本發(fā)明涉及油氣田集輸處理工藝的氣液分離，尤其是涉及一種兩級(jí)協(xié)同脫氣型管式氣液分離器。

背景技術(shù)：

1、氣液分離是海上和陸地油氣田進(jìn)行油氣集輸處理必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，與常規(guī)罐式或塔式氣液分離設(shè)備相比，管式氣液分離器憑借結(jié)構(gòu)緊湊、分離效率高、便于進(jìn)行模塊化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)而受到高度關(guān)注。管式氣液分離器按照入口含氣率的不同可分為脫液型(含氣率>0.1)、相分離型(含氣率為0.2～0.95)和脫氣型(含氣率<0.6)，按照工作原理又可分為重力式、離心式、混合式等。目前，脫氣型管式氣液分離器仍存在氣液分離不徹底、氣液出口難以同時(shí)達(dá)標(biāo)等問題。因此，研制開發(fā)高效緊湊的兩級(jí)協(xié)同脫氣型管式氣液分離器意義重大。

2、在基于重力沉降作用的脫氣型氣液分離器方面，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究。例如：東北石油大學(xué)的葉衛(wèi)東等人2018年針對(duì)石油開采過程中的高含氣問題，設(shè)計(jì)了一種重力式氣液分離器并對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果表明，重力式氣液分離器的外管內(nèi)徑越大、中心管外徑越小，分離效果越好；專利zl201520123254.2中提出的“地?zé)嵘罹谟昧⑹綒庖簝上嘀亓κ椒蛛x器”，采用重力沉降分離原理處理較大流量的含氣液體。但客觀而言，僅依靠重力沉降作用所能達(dá)到的分離效果很差，而且相對(duì)應(yīng)的設(shè)備體積很大，結(jié)構(gòu)不夠緊湊集中。

3、本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下技術(shù)問題：雖然已經(jīng)將脫氣型管式氣液分離器應(yīng)用于油氣田集輸處理領(lǐng)域，但現(xiàn)有技術(shù)中的脫氣型管式氣液分離器仍存在適應(yīng)工況范圍窄、不能滿足氣液出口同時(shí)達(dá)標(biāo)、難以模塊化生產(chǎn)等問題，最主要的問題是，現(xiàn)有技術(shù)中的氣液分離器分離效率差，限制了其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種兩級(jí)協(xié)同脫氣型管式氣液分離器，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的氣液分離器分離效率差的技術(shù)問題。本發(fā)明提供的諸多技術(shù)方案中的優(yōu)選技術(shù)方案所能產(chǎn)生的諸多技術(shù)效果詳見下文闡述。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供的兩級(jí)協(xié)同脫氣型管式氣液分離器，包括具有氣液混合物入口、氣相出口的外管、位于所述外管內(nèi)的軸向靜止起旋元件、中心排氣管，其中：

4、所述外管內(nèi)分隔為具有一級(jí)液相出口的一級(jí)氣液分離段、具有二級(jí)液相出口的二級(jí)氣液分離段；

5、所述軸向靜止起旋元件位于所述一級(jí)氣液分離段，所述軸向靜止起旋元件包括中心圓柱體，所述中心圓柱體上設(shè)置有起旋葉片，所述起旋葉片呈螺旋狀結(jié)構(gòu)，且所述起旋葉片的外沿與所述外管的內(nèi)壁緊密貼合；

6、所述中心排氣管連通所述一級(jí)氣液分離段、所述二級(jí)氣液分離段，所述中心排氣管與所述外管之間存在有環(huán)形空間，所述中心排氣管的出口段外周壁上設(shè)置有環(huán)形狹縫，所述環(huán)形狹縫位于所述二級(jí)氣液分離段，所述二級(jí)液相出口位于所述環(huán)形狹縫的下方。

7、優(yōu)選的，所述軸向靜止起旋元件還包括端部橢球?qū)Я黧w，所述端部橢球?qū)Я黧w固定于所述中心圓柱體的迎風(fēng)端，所述端部橢球?qū)Я黧w的凸面為迎風(fēng)面。

8、優(yōu)選的，所述軸向靜止起旋元件還包括尾端錐形導(dǎo)流體，所述尾端錐形導(dǎo)流體固定于所述中心圓柱體的背風(fēng)端，所述尾端錐形導(dǎo)流體的錐端面為背風(fēng)面。

9、優(yōu)選的，所述起旋葉片在所述中心圓柱體的周向上均勻間隔布置。

10、優(yōu)選的，所述中心排氣管包括端部擋板、中空柱段和中空錐段，其中：

11、所述中空錐段固定連通于所述中空柱段的進(jìn)風(fēng)端，所述中空錐段的內(nèi)徑沿遠(yuǎn)離所述中空柱段的方向逐漸減小，所述環(huán)形狹縫位于所述中空柱段的周壁上，所述端部擋板固定于所述中空柱段的出風(fēng)端，且所述端部擋板上設(shè)置有出氣孔。

12、優(yōu)選的，所述環(huán)形狹縫均勻間隔布置于所述中空柱段的周壁上。

13、優(yōu)選的，所述軸向靜止起旋元件、所述中心排氣管與所述外管共軸線設(shè)置。

14、優(yōu)選的，所述外管內(nèi)固定有環(huán)形擋板，所述環(huán)形擋板內(nèi)環(huán)與所述中心排氣管的外壁固定連接，所述氣液混合物入口與所述環(huán)形擋板之間的區(qū)域?yàn)樗鲆患?jí)氣液分離段，所述環(huán)形擋板與所述氣相出口之間的區(qū)域?yàn)槎?jí)氣液分離段。

15、優(yōu)選的，所述起旋葉片的長度與所述中心圓柱體的長度的比值為0.5-1，所述起旋葉片的個(gè)數(shù)為5-8個(gè)，所述尾端錐形導(dǎo)流體的錐角范圍為25-60°。

16、優(yōu)選的，所述中空柱段的直徑與所述端部擋板的直徑的比值為0.5-0.75，所述中空錐段的錐角范圍為3-5°。

17、本發(fā)明提供的兩級(jí)協(xié)同脫氣型管式氣液分離器，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：本發(fā)明提供的兩級(jí)協(xié)同脫氣型管式氣液分離器，可實(shí)現(xiàn)兩次氣液分離，逐級(jí)分離出氣相，有效防止氣相從一級(jí)液相出口、二級(jí)液相出口逸出，促使氣液出口同時(shí)達(dá)標(biāo)。通過一級(jí)氣液分離段，在起旋葉片的強(qiáng)離心力作用下實(shí)現(xiàn)第一次氣液分離，保證一級(jí)液出口達(dá)標(biāo)；中心排氣管與軸向靜止起旋元件配合的結(jié)構(gòu)，可在保證結(jié)構(gòu)緊湊的同時(shí)最大限度保證氣核的穩(wěn)定性和分離效果。攜帶液相的氣核進(jìn)入中心排氣管后仍然具有一定的旋流作用，可將氣相中夾帶的液相甩至中心排氣管外壁，并經(jīng)環(huán)形狹縫進(jìn)入中心排氣管和外管之間的環(huán)形空間，進(jìn)一步進(jìn)行重力沉降分離，純凈的氣相則從氣相出口排出，實(shí)現(xiàn)氣液兩相的第二次分離，從而保證二級(jí)液出口的含氣率及氣相出口的含液率同時(shí)達(dá)標(biāo)。兩次氣液分離過程的協(xié)同作用，可有效克服目前脫氣型管式氣液分離器分離效率差、不能滿足氣液出口同時(shí)達(dá)標(biāo)、占地空間大等問題。

技術(shù)特征：

1.一種兩級(jí)協(xié)同脫氣型管式氣液分離器，其特征在于，包括具有氣液混合物入口、氣相出口的外管、位于所述外管內(nèi)的軸向靜止起旋元件、中心排氣管，其中：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩級(jí)協(xié)同脫氣型管式氣液分離器，其特征在于，所述軸向靜止起旋元件還包括端部橢球?qū)Я黧w，所述端部橢球?qū)Я黧w固定于所述中心圓柱體的迎風(fēng)端，所述端部橢球?qū)Я黧w的凸面為迎風(fēng)面。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的兩級(jí)協(xié)同脫氣型管式氣液分離器，其特征在于，所述軸向靜止起旋元件還包括尾端錐形導(dǎo)流體，所述尾端錐形導(dǎo)流體固定于所述中心圓柱體的背風(fēng)端，所述尾端錐形導(dǎo)流體的錐端面為背風(fēng)面。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩級(jí)協(xié)同脫氣型管式氣液分離器，其特征在于，所述起旋葉片在所述中心圓柱體的周向上均勻間隔布置。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩級(jí)協(xié)同脫氣型管式氣液分離器，其特征在于，所述中心排氣管包括端部擋板、中空柱段和中空錐段，其中：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的兩級(jí)協(xié)同脫氣型管式氣液分離器，其特征在于，所述環(huán)形狹縫均勻間隔布置于所述中空柱段的周壁上。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩級(jí)協(xié)同脫氣型管式氣液分離器，其特征在于，所述軸向靜止起旋元件、所述中心排氣管與所述外管共軸線設(shè)置。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩級(jí)協(xié)同脫氣型管式氣液分離器，其特征在于，所述外管內(nèi)固定有環(huán)形擋板，所述環(huán)形擋板內(nèi)環(huán)與所述中心排氣管的外壁固定連接，所述氣液混合物入口與所述環(huán)形擋板之間的區(qū)域?yàn)樗鲆患?jí)氣液分離段，所述環(huán)形擋板與所述氣相出口之間的區(qū)域?yàn)槎?jí)氣液分離段。

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的兩級(jí)協(xié)同脫氣型管式氣液分離器，其特征在于，所述起旋葉片的長度與所述中心圓柱體的長度的比值為0.5-1，所述起旋葉片的個(gè)數(shù)為5-8個(gè)，所述尾端錐形導(dǎo)流體的錐角范圍為25-60°。

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的兩級(jí)協(xié)同脫氣型管式氣液分離器，其特征在于，所述中空柱段的直徑與所述端部擋板的直徑的比值為0.5-0.75，所述中空錐段的錐角范圍為3-5°。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種兩級(jí)協(xié)同脫氣型管式氣液分離器，其包括外管、軸向靜止起旋元件、中心排氣管，外管內(nèi)分隔為一級(jí)氣液分離段、二級(jí)氣液分離段；軸向靜止起旋元件位于一級(jí)氣液分離段，軸向靜止起旋元件包括中心圓柱體，中心圓柱體上設(shè)置有起旋葉片，起旋葉片呈螺旋狀結(jié)構(gòu)，且起旋葉片的外沿與外管的內(nèi)壁緊密貼合；中心排氣管連通一級(jí)氣液分離段、二級(jí)氣液分離段，中心排氣管與外管之間存在有環(huán)形空間，中心排氣管的出口段外周壁上設(shè)置有環(huán)形狹縫，環(huán)形狹縫位于二級(jí)氣液分離段，二級(jí)液相出口位于環(huán)形狹縫的下方。兩次氣液分離過程的協(xié)同作用，可有效克服目前脫氣型管式氣液分離器分離效率差、不能滿足氣液出口同時(shí)達(dá)標(biāo)、占地空間大的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：孔令真,謝彤,陳家慶,孫歡,張成凱,丁國棟,楊洋,孔標(biāo)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京石油化工學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6