CN108815927A - 一种重力与离心技术相结合的多功能宽流程高效气液分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种重力与离心技术相结合的多功能宽流程高效气液分离装置，包括套管、芯管，芯管的入口端位于套管的外部，芯管的出口端伸入至套管的内部，芯管与套管之间设置支撑结构，芯管里安装叶轮，芯管出口端上方的套管内壁上设置挡水环，套管的上端设置气相引出口，套管的下端设置液相引出口。本发明开孔区段既减弱了气液两相流型变化带来的振荡问题，也可使液相尽快进入芯管与套管之间的环形下降空间，提高分离效率，防止疲劳破坏，增加使用寿命。分离挡板可阻挡气芯中携带的液滴并将其向套管内壁面分流，挡水环与套筒内壁形成的环形腔可有效阻挡壁面上的液体上冲过高而被气体携带，这些结构设置可有效提高分离效率。

Description

一种重力与离心技术相结合的多功能宽流程高效气液分离 装置

技术领域

本发明涉及的是一种气液分离装置。

背景技术

气液两相流动广泛存在于动力、核能、石油、化工等诸多领域，为了满足工艺的要求、保证***运行安全或提高生产效率等，往往需要实现气相和液相的分离。

目前工业上广泛采用的气液分离器主要是基于气相和液相的密度差而实现重力分离或离心力分离。对于重力式分离器来说，虽然设备的结构比较简单，但设备尺寸较大、分离周期较长、效率较低，气体流速过高时易产生二次携带问题，因此适合低流速工况(“用于水处理的重力分离装置”，CN101218006A；“三相盖腔重力分离器”，CN202315422U)。离心式分离器虽然可以做到较小尺寸，但为了提高分离效率，需要让流体以较高的速度通过固定叶轮来增大离心力，且当含气量较大时，由于气液两相流型的变化，分离器内的流体会产生剧烈振荡，使气芯出现不稳定流动，这不但会使分离效率大幅降低，而且极有可能造成分离器的疲劳破坏。因此，管道式离心分离器需要在液相流速较高、含气率较低的条件下工作(“一种旋叶式多级微气泡筛分装置”，CN107684983A；“一种旋叶式小型汽泡分离装置”，CN103394213A)。有些离心式分离设备虽然也采用了套筒结构，但并没有考虑到两相流流型变化的影响，从结构上来看，这类分离器在发生两相流体振荡时会使较多液体被气相携带，甚至直接溅入气相引出口，造成分离效率大幅降低(路铭超，李亚洲，熊珍琴.汽水分离器性能试验研究[J].动力工程学报,2013.33(1):77-80)。对于现有的组合式气液分离装置来说，虽然结合了较多的分离方法，但其结构过于复杂，为了保证分离效率，必须具有较大的体积和重量，且也没有考虑到含气率较高时流体振荡对分离效率的影响(“一种旋流式组合气液高效分离装置”，CN106492544A)。

在实际的工业生产过程中，由于工况的不断变化，往往需要气液分离设备同时满足流速从低到高以及含气率由小到大的不同参数组合，如石化生产中的天然气和可燃冰的采集等。同时，流体粘度的变化也是实现高效气液分离中需要考虑的重要参数。而现有的分离设备并不能有效解决上述问题。鉴于现有研究中存在的不足，有必要发明一种分离效率高、适用范围宽、体积小、重量轻的气液分离装置来满足工业生产中的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供能同时满足流速、含气率、流体粘性等多种要求的一种重力与离心技术相结合的多功能宽流程高效气液分离装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种重力与离心技术相结合的多功能宽流程高效气液分离装置，其特征是：包括套管、芯管，芯管的入口端位于套管的外部，芯管的出口端伸入至套管的内部，芯管与套管之间设置支撑结构，芯管里安装叶轮，芯管出口端上方的套管内壁上设置挡水环，套管的上端设置气相引出口，套管的下端设置液相引出口。

本发明还可以包括：

1、叶轮上方的芯管为开孔区段，开孔区段上开有孔；开孔区段为一段或一段以上，芯管的出口端为扩张段。

2、气相引出口下方设置分离挡板，分离挡板通过拉杆连接套管的顶部。

3、气相引出口的下端部超出套管上端部，并伸入至套管内部。

4、挡水环的上部倾斜向下，挡水环的下部为环形挡板，挡水环整体与套筒之间形成下部开口的环形腔。

本发明的优势在于：可同时满足流速、含气率、粘性等不同参数组合下气液流体的分离需求。

本发明可实现：

(1)通过在气液搅混装置和芯管出口之间设置开孔区段，可有效排出芯管内壁面上的液膜，这样既减弱了气液两相流型变化带来的振荡问题，也可使液相尽快进入芯管与套管之间的环形下降空间，提高分离效率，防止疲劳破坏，增加使用寿命。

(2)可通过调整叶轮的几何参数，如叶型、转角、叶片高度、叶片宽度、叶片数量、叶片长度等来调整离心力的大小，满足不同密度差的气液流体的分离需求，提高分离精度。

(3)该分离器可根据实际情况调整芯管直径、套管直径及整体高度等结构尺寸，使其具有广泛的适用性。

(4)通过在芯管出口处设置扩张段，可有效降低流体的出口流速，进一步降低流体振荡对分离效率的影响。

(5)分离挡板可阻挡气芯中携带的液滴并将其向套管内壁面分流，挡水环与套筒内壁形成的环形腔可有效阻挡壁面上的液体上冲过高而被气体携带，并将壁面上的液体引导入芯管和套筒之间的环形下降空间，这些结构设置可有效提高分离效率。

(6)气相引出口的下端适当向套管内部延伸一端距离，防止壁面上的液体被气体携带，提高分离效率。

(7)该气液分离装置具有结构简单、便于制造、阻力小、体积小、重量轻的特点，适合不同空间和位置的安装需求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为叶轮的示意图；

图3a为芯管扩张段第一种形式的示意图，图3b为芯管扩张段第二种形式的示意图；

图4为分离挡板示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-4，本发明一种重力与离心技术相结合的多功能宽流程高效气液分离装置，主体部分为套筒结构，包括芯管2和套管7。芯管2内部装有叶轮3；芯管2的入口端位于套管7的外部，并与入口法兰1连接；芯管2与套管7之间设有支撑结构14；芯管2的出口端位于套管7的内部，并接有扩张段4，芯管2位于套管7内的部分与套管7之间形成环形下降空间；在叶轮3与扩张段4之间的芯管2壁面上设有开孔区段5，开孔区段5位于套管7的内部。套管7的下端设有液相引出口6；上端设有气相引出口8，并与出口法兰9连接；套管7内部靠近气相引出口8的部分设有分离挡板10，分离挡板10通过拉杆11与套管7的顶部连接；芯管出口扩张段4的顶部与分离挡板10之间设有重力分离段12；在重力分离段12的套管7内壁上设有挡水环13。

叶轮3的型式、结构参数以及在芯管内的相对位置可根据管内气液流体的配比及流体的种类和粘度进行调整。

扩张段4的型式和结构参数可根据管内气液流体的配比及流体的种类进行选择。

芯管2和套管7之间为伸缩结构，其轴向相对位置可根据实际安装情况加以调节，安装后需进行密封和加固。

开孔区段5可在叶轮3与扩张段4之间的芯管2壁面上设置一段或多段，开孔的密度、孔的型式及结构参数可根据管内气液流体的配比及流体的种类进行选择。

液相引出口6可沿套管7的周向方向布置一个或多个。

气相引出口8的下端适当向套管7内部延伸一端距离，防止壁面上的液体被气体携带，降低分离效率。

挡水环13安装在套筒7的内壁上，上部倾斜向下，下部为环形挡板，整体与套筒7之间形成下部开口的环形腔。

支撑结构14是在芯管2与套管7之间设置的多个支撑柱；该支撑结构可在轴向设置一个或多个。

用于气液分离时，其技术方案是：气液混合流体由入口进入分离器芯管2，在向上流动一段距离后通过叶轮3并产生离心力，在离心力的作用下密度小的气体向芯管的中心聚集并形成气芯，密度大的液体被甩到芯管的壁面上形成液膜向上流动。

当气液比较小时，流型主要为泡状流，此时流动状态比较稳定，气液流体通过扩张段4后逐渐减速并进入套管7内的重力分离段12；绝大部分液体在扩张段出口处流入芯管2与套管7之间的环形下降空间，气体携带的极少量液体会在重力分离段12内下落并进入环形下降空间；下降空间内的液体会由液相引出口6逐渐流出分离器，在液相引出口6上部的环形下降空间内始终保持一段液柱存在，有效防止了气体由液相引出口6排出造成的分离效率下降；气相流经重力分离段12后由气相引出口8排出，实现气液分离。

当气液比较大时，流型主要以搅混流为主，此时流动状态不稳定，流体存在振荡现象。为了防止流体振荡使分离效率下降，在叶轮3与扩张4段之间设置了开孔区段5。流体振荡造成的不稳定现象将通过大量壁面液膜由开孔区段5排出而得到较大缓解或抑制(由气液比决定)。气液流体通过扩张段4后逐渐减速并进入套管7内的重力分离段12；扩张减速过程将进一步缓解流体的振荡现象。大部分液体由开孔区段5和扩张段出口处流入芯管2与套管7之间的环形下降空间，部分沿套筒内壁面上冲的液体被挡水环13阻挡，液体进入挡水环13和套筒7之间的环形腔后再回落至环形下降空间，气体及其携带的少量液体以及流体振荡可能导致部分喷射液体会进入重力分离段12内，分离挡板10会阻挡喷射液体进入气相引出口8造成的分离效率下降，并将液体导流到套管7的内壁面，由挡水环13引流后下落至芯管2与套管7之间的环形下降空间。气体携带的极少量液体会在重力分离段12内下落并进入环形下降空间；下降空间内的液体会由液相引出口6逐渐流出分离器，在液相引出口6上部的环形下降空间内始终保持一段液柱存在，有效防止了气体由液相引出口6排出造成的分离效率下降；气相流经重力分离段12后由气相引出口8排出，实现气液分离。

Claims (9)

1.一种重力与离心技术相结合的多功能宽流程高效气液分离装置，其特征是：包括套管、芯管，芯管的入口端位于套管的外部，芯管的出口端伸入至套管的内部，芯管与套管之间设置支撑结构，芯管里安装叶轮，芯管出口端上方的套管内壁上设置挡水环，套管的上端设置气相引出口，套管的下端设置液相引出口。

2.根据权利要求1所述的一种重力与离心技术相结合的多功能宽流程高效气液分离装置，其特征是：叶轮上方的芯管为开孔区段，开孔区段上开有孔；开孔区段为一段或一段以上，芯管的出口端为扩张段。

3.根据权利要求1或2所述的一种重力与离心技术相结合的多功能宽流程高效气液分离装置，其特征是：气相引出口下方设置分离挡板，分离挡板通过拉杆连接套管的顶部。

4.根据权利要求1或2所述的一种重力与离心技术相结合的多功能宽流程高效气液分离装置，其特征是：气相引出口的下端部超出套管上端部，并伸入至套管内部。

5.根据权利要求3所述的一种重力与离心技术相结合的多功能宽流程高效气液分离装置，其特征是：气相引出口的下端部超出套管上端部，并伸入至套管内部。

6.根据权利要求1或2所述的一种重力与离心技术相结合的多功能宽流程高效气液分离装置，其特征是：挡水环的上部倾斜向下，挡水环的下部为环形挡板，挡水环整体与套筒之间形成下部开口的环形腔。

7.根据权利要求3所述的一种重力与离心技术相结合的多功能宽流程高效气液分离装置，其特征是：挡水环的上部倾斜向下，挡水环的下部为环形挡板，挡水环整体与套筒之间形成下部开口的环形腔。

8.根据权利要求4所述的一种重力与离心技术相结合的多功能宽流程高效气液分离装置，其特征是：挡水环的上部倾斜向下，挡水环的下部为环形挡板，挡水环整体与套筒之间形成下部开口的环形腔。

9.根据权利要求5所述的一种重力与离心技术相结合的多功能宽流程高效气液分离装置，其特征是：挡水环的上部倾斜向下，挡水环的下部为环形挡板，挡水环整体与套筒之间形成下部开口的环形腔。