CN114618695A - 旋流多相分离装置 - Google Patents

Abstract

一种旋流多相分离装置。主要目的在于提供一种多相高效分离装置。其特征在于：尾流管随液量自动变化；尾流管受到轴向的力作用，带动滑片向下压缩弹簧，尾流管向下移动，从而增大流体域面积；整体外壳与内部结构共同构成流体旋转流动区域；具有下段沉砂外壳、引流斜面和喇叭式尾管，使得砂相在引流斜面的作用下排出装置，水相通过喇叭式尾管排出；气相和油相沿圆形筛孔进入旋流室内；装置内径不断缩小形成低压区。通过该装置可直接对采出液进行脱气、排油、除水和除砂处理，且处理后的油含水率极低。

Description

旋流多相分离装置

技术领域

本发明涉及一种可应用于石油、化工、食品以及造纸等行业中的多相旋流分离设备。

背景技术

现有旋流分离技术急需解决的一个问题就是：在实际分离中，往往来液量不稳定，因而导致旋流器的分离效率下降。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种旋流多相分离装置，该种旋流多相分离装置结构简单，采用流量自适应底流尾管设计通过尾管带动滑片压缩弹簧，降低尾管的定位高度，从而提升整个装置的分离效率，增强了多相分离设备对来液不稳定条件的适用性。

本发明的技术方案是：该种旋流多相分离装置，包括一个轴向入口，其特征在于：整体外壳与内部结构共同构成流体旋转流动区域；整体外壳从上到下，上段椭球形外壳，中段外壳，下段沉砂外壳；上段椭球形外壳开孔，连接斜向排气口及排油口，溢流管一端与排油口相连，另一端与旋流室中心管道相连；圆柱段外壳内套有一旋流室；旋流室外观从上到下是由半球形导流结构、螺旋线型旋转通道和倒锥集气筒组成；旋流室外部开有筛孔，以方便轻质相进入旋流室内进行分离；下段沉砂外壳下端与喇叭式底流管相连，柱面开孔连接排砂口，内部设有引流斜面方便固体颗粒从排砂口排出。

本发明具有如下有益效果：可实现连续分离、处理工艺不复杂。采用自适应底流管设计，对来液流量过大的工况下进行自动调节。可实现高精度的多相分离。既可应用于油田采出液处理，又可用于食品、造纸等行业的污水处理，具有良好的推广应用前景。

附图说明：

图1为旋流多相分离装置结构图。

图2为旋流多相分离装置整体剖视图。

图3为旋流多相分离装置外壳示意图。

图4为新型旋流多相分离装置结构爆炸图。

图5为新型旋流多相分离装置流量自适应底流尾管设计示意图。

图6为新型旋流多相分离装置流量自适应底流尾管设计剖面图。

图7为新型旋流多相分离装置流量自适应底流尾管设计爆炸图。

图8为弹簧保护腔上拧盖示意图。

图9为喇叭式底流管示意图。

图10为旋流室结构图。

图11为旋流室结构剖视图。

图12为上段椭球形外壳结构图。

图13为溢流管、排气孔、排油口的连接示意图。

图14为中段外壳结构图。

图15为旋流室与中段外壳连接示意图。

图16为下段沉砂外壳结构图。

图17为新型旋流多相分离装置自适应底流尾管设计和下段沉砂外壳连接示意图。

图18为弹簧保护腔下拧盖示意图。

图19为垫圈示意图。

图中1-轴向入口，2-排油口，3-排气口，4-排砂口，5-喇叭式底流管，501-滑片，6-上段椭球形外壳，601-柱面开孔，602-球面开孔，7-中段外壳，701-圆柱段外壳，702-大锥段外壳，703-小锥段外壳，8-下段沉砂外壳，801-引流斜面，9-溢流管，10-旋流室，1001-旋流室顶部开孔中心孔，1002-斜向孔，1003-筛孔，1004-半球形导流结构，1005-螺旋线型旋转通道，1006-倒锥除水筒，1007—气液分离区，1008-中心管道，11-垫圈，12-弹簧保护腔，1201-弹簧保护腔上拧盖，1202-弹簧保护腔下拧盖，13-弹簧。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本种旋流多相分离装置，包括一个轴向入口，整体外壳与内部结构共同构成流体旋转流动区域；整体外壳从上到下，上段椭球形外壳，中段外壳，下段沉砂外壳；上段椭球形外壳开孔，连接斜向排气口及排油口，溢流管一端与排油口相连，另一端与旋流室中心管道相连；圆柱段外壳内套有一旋流室；旋流室外观从上到下是由半球形导流结构、螺旋线型旋转通道和倒锥集气筒组成；旋流室外部开有筛孔，以方便轻质相进入旋流室内进行分离；下段沉砂外壳下端与喇叭式底流管相连，柱面开孔连接排砂口，内部设有引流斜面方便固体颗粒从排砂口排出。

如图1至图19所示，由整体外壳、旋流室、溢流管、排气口、排油口、排砂口、喇叭式底流管等结构安装及布置构成；在多相介质分离时采用旋流室设计，分离重质相（固体颗粒和水相）在旋流室外部，分离轻质相（气相和油相）时在旋流室内部，实现不同介质分离；旋流室外部设计半球形导流结构和螺旋线形旋转通道，使混合相具有一定的离心加速度并能充分旋流。旋流室内部为腔体结构，除中心管道外均为气液分离区，有与溢流管汇合的中心管道；装置设有下段沉砂外壳使得固体颗粒在排出装置前有一段沉降区间，利于排砂；下段沉砂外壳采用引流斜面，便于分离后的固体颗粒排出装置；采用自适应底流尾管设计，对来液流量过大的工况下进行自动调节，其结构为喇叭式底流管、弹簧、弹簧保护腔、垫圈。

旋流多相分离装置结构图如图1所示。混合介质由轴向入口1进入旋流器内部，经过一段分离时间，分离出的油相由排油口2排出装置，分离出的气相由排气口3排出装置。砂相由排砂口4排出装置。水相分离后由喇叭式底流管5排出装置。图2为新型旋流多相分离装置整体剖视图，从图2可以看出整个装置内部结构紧密连接。

图3为新型旋流多相分离装置外壳示意图。图中从上到下分别为上段椭球形外壳6、中段外壳7和下段沉砂外壳8。其中上段椭球形外壳6、中段外壳7、下段沉砂外壳8为薄壁外壳，无复杂的腔体流道。下沉砂段外壳8其内部有与排砂口4相通的引流斜面801。目的是将砂相引流至排砂口，方便砂相排出装置。整体外壳连接方式为螺栓法兰连接。

图4为新型旋流多相分离装置结构爆炸图。图中从上到下分别为溢流管9、轴向入口1、排油口2、排气口3、排砂口4、上段椭球形外壳6、旋流室10、中段外壳7、下段沉砂外壳8、喇叭式底流管5、垫圈11、弹簧保护腔12组成。

图5为新型旋流多相分离装置流量自适应底流尾管设计示意图。

图6为新型旋流多相分离装置流量自适应底流尾管设计剖面图。

图7为新型旋流多相分离装置流量自适应底流尾管设计爆炸图。图中从上到下分别为喇叭式底流管5、弹簧13、弹簧保护腔上拧盖1201、弹簧保护腔下拧盖1202，垫圈11。其中垫圈11为密封件，对弹簧保护腔下拧盖1202和喇叭式底流管5之间的间隙进行密封。弹簧保护腔上拧盖1201和弹簧保护腔下拧盖1202靠螺纹连接，防止弹簧被氧化，同时保证弹簧13反复运动的空间。

图8为弹簧保护腔上拧盖1201，其外部有螺纹，内部无螺纹。最小直径小于滑片外径，这样设计可以卡住滑片，防止弹簧反弹时滑片带动喇叭式底流尾管继续向前运动。

图9为喇叭式底流管示意图。其中滑片501外径和弹簧保护腔上拧盖1201的最大内径的值相同。滑片的材料和底流管不同，对受力很敏感。与喇叭式底流管5焊接为一体。当来液量过大时，喇叭段受到冲击，滑片会立即受到轴向力的作用压缩弹簧，增大了流体域范围延长分离时间，提高分离效率。

图10为旋流室结构图。旋流室顶部开孔中心孔1001、斜向孔1002用来连接排气管道及溢流管。同时设计筛孔1003且筛孔直径远远小于中心孔直径。气体沿筛孔1003进入气液分离区进行气液分离，最后气体从排气管3排出装置。从外观上看分别为半球形导流结构1004、螺旋线形旋转通道1005、倒锥除水筒1006。来液通过半球形导流结构1004进入螺旋线形旋转通道1005，在旋转通道上获得离心力加速旋转。气体由于密度较轻最先分离，夹带部分液体处于旋流中心，为了分离气体中的液相，故设计倒锥除水筒1006。图11为旋流室剖视图，气液分离区1007为除中心管道1008外所有薄壁外壳内部。气相进入气液分离区后，继续旋转分离，密度较大的液滴在离心力的作用下会甩向外壁，壁面上的液滴在重力作用下不断碰撞聚结成大液滴后，沿筛孔排出旋流室。

图12为上段椭球形外壳结构图。上段椭球形外壳6上柱面开孔601连接排油口2，球面开孔602连接排气口3。安装时保证球面开孔601与旋流室斜向孔1002同轴心。排油口2，排气孔3与上段椭球形外壳连接方式为焊接。

图13为溢流管、排气孔、排油口的连接示意图。排油口2与上段椭球形外壳6焊接完成定位。溢流管9一端与旋流室10相连，另一端与排油口2相连。连接方式均为螺纹连接。在安装旋流室及上端外壳后连接排气孔3。排气孔设有螺纹，故旋转排气口2连接旋流室，确认连接可靠后与上段椭球形外壳6焊接。

图14为中段外壳结构图。从上往下分别为圆柱段外壳701、大锥段外壳702、小锥段外壳703。各部件相互焊接构成中段外壳7。

图15为旋流室与中段外壳连接示意图。排油口2与上段椭球形外壳6焊接完成定位。溢流管又与排油口2和旋流室10相连，所以旋流室可以实现轴向定位。圆柱段外壳701内径和螺旋线型旋转通道1003外径相等。且螺旋流道1003高度等于圆柱段外壳701高度。

图16为下段沉砂外壳结构图。因为底流管直径较小，焊接连接较为困难，设计螺纹来与弹簧保护腔下拧盖1202相连，下拧盖底面与下段沉砂外壳底面重合。因此可以实现喇叭式底流管直管段与下段沉砂外壳的连接。

图17为新型旋流多相分离装置流量自适应底流尾管设计和下段沉砂外壳连接示意图。

图18为弹簧保护腔下拧盖示意图。

图19为垫圈示意图。

本装置的工作原理：混合介质从轴向入口1进入该旋流器内部，混合介质流通过半球形导流结构1004导流，在螺旋线形旋转通道1005上获得切向速度形成外旋流状态，密度较大的砂相被甩在圆柱段外壳上701并向下旋转运移，旋转方向与介质开始旋转方向相同。砂相在大锥段702加速分离在小锥段703加速分离。运移到下段沉砂外壳8时经一段时间沉降经引流斜面801从排砂口4排出装置。同时轻质油相、气相在向装置的轴心运移，旋转方向与入口介质旋转方向相反。气相和油相经过旋流室外部的筛孔1003进入旋流室10内部，最后气相聚集在气液分离区1007的顶部，从排气口3排出装置。油相在旋流室10腔体内部沿中心管道1008向溢流管9运移，最后从排油口2排出。在此过程中大部分水相沿固体颗粒分离路径进入下段沉砂外壳10，此时水相处于旋流中心，最后水相经过喇叭式底流管5排出装置。实现同一装置内除气、排水、除砂及高精度油水分离。当来液流量过大，喇叭式底流管5带动滑片压缩弹簧，降低底流管的定位高度，增加过流面积，提升整个装置的分离效率

使用时，整体外壳与内部结构共同构成流体旋转流动区域。整体外壳从上到下，上段椭球形外壳，中段外壳，下段沉砂外壳。上段椭球形外壳开孔连接斜向排气口及排油口。溢流管一端与排油口相连另一端与旋流室中心管道相连。圆柱段外壳内套有一旋流室。该旋流室外观从上到下是由半球形导流结构、螺旋线型旋转通道、和倒锥集气筒组成。旋流室外部开有筛孔，方便轻质相进入旋流室内进行分离。下段沉砂外壳下端与喇叭式底流管相连，柱面开孔连接排砂口，内部设有引流斜面方便固体颗粒从排砂口排出。该装置的各种结构的有机组合实现了高效的多相分离。在实际分离中来液不稳定的工况下限制了旋流器的效率，因此本装置采用流量自适应底流尾管设计通过尾管带动滑片压缩弹簧，降低尾管的定位高度，从而提升整个装置的分离效率。增强了多相分离设备对来液不稳定条件的适用性。

本专利提出的新型旋流多相分离装置具有处理工艺简单、运转连续、使用灵活、设备体积小、安装方便、造价低，分离效率高等优点。适用于多相混合介质的分离。该装置必将发挥应用潜力，在石油、化工、食品、造纸等污水处理方面广泛应用。

Claims (1)

1.一种旋流多相分离装置，包括一个轴向入口，其特征在于：整体外壳与内部结构共同构成流体旋转流动区域；整体外壳从上到下，上段椭球形外壳，中段外壳，下段沉砂外壳；上段椭球形外壳开孔，连接斜向排气口及排油口，溢流管一端与排油口相连，另一端与旋流室中心管道相连；圆柱段外壳内套有一旋流室；旋流室外观从上到下是由半球形导流结构、螺旋线型旋转通道和倒锥集气筒组成；旋流室外部开有筛孔，以方便轻质相进入旋流室内进行分离；下段沉砂外壳下端与喇叭式底流管相连，柱面开孔连接排砂口，内部设有引流斜面方便固体颗粒从排砂口排出。

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