CN88101125A - 旋风分离器 - Google Patents

Abstract

一种采用加长型分离室的脱水型旋风分离器，分离室在相对的第一端部和第二端部间有一对称轴，第一端部处的剖面尺寸大于第二端部处的剖面尺寸，第一端部附近至少有一个进口，至少一个用来排放密度较小成分的溢流出口，至少一个用来排放密度较大成分的底流出口，第一部分的下端处的剖面尺寸为d₂，d₂小于上端处的剖面尺寸；其中用于排放密度较小成分的溢流出口的剖面尺寸d₀与第一部分下端处的剖面尺寸d₂之比应满足以下要求：

0.25＜d₀/d₂＜0.65

Description

本发明涉及用来分离油水混合物之类的多种成分混合物的旋风分离器。

近几年旋风分离器在石油工业已广泛地应用于油水混合物的分离。旋风分离器在石油工业有两大用途。第一种，旋风分离器用来从较大量油中分离出较少量水（例如含水量占液体总量的45%以下），並尽可能不弄脏油。这种旋风分离器通常称之为脱水旋风分离器或脱水器。脱水器用于混合物的第一次分离。第二种用途是用来从较大量水中分离出较少量油，並尽可能不弄脏水。这种旋风分离器通常称之为脱油分离器或脱油器;用在对混合物作第一次分离以后水的净化，从而供排放出去的水不造成污染。

4，237，006号美国专利（由科尔曼等人获得）提出了一种脱油型旋风分离器，这种分离器的分离室由依次相连的第一、第二和第三圆柱体组成。其中第一圆柱体的直径大于第二圆柱体的，第三圆柱体的直径又小于第二圆柱体的。在第一圆柱体的不与第二圆柱体相连的那一端开有一个溢流出口和若干个顺切线方向布置的混合物进口，该分离器把经过进行进入分离室的混合物中的不同液体分开;一种液体从溢流出口出来，另一种液体顺着第二圆柱体穿过第三圆柱体，最后从远离第一圆柱体的分离室的端部处的底流出口流出来。

上述这种分离器是专门为了（但並不仅仅为了）从水中分离出油来;油从溢流出口中流出，而水从第三圆柱体流出。

上面提到的各圆柱体可以不是真正圆柱形的，这就是说它们的侧面在剖面内不一定都是直线形的並与轴相平行。例如，4，237，006号美国专利提出的分离器结构中，第一圆柱体在与第二圆柱体相邻处采用截头圆锥体，在第一圆柱体的最大直径部位和第二圆柱体与第一圆柱体相接处的直径部位之间形成一圆锥体。同样，上述专利说明书介绍的分离器结构中，也采用了类似的截头圆锥体，以使从第二圆锥体的最大直径到第三圆锥体的直径之间第二圆锥体的直径形成锥度。上述专利中还提出这样一种结构：第二圆锥体在全长范围内有一恒定锥度。

在12421/83号澳大利亚专利申请书中提出了上述脱油型旋风分离器的多种变型结构，这些变型可以引用到这种通用型分离器上。

在4，237，006号美国专利中的旋风分离器中，各部分的相对比例要满足许多尺寸限制。要满足的尺寸限制有：

10≤l₂/d₂≤25

0.04≤4A_i/πd² ₁≤0.10

0.1≤d₀/d₂≤0.25

d₁＞d₂

d₂＞d₃

其中d₀是溢流出口的内径，d₁是第一圆锥体的直径，d₂是第二圆锥体的直径，d₃是第三圆锥体的直径，l₂是第二圆锥体的长度，A_i是全部混合物进口的横剖面面积之和（横剖面面积测量方法如下：位置在进入分离室处，方向与混合物进入流垂直）;其中A;可以用下式表示： $A_i=\underset{\mathrm{x\; =\; 1}}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{\mathrm{i\; x}}$ ，A_ix是第x个进口在进入旋风分离器处的横剖面积在平行于轴的平面上的投影，该平面也平行于含有进口中心线的切向分量的旋风分离器轴。

PCT/AU84/00164号专利说明书对上述美国专利说明书中的尺寸限制进一步放松，认为就溢流出口直径与第二圆锥体直径之比而言没有必要满足上述限制。另外也没有必要一定使l₂/d₂比小于25，可以使该比值取得更大。

此外，4，237，006号美国专利中提出用两个进口，而其它专利认为可以用一个进口，或用两个以上进口。

脱水型旋风分离器是较晚发明的产品，不过已找出此型分离器的几何关系。存在的问题是脱油型的几何形状和已知的脱水型分离器的几何形状是大不相同的，从而制造整套系统是比较昂贵的。

鉴于上述情况，能够把脱油型分离器的某些部件作些变动就可以满意地用作脱水器，这一发明确实是了不起的。

根据本发明，脱水型旋风分离器中的分离室加长，该分离室在相对的第一端部和第二端部之间有一对称轴，分离室在第一端部处的剖面尺寸大于第二端部处的剖面尺寸，该旋风分离器在上述第一端部处附近至少有一个进口，至少有一个用来排放密度较小液体的溢流出口，还至少有一个用来排放密度较大的液体的底排出口，上述分离室的第一部分上至少有一个进口，该分离室第一部分的下端处的剖面尺寸为d₂，尺寸d₂小于上端处的剖面尺寸;其中用于排放密度较小的成分的溢流出口的横剖面尺寸d₀与分离室的第一部分的下端处的剖面尺寸d₂之比应满足以下要求：0.25＜d₀/d₂＜0.65，不过最好在以下范围内：0.31＜d₀/d₂≤0.50。

最好在上述溢流出口上装一个涡流探测器。该涡流探测器的出口不超出进口平面的3d₂范围之外。对该进口平面作如下定义：在进口的受力面的平均轴向位置处与旋风分离器的轴垂直的平面，所以进入旋风分离器的角动量喷射相对它是轴向均匀分布，即

$\frac{1}{A_i{d}_i}\underset{\mathrm{x\; =\; 1}}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Z}_{x}A{}_{\mathrm{i\; x}}d{}_{\mathrm{i\; x}}\mathrm{=\; 0}$

其中Z_x是第x个进口的中心线的轴向位置，d_ix将在后面介绍。

下面结合附图通过实例对本发明作进一步介绍。

图1是按本发明制造的分离器的剖面图。分离器10有一个分离室12，它由三个同轴的圆筒形的分离室体14、16、18组成，需要说明的此处所谓圆筒形也包括截头圆锥形。分离室体14的直径大于16的直径，而分离室体18的直径则小于16的直径。正如专利申请书PCT/AU83/00028中所说那样，在圆筒体18处的出口上可以装一个流量限制器（未绘出），但在本图中圆筒体18末端装有一个溢流出口24。分离室体14可以由圆筒体15和锥形体17两部分组成。锥形体的圆锥角用α表示。在分离室体14上有两个进口20;这两个进口通过进口开孔23进入分离室的内侧。在分离室体14的中轴处装有溢流出口25，该出口内通有轴向溢流管27。尽管本图中绘的有两个进口20，实际上如PCT/AU85/00166专利申请书中所介绍那样，也可以只有一个进口。第二分离室体16的圆锥角为β。

分离器10的工作原理与原来的大体相同，从进口20进入分离室的混合液体，在离心作用下分离成不同液体成分，一种通过出口24喷射出，另一种通过出口25喷射出。结果，密度较大的成分以沿分离室内壁作环形流动的（横剖面内）方式流到底流出口24，而密度较小的成分则形成中心流40，在压差作用下流出溢流出口25。

尺寸规格可采用4，237，006号美国专利中的通用型（即与后者中的相同或稍加改动），但d₀/d₂值不一致。

例如可应用下列关系式：

10≤l₂/d₂≤25

3≤ (πd₂d_i)/(4A_i) ≤30

d₁＞d₂

d₂＞d₃

0.25＜d₀/d₂＜0.65，最好使其在如下范围内：0.31＜d₀/d₂＜0.50，

其中A的定义如前一样，分离器上有进口开孔23，d₀是溢流出口25的直径，

$d_i=\frac{1}{A_i}\underset{\mathrm{x\; =\; 1}}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{d}_{\mathrm{i\; x}}A{}_{\mathrm{i\; x}}$

其中d_ix等于在液流通过第x个进口进入旋风分离器处的半径的二倍（即等于进口中心线的切向分量与轴的之间最小距离的二倍）;其它符号的含义同前。

分离器上还装有一个涡流探测器30，探测器伸入分离室的第一部分。在脱水型分离器上安装涡流探测器的目的是为避免小水滴通过溢流出口而重新混入主液流。

例子一：

使用改型脱油分离器来试分离水和煤油混合物。试验的混合物的水含量从5%到60%不等，流速从35～70升/分不等。

使用的旋风分离器的直径d₂为30毫米，各几何关系如下：

d₀＝0.33d₂l₁＝3.4d₂

d_i＝0.33d₂l₃＝22d₂

d₁＝1.93d₂α＝20°

d₃＝0.53d₂β＝1°20′

进口中心线在分离器端壁下方0.67d₂处。

涡流探测器装在溢流出口的附近，其长度x＝0.83d₂。

对各种含水量的水煤油混合物进行了试验，试验证明水与煤油的分离结果可供实际应用。分离器在广范围流速下均能顺利工作。还发现穿过分离器所需的压降得到很大改善。

例子二：

使用改型脱油分离器来试分离水和油的混合物。使用的流速大约为100升/分，混合物的含油量为73%。旋风分离器的直径d₂为35毫米，各几何关系如下：

d₀＝0.32d₂l₁＝2d₂

d₁＝2d₂l₃＝20d₂

d₃＝0.5d₂α＝20°

β＝1.5°

进口采用单渐开线式，矩形剖面尺寸为35×5.8毫米。

试验证明油可以在溢流出口处顺利地从水中分离出来，流速也是适当的。

例子三：

试验条件与例子二的一样，只是在溢流出口附近加装了一个涡流探测器，该涡流探测器的长度x＝0.9d₂。

所得试验结果与例子二的相似，但在油出口处的分离情况有所改善。

例子四：

使用改型脱油分离器来试分离水和油的混合物。使用的流速范围为7～85升/分，混合物的含油量在75%至85%之间。旋风分离器的直径d₂为35毫米，各几何关系如下：

d₀＝0.48d₂l₁＝2d₂

d₁＝2d₂l₃＝20d₂

d₃＝0.5d₂α＝20°

β＝1.5°

试验证明油与水的分离方法可供实反使用，溢流出口处的流速也是可行的。

例子五：

试验条件与例子四的一样，只有在溢流出口处装有一个长度x＝0.9d₂的涡流探测器。

试验同样证明：在溢流出口处的油水分离情况比例子四中有所改善。

Claims (8)

1、一种脱水型旋风分离器(10)，它包括一细长的分离室(12)，该分离室在相对的第一端部和第二端部之间有一对称轴，分离室在第一端部处的剖面尺寸大于第二端部处的剖面尺寸，该旋风分离器在上述第一端部处附近至少有一个进口(20)，至少有一个用来排放密度较小的液体成分的溢流出口(25)，至少有一个用来排放密度较大的液体成分的底流出口(24)，上述分离室(12)的第一部分(14)上至少有一个进口(20)，该分离室的第一部分的下端处的剖面尺寸为d₂，尺寸d₂小于上端处的剖面尺寸；其特征是用于排放密度较小的成分的溢流出口的剖面尺寸d₀与分离室的第一部分的下端处的剖面尺寸d₂之比应满足以下要求：

0.25＜d₀/d₂＜0.65

2、根据权利要求1要求的旋风分离器，其中在用来排放密度较小的成分的出口附近装设有一个涡流探测器。

3、根据权利要求2要求的旋风分离器，其中

0.33＜d₀/d₂≤0.48

4、根据权利要求2要求的旋风分离器，其中涡流探测器的出口不超出进口平面的3d₂范围之外。

5、根据上述各权利要求中任一项要求的旋风分离器，其中分离室顺次由第一部分和第二部分、第三部分组成。

6、根据上述各权利要求中任一项要求的旋风分离器，其中下列尺寸关系成立：

10≤l₂/d₂≤25

l₂是分离室第二部分的长度。

7、根据上述各权利要求中任一项要求的旋风分离器，其中下列尺寸关系成立：

3≤ (πd2di)/(4Ai) ≤30

A_i是进口的剖面积或各进口的剖面积总和。

8、根据上述各权利要求中任一项要求的旋风分离器，其中

0.31＜d₀/d₂＜0.50

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