CN113417621A - 一种气量自适应式油气水三相旋流分离器 - Google Patents

Abstract

一种气量自适应式油气水三相旋流分离器。主要实现油水气三相混合液的各相分离。其特征在于：所述气量自适应式油气水三相旋流分离器包括外套筒、气量调节模块；油水气三相混合液从外套筒进液口进入旋流分离装置后，通过螺旋流道进行旋流分离，使得气相进入进气孔并优先从出气口排出，同时分离出来的油相水相混合液流入旋流腔体内，流过螺旋流道的混合液产生强旋流使得轻质油相成为螺旋上升的内层旋流，并由倒锥举升从油管出口排出，水相在强大离心力作用下沿径向向外运动并同时沿轴向向下运动形成外旋流，沿内壁呈螺旋态从底流口排出，同时沿进气孔进入的少量混合液相，流入除液管进入中空的倒锥最终从除液出口排出。

Description

一种气量自适应式油气水三相旋流分离器

技术领域

本发明涉及一种应用石油化工、水处理、环保等领域的油气水三相旋流分离装置。

背景技术

油田产出液中，除了原油以外，往往会含有天然气、水等物质，油田地面工程主要是将这些物质分离。产出液中伴生气的存在会使泵的工作性能降低；影响流量的准确计量；可燃气体还会带来安全问题，气体若得不到较好的处理也会对环境产生影响。气体越早分离，越有利于节约生产成本。我国大部分油田已进入开发的中后期，采出液含水增加，平均含水量已超过80%。含水量仍在不断上升，致使原油开采成本越来越高。因此，产出液中水的高效分离是急待解决的问题。因此，很有必要研制油气水三相分离装置，利用各相间密度差进行旋流分离。以往的油气水三相旋流分离器气孔不能根据含气量进行调节，混合液中含气量大时，脱气效果不好，含气量小时，气腔内容易倒灌混合液，导致分离效率降低。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供了一种气量自适应式油气水旋流分离器，该种旋流分离器利用离心沉降原理在密度差的作用下，依靠离心力完成分离，根据混合液含气量的多少来调节进气孔大小，进而调节单位时间气的处理量，提高分离效率。

本发明的技术方案是：该种气量自适应式油气水三相旋流分离器，包括外套筒1，其独特之处在于：

所述三相旋流分离器还包括气量调节模块2；

外套筒1的顶部设有法兰盘，进液口101与底流口102分布在外套筒1的上下两端，底端设有除液出口103，外套筒1的内壁上开有除液管凹槽104。

气量调节模块2包括平键3、快接头4、油管5、油管凸台501、手摇轮6、手摇轮指针601、除气套筒7、螺旋流道8、圆柱导轨801、弹簧套筒802、螺旋流道除液接口803、进气孔804、除液管9、倒锥10、倒锥除液接口1001、密封垫圈11、上下挡片12、左右挡片13、挡片连接块14、连接套筒15、压缩弹簧16、活动中轴17以及连接杆18。

其中，进气孔804开在螺旋流道8的凹槽处；圆柱导轨807和弹簧套筒802 焊接在所述螺旋流道内壁的气孔处。

上下挡片12上有上下挡片凹槽1201，左右挡片13上有左右挡片凹槽1301，挡片连接块14上有挡片连接块凹槽1401；上下挡片凹槽1201、左右挡片凹槽1301以及挡片连接块凹槽1401均为与圆柱导轨801的柱段半径相同的半圆形凹槽，以使得上下挡片凹槽1201、左右挡片凹槽1301分别与圆柱导轨801嵌套在一起，上下挡片12以及左右挡片13分布在上下左右四个方向；挡片连接块凹槽1401与圆柱导轨801嵌套在一起，四个挡片连接块14分别用螺钉固定在上下挡片12以及左右挡片13上，以使得上下挡片12以及左右挡片13均可沿着圆柱导轨801相对滑动。

连接套筒15与弹簧套筒802通过螺纹连接，压缩弹簧16放置在连接套筒15内，活动中轴17插入连接套筒15内相配合并能在连接套筒15内做直线运动，且所述活动中轴顶部可抵住压缩弹簧16进行压缩和回弹。

连接杆18两端均设有球体状的球头1801，球头1801挤入连接块球壳1402和活动中轴球壳1701的半圆球状凹槽中后不松脱，与挡片连接块球壳1402和活动中轴球壳1701通过球副进行连接配合。

除气套筒7的法兰盘与螺旋流道8的法兰盘用螺栓连接在一起，油管5的中上部开有螺纹，该螺纹部分与除气套筒7的中部螺纹孔通过螺纹连接，手摇轮6通过平键3配合连接在油管5的上部，快接头4与油管5的上端部通过螺纹连接，除液管9一端紧套在螺旋流道除液接口803上，另一端紧套在倒锥除液接口1001上，除液管9的两端形成过盈配合且不松脱，且除液管9嵌套在除液管凹槽104中,倒锥10通过螺纹连接在套筒1内部底端的螺纹孔处。

本发明具有如下有益效果：本发明提出的气量自适应式油气水三相旋流分离器，利用压缩弹簧和球副配合组成的控制机构来控制进气孔处的挡片相对位置，进而间接调节进气孔大小，以此来适用不同含气量的混合液，解决了混合液中含气量大时脱气效果不充分以及含气量小时，气腔内容易倒灌混合液的问题。此外，除液管可将流入气腔内的部分混合液排出，防止因气腔内充满液体而引起失效。另外，倒锥的存在一方面可以举升中心油核，另一方面其中空结构可以导流由除液管排出的气腔内的混合液。

综上所述，本种旋流分离器能够根据混合液含气量的多少来调节进气孔大小，进而调节单位时间内气的处理量，提高分离效率，可应用于石油化工、水处理、环保等领域。

附图说明：

图1为气量自适应式油气水三相旋流分离器整体外观图。

图2为气量自适应式油气水三相旋流分离器剖视图。

图3为气量自适应式油气水三相旋流分离器爆炸图。

图4为外套筒外观图。

图5为外套筒剖视图。

图6为气量调节模块装配图。

图7为气量调节模块爆炸图。

图8为气量调节模块局部爆炸图。

图9为气量调节模块整体剖视图。

图10为进气孔内部装配图。

图11为进气孔处内部剖视图。

图12为进气孔收缩工作原理图。

图13为进气孔收缩状态图。

图14为进气孔打开工作原理图。

图15为进气孔打开状态图。

图16为进气孔大小刻度示意图。

图17为螺旋流道外观图。

图18为螺旋流道剖视图。

图19为油管外观图。

图20为手摇轮外观图。

图21为除气套筒外观图。

图22为倒锥外观图。

图23为倒锥剖视图。

图24为上下挡片外观图。

图25为左右挡片外观图。

图26为挡片连接块外观图。

图27为连接套筒外观图。

图28为活动中轴外观图。

图29为连接杆外观图。

图中1-外套筒，101-进液口，102-底流口，103-除液出口，104-除液管凹槽，2-气量调节模块，3-平键，4-快接头，5-油管，501-油管凸台，6-手摇轮，601-手摇轮指针，7-除气套筒，701-出气口，8-螺旋流道，801-圆柱导轨，802-弹簧套筒，803-螺旋流道除液接口，804-进气孔，9-除液管，10-倒锥，1001-倒锥除液接口，11-密封垫圈，12-上下挡片，1201-上下挡片凹槽，13-左右挡片，1301-左右挡片凹槽，14-挡片连接块，1401-挡片连接块凹槽，1402-挡片连接块球壳，15-连接套筒，16-压缩弹簧，17-活动中轴，1701-活动中轴球壳，18-连接杆,1801-球头。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本种气量自适应式油气水三相旋流分离器整体外观图如图1所示。图2为自适应式油气水三相旋流分离器整体剖视图。油气水混合液从进液口101进入外套筒1内部，油气水混合液流入螺旋流道8，气相携带少量液相由进气孔804进入油管5外壁与螺旋流道8内壁形成的腔室内，最终气相由出气口701排出；液相在螺旋流道8的作用下形成强旋流，由于油水两相间的密度差，在强旋流作用下造成的离心力不同，使得轻质油相成为螺旋上升的内层旋流，最终从油管5排出，重质水相在离心力作用下形成螺旋向下的外旋流最终由底流口102排出，进入气腔内的混合液则由除液出口103排出。气量自适应式油气水三相旋流分离器爆炸图如图3所示，主要由外套筒1、气量调节模块2组成。

图4为外套筒1外观图。图5为外套筒剖视图，其中除液管9嵌套在除液管凹槽104中。图6为气量调节模块装配图。图7为气量调节模块爆炸图，主要由平键3、快接头4、油管5、手摇轮6、除气套筒7、螺旋流道8、除液管9、倒锥10以及密封垫圈11组成。图8为气量调节模块局部爆炸图，主要由上下挡片12、左右挡片13、挡片连接块14、连接套筒15、压缩弹簧16、活动中轴17、连接杆18组成。图9为气量调节模块整体剖视图，其中快接头4与油管5通过螺纹连接在一起，油管5通过平键3与手摇轮6连接在一起，油管5与除气套筒7中间部分的螺纹孔通过螺纹连接在一起，除气套筒7的法兰与螺旋流道8的法兰通过螺栓连接在一起，二者的法兰之间嵌套密封垫圈11，除液管9两端分别紧套在螺旋流道除液接口803(详见图17)上和倒锥除液接口1001(详见图22)上，且螺旋流道除液接口803设置在螺旋流道凸起处下端，不影响其流场。倒锥10通过螺纹连接在外套筒1内腔底部螺纹孔处。图10为进气孔内部装配图，其中上下挡片12为一对相同部件，左右挡片13为另一对相同部件，用螺钉分别将上下挡片12以及左右挡片13 与挡片连接块14连接并固定在圆柱导轨801上，上下挡片12以及左右挡片13 相互错开并可沿着圆柱导轨801相对滑动，连接套筒15通过螺纹与弹簧套筒802连接，详见图18，压缩弹簧16放置在连接套筒15内，活动中轴17可在连接套筒15内轴向移动，连接杆18的两端分别与挡片连接块14和活动中轴17通过球副连接。

图11为进气孔处内部剖视图。图12为进气孔收缩工作原理图，此时油管凸台501小径处与活动中轴17的尾部凸球接触，压缩弹簧16处于放松状态，上下左右两组挡片向内收缩，此时进气孔处于收缩状态。进气孔收缩状态图如图13所示。图14为进气孔打开工作原理图，通过右旋手摇轮6带动油管5旋转，因为油管5与除气套筒7中部螺纹孔通过右旋螺纹连接，所以油管5沿轴向向下运动，此时油管凸台501大径处与活动中轴17的尾部凸球接触，压缩弹簧16处于压缩状态，上下左右两组挡片向外扩张，此时进气孔处于打开状态。进气孔打开状态图如图15所示。

图16为进气孔大小刻度示意图。手摇轮指针601所指向的圆形刻度大小即为进气孔开合大小，此刻度可作为进气孔大小调节的参考。图17为螺旋流道8外观图。图18为螺旋流道8剖视图。图19为油管5外观图。图20为手摇轮6外观图。图21为除气套筒7外观图。

图22为倒锥10外观图。图23为倒锥10剖视图。图24为上下挡片12外观图。图25为左右挡片13外观图。图26为挡片连接块14外观图。图27为连接套筒15外观图。图28为活动中轴17外观图。图29为连接杆18外观图。

如图所示，外套筒的柱段为两端直径不同且中段变径的圆筒状，顶部设有法兰盘，进液口与底流口分布在外套筒的上下两端，底端设有除液出口，圆筒内壁开有除液管凹槽。

气量调节模块包括平键，快接头，油管，油管凸台，手摇轮，手摇轮指针，除气套筒，螺旋流道，圆柱导轨，弹簧套筒，螺旋流道除液接口，进气孔，除液管，倒锥，倒锥除液接口，密封垫圈，上下挡片，左右挡片，挡片连接块，连接套筒，压缩弹簧，活动中轴，连接杆。所述螺旋流道凹槽处开有进气孔，螺旋流道圆筒内壁气孔处焊接有圆柱导轨及弹簧套筒；上下挡片凹槽、左右挡片凹槽以及挡片连接块凹槽均为与圆柱导轨的柱段半径相同的半圆形凹槽，上下挡片凹槽、左右挡片凹槽分别与圆柱导轨嵌套在一起，上下挡片以及左右挡片分布在上下左右四个方向，挡片连接块凹槽同样与圆柱导轨嵌套在一起，四个挡片连接块分别用螺钉固定在上下挡片以及左右挡片上，这样上下挡片以及左右挡片均可沿着圆柱导轨相对滑动，连接套筒与弹簧套筒通过螺纹连接，压缩弹簧放置在连接套筒内，活动中轴插入连接套筒内相配合并可在连接套筒内做直线运动，并且活动中轴顶部可抵住弹簧进行压缩和回弹，连接杆两端均设有球体状球头，该球头可分别用力挤入连接块球壳、活动中轴球壳的半圆球状凹槽中且不松脱，进而形成球副配合，分别与挡片连接块球壳、活动中轴球壳通过球副进行连接配合，除气套筒的法兰盘与螺旋流道的法兰盘用螺栓连接在一起，油管的中上部开有螺纹，该螺纹部分与除气套筒的中部螺纹孔通过螺纹连接，手摇轮通过平键配合连接在油管的上部，快接头与油管的上端部通过螺纹连接，除液管一端紧套在螺旋流道除液接口上，另一端紧套在倒锥除液接口上，除液管的两端形成过盈配合且不松脱，且除液管嵌套在除液管凹槽中，倒锥通过螺纹连接在套筒内部底端的螺纹孔处。

使用时，油水气三相混合液从外套筒进液口进入旋流分离装置后，通过螺旋流道进行旋流分离，使得气相进入进气孔并优先从出气口排出，同时分离出来的油相水相混合液流入旋流腔体内，流过螺旋流道的混合液产生强旋流使得轻质油相成为螺旋上升的内层旋流，并由倒锥举升从油管出口排出，水相在强大离心力作用下沿径向向外运动并同时沿轴向向下运动形成外旋流，沿内壁呈螺旋态从底流口排出，同时沿进气孔进入的少量混合液相，流入除液管进入中空的倒锥最终从除液出口排出。

Claims (1)

1.一种气量自适应式油气水三相旋流分离器，包括外套筒(1)，其特征在于：

所述三相旋流分离器还包括气量调节模块(2)；

外套筒(1)的顶部设有法兰盘，进液口(101)与底流口(102)分布在外套筒(1)的上下两端，底端设有除液出口(103)，外套筒(1)的内壁上开有除液管凹槽(104)；

气量调节模块(2)包括平键(3)、快接头(4)、油管(5)、油管凸台(501)、手摇轮(6)、手摇轮指针(601)、除气套筒(7)、螺旋流道(8)、圆柱导轨(801)、弹簧套筒(802)、螺旋流道除液接口(803)、进气孔(804)、除液管(9)、倒锥(10)、倒锥除液接口(1001)、密封垫圈(11)、上下挡片(12)、左右挡片(13)、挡片连接块(14)、连接套筒(15)、压缩弹簧(16)、活动中轴(17)以及连接杆(18)；

其中，进气孔(804)开在螺旋流道(8)的凹槽处；圆柱导轨(801)和弹簧套筒(802) 焊接在所述螺旋流道内壁的气孔处；

上下挡片(12)上有上下挡片凹槽(1201)，左右挡片(13)上有左右挡片凹槽(1301)，挡片连接块(14)上有挡片连接块凹槽(1401)；上下挡片凹槽(1201)、左右挡片凹槽(1301)以及挡片连接块凹槽(1401)均为与圆柱导轨(801)的柱段半径相同的半圆形凹槽，以使得上下挡片凹槽(1201)、左右挡片凹槽(1301)分别与圆柱导轨(801)嵌套在一起，上下挡片(12)以及左右挡片(13)分布在上下左右四个方向；挡片连接块凹槽(1401)与圆柱导轨(801)嵌套在一起，四个挡片连接块(14)分别用螺钉固定在上下挡片(12)以及左右挡片(13)上，以使得上下挡片(12)以及左右挡片(13)均可沿着圆柱导轨(801)相对滑动；

连接套筒(15)与弹簧套筒(802)通过螺纹连接，压缩弹簧(16)放置在连接套筒(15)内，活动中轴(17)插入连接套筒(15)内相配合并能在连接套筒(15)内做直线运动，且所述活动中轴顶部可抵住压缩弹簧(16)进行压缩和回弹；

连接杆(18)两端均设有球体状的球头(1801)，球头(1801)挤入连接块球壳(1402)和活动中轴球壳(1701)的半圆球状凹槽中后不松脱，与挡片连接块球壳(1402)和活动中轴球壳(1701)通过球副进行连接配合；

除气套筒(7)的法兰盘与螺旋流道(8)的法兰盘用螺栓连接在一起，油管(5)的中上部开有螺纹，该螺纹部分与除气套筒(7)的中部螺纹孔通过螺纹连接，手摇轮(6)通过平键(3)配合连接在油管(5)的上部，快接头(4)与油管(5)的上端部通过螺纹连接，除液管(9)一端紧套在螺旋流道除液接口(803)上，另一端紧套在倒锥除液接口(1001)上，除液管(9)的两端形成过盈配合且不松脱，且除液管(9)嵌套在除液管凹槽(104)中,倒锥（10）通过螺纹连接在套筒(1)内部底端的螺纹孔处。

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