体采用立式变径厚壁粗管，螺旋流锥管体的上端铣有拱形供液槽，拱形供液槽沿周向均匀布置，拱形供液槽沿径向的内槽面和外槽面采用不同直径的圆拱面且其沿周向的两侧槽面均采用半圆柱面，拱形供液槽沿径向的外槽面所在圆拱面直径等于轴流上垂排液管的内径、轴流下垂排液管的内径和换向缓冲柱管体的内径。螺旋流锥管体的内管壁自上而下依次铣有螺旋式流道、锥状旋流道和柱状旋流道，螺旋式流道、锥状旋流道和柱状旋流道的轴向高度依次降低且其内形成螺旋流道锥状旋流场，螺旋流锥管体的螺旋式流道各截面中心点所构成的中心线采用变螺距的螺旋线，螺旋式流道垂直于其中心线的横截面呈半圆面，且垂直于螺旋式流道中心线的横截面所在圆面的面积自上而下逐渐增大而其横截面所在圆面的中心点至螺旋流锥管体轴线之间的距离自上而下不断减小，由此螺旋式流道整体呈现倒锥状。螺旋式流道位于顶端的流道与各拱形供液槽保持联通，且螺旋式流道位于底端的流道与锥状旋流道相结合，锥状旋流道的管道壁所在锥面的小端圆面直径等于柱状旋流道的管道壁所在柱面的直径。

旋流进液圆板采用圆形钢板且其板体上铣有拱形输液槽，拱形输液槽实现螺旋流锥管体的拱形供液槽与轴流排液三通管之间的联通，拱形输液槽与拱形供液槽的横截面形状和大小均保持一致。旋流进液圆板的中央部位设有下管状凸台，且下管状凸台的上下两端车制密封性内管螺纹，由此旋流进液圆板通过螺纹连接将旋流集气管和旋流排气管连为一体。

旋流排液管采用立式等径粗短管，旋流排液管的两端设置法兰盘并通过法兰连接固定于螺旋流锥管体的底部，旋流集气管和旋流排气管分别采用立式等径细短管和细长管，旋流集气管的下端铣有旋流锥状坡口且其上端车制密封性外管螺纹，旋流排气管的两端车制密封性外管螺纹，旋流集气管、旋流排气管、气流汇集管和气流输送管由下至上依次同轴心布置且四个管段的内径相等。

旋流叶轮内嵌于旋流排液管的管腔下部，旋流叶轮依次由导旋流盖、旋流杆和旋流叶片组合焊接而成，导旋流盖采用中心封闭的锥状壳体并将高速旋转的旋流液体导入各旋流叶片，旋流叶片采用平板状叶片并沿旋流杆的外环面均匀布置，旋流叶片沿径向的内侧通过圆周焊固定于旋流杆上且其外侧依据过盈配合固定于旋流排液管的内管壁。

立式螺旋流道单股锥状旋流脱气作业流程为，轴流液体经轴流排液三通管并由拱形输液槽和拱形供液槽流入螺旋流道锥状旋流场，螺旋式流道的流道截面不断收缩使得轴流液体高速旋转并形成单股锥状旋流，而后进入锥状旋流道且角动量迅速增大，单股锥状旋流的旋转速度进一步提升并在柱状旋流道内停留短暂时间，朝下高速旋转过程中液相流体逐渐甩向管壁并形成旋流液体，旋流液体经导旋流盖导入旋流叶轮并由各旋流叶片调整为垂向均匀流，最后旋流液体经由旋流排液管排出，与此同时，剩余的少量微气泡逐渐运移至螺旋流锥管体的中央部位并反向上升汇聚成旋流气体，旋流气体经旋流集气管捕捉和不断聚合后由旋流排气管排出。

射流换向脱气器实施立式分层射流碰撞换向脱气作业，脱除轴流气体和旋流气体携带的小粒径液滴而形成换向气体和换向液体，并通过换向缓冲柱管体实现换向气体流压和换向液体流压之间的动态平衡，它包括液流分隔盘、换向缓冲柱管体、气流汇集管、气流输送管、射流嘴、换向排液管和三通管接头。

液流分隔盘采用圆形钢板且其中央部位设有上管状凸台，上管状凸台的上下两端车制密封性内管螺纹，由此液流分隔盘通过螺纹连接将气流汇集管和气流输送管连为一体。三通管接头采用三通管体，且三通管接头的三个管段内管壁车制密封性内管螺纹并通过螺纹连接将轴流排气管、气流汇集管和旋流排气管连为一体。

换向缓冲柱管体采用立式等径粗长管且其两端设置法兰盘，换向缓冲柱管体的管体下部钻有圆孔并通过圆周焊固定换向排液管，换向排液管采用等径细长管且水平布置，换向缓冲柱管体和气流输送管同轴心布置并构成垂向双管腔换向流道，换向缓冲柱管体的管腔上方换向气体的压力和垂向双管腔换向流道内换向液体的液柱压力之和等于换向排液管内换向液体的流压。

气流汇集管和气流输送管分别采用立式等径细短管和细长管，气流汇集管的两端车制密封性外管螺纹并将轴流气体和旋流气体汇集成一股混合气流，气流输送管的下端车制密封性外管螺纹且其上部设有沿轴向分层排列的射流嘴，各层射流嘴水平放置并沿周向均匀分布，各射流嘴通过圆周焊固定于气流输送管的管体上。射流嘴的外壁采用柱面而其内壁则由柱面和锥面组合而成，且射流嘴内壁的柱面和锥面沿径向由内而外布置，由此轴流气体和旋流气体汇集成的一股混合气流经射流嘴分流成分股混合气流，且射流嘴内分股混合气流的流道面积逐渐增大而流压则不断下降。

立式分层射流碰撞换向脱气作业流程为，轴流气体和旋流气体经气流汇集管汇集成一股混合气流并由气流输送管输送至射流嘴，而后一股混合气流通过射流嘴实现分流并形成分股混合气流，射流嘴内流道面积逐渐增大而流压则不断下降，而后分股混合气流同时射入换向缓冲柱管体且换向后脱除气流携带的小粒径液滴而分离形成换向气体和换向液体，分离后的换向气体沿换向缓冲柱管体的内管壁上升并排出，而换向液体则落入垂向双管腔换向流道进一步缓冲和分离，最后经由换向排液管排出，与此同时，换向缓冲柱管体实现换向气体流压和换向液体流压之间的动态平衡。

本发明所能达到的技术效果是，该三级管式T型脱气装置采用微气泡均混旋转轴流场和螺旋流道锥状旋流场与分层射流碰撞换向深度脱气相结合的快速脱气技术，具备快速脱气、气中含液率低、设备占地面积小和重量轻等特点；微气泡均混器依据分层排列的微气泡发生圆板及其上的变径微孔将含有大气泡的气液两相流调整为微气泡均混轴流，微气泡造旋器依据鼠笼式排列的微气泡螺旋齿轮将微气泡均混轴流调整为含有微气泡的分股旋转轴流，旋转轴流脱气器实施卧式微气泡均混分股旋转轴流脱气作业，脱除气液两相流携带的大部分微气泡而形成轴流气体和轴流液体，并依据旋转轴流叶轮将处于水平旋转状态的轴流液体调整为水平匀速轴流，锥状旋流脱气器实施立式螺旋流道单股锥状旋流脱气作业，脱除轴流液体携带的剩余少量微气泡而形成旋流气体和旋流液体，且依据旋流叶轮将处于垂向旋转状态的旋流液体调整为垂向均匀流，射流换向脱气器实施立式分层射流碰撞换向脱气作业，脱除轴流气体和旋流气体携带的小粒径液滴而形成换向气体和换向液体。

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微气泡轴流和旋流双场三级管式T型脱气装置典型结构简图。

图2是微气泡轴流和旋流双场三级管式T型脱气装置中的微气泡均混器的结构简图。

图3是微气泡轴流和旋流双场三级管式T型脱气装置中的微气泡造旋器的结构简图。

图4是微气泡造旋器中的微气泡螺旋齿轮和造旋仿锥体的结构简图。

图5是微气泡轴流和旋流双场三级管式T型脱气装置中的旋转轴流脱气器的结构简图。

图6是旋转轴流脱气器中的旋转轴流叶轮和轴流排气管的结构简图。

图7是微气泡轴流和旋流双场三级管式T型脱气装置中的锥状旋流脱气器的结构简图。

图8是锥状旋流脱气器中的旋流进液圆板的结构简图。

图9是锥状旋流脱气器中的螺旋流锥管体、旋流排液管和旋流叶轮的结构简图。

图10是微气泡轴流和旋流双场三级管式T型脱气装置中的射流换向脱气器的结构简图。

图11是微气泡轴流和旋流双场三级管式T型脱气装置的卧式微气泡均混分股旋转轴流脱气作业流程简图。

图12是微气泡轴流和旋流双场三级管式T型脱气装置的立式螺旋流道单股锥状旋流脱气作业流程简图。

图13是微气泡轴流和旋流双场三级管式T型脱气装置的立式分层射流碰撞换向脱气作业流程简图。

图中1－微气泡均混器，2－微气泡造旋器，3－旋转轴流脱气器，4－锥状旋流脱气器，5－射流换向脱气器，6－微气泡发生圆板，7－均混管体，8－锥状集输管段，9－柱状均混管段，10－变径微孔，11－造旋管体，12－造旋仿锥体，13－微气泡螺旋齿轮，14－椭球形引流体，15－柱形齿轮体，16－锥形导流体，17－螺旋齿轮槽，18－微气泡螺旋齿，19－轴流柱管体，20－旋转轴流叶轮，21－轴流排气管，22－轴流排液三通管，23－轴流上垂排液管，24－轴流下垂排液管，25－轴流水平排液管，26－轴流锥状坡口，27－旋转轴流叶槽，28－旋转轴流叶片，29－旋流排气管，30－旋流集气管，31－旋流进液圆板，32－螺旋流锥管体，33－旋流排液管，34－旋流叶轮，35－拱形输液槽，36－下管状凸台，37－拱形供液槽，38－螺旋式流道，39－锥状旋流道，40－柱状旋流道，41－旋流杆，42－旋流叶片，43－导旋流盖，44－射流嘴，45－换向缓冲柱管体，46－气流输送管，47－换向排液管，48－液流分隔盘，49－气流汇集管，50－三通管接头，51－垂向双管腔换向流道，52－上管状凸台。

具体实施方式

在图1中，微气泡轴流和旋流双场三级管式T型脱气装置由微气泡均混器1、微气泡造旋器2、旋转轴流脱气器3、锥状旋流脱气器4和射流换向脱气器5组成，它采用微气泡均混旋转轴流场和螺旋流道锥状旋流场与分层射流碰撞换向脱气相结合的快速脱气技术，依次实施卧式微气泡均混分股旋转轴流脱气作业、立式螺旋流道单股锥状旋流脱气作业和立式分层射流碰撞换向脱气作业，射流换向脱气器5的换向缓冲柱管体通过法兰盘连接至输气管汇并将脱气后的换向气体增压后外输，锥状旋流脱气器4的旋流排液管以及射流换向脱气器5的换向排液管通过法兰盘连接至输液管汇并分别将脱气后的旋流液体和换向液体增压后外输。

在图1中，微气泡均混器1、微气泡造旋器2和旋转轴流脱气器3通过法兰连接由左至右依次同轴心布置，射流换向脱气器5和锥状旋流脱气器4自上而下同轴心布置，同时依据旋转轴流脱气器3轴流排液三通管的三个管段端部的法兰盘将旋转轴流脱气器3、锥状旋流脱气器4和射流换向脱气器5连为一体，且旋转轴流脱气器3同时与锥状旋流脱气器4和射流换向脱气器5垂直相交布置，使得整个三级管式T型脱气装置呈现T型管式构造。

在图1中，该三级管式T型脱气装置调试时，首先进行气密性试验以及液压试验，试验过程中的压力需达到设计压力的1.25倍，而后检查管道线路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，检查旋转轴流脱气器3的轴流柱管体和轴流排液三通管、锥状旋流脱气器4的螺旋流锥管体以及射流换向脱气器5的换向缓冲柱管体内是否有异物堆积和锈蚀；检查旋转轴流脱气器3的旋转轴流叶轮以及锥状旋流脱气器4的旋流叶轮表面是否有锈蚀，锈蚀厚度超过2mm时，需要进行更换；检查微气泡造旋器2的微气泡螺旋齿轮以及锥状旋流脱气器4的螺旋式流道的污垢，厚度大于3mm时，需要进行冲洗；此外，微气泡均混器1的微气泡发生圆板及其上的变径微孔需要定期清洗。

在图2中，微气泡均混器1依据分层排列的微气泡发生圆板6及其上的变径微孔10将含有大气泡的气液两相流调整为微气泡均混轴流，微气泡发生圆板6的数量和间距以及变径微孔10的数量和孔径均需要依据气液两相流的流压、流速、粘度等物性参数进行调整，均混管体7的容积依据气液两相流的流量进行设计。

在图2中，均混管体7由锥状集输管段8和柱状均混管段9组成，微气泡发生圆板6沿均混管体7轴向等间距且同轴心分层排列，微气泡发生圆板6依据过盈配合固定于柱状均混管段9的管腔，微气泡发生圆板6设有沿其径向分层布置的变径微孔10。

在图3和图4中，微气泡造旋器2依据鼠笼式排列的微气泡螺旋齿轮13将微气泡均混轴流调整为含有微气泡的分股旋转轴流，微气泡螺旋齿18的齿线所在螺旋线的螺距以及螺旋齿轮槽17垂直于微气泡螺旋齿18齿线的横截面面积均需要依据微气泡均混轴流的粘度、流压、密度等物性参数进行调整，微气泡螺旋齿轮13的外齿面所在柱面直径与造旋管体11的内径保持一致且其规格设计需要考虑微气泡均混轴流的流量、流压等因素。

在图3和图4中，造旋管体11通过法兰连接将均混管体7和旋转轴流脱气器3的轴流柱管体连为一体，微气泡螺旋齿轮13依据过盈配合固定于造旋管体11的管腔，造旋仿锥体12与造旋管体11同轴心布置且造旋仿锥体12包含椭球形引流体14、柱形齿轮体15和锥形导流体16，微气泡螺旋齿18间形成螺旋齿轮槽17并作为微气泡均混轴流提速和换向的流道。

在图5和图6中，旋转轴流脱气器3脱除气液两相流携带的大部分微气泡而形成轴流气体和轴流液体，微气泡均混旋转轴流场内分股旋转轴流的流速依据微气泡螺旋齿18的齿线所在螺旋线的螺距、螺旋齿轮槽17垂直于微气泡螺旋齿18齿线的横截面面积、轴流柱管体19的轴向长度等参数进行调整，轴流柱管体19的管径和轴流水平排液管25的管径保持一致，旋转轴流叶轮20的旋转轴流叶片28数量依据轴流液体的粘度、流压、密度等物性参数进行调整，轴流气体的流量通过调整轴流排气管21的管径来实现，轴流液体的流量则通过调整轴流排液三通管22的管径来实现。

在图5和图6中，轴流柱管体19通过法兰连接与轴流排液三通管22的轴流水平排液管25连为一体，且轴流柱管体19同时与轴流上垂排液管23和轴流下垂排液管24垂直相交布置，旋转轴流叶轮20通过圆周焊固定于轴流排气管21且依据过盈配合内嵌至轴流柱管体19的右侧管腔，旋转轴流叶片28之间形成旋转轴流叶槽27并作为轴流液体调整流动方向的流道，且轴流锥状坡口26将轴流液体顺利导引至旋转轴流叶轮20。

在图7～图9中，锥状旋流脱气器4脱除轴流液体携带的剩余少量微气泡而形成旋流气体和旋流液体，螺旋式流道38的螺距变化情况以及垂直于螺旋式流道38中心线的横截面所在圆面的面积依据轴流液体的粘度、流压、密度等物性参数进行调整，且螺旋流道锥状旋流场内轴流液体的流速依据垂直于螺旋式流道38中心线的横截面所在圆面的中心点至螺旋流锥管体32轴线之间的距离、锥状旋流道39的锥度和轴向高度、柱状旋流道40的轴向高度等参数进行调整，旋流气体的流量通过调整旋流排气管29和旋流集气管30的管径来实现，旋流液体的流量及其液中含气率则通过调整旋流排液管33的管径及其轴向高度来实现，导旋流盖43的锥状壳体所在锥面的锥度设计需要考虑旋流液体的流量、流压、粘度等物性参数。

在图7～图9中，螺旋流锥管体32通过法兰连接与旋流进液圆板31和旋流排液管33连为一体，旋流排气管29和旋流集气管30通过螺纹连接固定于旋流进液圆板31的下管状凸台36上，旋流叶片42和导旋流盖43通过圆周焊固定于旋流杆41上且旋流叶轮34依据过盈配合固定于旋流排液管33的内管壁，螺旋流锥管体32的内管壁自上而下依次铣有螺旋式流道38、锥状旋流道39和柱状旋流道40，拱形输液槽35和拱形供液槽37实现轴流排液三通管22和螺旋流锥管体32之间的联通。

在图10中，射流换向脱气器5脱除轴流气体和旋流气体携带的小粒径液滴而形成换向气体和换向液体，换向气体的流量及其气中含液率通过调整垂向双管腔换向流道51的容积以及射流嘴44的型号和数量来实现，换向液体的流量及其液中含气率则通过调整垂向双管腔换向流道51的容积和气流输送管46的轴向长度来实现，换向排液管47的管径选型需要考虑换向液体的流量、流压等因素。

在图10中，轴流排液三通管22通过法兰连接将轴流柱管体19、螺旋流锥管体32和换向缓冲柱管体45连为一体，气流输送管46和气流汇集管49通过螺纹连接固定于液流分隔盘48的上管状凸台52上，且三通管接头50通过螺纹连接将轴流排气管21、气流汇集管49和旋流排气管29连为一体，各射流嘴44通过圆周焊固定于气流输送管46上并使一股混合气流分流成分股混合气流，换向排液管47通过圆周焊固定于换向缓冲柱管体45上。

在图11中，卧式微气泡均混分股旋转轴流脱气作业流程为，气液两相流进入均混管体7，流经变径微孔10的左侧锥状流道后流压不断增加，且变径微孔10的柱状流道将大气泡分割成微气泡，而后经变径微孔10的右侧锥状流道射出，由此含有大气泡的气液两相流由分层排列的微气泡发生圆板6调整为微气泡均混轴流；紧接着，微气泡均混轴流经造旋仿锥体12的椭球形引流体14引流至鼠笼式排列的微气泡螺旋齿轮13，各微气泡螺旋齿18之间的螺旋齿轮槽17内微气泡均混轴流不断提速和换向并调整为含有微气泡的分股旋转轴流；然后，分股旋转轴流通过锥形导流体16向右斜切入轴流柱管体19的管腔，轴流柱管体19内形成微气泡均混旋转轴流场且其内的分股旋转轴流沿水平方向不断快速旋转，朝右旋转推进过程中液相流体逐渐甩向轴流柱管体19的管壁并形成轴流液体，而后轴流液体经轴流排气管21的轴流锥状坡口26进入旋转轴流叶轮20，并由各旋转轴流叶片28之间的旋转轴流叶槽27调整为水平匀速轴流，最后轴流液体流经轴流水平排液管25与轴流排气管21之间的水平双管腔排液流道并由轴流上垂排液管23与气流汇集管49之间的上垂双管腔缓冲流道进行缓冲后通过轴流下垂排液管24与旋流排气管29之间的下垂双管腔排液流道排出；与此同时，大部分的微气泡逐渐运移至轴流柱管体19的中央部位并拉伸破裂而汇聚成细长柱状的轴流气体，轴流气体经轴流排气管21不断聚合后排出。

在图12中，立式螺旋流道单股锥状旋流脱气作业流程为，轴流液体经轴流排液三通管22的轴流下垂排液管24并由旋流进液圆板31上的拱形输液槽35和螺旋流锥管体32的拱形供液槽37流入螺旋流道锥状旋流场，螺旋式流道38的流道截面不断收缩使得轴流液体高速旋转并形成单股锥状旋流，而后单股锥状旋流进入锥状旋流道39且角动量迅速增大，单股锥状旋流的旋转速度进一步提升并在柱状旋流道40内停留短暂时间，朝下高速旋转过程中液相流体逐渐甩向螺旋流锥管体32的管壁并形成旋流液体，旋流液体经导旋流盖43导入旋流叶轮34并由旋流杆41上的各旋流叶片42调整为垂向均匀流，最后旋流液体经由旋流排液管33排出，与此同时，剩余的少量微气泡逐渐运移至螺旋流锥管体32的中央部位并反向上升汇聚成旋流气体，旋流气体经旋流集气管30捕捉和不断聚合后依次由下管状凸台36和旋流排气管29排出。

在图13中，立式分层射流碰撞换向脱气作业流程为，轴流气体经轴流排气管21输送同时旋流气体经旋流排气管29输送，并由三通管接头50和气流汇集管49汇集成一股混合气流，一股混合气流通过上管状凸台52和气流输送管46输送至分层排列的射流嘴44，而后一股混合气流通过射流嘴44实现分流并形成分股混合气流，射流嘴44内分股混合气流的流道面积逐渐增大而流压则不断下降，而后分股混合气流同时射入换向缓冲柱管体45并换向后脱除气流携带的小粒径液滴而分离形成换向气体和换向液体，分离后的换向气体沿换向缓冲柱管体45的内管壁上升并排出，而换向液体则落入垂向双管腔换向流道51进一步缓冲和分离，最后经由换向排液管47排出，与此同时，换向缓冲柱管体45实现换向气体流压和换向液体流压之间的动态平衡。

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)

1.一种微气泡轴流和旋流双场三级管式T型脱气装置，其微气泡均混器、微气泡造旋器和旋转轴流脱气器通过法兰连接由左至右依次同轴心布置，射流换向脱气器和锥状旋流脱气器自上而下同轴心布置，同时依据轴流排液三通管的三个管段端部的法兰盘将旋转轴流脱气器、锥状旋流脱气器和射流换向脱气器连为一体，且旋转轴流脱气器同时与锥状旋流脱气器和射流换向脱气器垂直相交布置，使得整个三级管式T型脱气装置呈现T型管式构造，该三级管式T型脱气装置依次实施卧式微气泡均混分股旋转轴流脱气作业、立式螺旋流道单股锥状旋流脱气作业和立式分层射流碰撞换向脱气作业，其特征在于：

一微气泡均混器；所述微气泡均混器将含有大气泡的气液两相流调整为微气泡均混轴流，它包括均混管体和微气泡发生圆板；均混管体采用变截面柱管和锥管组合管体并由柱状均混管段和锥状集输管段组成，微气泡发生圆板沿均混管体轴向等间距且同轴心分层排列并依据过盈配合固定于均混管体的管腔，微气泡发生圆板沿其径向设有分层布置的变径微孔；

一微气泡造旋器；所述微气泡造旋器将微气泡均混轴流调整为含有微气泡的分股旋转轴流，它包括造旋管体、微气泡螺旋齿轮和造旋仿锥体；造旋管体通过法兰连接将均混管体和轴流柱管体连为一体，造旋仿锥体与造旋管体同轴心布置并包含椭球形引流体、柱形齿轮体和锥形导流体，微气泡螺旋齿轮由沿柱形齿轮体呈鼠笼式均匀排列的微气泡螺旋齿构成，微气泡螺旋齿轮依据过盈配合固定于造旋管体的管腔，微气泡螺旋齿之间形成螺旋齿轮槽；

一旋转轴流脱气器；所述旋转轴流脱气器脱除气液两相流携带的大部分微气泡而形成轴流气体和轴流液体，它包括轴流柱管体、旋转轴流叶轮、轴流排液三通管和轴流排气管；轴流柱管体内形成微气泡均混旋转轴流场，轴流排气管的左侧端铣有轴流锥状坡口，轴流排液三通管由轴流水平排液管、轴流上垂排液管和轴流下垂排液管三个联通管段组成，轴流水平排液管与轴流排气管之间构成水平双管腔排液流道，轴流上垂排液管与气流汇集管之间构成上垂双管腔缓冲流道，轴流下垂排液管与旋流排气管之间构成下垂双管腔排液流道；旋转轴流叶轮由沿轴流排气管外环面均匀布置的旋转轴流叶片构成，旋转轴流叶片的叶面采用平面和曲面的组合面，旋转轴流叶片之间形成旋转轴流叶槽；

一锥状旋流脱气器；所述锥状旋流脱气器脱除轴流液体携带的剩余少量微气泡而形成旋流气体和旋流液体，它包括螺旋流锥管体、旋流进液圆板、旋流排液管、旋流集气管、旋流排气管和旋流叶轮；螺旋流锥管体的上端铣有拱形供液槽，螺旋流锥管体的内管壁自上而下依次铣有螺旋式流道、锥状旋流道和柱状旋流道，且螺旋流锥管体内形成螺旋流道锥状旋流场，螺旋式流道整体呈现倒锥状，螺旋式流道位于底端的流道与锥状旋流道相结合；旋流进液圆板的板体上铣有拱形输液槽且其中央部位设有下管状凸台，旋流排液管通过法兰连接固定于螺旋流锥管体的底部，旋流集气管的下端铣有旋流锥状坡口，旋流叶轮内嵌于旋流排液管的管腔下部，旋流叶轮依次由导旋流盖、旋流杆和旋流叶片组合焊接而成；

一射流换向脱气器；所述射流换向脱气器脱除轴流气体和旋流气体携带的小粒径液滴而形成换向气体和换向液体，它包括液流分隔盘、换向缓冲柱管体、气流汇集管、气流输送管、射流嘴、换向排液管和三通管接头；液流分隔盘的中央部位设有上管状凸台，三通管接头通过螺纹连接将轴流排气管、气流汇集管和旋流排气管连为一体，换向缓冲柱管体下部的圆孔通过圆周焊固定换向排液管，换向缓冲柱管体和气流输送管之间构成垂向双管腔换向流道，气流汇集管将轴流气体和旋流气体汇集成一股混合气流，且一股混合气流经射流嘴分流成分股混合气流，气流输送管的上部设有沿轴向分层排列的射流嘴。

2.根据权利要求1所述的微气泡轴流和旋流双场三级管式T型脱气装置，其特征在于：所述微气泡轴流和旋流双场三级管式T型脱气装置采用微气泡均混旋转轴流场和螺旋流道锥状旋流场与分层射流碰撞换向脱气相结合的快速脱气技术。

3.根据权利要求1所述的微气泡轴流和旋流双场三级管式T型脱气装置，其特征在于：所述微气泡均混器的均混管体两端设置法兰盘，均混管体的柱状均混管段的内管壁采用变径回转面，柱状均混管段的相邻变径回转面结合处形成轴肩并实现微气泡发生圆板的轴向定位；均混管体的锥状集输管段的内管壁所在锥面的小端圆面直径等于造旋管体的内径、轴流柱管体的内径和轴流水平排液管的内径，微气泡均混轴流在柱状均混管段的管腔内短暂缓冲后经由锥状集输管段不断调压并集输至造旋管体；

所述微气泡均混器的微气泡发生圆板采用等厚度的超级双向不锈钢板，微气泡发生圆板的外环面与柱状均混管段的变径回转面所在柱面之间采用过盈配合，微气泡发生圆板上的每层变径微孔层间交错排列，各层变径微孔沿周向均匀分布，每个变径微孔沿均混管体轴向由两个锥状流道和一个柱状流道组成，且变径微孔的左侧锥状流道所在锥面的锥高大于其右侧锥状流道所在锥面的锥高。

4.根据权利要求1所述的微气泡轴流和旋流双场三级管式T型脱气装置，其特征在于：所述微气泡造旋器的造旋管体采用卧式等径短管，造旋仿锥体的椭球形引流体采用半椭圆球面并将微气泡均混轴流顺利引流至螺旋齿轮槽，柱形齿轮体采用圆柱面且沿其周向均匀焊接有微气泡螺旋齿轮，锥形导流体采用圆锥面并将分股旋转轴流顺利导流至轴流柱管体的管腔；

所述微气泡螺旋齿轮中的微气泡螺旋齿的齿线为沿柱形齿轮体所在柱面展开的螺旋线，且微气泡螺旋齿的齿线所在螺旋线的螺距沿造旋仿锥体轴向逐渐增大，微气泡螺旋齿垂直于其齿线的横截面呈梯形，各微气泡螺旋齿的齿线起始点处的切线与造旋仿锥体的轴线保持平行且其齿线终止点处的切线与造旋仿锥体的轴线倾斜交错布置；微气泡螺旋齿轮沿造旋仿锥体径向的外齿面采用圆柱面，且微气泡螺旋齿轮的外齿面所在柱面与造旋管体的内管壁之间采用过盈配合，微气泡螺旋齿之间的螺旋齿轮槽作为微气泡均混轴流提速和换向的流道，螺旋齿轮槽垂直于微气泡螺旋齿齿线的横截面面积沿造旋仿锥体轴向不断减小。

5.根据权利要求1所述的微气泡轴流和旋流双场三级管式T型脱气装置，其特征在于：所述旋转轴流脱气器实施卧式微气泡均混分股旋转轴流脱气作业，其轴流柱管体采用卧式等径粗长管，轴流排气管采用卧式等径细长管并作为轴流气体的汇集和排出流道，轴流排气管左侧端的轴流锥状坡口将轴流液体顺利导引至旋转轴流叶轮；轴流排液三通管采用三通式粗管且其三个管段端部均设置法兰盘并通过法兰连接将轴流柱管体、螺旋流锥管体和换向缓冲柱管体连为一体，轴流排液三通管的轴流上垂排液管和轴流下垂排液管的内径相等并同时与轴流水平排液管垂直相交布置，且轴流水平排液管与轴流排气管同轴心布置，轴流上垂排液管与气流汇集管同轴心布置，轴流下垂排液管与旋流排气管同轴心布置。

6.根据权利要求1所述的微气泡轴流和旋流双场三级管式T型脱气装置，其特征在于：所述旋转轴流叶轮中的旋转轴流叶片的叶面左侧和右侧均采用平面，且旋转轴流叶片的叶面左侧面和右侧面所在平面同时与轴流排气管的轴线保持平行，旋转轴流叶轮沿轴流柱管体径向的内侧通过圆周焊固定于轴流排气管上且其外侧依据过盈配合内嵌至轴流柱管体的右侧管腔，旋转轴流叶片之间的旋转轴流叶槽作为轴流液体调整流动方向的流道。

7.根据权利要求1所述的微气泡轴流和旋流双场三级管式T型脱气装置，其特征在于：所述锥状旋流脱气器实施立式螺旋流道单股锥状旋流脱气作业，螺旋流锥管体采用立式变径厚壁粗管且其拱形供液槽沿周向均匀布置，拱形供液槽沿径向的内槽面和外槽面采用不同直径的圆拱面且其沿周向的两侧槽面均采用半圆柱面，拱形供液槽沿径向的外槽面所在圆拱面直径等于轴流上垂排液管的内径、轴流下垂排液管的内径和换向缓冲柱管体的内径；

所述螺旋流锥管体的螺旋式流道、锥状旋流道和柱状旋流道的轴向高度依次降低，螺旋式流道各截面中心点所构成的中心线采用变螺距的螺旋线，螺旋式流道垂直于其中心线的横截面呈半圆面，且垂直于螺旋式流道中心线的横截面所在圆面的面积自上而下逐渐增大而其横截面所在圆面的中心点至螺旋流锥管体轴线之间的距离自上而下不断减小；螺旋式流道位于顶端的流道与各拱形供液槽保持联通，锥状旋流道的管道壁所在锥面的小端圆面直径等于柱状旋流道的管道壁所在柱面的直径。

8.根据权利要求1所述的微气泡轴流和旋流双场三级管式T型脱气装置，其特征在于：所述旋流进液圆板采用圆形钢板且其拱形输液槽实现螺旋流锥管体的拱形供液槽与轴流排液三通管之间的联通，拱形输液槽与拱形供液槽的横截面形状和大小均保持一致，旋流进液圆板通过螺纹连接将旋流集气管和旋流排气管连为一体；

所述旋流排液管采用立式等径粗短管，且旋流集气管和旋流排气管分别采用立式等径细短管和细长管，旋流集气管、旋流排气管、气流汇集管和气流输送管由下至上依次同轴心布置且四个管段的内径相等；

所述旋流叶轮的导旋流盖采用中心封闭的锥状壳体并将高速旋转的旋流液体导入各旋流叶片，旋流叶片采用平板状叶片并沿旋流杆的外环面均匀布置，旋流叶片沿径向的内侧通过圆周焊固定于旋流杆上且其外侧依据过盈配合固定于旋流排液管的内管壁。

9.根据权利要求1所述的微气泡轴流和旋流双场三级管式T型脱气装置，其特征在于：所述射流换向脱气器实施立式分层射流碰撞换向脱气作业，并通过换向缓冲柱管体实现换向气体流压和换向液体流压之间的动态平衡；液流分隔盘采用圆形钢板并通过螺纹连接将气流汇集管和气流输送管连为一体，三通管接头采用三通管体，换向缓冲柱管体采用立式等径粗长管且其管体下部钻有圆孔，换向排液管采用等径细长管且水平布置，换向缓冲柱管体和气流输送管同轴心布置，换向缓冲柱管体的管腔上方换向气体的压力和垂向双管腔换向流道内换向液体的液柱压力之和等于换向排液管内换向液体的流压。

10.根据权利要求1所述的微气泡轴流和旋流双场三级管式T型脱气装置，其特征在于：所述射流换向脱气器的气流汇集管和气流输送管分别采用立式等径细短管和细长管，气流输送管上部的各层射流嘴水平放置并沿周向均匀分布，各射流嘴通过圆周焊固定于气流输送管的管体；射流嘴的外壁采用柱面而其内壁则由柱面和锥面组合而成，射流嘴内壁的柱面和锥面沿径向由内而外布置，射流嘴内分股混合气流的流道面积逐渐增大而流压则不断下降。

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