固液氣分離裝置的製作方法

2023-09-11 19:43:15 1

專利名稱：固液氣分離裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種分離裝置，尤其是一種利用離心分離原理的固液氣分離裝置。
背景技術：
我國現有的高產油田均進入了高含水時期，鑽採上來的油氣水混合液通常需要 先經過三相分離器和兩相分離器，將從油井鑽採上來的油氣水混合液初步分離為天然 氣、含水油與含油的汙水。其中初步分離出的高含油的油水混合液進入大型沉降罐中 靜置分離，沉降罐中分離出的少量天然氣進入天然氣管網，沉降罐底部的水注回地下， 而沉降罐上層的含水油品再經過沉降罐的數級重力沉降，最終獲得滿足含水率要求的原 油。大型儲罐的靜置沉降工藝是一種在生產過程中被廣泛採用的非常成熟的工藝路線， 技術與裝備的可靠性高，但是需要較長的靜置時間，混合液的分離效率低下，並且佔用 大罐時間長、儲罐體積較大。隨著石油開採進入枯油期，鑽採出的油水混合液中含水率 的增加，開發高效的油水分離器產品以減少或者替代沉降罐分離工藝，是行業發展的必 然需求。目前，國內基於離心分離器的專利較多，比較典型的有中國專利公開號為 CN100435902C的名稱為「一種旋流氣液、液液分離器」、公開號CN101537266A的名稱
「油水分離方法及裝置」等公開的專利文件，這些公開的技術方案採用的是以螺旋管為 主題的旋流離心分離技術，雖然能達到減小分離過程擾動的目的並有一定的分離效果， 但螺旋管路沿程阻力大，一般也只能分離兩相混合液。其它的如採用錐形筒旋風分離器 和普通管式離心分離器等，則由於分離器內流體的流動剪切作用容易將液滴比如油滴或 水滴打碎乳化，而降低分離效果，因此其液液分離效果並不理想。公開號為US005571070A的美國專利和國際專利W000/29120公開了一種上下開
口的轉鼓結構，待分離的混合液體由轉鼓的底部進入並隨轉鼓一起轉動分離，分離的輕 相與重相由轉鼓的上部不同出口流出分離器。該種結構設計簡單，減小了旋轉液體與轉 鼓壁間的相對剪切運動影響分離效果的情況。其最大優點正如國際專利W000/29120所 描寫的那樣，其轉子裝配簡單且結構間無焊接連接，特別是適用於清潔度要求高的特殊 環境使用。但該結構只能分離兩相如固液、液液混合液，對大流量、多相混合液特別是 混合液中混有少量溶解氣體的分離，存在著不足。

實用新型內容本實用新型的目的在於提出一種固液氣分離裝置，該裝置能夠將密度不同的固 液、液液、氣液兩相或固液氣三相進行精確分離。本實用新型是採用以下的技術方案實現的一種固液氣分離裝置，包括殼體， 以及設置在殼體內的轉軸和轉鼓，殼體上設有混合液入口、重相出口、出液口和氣相出 口，轉軸貫穿殼體的上下兩端，並與殼體轉動連接，轉軸設置在轉鼓內，轉軸與轉鼓之間通過沿軸向設置的導流葉片固定連接，其中，所述轉鼓呈上下開口的筒狀，轉軸為中 空軸，轉軸靠近轉鼓上開口處的軸壁上固定有擋板，擋板與殼體之間設置密封裝置，並 在殼體的頂部形成氣腔，氣腔與氣相出口連通；位於擋板上方的轉軸軸壁設有出氣孔， 出氣孔與氣腔連通，擋板下方的轉軸軸壁設有輕相收集孔；轉軸內腔固定有氣液分離 器，氣液分離器位於出氣孔和輕相收集孔之間；轉軸底部的開口與殼體的出液口連通。本實用新型中，轉鼓的外壁與殼體的內壁之間存在間隙，轉鼓與殼體之間設有 密封裝置，該密封裝置將間隙空間分為進料腔和重相出料腔，進料腔與混合液入口連 通，重相出料腔與重相出口連通。所述轉鼓上開口處的擋板為堰流板，轉鼓的下開口處也設置堰流板，堰流板與 轉軸固定連接，堰流板可以改變液體進出轉鼓的流道。所述轉軸的上下兩端與殼體之間的密封為轉動密封，如採用O形圈密封、填料 密封或者機械密封。所述氣液分離器可以為波紋式氣液分離器或填料式氣液分離器。所述輕相收集孔位於轉鼓內的輕相匯集區，輕相收集孔呈均勻間隔設置或呈間 隔式分區集中分布。孔徑大小由液相及混入的氣相特徵決定。所述導流葉片平行於轉軸的軸向，且各導流葉片之間呈均勻間隔設置。所述導 流葉片也可以相對於轉軸的軸向呈傾斜狀，且各導流葉片之間呈均勻間隔設置。所述導流葉片之間設置擋流片或填料，以穩定分離器內流體的流動狀態。本實用新型的有益效果是與現有的離心分離裝置相比，該裝置結構簡單，體 積小，設計緊湊，能夠將混合有不同密度的兩相或三相的混合液精確分離，並且能夠實 現氣液分離，分離效果好，並且分離效率高。

圖1為本實用新型的結構示意圖。圖中1、殼體；2、轉軸；3、出液管；4、轉鼓；5、導流葉片；6、動靜密 封機構；7、重相出口管；8、堰流板；9、氣相出口管；10、氣液分離器；11、O形密 封圈；12、氣腔；13、重相出料腔；14、混合液入口管；15、進料腔；16、輕相收集 孔；17、出氣孔。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步說明。圖1為本實用新型所述的固液氣分離裝置，該裝置包括殼體1，殼體1內設有轉 軸2和轉鼓4，轉軸2貫穿殼體1的上下兩端。殼體1的側壁上設有混合液入口管14、 重相出口管7、出液管3和氣相出口管9。轉軸2與殼體1之間轉動連接，轉軸2與殼體 1之間的密封相應的為轉動密封，其密封方式可以為O形密封圈11密封、填料密封或機 械密封。轉軸2設置在轉鼓4內，轉軸2與轉鼓4之間設有沿轉軸軸向設置的導流葉片 5，導流葉片5的一側邊與轉軸2的軸壁固定連接，對應的另一側邊與轉鼓4的內表面固 定連接，即轉鼓4通過導流葉片5與轉軸2固定連接。導流葉片5可以平行於轉軸2的軸向，也可以相對於轉軸2的軸向呈傾斜狀，即與軸向之間呈一定的夾角。轉軸2與轉 鼓4之間設置多個導流葉片5，導流葉片5將轉軸2與轉鼓4之間分為多個分離室。各導 流葉片5可以為均勻間隔設置，也可以為不均勻間隔設置。導流葉片5之間可以設置擋 流板或填料，以穩定分離器內流體的流動狀態。轉鼓4呈上下開口的圓筒狀。轉軸2呈中空管狀，轉軸2靠近轉鼓4上開口處 的軸壁上固定有堰流板8，堰流板8與殼體1之間設有動靜密封機構6，從而在殼體1的 上部形成氣腔12，氣腔12與氣相出口管9連通。堰流板8上方的轉軸2軸壁上設有出氣 孔17，出氣孔17與氣腔12連通。堰流板8下方的轉軸2軸壁上設有輕相收集孔16，輕 相收集孔16為通孔，該孔可以為圓孔或長條形孔，其分布於轉鼓4內的輕相匯集區；所 述輕相收集孔16之間可以為均勻間隔分布，也可以間隔一定的距離分區集中分布；輕相 收集孔16的數量及孔徑的大小主要由混合液中的氣相特徵來決定。轉鼓4的下開口處也 可以設置堰流板，通過堰流板改變混合液進入轉鼓4的流道。轉軸2的中空管的內壁固定有氣液分離器10，氣液分離器10位於出氣孔17和輕 相收集孔16之間，其作用是對輕相中的氣體和液體進行分離。氣液分離器10可以採用 波紋式氣液分離器或者填料式氣液分離器。轉軸2的上端穿出殼體1，並與外部驅動機械連接，外部驅動裝置驅動轉軸2以 及與轉軸2固定連接的轉鼓4和導流葉片5高速旋轉。轉軸2底部的開口與殼體1的出 液管3連通。轉鼓4的外壁與殼體1的內壁之間存在間隙，轉鼓4與殼體1之間設有動靜密封 機構6，該密封機構將間隙空間分為進料腔15和重相出料腔13，進料腔15與混合液入口 管14連通，重相出料腔13與重相出口管7連通。該三相分離裝置的工作過程如下所述該裝置工作時，外部轉動機械啟動，帶 動轉軸2和轉鼓4旋轉並產生離心力，殼體1處於靜止狀態。此時，混合液持續地沿著混 合液入口管14進入殼體1和轉鼓4之間的進料腔15，並通過轉鼓4 一端的開口進入轉鼓 4內腔的各個分離室內，受迫隨著轉鼓4 一起旋轉，旋轉過程中混合液逐漸上升，同時在 轉動離心力的作用下，混合液中分離出的輕相包括液相和氣相向轉鼓4的中心濃縮並聚 集於轉軸2與堰流板8之間，聚集的輕相經過轉軸2上的輕相收集孔16進入轉軸2的中 空軸內，氣相自然上升，並經過氣液分離器10分離後，經氣腔12和氣相出口管9流出， 而液相則通過轉軸2中空軸底部的開口和出液管3流出。與此對應的，轉鼓4內混合液 中的重相受離心力作用不斷地向轉鼓4的內壁聚集，並沿轉鼓4的內壁向轉鼓4的重相開 口移動，經過重相出料腔13由重相出口管7流出。至此，混合液中的液相、氣相和和重 相在該分離裝置內得到有效分離，並從不同的出口管流出收集。該裝置中，混合液入口管14以及重相出口管7的位置並不限於圖1所示的位 置，混合液入口管14可以設置在殼體1的上部，同樣可以通過實現三相分離。另外，根據上述描述，該分離裝置除了可以進行三相分離外，還可以對具有密 度差的氣液混合液、液液混合液、固液混合液或者氣液固混合液分離提取。
權利要求1.一種固液氣分離裝置，包括殼體(1)，以及設置在殼體(1)內的轉軸(2)和轉鼓 (4)，殼體(1)上設有混合液入口、重相出口、出液口和氣相出口，轉軸(2)貫穿殼體(1) 的上下兩端，並與殼體(1)轉動連接，轉軸(2)設置在轉鼓(4)內，轉軸(2)與轉鼓(4) 之間通過沿軸向設置的導流葉片(5)固定連接，其特徵在於所述轉鼓(4)呈上下開口的 筒狀，轉軸(2)為中空軸，轉軸(2)靠近轉鼓(4)上開口處的軸壁上固定有擋板，擋板與 殼體(1)之間設置密封裝置(6)，並在殼體(1)的頂部形成氣腔(12)，氣腔(12)與氣相出 口連通；位於擋板上方的轉軸(2)軸壁設有出氣孔(17)，出氣孔(17)與氣腔(12)連通， 擋板下方的轉軸(1)軸壁設有輕相收集孔(16)；轉軸(2)內腔固定有氣液分離器(10)， 氣液分離器(10)位於出氣孔(17)和輕相收集孔(16)之間；轉軸(2)底部的開口與殼體 (1)的出液口連通。
2.根據權利要求1所述的固液氣分離裝置，其特徵在於轉鼓(4)的外壁與殼體(1) 的內壁之間存在間隙，轉鼓(4)與殼體(1)之間設有密封裝置，該密封裝置將間隙空間分 為進料腔(15)和重相出料腔(13)，進料腔(15)與混合液入口連通，重相出料腔(13)與 重相出口連通。
3.根據權利要求1所述的固液氣分離裝置，其特徵在於轉鼓(4)上開口處的擋板為 堰流板(8)，轉鼓(4)的下開口處也設置堰流板，堰流板與轉軸(2)固定連接。
4.根據權利要求1所述的固液氣分離裝置，其特徵在於轉軸(2)的上下兩端與殼體 (1)之間的密封為轉動密封。
5.根據權利要求1所述的固液氣分離裝置，其特徵在於所述氣液分離器(10)為波 紋式氣液分離器或填料式氣液分離器。
6.根據權利要求1所述的固液氣分離裝置，其特徵在於所述輕相收集孔(16)位於 轉鼓(4)內的輕相匯集區，輕相收集孔(16)呈均勻間隔設置或呈間隔式分區集中分布。
7.根據權利要求1所述的固液氣分離裝置，其特徵在於所述導流葉片(5)平行於轉 軸(2)的軸向，且各導流葉片(5)之間呈均勻間隔設置。
8.根據權利要求1所述的固液氣分離裝置，其特徵在於所述導流葉片(5)相對於轉 軸⑵的軸向呈傾斜狀，且各導流葉片(5)之間呈均勻間隔設置。
9.根據權利要求1、7或8所述的固液氣分離裝置，其特徵在於所述導流葉片(5) 之間設置擋流片或填料。
專利摘要本實用新型涉及一種分離裝置，尤其是一種利用離心分離原理的固液氣分離裝置。該裝置包括殼體，以及設置在殼體內的轉軸和轉鼓，殼體上設有混合液入口、重相出口、出液口和氣相出口，轉軸貫穿殼體的上下兩端，並與殼體轉動連接，轉軸設置在轉鼓內，轉軸與轉鼓之間通過沿軸向設置的導流葉片固定連接，其中，所述轉鼓呈上下開口的筒狀，轉軸為中空軸，轉軸靠近轉鼓上開口處的軸壁上固定有擋板，擋板與殼體之間設置密封裝置，並在殼體的頂部形成氣腔，氣腔與氣相出口連通；位於擋板上方的轉軸軸壁設有出氣孔，出氣孔與氣腔連通，擋板下方的轉軸軸壁設有輕相收集孔；轉軸內腔固定有氣液分離器，氣液分離器位於出氣孔和輕相收集孔之間；轉軸底部的開口與殼體的出液口連通。其能夠將密度不同的固液、液液、氣液兩相或固液氣三相進行精確分離。
文檔編號B01D17/038GK201791400SQ20102053388
公開日2011年4月13日 申請日期2010年9月17日 優先權日2010年9月17日
發明者吳懷之 申請人:中國科學院青島生物能源與過程研究所