CN210675551U - 一种粒径分级聚结式旋流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种粒径分级聚结式旋流器，包括壳体，在壳体中心设置有集油管，在集油管外侧依次同心设置有微粒径油相通道、小粒径油相通道、中粒径油相通道，上述各通道位于粒径分级室且高度由内向外依次降低；在壳体旋流腔的外部设置有螺旋流道，分隔板将所述螺旋流道的出口端分隔成外侧螺旋流道及内侧螺旋流道。本实用新型通过构建旋流器内部的粒径分级通道，促进不同粒径油滴间的聚结作用，可以有效提高细小油滴的分离效果，从而实现对不同粒径油滴均具有较高的分离效率。结构紧凑、占地面积小、成本低，既可应用于油田生产，又可应用于市政环保等其它领域。本实用新型结构有效解决了现有水力旋流器对细小油滴的去除效果差的问题。

Description

一种粒径分级聚结式旋流器

技术领域

本实用新型属于石油化工技术领域，具体涉及一种粒径分级聚结式旋流器，用于具有密度差的两相不互溶介质分离。

背景技术

随着油田开发逐渐进入中高含水开采期，油水分离工艺在陆上油田及海上油田生产过程中均占据着重要地位。目前，用于油水分离的化学法及电浮法存在能耗高及污染大的问题，难以满足对经济性和环保性的要求。相比之下，物理分离法被较为广泛的应用于油水分离领域。重力沉降式分离是一种较为常见的物理分离方法，但分离速度慢且重力沉降装置占地面积大。相比之下，采用旋流分离方法进行油水分离的水力旋流器具有结构紧凑且快速分离的优点，在油水分离领域表现出突出的优势。

水力旋流器的分离原理是利用不互溶介质间的密度差进行离心分离，介质间的密度差越大，分散相粒径越大，越有利于不同介质间的分离。而对于粒径小的小粒径油滴而言，在水力旋流器内部高度旋转的过程中，小粒径油滴受到的向中心区域的径向力小，因此，水力旋流器对细小油滴的去除效果差。该部分未经分离的细小油滴严重影响了旋流分离方法的整体分离效率，制约着旋流分离效率的进一步提高。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种粒径分级聚结式旋流器，能够实现对细小油滴的高效分离，从而提高水力旋流器的整体分离效率，具有分离效率高、结构紧凑及投资少等优点。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：一种粒径分级聚结式旋流器，其特征在于，包括切向出口、直管段、圆锥段、中心柱、固定片、螺旋流道、旋流腔、外侧螺旋流道、中粒径油相通道、小粒径油相通道、微粒径油相通道、粒径分级室、集油管、内侧螺旋流道、入口直管、固定柱、分隔板；

所述直管段、圆锥段、旋流腔、粒径分级室自下而上连接成壳体，在直管段下部设置有切向出口，在壳体中心设置有集油管，在集油管外侧依次同心设置有微粒径油相通道、小粒径油相通道、中粒径油相通道，上述各通道位于粒径分级室且高度由内向外依次降低；

在壳体内部设置有中心柱，中心柱的下端与直管段下端连接，上端位于集油管内部，并通过固定片固定；

在旋流腔的外部套设有螺旋流道，其下端为入口直管，上部出口端内部设置有分隔板，所述分隔板将所述螺旋流道的出口端分隔成位于外侧的外侧螺旋流道及位于内侧的内侧螺旋流道。

进一步的，微粒径油相通道、小粒径油相通道及中粒径油相通道依次套设布置在集油管外侧，且高度依次减小，呈阶梯状布置；在微粒径油相通道、小粒径油相通道及中粒径油相通道中设置有多个固定柱，用于固定微粒径油相通道、小粒径油相通道及中粒径油相通道三者间的相对位置；

进一步的，粒径分级室的上端为锥筒形结构，粒径分级室的下端为圆筒形结构；所述粒径分级室与旋流腔的上端连接；所述粒径分级室、旋流腔、圆锥段、直管段依次连接并连通；

进一步的，集油管的上端出口位于粒径分级室的外部，集油管的下端伸入旋流腔的中心处；

进一步的，内侧螺旋流道为圆弧状，并与旋流腔的上端相切布置；所述内侧螺旋流道与旋流腔的上端连接并连通；外侧螺旋流道绕旋流腔及粒径分级室旋转并上升，并与粒径分级室的下端相切布置；所述外侧螺旋流道与粒径分级室连接并连通。

本实用新型的优点是：

1、本实用新型通过构建旋流器内部的粒径分级通道，促进不同粒径油滴间的聚结作用，可以有效提高细小油滴的分离效果，从而实现对不同粒径油滴均具有较高的分离效率。

2、具有分离效率高、系统集成性强、结构紧凑、占地面积小、成本低的优点，既可应用于油田生产，又可应用于市政环保等其它领域，具有可观的推广应用前景。

附图说明

图1是本实用新型一种粒径分级聚结式旋流器的剖视图；

图2为本实用新型一种粒径分级聚结式旋流器的侧视图；

图3为本实用新型一种粒径分级聚结式旋流器的顶视图；

图4为本实用新型一种粒径分级聚结式旋流器的立体图；

图5为图2中本实用新型一种粒径分级聚结式旋流器的A-A截面剖视图；

图6为图1中本实用新型一种粒径分级聚结式旋流器的B-B截面剖视图；

图7为图2中本实用新型一种粒径分级聚结式旋流器的C-C截面剖视图；

图8为本实用新型一种粒径分级聚结式旋流器的螺旋流道立体图；

图9为本实用新型一种粒径分级聚结式旋流器的原理图。

附图标记说明：1为切向出口、2为直管段、3为圆锥段、4为中心柱、5为固定片、6为螺旋流道、7为旋流腔、8为外侧螺旋流道、9为中粒径油相通道、10为小粒径油相通道、11为微粒径油相通道、12为粒径分级室、13为集油管、14为内侧螺旋流道、15为入口直管、16为固定柱、17为分隔板。

具体实施方式

为了明确本实用新型的目的、技术方案及优点，通过以下实施例，对实用新型的一种粒径分级聚结式旋流器进行进一步详细说明。需要指出的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1-9所示为本实用新型一种粒径分级聚结式旋流器，包括切向出口1、直管段2、圆锥段3、中心柱4、固定片5、螺旋流道6、旋流腔7、外侧螺旋流道8、中粒径油相通道9、小粒径油相通道10、微粒径油相通道11、粒径分级室12、集油管13、内侧螺旋流道14、入口直管15、固定柱16、分隔板17；

所述直管段2、圆锥段3、旋流腔7、粒径分级室12自下而上连接成壳体，在直管段2下部设置有切向出口1，在壳体中心设置有集油管13，在集油管13外侧依次同心设置有微粒径油相通道11、小粒径油相通道10、中粒径油相通道9，上述各通道位于粒径分级室12且高度由内向外依次降低；

在壳体内部设置有中心柱4，中心柱的下端与直管段2下端连接，上端位于集油管13内部，并通过固定片5固定；中心柱4的设置有利于防止壳体内部的液流在高速旋转过程中造成的集油管13震动，起到稳定集油管13位置的作用；

在旋流腔7的外部套设有螺旋流道6，其下端为入口直管15，上部出口端内部设置有分隔板17，所述分隔板17将所述螺旋流道6的出口端分隔成位于外侧的外侧螺旋流道8及位于内侧的内侧螺旋流道14；

优选的，微粒径油相通道11、小粒径油相通道10及中粒径油相通道9的依次套设布置在集油管13外侧，且高度依次减小，呈阶梯状布置；在微粒径油相通道11、小粒径油相通道10及中粒径油相通道9中设置有多个固定柱16，用于固定微粒径油相通道11、小粒径油相通道10及中粒径油相通道9三者间的相对位置；

优选的，粒径分级室12的上端为锥筒形结构，粒径分级室12的下端为圆筒形结构；所述粒径分级室12与旋流腔7的上端连接；所述粒径分级室12、旋流腔7、圆锥段3、直管段2依次连接并连通；

优选的，集油管13的上端出口位于粒径分级室12的外部，集油管13的下端伸入旋流腔7的中心处；

优选的，内侧螺旋流道14为圆弧状，并与旋流腔7的上端相切布置；所述内侧螺旋流道14与旋流腔7的上端连接并连通；外侧螺旋流道8绕旋流腔7及粒径分级室12旋转并上升，并与粒径分级室12的下端相切布置；所述外侧螺旋流道8与粒径分级室12连接并连通。

本实用新型结构的工作原理如下：上述基于一种粒径分级聚结式旋流器中，油水混合物（为便于对本实用新型的原理进行描述，将油水混合物中的油滴粒径由大到小分为四类，即大粒径、中粒径、小粒径及微粒径）首先由入口直管进入，并沿着螺旋流道螺旋向上流动。在油水混合物螺旋流动过程中，由于水相和油相间存在密度差，水相受到较大的离心力作用并向周围流动，油相受到的离心力较小，从而使油相产生向中心区域的径向迁移力，在这个过程中，大粒径油滴由于受到向中心区域的径向迁移力较大，更容易向螺旋流道的内侧聚集，部分较小粒径（中粒径、小粒径及微粒径）油滴由于粒径小，不足以形成使其移动到螺旋流道内侧的径向迁移力，则分布于螺旋流道的外侧。上述液流在达到分隔板时，内侧大粒径油相进入内侧螺旋流道，较小粒径（中粒径、小粒径及微粒径）油相进入外侧螺旋流道。与此同时，内侧大粒径油滴沿着内侧螺旋流道切向进入旋流腔内，并主要集中于旋流腔的近壁面区域发生高速旋转，大粒径油滴受向中心区域迁移的径向力作用，逐渐向中心处的集油管运移。而外侧较小粒径（中粒径、小粒径及微粒径）的油滴沿着外侧螺旋流道切向进入粒径分级室内，并发生高速旋转。在高速旋转过程中，中粒径油滴由于自身具有相对于小粒径及微粒径油滴较大的粒径，使其受到相对较大的向中心区域运移的径向力，因而率先向粒径分级室的中心处运移，并聚集于中粒径油相通道的外壁区，并由中粒径油相通道的上端入口流入中粒径油相通道内，最终沿着中粒径油相通道向下流入旋流腔的内部，由于粒径分级室内部的液流为旋转流，使进入中粒径油相通道内部的液流依然保持着旋转流动状态，并旋转喷入旋流腔内；随着粒径分级室内部液流的持续旋转流动，旋转液流在到达粒径分级室的上端锥筒形结构后，由于锥筒形结构能够起到补偿液流旋转过程中速度损失的作用，因此有利于增加小粒径及微粒径油滴向中心区域运移的径向力，促进小粒径及微粒径油滴向中心区域的运移。具体的，小粒径油滴受指向中心区域的径向力作用，率先向中心区域运移，并聚集于小粒径油相通道的外壁区，并由小粒径油相通道的上端入口流入小粒径油相通道内，最终沿着小粒径油相通道向下流入旋流腔的内部，由于粒径分级室内部的液流为旋转流，使进入小粒径油相通道内部的液流依然保持着旋转流动状态，并旋转喷入旋流腔内；与此同时，微粒径油滴难于分离，最后随旋转液流进入微粒径油相通道，沿着微粒径油相通道向下流入旋流腔的内部，由于粒径分级室内部的液流为旋转流，使进入微粒径油相通道内部的液流依然保持着旋转流动状态，并旋转喷入旋流腔内。通过以上基于粒径分级的旋流分离组织方式，在旋流腔内部，形成由内至外，油滴粒径逐渐增大的分布规律，使旋流腔内部液流在高速旋转过程中，由于靠近壁面的油滴粒径最大，大粒径油滴向中心区域运移的过程中将遇到中粒径油滴、小粒径油滴及微粒径油滴，中粒径油滴向中心区域运移的过程中将遇到小粒径油滴及微粒径油滴，小粒径油滴向中心区域运移的过程中将遇到微粒径油滴，以上形成的大粒径油滴、中粒径油滴、小粒径油滴及微粒径油滴顺次向中心区域运移的规律，将增大靠近集油管附近粒径较小油滴受周围较大粒径油滴的碰撞及聚结机会，使靠近集油管附近粒径较小的油滴逐渐增大，从而增大其向中心区域运移的径向力，促进油水两相中不同粒径油滴的高效分离。此外，小粒径及微粒径油滴由于在集油管附近区域旋转流动，即使不被大油滴碰撞聚结，也会由于靠近集油管而减少了向集油管的必要运移时间，使小粒径及微粒径油滴更容易运移到集油管壁面附近，最终流入集油管。经过以上分离出的油相沿着集油管外壁向下流动，并由集油管与中心柱间形成的环形通道流入集油管内，最终由集油管的上端出口流出，同时，经分离后的水相旋转向下流动，最终进入直管段，并由切向出口沿着切向方向流出。圆锥段对旋转流体有一定的能量补偿作用，补偿分离过程中的速度损失，有利于促进油水两相间的进一步分离。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种粒径分级聚结式旋流器，其特征在于，包括切向出口（1）、直管段（2）、圆锥段（3）、中心柱（4）、固定片（5）、螺旋流道（6）、旋流腔（7）、外侧螺旋流道（8）、中粒径油相通道（9）、小粒径油相通道（10）、微粒径油相通道（11）、粒径分级室（12）、集油管（13）、内侧螺旋流道（14）、入口直管（15）、固定柱（16）、分隔板（17）；

所述直管段（2）、圆锥段（3）、旋流腔（7）、粒径分级室（12）自下而上连接成壳体，在直管段（2）下部设置有切向出口（1），在壳体中心设置有集油管（13），在集油管（13）外侧依次同心设置有微粒径油相通道（11）、小粒径油相通道（10）、中粒径油相通道（9），上述各通道位于粒径分级室（12）且高度由内向外依次降低；

在壳体内部设置有中心柱（4），中心柱的下端与直管段（2）下端连接，上端位于集油管（13）内部，并通过固定片（5）固定；

在旋流腔（7）的外部套设有螺旋流道（6），其下端为入口直管（15），上部出口端内部设置有分隔板（17），所述分隔板（17）将所述螺旋流道（6）的出口端分隔成位于外侧的外侧螺旋流道（8）及位于内侧的内侧螺旋流道（14）。

2.根据权利要求1所述的粒径分级聚结式旋流器，其特征在于，微粒径油相通道（11）、小粒径油相通道（10）及中粒径油相通道（9）依次套设布置在集油管（13）外侧，且高度依次减小，呈阶梯状布置；在微粒径油相通道（11）、小粒径油相通道（10）及中粒径油相通道（9）中设置有多个固定柱（16），用于固定微粒径油相通道（11）、小粒径油相通道（10）及中粒径油相通道（9）三者间的相对位置。

3.根据权利要求1所述的粒径分级聚结式旋流器，其特征在于，粒径分级室（12）的上端为锥筒形结构，粒径分级室（12）的下端为圆筒形结构；所述粒径分级室（12）与旋流腔（7）的上端连接；所述粒径分级室（12）、旋流腔（7）、圆锥段（3）、直管段（2）依次连接并连通。

4.根据权利要求1所述的粒径分级聚结式旋流器，其特征在于，集油管（13）的上端出口位于粒径分级室（12）的外部，集油管（13）的下端伸入旋流腔（7）的中心处。

5.根据权利要求1所述的粒径分级聚结式旋流器，其特征在于，内侧螺旋流道（14）为圆弧状，并与旋流腔（7）的上端相切布置；所述内侧螺旋流道（14）与旋流腔（7）的上端连接并连通；外侧螺旋流道（8）绕旋流腔（7）及粒径分级室（12）旋转并上升，并与粒径分级室（12）的下端相切布置；所述外侧螺旋流道（8）与粒径分级室（12）连接并连通。

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