CN115671881A - 气液旋流分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于油气资源开采技术领域，公开了一种气液旋流分离装置，其包括气液旋流管，气液旋流管内设置有沿其内壁呈周向螺旋向下均匀分布的螺旋导流板，气液旋流管内设置有气体逸散管，气体逸散管上设置有长槽口；集气管的端部插入到气体逸散管中；集液排污管连接于气液旋流管的下部，集液排污管上端部设置有固定盘，气体逸散管的下端穿过固定盘与集液排污管连通，固定盘上设置有除液孔，集液排污管的底部设置有与外部连通的排杂管。采用了气体逸散管和螺旋导流板的结合，综合利用了离心分离和重力分离，提高分离的效率。

Description

气液旋流分离装置

技术领域

本发明涉及油气资源开采技术领域，尤其涉及一种气液旋流分离装置。

背景技术

油气井在开采运输时，来自井底的含有复杂成分的生产流体在集输过程中很容易形成段塞流、水合物等危害，对设备的正常工作，管道、阀门等结构都会产生不良影响，相间分离技术变得愈发重要。气液分离技术是相间分离技术的一项重要组成，通过气液分离装置对井底生产流体进行分离，具有降低设备成本、提高输送效率等多方面的优点。

传统气液分离装置大多是以重力沉降分离为主的容积式分离装置，这种分离装置依靠气液两相密度差实现重力分离，需要较长的停留时间，随着油气勘探开发由陆地向浅海进而向深海发展，重力容积式气液分离装置由于其体积大、效率低、结构笨重等问题，其应用受到了很大的局限性。气液旋流分离设备根据其内部有无运动构件分为主动式气液旋流分离装置和被动式气液旋流分离装置，主动式分离装置相比于被动式分离装置分离效率高，但处于深水高压环境条件时存在动平衡和密封困难，以及需要供电等问题，在使用时往往受到了很多的限制，而目前的被动式气液旋流分离装置则分离效果差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气液旋流分离装置，相较于传统的重力式容积式气液分离处理设备和传统的被动式气液旋流分离装置体积小、分离处理效率高，同时避免了利用动态导流结构在高压环境下的动平衡和密封困难。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

气液旋流分离装置，包括：

气液旋流管，所述气液旋流管的上端封闭，所述气液旋流管内设置有沿其内壁呈周向螺旋向下均匀分布的螺旋导流板，所述气液旋流管上设置有进液管；

气体逸散管，所述气体逸散管设置在所述气液旋流管内，并沿其长度方向设置，所述螺旋导流板设置在所述气体逸散管的外壁与所述气液旋流管内壁之间，所述气体逸散管上设置有长槽口；

集气管，所述集气管一端穿出所述气液旋流管的上端，另一端插入到所述气体逸散管中；

集液排污管，所述集液排污管连接于所述气液旋流管的下部，所述集液排污管的上端部设置有固定盘，所述气体逸散管的下端穿过所述固定盘与所述集液排污管连通，所述固定盘与所述集液排污管的内壁抵接，所述固定盘上端面设置有除液孔，所述除液孔围绕所述气体逸散管的下端周向设置，所述集液排污管的底部设置有与外部连通的排杂管。

作为优选，所述进液管的出口端具有楔形块以形成楔形切向出口，所述进液管的管径从所述进液管的入口端至进入所述气液旋流管之间逐渐减小，所述楔形切向出口的出向与所述进液管的轴向有夹角；所述进液管的出口端位于所述气体逸散管的上端边缘与所述长槽口之间。

作为优选，所述长槽口周向设置于所述气体逸散管上，所述长槽口的槽口边缘处的切向口与所述螺旋导流板的旋向相同。

作为优选，所述集气管的端部插入至所述气体逸散管的上端边缘和所述长槽口上边缘之间。

作为优选，所述除液孔的开设方向与所述螺旋导流板导流后形成的旋流场的旋向相同。

作为优选，还具有锥形管，所述锥形管开口较大的一端连接所述固定盘，所述气体逸散管的下端穿过所述固定盘与所述锥形管连通，所述锥形管的表面开设有多个集液孔，且所述集液孔的开设方向与螺旋导流板导流后形成的旋流场的旋向相同。

作为优选，还具有污质集收筒，所述污质集收筒设置在所述集液排污管内底部，所述污质集收筒与所述集液排污管之间具有间隙，所述锥形管开口较小的一端深入到所述污质集收筒内，所述排杂管连通于所述污质集收筒。

作为优选，还包括排液管，所述排液管连通于所述污质集收筒与所述集液排污管之间额间隙处。

作为优选，还包括排气管，所述排气管的第一端连通所述集液排污管，所述排气管的第二端连通所述气液旋流管，所述排气管上设置有控制阀。

作为优选，所述排气管的第二端位于所述长槽口的上边缘的上部。

本发明的有益效果：

采用了气体逸散管和螺旋导流板的结合，利用了离心分离和重力分离，使气液在螺旋导流板上发生离心分离，同时当发生气携液现象时能够通过气体逸散管结构和集气管进行重力分离，降低含液率，提高分离的效率。

附图说明

图1是本发明气液旋流分离装置安装在底座上的示意图；

图2是本发明气液旋流分离装置的主视图；

图3是本发明气液旋流分离装置的剖面图；

图4是本发明气液旋流分离装置中气体逸散管连通锥形管以及集气管的示意图；

图5是本发明气液旋流分离装置中固定盘的示意图；

图6是本发明气液旋流分离装置中进液管与楔形块的安装示意图；

图7是本发明气液旋流分离装置中楔形块的示意图。

图中：

1-气液旋流管；2-螺旋导流板；3-进液管；31-楔形块；4-气体逸散管；41-长槽口；5-集气管；6-集液排污管；7-锥形管；71-集液孔；8-固定盘；81-除液孔；9-排杂管；10-污质集收筒；11-排液管；12-排气管；13-控制阀；14-底座；15-万向轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1-7所示，本实施例提供一种气液旋流分离装置，其包括气液旋流管1，气液旋流管1内设置有沿其内壁呈周向螺旋向下均匀分布的螺旋导流板2，气液旋流管1上设置有进液管3；气液旋流管1内设置有气体逸散管4，气体逸散管4沿气体旋流管1的长度方向设置，螺旋导流板2设置在气体逸散管4的外壁与气液旋流管1内壁之间，气体逸散管4上设置有长槽口41；气液旋流管1的上端插入有集气管5，集气管5的端部插入到气体逸散管4中，其还具有集液排污管6，集液排污管6连接于气液旋流管1的下部，集液排污管6的上端部设置有固定盘8，固定盘8与集液排污管6的内壁抵接，气体逸散管4的下端穿过固定盘8与所述集液排污管6连通，固定盘8上设置有除液孔81，除液孔81围绕气体逸散管4的下端周向设置，集液排污管6的底部设置有与外部连通的排杂管9。

采用了气体逸散管4和螺旋导流板2结合，综合利用了离心分离和重力分离，使气液在螺旋导流板2上发生离心分离，同时当发生气携液现象时能够通过气体逸散管4结构和集气管5进行重力分离，降低含液率，提高分离的效率。

下面详细介绍本实施例，如图1、图2和图3所示，气液旋流分离装置包括上端封闭的气液旋流管1，气液旋流管1内设置有沿其内壁呈周向螺旋向下均匀分布的螺旋导流板2，气液旋流管1上设置有进液管3，本实施例中，进液管3设置在螺旋导流板2的上部；液体由进液管3进入后沿螺旋导流板2向下进行旋转的时候，能够形成的旋流场，通过离心力使气液进行分离。其中气液旋流管1内设置有气体逸散管4，气体逸散管4沿气液旋流管1的长度方向设置。螺旋导流板2设置在气体逸散管4的外壁与气液旋流管1内壁之间，气体逸散管4上设置有长槽口41，而集气管5设置在气液旋流管1的上端，并且插入到气体逸散管4中。当气液形成旋流场实现气液分离后，部分气体沿气体逸散管4的外壁向上流动至气液旋流管1的上部，另一部分则会通过长槽口41直接从插入到气体逸散管4中的集气管5排出，液体则会由于重力作用向下运动。具体的，长槽口41周向设置于气体逸散管4上，长槽口41的槽口边缘处的切向口与螺旋导流板2的旋向相同，以方便气体的进入。

进一步地，集气管5的端部插入至气体逸散管4的上端边缘和长槽口41上边缘之间。可以理解的是，集气管5的外径小于气体逸散管4的内径；当气液旋流管1的上部布满气体时，在气体逸散管4与集气管5的交界处会形成一个负压区，负压区的负压可以加速内部已经分离气体通过集气管5向外排出，提高排气的效率。

如图2、图3、图6和图7所示，进一步地，进液管3的出口端具有楔形块31以形成楔形切向出口，由此导致进液管3的内管径从进液管3的入口端至进入气液旋流管1之间逐渐减小，进液管3的楔形切向出口的流出方向与进液管3的轴向有夹角；当气液沿进液管3轴向的方向进入气液旋流管1时，液体由满管来流经过此楔形块31，以半圆满管形式切向进入气液旋流管1，增加了气液进入气液旋流管1前的流速，从而能够进一步提高气液分离的效率。进一步地，进液管3的出口端位于气体逸散管4的上端边缘与长槽口41之间，以避免待分离流体与已分离流体的重混现象，避免对已经形成的旋流场造成干扰，使旋流场更加对称稳定，从而提高分离效率。

如图3所示，气液旋流分离装置具有集液排污管6，集液排污管6连接于气液旋流管1的下部，集液排污管6的底部设置有与外部连通的排杂管9，排杂管9上还设置有控制阀13以控制排出进度，本实施例中控制阀13采用的是球阀。具体的，如图3-5所示，集液排污管6的上端部设置有固定盘8，固定盘8与集液排污管6的上端部的内壁抵接，固定盘8上端面设置有除液孔81，除液孔81围绕气体逸散管4的下端周向设置。当气液分离后，液体经过固定盘8上的除液孔81进入到集液排污管6中，实施例中，除液孔81的开设方向与螺旋导流板2导流后形成的旋流场的旋向相同，以能够使液体继续沿原有旋转路线旋转向下。

此外，为了方便进行杂质的分离，集液排污管6内还设置有锥形管7，锥形管7开口较大的一端设置连接固定盘8，气体逸散管4的下端穿过固定盘8与锥形管7连通，需要说明的是，气体逸散管4、固定盘8及锥形管7可以上下一体成型，相互连通，方便加工。本锥形管7的表面开设有多个集液孔71，且集液孔71的开设方向与螺旋导流板2导流后形成的旋流场的旋向相同。若此时液体内具有少量固体颗粒杂质，当液体经过除液孔81后可以由位于上部的部分集液孔71进入到锥形管7中，液体在锥形管7进行旋转，经离心分离后液体从锥形管7下部的集液孔71甩出，杂质从锥形管7下部开口落下并由排杂管9排出，本实施例中锥形管7的锥度小于15°，通过锥形管7能够将液体内的杂质进行分离，提高了分离的效率。

其中，如图3所示，集液排污管6内设置有污质集收筒10，污质集收筒10设置在集液排污管6内底部，污质集收筒10与集液排污管6之间具有间隙，锥形管7开口较小的一端伸入到污质集收筒10内，排杂管9连通于污质集收筒10；杂质从锥形管7下部开口落下进入到污质集收筒10内，而分离的液体则由此从锥形管7下部的集液孔71甩出后进入到污质集收筒10与集液排污管6之间的间隙中。

此外，如图1和图2所示，气液旋流分离装置还包括排液管11，排液管11连通于污质集收筒10与集液排污管6之间的间隙处，以排出从锥形管7分离出来的液体。进一步地，气液旋流分离装置还包括排气管12，排气管12的第一端连通集液排污管6，本实施例中，排气管12的第一端的高度高于排液管11的高度以方便进行排气，排气管12的第二端连通气液旋流管1，排气管12上设置有控制阀13。具体的，排气管12的第二端位于长槽口41的上边缘的上部，当在分离有气体进入集液排污管6中，排气管12上的控制阀13被打开，最终进入集气管5中。

如图1所示，本实施例中，气液旋流分离装置还包括底座14，所述集液排污管6设置在底座14上端面，底座14的下端面安置有万向轮15，以方便移动。

本发明综合利用了离心分离和重力分离，气液从进液管3进入气液旋流管1中，当气液混合流经螺旋导流板2后，形成旋流场，在旋流场中气液因密度不同所受到的离心力不同而分离，液体分布在气液旋流管1的管壁附近，气体分布在气液旋流管1中心。

当液体旋流运动至固定盘8后，分布在管壁附近的液体从固定盘8开设的除液孔81以及集液孔71进入到锥形管7，若液体含有固体颗粒杂质，经锥形管7内的旋流后颗粒杂质进入下方嵌套的污质集收筒10后由排杂管9排出；而液体则被甩向污质集收筒10与集液排污管6之间的间隙，最后由排液管11流出。

而分布在气液旋流管1中心处的气体向上运动，其中一部分由长槽口41进入到气体逸散管4内部，经过集气管5排出，另一部分则沿气体逸散管4的外壁流向气液旋流管1的顶部，由于集气管5深入到气体逸散管4上边缘和长槽口41上边缘之间，当集气管5向外排气时，在此交界处会形成一个负压区，负压区的负压可以加速已经分离气体通过集气管5向外排出；此外，在分离过程中容易发生气携液现象，当携液气体途径气体逸散管4及集气管5的内壁时，气体中的液附着在气体逸散管4及集气管5的壁面上在重力的作用下竖直向下流入到锥形管7内，进一步降低了已分离气体中的含液率。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.气液旋流分离装置，其特征在于，包括：

气液旋流管(1)，所述气液旋流管(1)的上端封闭，所述气液旋流管(1)内设置有沿其内壁呈周向螺旋向下均匀分布的螺旋导流板(2)，所述气液旋流管(1)上设置有进液管(3)；

气体逸散管(4)，所述气体逸散管(4)设置在所述气液旋流管(1)内，并沿其长度方向设置，所述螺旋导流板(2)设置在所述气体逸散管(4)的外壁与所述气液旋流管(1)内壁之间，所述气体逸散管(4)上设置有长槽口(41)；

集气管(5)，所述集气管(5)一端穿出所述气液旋流管(1)的上端，另一端插入到所述气体逸散管(4)中；

集液排污管(6)，所述集液排污管(6)连接于所述气液旋流管(1)的下部，所述集液排污管(6)的上端部内设置有固定盘(8)，所述固定盘(8)与所述集液排污管(6)的内壁抵接，所述气体逸散管(4)的下端穿过所述固定盘(8)与所述集液排污管(6)连通，所述固定盘(8)上端面设置有除液孔(81)，所述除液孔(81)围绕所述气体逸散管(4)的下端周向设置，所述集液排污管(6)的底部设置有与外部连通的排杂管(9)。

2.根据权利要求1所述的气液旋流分离装置，其特征在于，所述进液管(3)的出口端具有楔形块(31)以形成楔形切向出口，所述进液管(3)的管径从所述进液管(3)的入口端至进入所述气液旋流管(1)之间逐渐减小，所述楔形切向出口的出向与所述进液管(3)的轴向有夹角；所述进液管(3)的出口端位于所述气体逸散管(4)的上端边缘与所述长槽口(41)之间。

3.根据权利要求1所述的气液旋流分离装置，其特征在于，所述长槽口(41)周向设置于所述气体逸散管(4)上，所述长槽口(41)的槽口边缘处的切向口与所述螺旋导流板(2)的旋向相同。

4.根据权利要求1所述的气液旋流分离装置，其特征在于，所述集气管(5)的端部插入至所述气体逸散管(4)的上端边缘和所述长槽口(41)上边缘之间。

5.根据权利要求1所述的气液旋流分离装置，其特征在于，所述除液孔(81)的开设方向与所述螺旋导流板(2)导流后形成的旋流场的旋向相同。

6.根据权利要求5所述的气液旋流分离装置，其特征在于，还具有锥形管(7)，所述锥形管(7)开口较大的一端连接所述固定盘(8)，所述气体逸散管(4)的下端穿过所述固定盘(8)与所述锥形管(7)连通，所述锥形管(7)的表面开设有多个集液孔(71)，且所述集液孔(71)的开设方向与螺旋导流板(2)导流后形成的旋流场的旋向相同。

7.根据权利要求6所述的气液旋流分离装置，其特征在于，还具有污质集收筒(10)，所述污质集收筒(10)设置在所述集液排污管(6)内底部，所述污质集收筒(10)与所述集液排污管(6)之间具有间隙，所述锥形管(7)开口较小的一端伸入到所述污质集收筒(10)内，所述排杂管(9)连通于所述污质集收筒(10)。

8.根据权利要求7所述的气液旋流分离装置，其特征在于，还包括排液管(11)，所述排液管(11)连通于所述污质集收筒(10)与所述集液排污管(6)之间额间隙处。

9.根据权利要求1-6任一所述的气液旋流分离装置，其特征在于，还包括排气管(12)，所述排气管(12)的第一端连通所述集液排污管(6)，所述排气管(12)的第二端连通所述气液旋流管(1)，所述排气管(12)上设置有控制阀(13)。

10.根据权利要求9所述的气液旋流分离装置，其特征在于，所述排气管(12)的第二端位于所述长槽口(41)的上边缘的上部。

Images