CN109290075B - 基于粒径选择的水力旋流分离装置 - Google Patents

Abstract

一种基于粒径选择的水力旋流分离装置。包括外层旋流筒、外层锥筒、外层底流管以及外层溢流管、内层旋流筒、内层锥筒、内层底流管以及内层溢流管；还包括入口和弯管；入口沿垂直方向与弯管的入口端相连接；弯管的出口端内置有一块中央封隔板，中央封隔板把弯管的出口端分成两个彼此不相通的平行空腔，两个平行空腔分别为外层切向入口和内层切向入口；内层旋流筒与内层切向入口沿着切向连接，外层旋流筒与外层切向入口沿着切向连接；内层溢流管与外层溢流管的出口方向均沿着内层溢流管、外层溢流管的轴向方向。利用本种旋流分离器,对处理液中不同粒径大小的分散相均具有较大的分离效率，使旋流分离的效率整体得到提升。

Description

基于粒径选择的水力旋流分离装置

技术领域

本发明涉及一种两相分离技术领域中的旋流分离器，可应用于石油、化工、环保等领域。

背景技术

目前，用于两相不互溶介质的快速分离方法主要有气浮选、过滤、膜分离和旋流分离等。气浮选方法适应分散相浓度变化的范围较小；过滤可以较好地实现两相的分离，但需要频繁的反冲洗来保证设备的长期稳定运行；膜分离设备成本较高，对介质条件要求又较为严格。旋流分离具有设备体积小等优点，其分离原理是利用不互溶介质间的密度差而进行离心分离，密度差越大，分散相的粒径越大，分离效果相对就越好。目前旋流分离器在石油开采、化工、食品加工、环境保护等涉及到不互溶多相介质分离的领域均获得了一定应用，但还存在自身的不足，如对细小颗粒或液滴去除效果差等问题，导致后续分离处理成本的负担加重。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种基于粒径选择的水力旋流分离装置,利用该装置对大粒径和小粒径颗粒或液滴均具有较高的分离效率，具有分离效率高、设备体积小、处理液预分离、内外两层旋流分离等突出的优点。

本发明的技术方案是：该种基于粒径选择的水力旋流分离装置，包括顺次连接的带有上筒盖的外层旋流筒、外层锥筒、外层底流管以及外层溢流管，所述外层旋流筒、外层锥筒和外层底流管连接后形成的空腔为外层旋流腔，其独特之处在于：

所述水力旋流分离装置还包括有上筒盖的内层旋流筒、内层锥筒、内层底流管以及内层溢流管；其中，内层旋流筒、内层锥筒和内层底流管顺次连接后，位于所述外层旋流腔内，内层旋流筒、内层锥筒与内层底流管顺次连接后所形成的内部空腔为内层旋流腔；内层溢流管位于内层底流管中，通过筋板连接，内层溢流管的顶端位于内层锥筒中，内层溢流管的末端伸出所述外层溢流管外。

内层旋流筒的上筒盖突出于外层旋流筒的上筒盖。

所述水力旋流分离装置还包括入口和弯管；入口沿垂直方向与弯管的入口端相连接；弯管的出口端内置有一块中央封隔板，所述中央封隔板把弯管的出口端分成两个彼此不相通的平行空腔，所述两个平行空腔分别为外层切向入口和内层切向入口；所述内层旋流筒与内层切向入口沿着切向连接，所述外层旋流筒与外层切向入口沿着切向连接。

内层溢流管与外层溢流管的出口方向均沿着所述内层溢流管、外层溢流管的轴向方向；所述内层底流管与外层底流管的出口均为切向出口，即外层底流管切向出口与外层底流管沿着切向方向连接，内层底流管切向出口穿过外层溢流管与内层底流管沿着切向方向连接。

本发明具有如下有益效果：应用本种分离装置对具有密度差的不互溶两相处理液进行分离时，由入口进入，首先经过弯管的惯性分离作用，将处理液预分离成富含大粒径颗粒的液流和富含小粒径颗粒的液流。富含小粒径颗粒的液流沿着内层切向入口进入内层旋流腔内部并形成高速旋转流，小粒径颗粒受离心力作用被甩向内层旋流腔内壁附近，并集中于内层溢流管与内层底流管之间的环形空间向下排出，轻质相水则集中于旋流中心区域，并由内层溢流管向下排出；富含大粒径颗粒的液流沿着外层切向入口进入外层旋流腔内部，同样形成高速旋转流，大粒径颗粒受离心力的作用被甩向外层旋流腔内壁附近区域，并沿着外层溢流管与外层底流管之间的环形空间向下排出，轻质相水则集中于内层旋流管、内层锥段和内层底流管的外壁处向下运移，最终由内层底流管与外层溢流管之间的环形空间向下排出。

本种分离器结合入口处理液预惯性分离及旋流分离的思想，实现对处理液中不同粒径大小的颗粒或液滴均具有较大的分离效率，使旋流分离的整体效率得到提高。另外，本种分离器可用于具有密度差的不互溶两相分离。既可应用于油田、化工生产，又可应用于市政环保等领域，具有可观的推广应用前景。

附图说明：

图1是本发明的纵剖面结构示意图。

图2是本发明的立体结构示意图。

图3是本发明的主视图。

图4是本发明的顶视图。

图5是本发明的B-B截面剖面结构示意图。

图6是本发明的基于粒径选择分离的旋流分离原理图。

图7为入口处采用180°弯管的布置形式结构示意图。

图8为入口处采用螺旋弯管的布置形式结构示意图。

图9为本发明入口处三维局部剖面图。

图10本发明出口处三维局部剖面图。

图中1-内层溢流管；2-外层溢流管；3-外层底流管；4-内层底流管；5-外层锥筒；6-内层锥筒；7-外层旋流筒；8-内层旋流筒；9-外层切向入口；10-内层切向入口；11-弯管；12-入口；13-外层底流管切向出口；14-内层底流管切向出口；15-富含大粒径颗粒的液流；16-富含小粒径颗粒的液流。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

若想实现部分细小颗粒或液滴的高效分离，则需要在旋流分离过程中，加大细小颗粒或液滴所受的离心力，即，使分散相受到沿着径向更大的迁移力。

基于以上原因,本发明给出如下技术方案: 本种基于粒径选择的水力旋流分离装置，包括顺次连接的带有上筒盖的外层旋流筒7、外层锥筒5、外层底流管3以及外层溢流管2，所述外层旋流筒、外层锥筒和外层底流管连接后形成的空腔为外层旋流腔。其独特之处在于：

所述水力旋流分离装置还包括有上筒盖的内层旋流筒8、内层锥筒6、内层底流管4以及内层溢流管1；其中，内层旋流筒8、内层锥筒6和内层底流管4顺次连接后，位于所述外层旋流腔内，内层旋流筒8、内层锥筒6与内层底流管4顺次连接后所形成的内部空腔为内层旋流腔；内层溢流管1位于内层底流管4中，通过筋板连接，内层溢流管1的顶端位于内层锥筒6中，内层溢流管1的末端伸出所述外层溢流管外。

内层旋流筒8的上筒盖突出于外层旋流筒7的上筒盖。

所述水力旋流分离装置还包括入口12和弯管11；入口12沿垂直方向与弯管11的入口端相连接；弯管11的出口端内置有一块中央封隔板，所述中央封隔板把弯管的出口端分成两个彼此不相通的平行空腔，所述两个平行空腔分别为外层切向入口9和内层切向入口10；所述内层旋流筒8与内层切向入口10沿着切向连接，所述外层旋流筒7与外层切向入口9沿着切向连接。

内层溢流管1与外层溢流管2的出口方向均沿着所述内层溢流管、外层溢流管的轴向方向；所述内层底流管与外层底流管的出口均为切向出口，即外层底流管切向出口13与外层底流管3沿着切向方向连接，内层底流管切向出口14穿过外层溢流管2与内层底流管4沿着切向方向连接。

具体实施时，弯管11可以为90°弯管、180°弯管或者是螺旋弯管。

由于，入口与弯管相连接；液流经过弯管后，分别进入外层切向入口和内层切向入口内；内层旋流腔与内层锥段分别位于外层旋流腔和外层锥段的内部，且内层旋流腔突出外层旋流腔外一段，内层旋流腔的突出段与内层切向入口沿着切向连接；外层切向入口与外层旋流腔7沿着切向连接。本发明出口部分采用四层套管结构，由内至外依次为内层溢流管、内层底流管、外层溢流管和外层底流管。

具体应用时，具有密度差的不互溶两相处理液，以固、液两相处理液为例，由入口进入，首先经过弯管，受惯性分离作用，大粒径颗粒由于自身惯性大，在转向过程中，主要聚集于弯管的外壁处流动，而小粒径颗粒由于自身惯性小，与液流的跟随性好，这部分颗粒的流动状态受弯管的结构变化影响很小，从而实现通过弯管的设置，将固、液两相处理液预分离成富含大粒径颗粒的液流15和富含小粒径颗粒的液流16。

分别在富含大粒径颗粒的液流15和富含小粒径颗粒的液流16对应位置设置外层切向入口9和内层切向入口10。富含小粒径颗粒的液流16沿着内层切向入口10进入内层旋流腔8内部并形成高速旋转流，内层旋流腔8的直径小，使小粒径颗粒受到的旋转离心力大幅增加，促进对小粒径颗粒的分离及提高其分离效率。此外，内层锥段6的设置有利于补偿旋流分离过程中的旋转流体速度损失，有利于两相的分离。小粒径颗粒受离心力作用被甩向内层旋流腔8内壁附近，并集中于内层溢流管1与内层底流管4之间的环形空间向下排出，轻质相水则集中于旋流中心区域，并由内层溢流管1向下排出；同样的，富含大粒径颗粒的液流15沿着外层切向入口9进入外层旋流腔7内部，同样形成高速旋转流，尽管外层旋流腔7的直径明显大于内层旋流腔8，但位于外层旋流腔7中的颗粒相粒径大，同样能够保证较大的旋转离心力，使该部分大粒径颗粒的分离效率较高，同时，外层锥段5的设置有利于补偿分离过程中的旋转流体速度损失，有利于两相的分离。大粒径颗粒受离心力的作用被甩向外层旋流腔7内壁附近区域，并沿着外层溢流管2与外层底流管3之间的环形空间向下排出，轻质相水则集中于内层旋流管8、内层锥段6和内层底流管4的外壁处向下运移，最终由内层底流管4与外层溢流管2之间的环形空间向下排出。经过内、外层旋流分离后，由内层溢流管1和外层溢流管2流出的两股富水相液流，最终汇聚到一起由底部沿着轴向排出，由外层底流管3和内层底流管4流出的两股富颗粒相液流，分别沿着外层底流管切向出口13和内层底流管切向出口14排出。

需要说明的是，本发明适用于具有密度差的不互溶两相分离，当处理液中的分散相密度小于连续相时，需要对入口处弯管的弯曲方向进行调整，以分散相为油滴、连续相为水为例，此时需要改变入口处弯管的弯曲方向，使入口液流由顺时针方向进入改为逆时针方向进入，从而实现经过入口弯管的惯性分离后，富含小粒径油滴的液流由内层切向入口进入到内层旋流腔内，实现该部分细小液滴的高效分离。

Claims (1)

1.一种基于粒径选择的水力旋流分离装置，包括顺次连接的带有上筒盖的外层旋流筒(7)、外层锥筒(5)、外层底流管(3)以及外层溢流管(2)，外层溢流管位于外层底流管中，外层溢流管的顶端位于外层锥筒中，外层溢流管的末端伸出外层底流管外，所述外层旋流筒、外层锥筒和外层底流管连接后形成的空腔为外层旋流腔，其特征在于：

所述水力旋流分离装置还包括有上筒盖的内层旋流筒(8)、内层锥筒(6)、内层底流管(4)以及内层溢流管(1)；其中，内层旋流筒(8)、内层锥筒(6)和内层底流管(4)顺次连接后，位于所述外层旋流腔内，内层旋流筒(8)、内层锥筒(6)与内层底流管(4)顺次连接后所形成的内部空腔为内层旋流腔；内层溢流管(1)位于内层底流管(4)中，通过筋板连接，内层溢流管(1)的顶端位于内层锥筒(6)中，内层溢流管(1)的末端伸出所述外层溢流管外；

内层旋流筒(8)的上筒盖突出于外层旋流筒(7)的上筒盖；

所述水力旋流分离装置还包括入口(12)和弯管(11)；入口(12)沿垂直方向与弯管(11)的入口端相连接；弯管(11)的出口端内置有一块中央封隔板，所述中央封隔板把弯管的出口端分成两个彼此不相通的平行空腔，两个所述平行空腔分别为外层切向入口(9)和内层切向入口(10)；所述内层旋流筒(8)与内层切向入口(10)沿着切向连接，所述外层旋流筒(7)与外层切向入口(9)沿着切向连接；

内层溢流管(1)与外层溢流管(2)的出口方向均沿着所述内层溢流管、外层溢流管的轴向方向；所述内层底流管与外层底流管的出口均为切向出口，即外层底流管切向出口(13)与外层底流管(3)沿着切向方向连接，内层底流管切向出口(14)穿过外层溢流管(2)与内层底流管(4)沿着切向方向连接。

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