CN1196510C - 分离一种流体混合物的装置 - Google Patents

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Abstract

一分离流体混合物的装置(1)，具有一进料口(2)，一气体出口(3)，一轻质液体出口(4)和一重质液体出口(5)，该装置包括一通常水平的供应管(12)，在供应管上游端具有进料口(2)，一具有封闭下端(18)的倾斜管(15)，一与出口(3)连通的排气装置(20)，一与出口(4)连通的轻质液体排放装置(30)和一与出口(5)连通的重质液体排放装置(40)，其中选择供应管(12)的直径以在正常的操作期间液体的速度低于一预定值，供应管(12)的长度与直径之比大于10，并且选择倾斜管(15)的斜度以在正常操作期间在倾斜管内保持层流。

Description

分离一种流体混合物的装置
本发明涉及一种用来将一种流体混合物分离成三种状态即气体、轻质液体和重质液体的装置，该流体混合物包括气体、轻质液体和重质液体。这种流体混合物例如是产自地下水库的一种气体、烃油和水的混合物。
公开号为2077364的俄罗斯专利公开了一种将流体混合物分离成三种状态，即气体、轻质液体和重质液体的装置，该装置具有一个进料口，一个气体出口，一个轻质液体的出口和一个重质液体的出口，该装置包括：
-一个向上倾斜的供应管，在该供应管的上游端具有进料口；
-一个向下倾斜的管，该管在其上端具有一个与供应管的出口连接的入口，该管还具有一个封闭的下端；
-具有一个入口和一个出口的排气装置，该入口位于充气空间内，而该出口与装置的气体出口流体连通；
-具有一个入口和一个出口的轻质液体的排放装置，该入口位于轻质液体填充空间内，而该出口与装置的轻质液体出口流体连通；和
-具有一个入口和一个出口的重质液体的排放装置，该入口布置在向下倾斜管的下端，而该出口与装置的重质液体出口流体连通。
在正常的操作期间，气体、轻质液体和重质液体的混合物供送到分离装置的进料口。混合物向上流经向上倾斜的供应管，并进入向下倾斜的管的入口。在向下倾斜的管的上端，气体与向下流到向下倾斜的管的下端的液体分离。气体、轻质液体和重质液体经各自的出口从装置中分离排出。
已知的分离装置的一个缺点是在向上倾斜的进料管中会产生紊乱，并且在向下倾斜管中经常发生逆流流动，这种现象反过来影响装置的分离效率。
本发明的一个目的是提供一种用来分离流体混合物的装置，该装置具有提高了的分离效率，这种分离装置特别适合处于以下状态下的在上游管线内输送的流体混合物，即该流体混合物已经进行了预分离，以致流体混合物以一种层流的方式进入分离装置。
为此目的，一种用于将流体混合物分离成三种状态即气体、轻质液体和重质液体的装置，它具有一个进料口，一个气体出口，一个轻质液体的出口和一个重质液体的出口，本发明的装置包括：
-在其上游端具有进料口的一个通常水平的供应管；
-一个倾斜管，在该倾斜管的上端具有一个入口，该入口与供应管的出口连接，并且该倾斜管还具有一个封闭的下端；
-一个排气装置，该排气装置包括一个气体立管，该气体立管具有一个位于充气空间内的入口和一个与装置的气体出口流体连通的出口；
-一个轻质液体的排放装置，该排放装置具有一个位于轻质液体填充空间内的入口和一个与装置的轻质液体出口流体连通的出口；和
-一个重质液体的排放装置，该排放装置具有一个布置在供应管的底平面下方的入口和一个与装置的重质液体出口流体连通的出口，其特征在于选择供应管的直径以使得在正常的操作期间，液体的速度低于一个预定值，供应管的长度与其直径之比大于10，并且选择倾斜管的斜度，以使得在正常操作期间，在倾斜管内保持层流。
申请人已经发现如果选择供应管的直径以使得在正常操作期间，液体的流速低于一个预定值，并且如果供应管的长度与其直径之比大于10，那么就可以在供应管道中保持层流。而且，可以选择倾斜管的斜度以使得在正常操作期间，在倾斜管内保持层流。
在说明书和权利要求中，“充气空间”的表述用来指在正常操作期间充满气体的空间，术语“轻质液体填充空间”用来指在正常操作期间充满轻质液体的空间。
现在通过实例并参考附图来更详细地描述本发明，附图中
图1表示本发明的第一实施例的示意图，和
图2表示本发明的第二实施例的示意图。
现在参考图1。用来将一种流体混合物分离成三种状态即气体、轻质液体和重质液体的装置1，它具有一个进料口2，一个气体出口3，一个轻质液体的出口4和一个重质液体的出口5。进料口2设有一个凸缘9，它用来与管线(未示出)连接。
分离装置1包括一个通常水平的开口端供应管12，在该供应管12的上游端具有进料口2，在该供应管12的相对的另一端具有一个出口13；和一个倾斜管15，在该倾斜管15的上游端具有入口17，倾斜管15还具有一个封闭的下端18，该入口17与供应管12的出口13连接。
分离装置1还包括一个排气装置20，该排气装置20包括一个气体立管22，该气体立管22具有一个位于充气空间25内的入口23和一个出口26，该出口26与分离装置1的气体出口3流体连通。为了排出分离了的液体，分离装置1包括一个轻质液体排放装置30，该排放装置30具有一个入口32和一个出口36，该入口32位于轻质液体填充空间35内，该出口36与分离装置1的轻质液体的出口4流体连通，分离装置1还包括用于重质液体的一个排放装置40，该排放装置40具有一个入口42和一个出口46，该入口42布置在重质液体填充空间45中，该重质液体填充空间45位于供应管12的底平面的下方，它是一个在正常操作期间充满重质液体的空间，该出口46与分离装置1的重质液体的出口5流体连通。
选择供应管12的直径，以使在正常操作期间，轻质液体(油)的流速低于0.05m/s，并且重质液体(水)的流速低于0.2m/s。供应管12的长度与其直径之比大于10。为了维持倾斜管15中的层流，在一个预定范围内选择向下的斜度，该预定范围适当的是在与水平面夹角为1°和3°之间。
在正常操作期间，包括气体、轻质液体和重质液体的进料从管线(未示出)流动进入分离装置1的进料口2中。分离装置中的流动状态是分层的，这样气体填充到充气空间25，轻质液体填充到轻质液体填充空间35，而重质液体填充到重质液体填充空间45。气体经排气装置20排出，轻质液体经轻质液体的排放装置30排出，重质液体经重质液体的排放装置40排出，流体分别经过出口3，4，5离开分离装置1。
因为这样选择开口端供应管12和倾斜管15的结构，以使得保持并进一步稳定层流，因此本发明的分离装置1具有一个极好的分离效率。
在正常操作期间可能发生的在轻质液体和重质液体之间的分界面63的高度变化，可以通过如下装置加以控制，该装置用来控制流经重质液体出口和轻质液体出口的液体的相对的体积流速。轻质液体的排放装置30还包括用来控制在轻质液体的出口4中的体积流速的装置50，而重质液体的排放装置40还包括用来控制在重质液体的出口5中的体积流速的装置50’。
如图1所述的本发明的实施例中，用来控制在轻质液体出口4内的体积流速的装置50包括一个立管52和一个溢流室53。溢流室53具有一个气体出口54和一个液体出口57，该气体出口54通过开口端管道56与排气装置20流体连通，该液体出口57通过管道59与分离装置1的轻质液体出口4流体连通。立管52的入口是轻质液体的排放装置30的入口32，而立管52的出口端60伸进溢流室53内。
用来控制在重质液体出口5内的体积流速的装置50’包括一个立管52’和一个溢流室53’。溢流室53’具有一个气体出口54’和一个液体出口57’，该气体出口54’通过开口端管道56’与排气装置20流体连通，该液体出口57’通过管道59’与分离装置1的重质液体出口5流体连通。立管52’的入口是重质液体的排放装置40的入口42，而立管52’的出口端60’伸进溢流室53’中。而且，装置50’包括布置在立管52’中的一个流量控制阀61。
立管52和52’的出口端60和60’的相对高度和在装置中以及经过流量控制阀61的压降控制着流经重质液体出口和轻质液体出口的液体的相对体积流速。但是，这不影响整个体积流速。以这种方式可以选择分界面的水平面，并且可以控制其变化。申请人已经发现，当重质液体(水)的体积流速较低时，重质液体几乎不受轻质液体(油)的污染。
适当地，倾斜部分15的预定最小的长度与直径之比为15。
轻质液体30的排放装置的立管52包括倾斜部分91和垂直部分92，该垂直部分92与倾斜部分91的出口端连接，其中倾斜部分91相对于在正常操作期间经分离装置1的流体流动的方向向上倾斜。
现在参考图2，图2表示本发明的第二实施例的示意图。该实施例是一个具有几个平行的分离装置1a、1b、1c、1d和1e的设备100。用来将流体混合物分离成三种状态，即气体、轻质液体和重质液体的设备100，具有一个流体混合物的入口110，一个气体出口111，一个轻质液体出口112和一个重质液体出口113。设备100包括一个流量分配装置120，该流量分配装置具有在其上游端的流体混合物的入口110和五个出口121，122，123，124和125，如图1所述的五个分离装置1a、1b、1c、1d和1e。每个装置1a、1b、1c、1d或1e的进料口2a、2b、2c、2d或2e与流量分配装置120的出口121，122，123，124或125中的其中之一连接。
设备100还包括一个集气装置130，该集气装置130具有每个分离装置1a、1b、1c、1d和1e的入口(未示出)，该入口与分离装置的气体出口(未示出)流体连通；并且具有一个出口，该出口是设备100的气体出口111。设备100还包括一个轻质液体的收集装置140，该收集装置140具有用于每个分离装置1a、1b、1c、1d和1e的一个入口(未示出)，该入口与分离装置的轻质液体出口(未示出)流体连通，并且具有一个轻质液体出口，该轻质液体出口是设备100的轻质液体出口112。设备100还包括一个重质液体收集装置150，该重质液体收集装置150具有每个分离装置1a、1b、1c、1d和1e的一个入口(未示出)，该入口与分离装置的重质液体出口(未示出)流体连通，并且具有一个出口，该出口是设备100的重质液体出口113。
适当地，出口121，122，123，124和125可以是倾斜管(未示出)的出口。
如果必须处理大的体积，那么该实施例特别合适于此。

Claims (7)

1.一种用来将流体混合物分离成三种状态即气体、轻质液体和重质液体的装置，它具有一个进料口(2)，一个气体出口(3)，一个轻质液体(4)的出口和一个重质液体(5)的出口，该装置包括：
-在其上游端具有进料口(2)的一个通常水平的供应管(12)；
-一个倾斜管(15)，在该倾斜管的上端具有一个入口(17)，该入口与供应管(12)的出口(13)连接，并且该倾斜管还具有一个封闭的下端(18)；
-一个排气装置(20)，该排气装置包括一个气体立管(22)，该气体立管具有一个位于充气空间(25)内的入口和一个与所述分离装置的气体出口(3)流体连通的出口(26)；
-一个轻质液体的排放装置(30)，该排放装置具有一个位于轻质液体填充空间内的入口(32)和一个与所述分离装置的轻质液体出口(4)流体连通的出口(36)；和
-一个重质液体的排放装置(40)，该排放装置具有一个布置在供应管(12)的底平面下方的入口(42)和一个与所述分离装置的重质液体出口(5)流体连通的出口(46)；
其特征在于，选择供应管(12)的直径以使在正常的操作期间，液体的速度低于一个预定值，供应管(12)的长度与其直径之比大于10，并且选择倾斜管(15)的斜度以使得在正常操作期间，在倾斜管(15)中保持层流。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，重质液体的排放装置(40)，或轻质液体的排放装置(30)，或这两种排放装置包括用来控制流经重质液体出口(5)和轻质液体出口(4)的液体的相对体积流速的装置(50，50′)。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，用来控制相对体积流速的装置包括一个溢流室(53，53′)和一个立管(52，52′)，该溢流室具有一个气体出口(54，54′)和一个液体出口(57，57′)，该气体出口与排气装置流体连通，该液体出口与装置的相应的液体出口流体连通，该立管的入口是相应的排放装置的入口，而该立管的出口端伸进溢流室(53，53′)中。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，立管(52′)还包括一个流量控制阀(61)。
5.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，轻质液体(50)的排放装置包括一个立管(52)，该立管具有一个倾斜部分(91)和一个垂直部分(92)，该垂直部分与倾斜部分的出口端连接，倾斜部分相对于在正常操作期间流经分离装置的液体流动的方向向上倾斜。
6.如权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，倾斜管(15)的斜度在1°和3°之间。
7.一种用来将流体混合物分离成三种状态即气体、轻质液体和重质液体的设备(100)，它具有一个流体混合物的入口(110)，一个气体出口(111)，一个轻质液体的出口(112)和一个重质液体的出口(113)，该设备(100)包括：
-一个流量分配装置(120)，该流量分配装置在其上游端具有流体混合物的入口(110)和至少两个出口(121，122，123，124，125)；
-至少两个彼此平行布置的根据权利要求1至6中任一项所述的用来将流体混合物分离成三种状态即气体、轻质液体和重质液体的装置(1a，1b，1c，1d，1e)，其中，每个装置(2a，2b，2c，2d，2e)的进料口与流量分配装置(120)的出口(121，122，123，124，125)中的其中之一连接；
-一个集气装置(130)，该集气装置具有对应所述至少两个装置中的每个装置的一个入口，该入口与分离装置的气体出口流体连通，并且具有一个出口，该出口与设备(100)的气体出口(111)流体连通；
-一个轻质液体收集装置(140)，该轻质液体收集装置具有用于每个装置(1a，1b，1c，1d，1e)的一个入口，该入口与分离装置的轻质液体出口流体连通，并且具有一个轻质液体出口，该轻质液体出口与设备(100)的轻质液体出口(112)流体连通；
-一个重质液体收集装置(150)，该重质液体收集装置具有对应所述至少两个装置中的每个装置的一个入口，该入口与分离装置的重质液体出口流体连通，并且具有一个重质液体出口，该重质液体出口与设备(100)的重质液体出口(113)流体连通。
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