專利名稱：固液氣分離裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種分離裝置，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(xiàn)有的高產油田均進入了高含水時期，鉆采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，將從油井鉆采上來的油氣水混合液初步分離為天然氣、含 水油與含油的污水。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采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，并且占用大罐時間長、儲罐體積 較大。隨著石油開采進入枯油期，鉆采出的油水混合液中含水率的增加，開發(fā)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(yè)發(fā)展的必然需求。目前，國內基于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采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并有一定的分離效果，但螺旋管路 沿程阻力大，一般也只能分離兩相混合液。其它的如采用錐形筒旋風分離器和普通管式離 心分離器等，則由于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并不理想。公開號為US005571070A的美國專利和國際專利WO 00/29120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并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(yōu)點正如國際專利WO 00/29120所描寫的 那樣，其轉子裝配簡單且結構間無焊接連接，特別是適用于清潔度要求高的特殊環(huán)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。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于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。本發(fā)明是采用以下的技術方案實現(xiàn)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，并與殼體轉動連接，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，并在殼體的頂部形成氣腔，氣腔與氣相出口連通；位于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，氣液分離器位于出氣孔和輕相收 集孔之間；轉軸底部的開口與殼體的出液口連通。本發(fā)明中，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，如采用0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。 所述輕相收集孔位于轉鼓內的輕相匯集區(qū)，輕相收集孔呈均勻間隔設置或呈間隔 式分區(qū)集中分布。孔徑大小由液相及混入的氣相特征決定。所述導流葉片平行于轉軸的軸向，且各導流葉片之間呈均勻間隔設置。所述導流 葉片也可以相對于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(wěn)定分離器內流體的流動狀態(tài)。本發(fā)明的有益效果是與現(xiàn)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，并且能夠實現(xiàn)氣液分離， 分離效果好，并且分離效率高。


圖1為本發(fā)明的結構示意圖。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、0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。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明做進一步說明。圖1為本發(fā)明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0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可以平行于轉軸2的軸向，也 可以相對于轉軸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(wěn) 定分離器內流體的流動狀態(tài)。
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，其分布于轉鼓4內的輕相匯集區(qū)；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(qū)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征來決定。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位于出氣孔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可以采用波 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，并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旋轉并產生離心力，殼體1處于靜止狀態(tài)。此時，混合液持續(xù)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，并通過轉鼓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的中心濃縮并聚集于轉軸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，并經過氣液分離器10分離后，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，并沿轉鼓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，并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的位置并不限于圖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(xiàn)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
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，并與殼體(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，其特征在于所述轉鼓(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)，并在殼體(1)的頂部形成氣腔(12)，氣腔(12)與氣相出口連通；位于擋板上方的轉軸(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)位于出氣孔(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，其特征在于轉鼓(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 □連通。
3.根據權利要求1所述的固液氣分離裝置，其特征在于轉鼓(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，其特征在于轉軸(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，其特征在于所述氣液分離器(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，其特征在于所述輕相收集孔(16)位于轉 鼓(4)內的輕相匯集區(qū)，輕相收集孔(16)呈均勻間隔設置或呈間隔式分區(qū)集中分布。
7.根據權利要求1所述的固液氣分離裝置，其特征在于所述導流葉片(5)平行于轉 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，其特征在于所述導流葉片(5)相對于轉 軸(2)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，其特征在于所述導流葉片(5)之 間設置擋流片或填料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種分離裝置，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，并與殼體轉動連接，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，并在殼體的頂部形成氣腔，氣腔與氣相出口連通；位于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，氣液分離器位于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B01D17/038GK101966402SQ201010285918
公開日2011年2月9日 申請日期2010年9月17日 優(yōu)先權日2010年9月17日
發(fā)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