CN1309451C - 旋流式流体分离器 - Google Patents

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Abstract

一种用于从流体混合物中分离可冷凝的、液体和/或固体成份的旋流式流体分离器包括一个上游的流体入口部分，在该部分中流体混合物被加速到超声的速度以便膨胀并冷却流体混合物，这样，一种或多种可冷凝的流体成份被液化和/或固化；一个下游分离部分，在该部分中，可冷凝的废弃的和可冷凝的富化的流体部分被分离并被送进到分离出口中；及一个中游的旋流产生部分，该部分包括若干个倾斜的叶片，该叶片的尖端(5A、5B)以较大的相互的间隔(D)同时以距中游旋流产生器部分的内壁小的间隔(S＜0.2W)被定位，这样，在分离器的正常工作过程中在流体经过壳体流动中产生邻近各充份地隔开的叶片尖端的涡旋流体的旋流6A、6B，所述旋流在下游分离部分仍彼此被分开。

Description

旋流式流体分离器
技术领域
本发明涉及一种用于从多种成分的流体混合物中分离一或几种可冷凝的液体和/或固体成份的旋流式流体分离器。
背景技术
从欧洲专利申请0496128和国际专利申请WO 99/01194中已知这种旋流式流体分离器。
从这些现有技术文献已知的旋流式流体分离器包括一个上游入口部分，在该部分中流体被加速到超音速并被冷却；一个中游旋流产生部分，在该部分中一或多个叶片在加速的冷却流体流中产生一种旋流；以及一个下游的分离部分，在该部分中富含可冷凝物的和可冷凝物贫化的流体部分被分离并送进到分离流体出口管道中。在入口部分流体流的加速到超音速使流体膨胀并迅速冷却到远低于0℃的温度，因此一种或多种可冷凝的成分，例如含水的和C5 +的碳氢化物成份，冷凝和/或固化。在冷却的流体流中由一个或多个叶片产生的旋流使气态的流体成份和冷凝液化的和/或固化的成份在管状分离器壳体的管状中游部分周围涡动，因而离心力在中游部分的下游端附近产生一种富含可冷凝物的流体混合物靠近管状中游部分内部的外周边，同时靠近管状中游部分的中心轴线产生一种可冷凝物贫化的流体混合物。随后涡动的流体混合物从中游部分流入分离部分，在该分离部分中对中心地设置一管状旋流定向器，因此可冷凝的废弃流体混合物流入管状旋流定向器中同时可冷凝的富含的流体混合物流入管状旋流定向器的外表面与分离器的分离部分的内表面之间的圆环形空间中。
苏联专利说明书SU 1768242公开一种管状的旋流式分离器，在该分离器中流体被送进到圆环状喷嘴中，在该喷嘴中由一系列导向叶片产生旋流，导向叶片在喷嘴内的中央本体和分离器的壳体之间延伸。所述中央本体具有导向叶片下游的较大横截面周边，因此产生一喉部，在该喉部处流体被加速到超音速并因而膨胀和被冷却因此可冷凝的成份冷凝和/或固化同时富含可冷凝物的流体流通过管状分离器壳体中的一或多个出口被从涡动的流体混合物分离。
已知的旋流式流体分离器能够从一种流体混合物分离可冷凝的成份的相当大部分，本发明旨在进一步提高旋流式分离器的分离效率。
发明内容
本发明的技术方案如下：
根据本发明，提供一种用于从流体混合物中分离可冷凝的液体和/或固体成份的旋流式流体分离器，该分离器包括：上游流体入口部分，在上游流体入口部分中流体混合物被加速到接近音速或超音速以便膨胀并冷却该流体混合物，以致一或多种可冷凝的流体成份被液化和/或固体化；下游分离部分，在下游分离部分中，可冷凝物贫化的和富含可冷凝物的可冷凝流体部分被分离并送进到分离出口中；以及圆管形中游旋流发生部分，它包括若干个倾斜的具有叶片尖端的叶片，叶片尖端处在距圆管形中游旋流发生部分的内表面小于0.2W的间距S处，圆管形中游旋流发生部分在叶片尖端区域中具有内宽度W。
优选地，该分离器被设计能向其送进包含液体和/或固体颗粒的流体流，并能在圆管形中游部分将流体流加速并冷却到接近音速或超音速，并能在下游分离部分中从流体流除去被冷却的颗粒。
优选地，叶片尖端相对于圆管形中游旋流发生部分的中心轴线设置成旋转对称的构形。
优选地，一对倾斜的三角形叶片以相对于圆管形中游旋流发生部分的中心轴线呈旋转对称的构形从圆管形中游旋流发生部分的内表面凸出，并使叶片尖端处在相对于所述中心轴线的基本上沿直径相对的位置。
优选地，叶片尖端之间的距离(D)处在0.6W与0.99W之间。
优选地，三个倾斜的三角形叶片以相对于圆管形中游旋流发生部分的中心轴线呈旋转对称的构形从圆管形中游旋流发生部分的内表面凸出，并使叶片尖端处于相对于所述中心轴线基本上120°的角度间隔的位置。
优选地，至少两个三角形叶片被以不变的角度间隔安装在一细长的叶片承载体上，该承载体与圆管形中游旋流发生部分的中心轴线基本上同轴。
优选地，一皱褶圆管形旋流定向器设置在分离器的分离部分以内，可冷凝物贫化的流体出口连接到旋流定向器的内部，富含可冷凝物的流体出口被连接到在圆管形旋流定向器的外表面与分离器的分离部分的内壁之间的圆环形空间。
优选地，皱褶圆管形旋流定向器的方位相对于分离器的圆管形中游部分的中心轴线是可调适的。
优选地，叶片承载体穿过分离器的圆管形入口部分中的喉部并在喷嘴的喉部区域中包括一具有比上面安装有叶片的承载体的部分大的横轴向表面的成型部分。
优选地，叶片承载体可旋转地被安装到该分离器的圆管形中游部分内。
优选地，叶片尖端之间的距离(D)处于0.8与0.98W之间。
根据本发明的旋流式流体分离器包括；上游流体入口部分，在该部分中流体混合物被加速到接近音速或超音速以膨胀和冷却流体混合物因此一或多种可冷凝的流体成分被液化和/或固化；下游分离部分，在该部分中可冷凝物贫化的和富含可冷凝物的流体部分被分离并被送进到分离出口中；以及管状中游旋流产生部分，它包括若干个倾斜的具有叶片尖端的叶片(也见图2)，叶片尖端被放置在距管状中游旋流发生部分的内表面小于0.2W的间距S处，圆管状中游旋流产生部分在叶片尖端的区域中具有一内宽度W。送进到旋流式流体分离器的流体也可以包含在下游分离部分要分离的液体或固体的颗粒。
已经发现，在每个叶片的尖端附近产生涡旋，在互相间隔很远的不同叶片尖端附近产生涡旋。所述涡旋还互相围绕着沿螺旋路径涡动。因此，不同涡旋的旋转中心形成螺线，螺线逐渐混合并朝一单独的旋流会聚，单独的旋流在或靠近圆管形的外壳处有一旋转中心。
已经发现在根据本发明的旋流式流体分离旋流器的很远地分开的叶片尖端处产生的很远隔开的许多旋流的存在明显地增大其分离效率。
管状旋流定向器的入口可以具有一椭圆的或皱褶状形状，该形状适合于所述入口的位置处旋流的轮廓。
叶片可以是三角形的且从中游管状旋流发生部分的内表面凸出。此旋流发生部分可以位于喉部的下游，在该喉部中流体被加速到超音速并因而被膨胀并冷却，旋流发生部分位于将冷却的气相与冷却的富含可冷凝物的相分离的皱褶形管状旋流定向器的上游。最好是三角形的叶片跨越圆管形中游旋流发生部分的大部分宽度，因此每个叶片的根部与尖端部之间的横轴距离大于0.8W，以及每个叶片的尖端部与圆管形中游部分的内表面的相对边之间的距离小于0.2W，更特别地小于0.15W。
应该理解如果圆管形中游旋流发生部分具有圆柱形内表面，则该宽度W等于所述圆管形部分的内直径的两倍，如果所述部分是椭圆形或皱褶状的则该宽度W等于所述部分的平均内直径。
或者，叶片被安装在中央叶片承载体上，该承载体从圆管形分离部分通过喉部延伸到分离器的管状入口部分中的喷嘴中，并包括在喷嘴的喉部区域中的一个成型的部分(profiled section)，该成型的部分具有比承载体的安装有叶片的部分更大的横轴向表面(cross-axialsurface)。因此叶片承载体在喷嘴内形成一中心芯轴同时减少或消除对喉部的要求，在该处分离器的圆管形入口部分在喷嘴的位置具有一减小的内直径。喷嘴的宽度可以通过在纵向移动承载体通过分离器壳体或者通过以另一个在喷嘴区有不同轮廓的承载体来代替该承载体而调节。
在本说明书和所附权利要求中术语可冷凝成份和/或可凝结物试图包括在分离器内部在占优势的局部温度下冷凝和/或固化的成份。某些可冷凝的成份，如水蒸汽，可能首先冷凝为液滴的雾并然后固化成固体物，例如，水、晶体，而其它可冷凝的成份可以立刻从一种气态固化成固相。
附图说明
将更详细地并通过参照附图以举例方式描述本发明，其中：
图1是根据本发明的旋流式流体分离器的示意性纵向剖视图；
图2是沿II-II线取的并在箭头方向看的图1的旋流式流体分离器的横剖视图；
图3是沿III-III线取的并在箭头方向看的图1的旋流式流体分离器的横剖视图；
图4是根据本发明的旋流式流体分离器的又一实施例的示意性局部横剖视图，其中四个三角(delta)形的涡流产生叶片被安装在中央叶片承载体上；以及
图5是沿V-V线取的并在箭头方向看的图4的旋流式流体分离器的横剖视图。
具体实施方式
参照图1，表示一种旋流式流体分离器，在该分离器中一种多流体成份混合物从上游入口部分1流入喉部2，在该喉部流体混合物被加速到超音速并因而膨胀和被绝热地冷却，以致流体混合物的一种或几种可凝成分冷凝和/或固化成液滴和/或固体颗粒。然后被冷却的混合物在超音速下流入圆管形中游旋流产生部分3中，在该部分中一对三角形叶片4A和4B被设置成相对分离器的中心轴线I成锐角，这样叶片4A和4B在流体混合物中产生旋流6A和6B，该旋流6A和6B在或接近叶片尖端5A和5B处离开叶片4A和4B。由于离心力的作用靠旋流6A和6B的旋转中心的流体包括基本上干燥的低密度气相，该气相被送进到第一级中央流体出口7。具有比低密度气相要高的密度的液滴和/或固态颗粒被离心分离到旋流6A和6B的外周边并可能在叶片4A和4B的下游的圆管形分离部分3的内表面处形成一圆环形液体膜或浆液8，该浆液被送进到圆环形第二级出口9中，该第二级出口9由一圆管形旋流定向器10与中央第一组流体出口7分隔开。该圆环形第二级出口9排放富含可冷凝物的流体混合物到第二级流体出口管道12中。
如图1和2所示该圆管形旋流发生部分3在叶片尖端5A和5B区域中具有一内部宽度W。
根据本发明叶片尖端5A和5B每一个处在距圆管形旋流发生部分3的内表面小于0.2W的相对较小间距S处，并且相互之间的距离D相对较大，该D在0.6W与0.99W之间，且最好是0.8W与0.98W之间。叶片尖端之间的较大距离使得旋流6A与6B的旋转中心也处在相互的大距离。该旋流6A与6B的旋转中心具有绕中心轴线I的基本上螺旋形状并且将逐渐地向中心轴线I会聚。已经发现，如果在下游分离部分14中的圆管形旋流定向器10具有处于旋流6A与6B尚未混合成单一旋流的位置的入口11且如果所述入口11具有如图3所示的皱褶形则对于旋流式分离器的分离效率是有利的。该旋流定向器10通过轴承组件13连接到分离器壳体的下游端，轴承组件使旋流定向器10能够绕中心轴线I相对于分离器壳体旋转。因此，旋流定向器10可以这样旋转，即涡旋6A和6B的旋转中心处于靠近旋流定向器10的皱褶形入口11的外瓣叶11A与11B。旋流定向器10的旋转可以根据经第一级和第二级出口7和9排出的流体的液体和/或固体的含量的测量加以控制，并且因此在第一级出口7中液体和/或固体的含量最小化而在第二级出口9中的液体和/或固体含量被最大化。
图5表示根据本发明的一种旋流式分离器的另一实施例，其中一种四个三角形叶片50的组件被安装在一个中央叶片承载杆51上。该承载杆可旋转地设置在分离器的圆管形分离部分52以内并可以穿过喉部53与入口59。
如图4和5所示，叶片尖端55处在距圆管形分离部分52的内表面的一个小的间距S处，因此产生被该叶片尖端很远地隔开的旋流56。这些旋流绕分离器中心轴线V螺旋地涡动并将逐渐地向分离器的中心轴线V会聚。具有四个瓣叶的皱褶状旋流定向器(未表示)可以设置在分离器的下游分离部分58处，以便每股旋流进入瓣叶的一个。该旋流定向器可以固定地紧固在分离器的下游分离部分58中而中央叶片承载杆51可以相对于分离器壳体旋转以便精确地将旋流50聚焦到皱褶状旋流定向器的瓣叶中。

Claims (12)

1.一种用于从流体混合物中分离可冷凝的液体和/或固体成份的旋流式流体分离器，该分离器包括：上游流体入口部分，在上游流体入口部分中流体混合物被加速到接近音速或超音速以便膨胀并冷却该流体混合物，以致一或多种可冷凝的流体成份被液化和/或固体化；下游分离部分，在下游分离部分中，可冷凝物贫化的和富含可冷凝物的可冷凝流体部分被分离并送进到分离出口中；以及圆管形中游旋流发生部分，它包括若干个倾斜的具有叶片尖端的叶片，叶片尖端处在距圆管形中游旋流发生部分的内表面小于0.2W的间距S处，圆管形中游旋流发生部分在叶片尖端区域中具有内宽度W。
2.权利要求1的旋流式流体分离器，其中该分离器被设计能向其送进包含液体和/或固体颗粒的流体流，并能在圆管形中游部分将流体流加速并冷却到接近音速或超音速，并能在下游分离部分中从流体流除去被冷却的颗粒。
3.权利要求1的旋流式流体分离器，其中叶片尖端相对于圆管形中游旋流发生部分的中心轴线设置成旋转对称的构形。
4.权利要求2的旋流式流体分离器，其中一对倾斜的三角形叶片以相对于圆管形中游旋流发生部分的中心轴线呈旋转对称的构形从圆管形中游旋流发生部分的内表面凸出，并使叶片尖端处在相对于所述中心轴线的基本上沿直径相对的位置。
5.权利要求3的旋流式流体分离器，其中叶片尖端之间的距离(D)处在0.6W与0.99W之间。
6.权利要求2的旋流式流体分离器，其中三个倾斜的三角形叶片以相对于圆管形中游旋流发生部分的中心轴线呈旋转对称的构形从圆管形中游旋流发生部分的内表面凸出，并使叶片尖端处于相对于所述中心轴线基本上120°的角度间隔的位置。
7.权利要求1的旋流式流体分离器，其中至少两个三角形叶片被以不变的角度间隔安装在一细长的叶片承载体上，该承载体与圆管形中游旋流发生部分的中心轴线基本上同轴。
8.权利要求2的旋流式流体分离器，其中一皱褶圆管形旋流定向器设置在分离器的分离部分以内，可冷凝物贫化的流体出口连接到旋流定向器的内部，富含可冷凝物的流体出口被连接到在圆管形旋流定向器的外表面与分离器的分离部分的内壁之间的圆环形空间。
9.权利要求8的旋流式流体分离器，其中皱褶圆管形旋流定向器的方位相对于分离器的圆管形中游部分的中心轴线是可调适的。
10.权利要求7的旋流式流体分离器，其中，叶片承载体穿过分离器的圆管形入口部分中的喉部并在喷嘴的喉部区域中包括一具有比上面安装有叶片的承载体的部分大的横轴向表面的成型部分。
11.权利要求7的旋流式流体分离器，其中叶片承载体可旋转地被安装到该分离器的圆管形中游部分内。
12.权利要求5的旋流式流体分离器，其中叶片尖端之间的距离(D)处于0.8与0.98W之间。
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