專利名稱：一種同向出流內(nèi)孔式高效旋流分離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可應(yīng)用于石油化工及環(huán)保領(lǐng)域中的液液兩相分離裝置，具體的說是涉及一種水力旋流器。
背景技術(shù)：
目前，用于兩相(以油水兩相為例進(jìn)行說明)的快速分離方法主要有旋流分離、氣浮選、過濾和膜分離等方法。旋流分離具有設(shè)備體積小等優(yōu)點(diǎn)，但對于細(xì)小油滴的去除能力有限；氣浮選則適應(yīng)含油濃度變化的范圍較?。贿^濾可以較好地實(shí)現(xiàn)油水兩相的分離， 但對于高含油污水卻需要頻繁的反沖洗來保證設(shè)備的長期穩(wěn)定運(yùn)行；膜分離設(shè)備成本較高，對介質(zhì)條件要求又較為嚴(yán)格。水力旋流器的分離原理是利用介質(zhì)間的密度差而進(jìn)行離心分離的，密度差越大，分散相的粒徑越大，分離效果相對就越好。最早是作為固_液分離設(shè)備而產(chǎn)生的，目前作為一種分離設(shè)備也已在我國獲得了一定的應(yīng)用，東北石油大學(xué)(原大慶石油學(xué)院)先后申請了多項(xiàng)相關(guān)技術(shù)專利，如ZL98 2 11681.0、ZLOl 2 79933. 5、ZLOl 2 77425. UZL2006 2 0021175. UZL2009 2 0099307. 6 等。雖然現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)有了一些改進(jìn)后的水力旋流器，但是經(jīng)過一段時(shí)間的應(yīng)用后發(fā)現(xiàn)，在油田水處理技術(shù)領(lǐng)域還存在著對細(xì)小油滴去除效果差的實(shí)際問題難以解決。尤其是在油田開發(fā)進(jìn)入中高含水開采期后，隨著聚驅(qū)規(guī)模不斷擴(kuò)大，含聚污水采出量逐年增多。由于含聚污水粘度大，油田地面工藝中沉降段除油效率低，增加了過濾段的負(fù)荷，造成濾料污染嚴(yán)重，過濾水質(zhì)變差。而且，越來越多的水驅(qū)污水站也已見到聚合物，引起處理水質(zhì)變差，難以滿足注水要求。同時(shí)隨著三元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)的推廣應(yīng)用，可以預(yù)見水質(zhì)形勢將更加嚴(yán)峻。因此，如何進(jìn)一步優(yōu)化水力旋流器的結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)改善水質(zhì)已成為油田地面工程系統(tǒng)競相研究的一個(gè)熱點(diǎn)問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決背景技術(shù)中所指出的現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種同向出流內(nèi)孔式高效旋流分離器，該種同向出流內(nèi)孔式高效旋流分離器具有分離效率高、設(shè)備體積小、分離速度快、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、制造及操作成本低等突出優(yōu)點(diǎn)，既可應(yīng)用于油田生產(chǎn)，又可應(yīng)用于市政環(huán)保等其它領(lǐng)域，具有可觀的推廣應(yīng)用前景。本發(fā)明的技術(shù)方案是該種同向出流內(nèi)孔式高效旋流分離器，包括位于同一水平面上的旋流1號入口管、旋流2號入口管、圓筒狀的外旋流體，以及分別位于所述外旋流體兩端的上、下封閉面，其中，在所述上、下封閉面之間，固定有一個(gè)由旋流腔段內(nèi)筒、大錐段內(nèi)筒、小錐段內(nèi)筒以及尾管段內(nèi)筒由上至下依次聯(lián)結(jié)后構(gòu)成的圓臺狀的多級內(nèi)旋流體，所述外旋流體的內(nèi)壁與所述多級內(nèi)旋流體的外壁之間形成的空腔稱為旋流內(nèi)腔；其中，所述小錐段內(nèi)筒為中空結(jié)構(gòu)，其上開有若干與所述小錐段內(nèi)筒的內(nèi)腔相通的集油孔；所述尾管段內(nèi)筒中有一個(gè)漏斗狀的收油錐，所述收油錐的上口與所述小錐段內(nèi)筒的內(nèi)腔相連接，所述收油錐的下口穿過所述下封閉面的中心，與一根垂向接入的出油管固定連接；位于所述外旋流體的底端，連接有一根沿所述外旋流體的圓周切線方向水平接入的出水管，所述出
3水管與所述旋流內(nèi)腔相連通，所述出水管的旋流出水方向與所述旋流內(nèi)腔中的旋流方向相同。本發(fā)明具有如下有益效果本發(fā)明所給出的技術(shù)方案同傳統(tǒng)的水力旋流器相比， 以油水兩相為例進(jìn)行說明，采用同向出流內(nèi)孔式設(shè)計(jì)，使出水管和出油管都位于旋流分離器的一側(cè)，這樣在旋流器內(nèi)部只有向底部出口一個(gè)方向的旋流運(yùn)動(dòng)存在，使得紊流減少，流場穩(wěn)定，分離效率提高；同時(shí)改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念，對于某些應(yīng)用場合這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在工藝安裝等方面非常靈活方便。此外，在內(nèi)部設(shè)計(jì)了一個(gè)內(nèi)旋流體結(jié)構(gòu)，使內(nèi)旋流體與外旋流體之間形成不同的分段，即旋流腔段、大錐段、小錐段和尾管段，每一分段的截面面積變化有所不同，以實(shí)現(xiàn)旋流腔段對混合介質(zhì)的緩沖作用、大錐段的加速作用、小錐段的分離作用和尾管段的穩(wěn)流作用等。具體應(yīng)用時(shí)，輕質(zhì)相作為分散相，如油滴，在內(nèi)旋流體附近聚集， 并沿內(nèi)旋流體向下即出口方向運(yùn)移；重質(zhì)相作為連續(xù)相，如水，在外旋流體內(nèi)壁聚集。由于將出水管設(shè)計(jì)為側(cè)切向出口，既縮短了旋流器的長度，又增加了旋流器有效分離段的長度， 可以使脫油效率進(jìn)一步提高，改善對油相的處理效果；集油采用內(nèi)孔式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，帶內(nèi)孔部分結(jié)構(gòu)可采用微孔材料制成，使得在旋流器內(nèi)部分離出來的油直接經(jīng)內(nèi)孔進(jìn)入內(nèi)旋流體內(nèi)部，然后經(jīng)收油錐由出油管排出。本發(fā)明所提出的一種同向出流內(nèi)孔式高效旋流分離器具有分離效率高及設(shè)備體積小等優(yōu)點(diǎn)，將有效解決生產(chǎn)實(shí)際中面臨的技術(shù)難題。


圖1是本種同向出流內(nèi)孔式高效旋流分離器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是顯示本種同向出流內(nèi)孔式高效旋流分離器內(nèi)部旋流場的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本種同向出流內(nèi)孔式高效旋流分離器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是圖3中的A-A剖面圖。圖中1-旋流1號入□管，2-旋流腔段內(nèi)筒，3-外旋流體，4-集油孔，5-收油錐， 6-出油管，7-出水管，8-尾管段內(nèi)筒，9-小錐段內(nèi)筒，10-大錐段內(nèi)筒，11-旋流2號入口管， 12-上封閉面，13-下封閉面。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明
本種同向出流內(nèi)孔式高效旋流分離器，其結(jié)構(gòu)如圖1結(jié)合圖3、圖4所示，包括位于同一水平面上的旋流1號入口管1、旋流2號入口管11、圓筒狀的外旋流體3，以及分別位于所述外旋流體3兩端的上封閉面12和下封閉面13等常規(guī)結(jié)構(gòu)，其獨(dú)特之處在于
在所述上、下封閉面之間，固定有一個(gè)由旋流腔段內(nèi)筒2、大錐段內(nèi)筒10、小錐段內(nèi)筒9 以及尾管段內(nèi)筒8由上至下依次聯(lián)結(jié)后構(gòu)成的圓臺狀的多級內(nèi)旋流體，所述外旋流體3的內(nèi)壁與所述多級內(nèi)旋流體的外壁之間形成的空腔稱為旋流內(nèi)腔；其中，所述小錐段內(nèi)筒9 為中空結(jié)構(gòu)，其上開有若干與所述小錐段內(nèi)筒的內(nèi)腔相通的集油孔4;所述尾管段內(nèi)筒8中有一個(gè)漏斗狀的收油錐5，所述收油錐的上口與所述小錐段內(nèi)筒的內(nèi)腔相連接，所述收油錐的下口穿過所述下封閉面13的中心，與一根垂向接入的出油管6固定連接；位于所述外旋流體3的底端，連接有一根沿所述外旋流體3的圓周切線方向水平接入的出水管7，所述出水管7與所述旋流內(nèi)腔相連通，所述出水管7的旋流出水方向與所述旋流內(nèi)腔中的旋流方向相同。在實(shí)施上述方案時(shí)，如果將所述旋流腔段內(nèi)筒2的外廓母線與所述旋流分離器中心軸線之間所形成的夾角定義為Ci1，所述大錐段內(nèi)筒10的外廓母線與所述旋流分離器中心軸線之間所形成的夾角定義為α2，所述小錐段內(nèi)筒9的外廓母線與所述旋流分離器中心軸線之間所形成的夾角定義為，所述尾管段內(nèi)筒8的外廓母線與所述旋流分離器中心軸線之間所形成的夾角定義為α4;則，夾角Ci1 夾角 α4同時(shí)滿足以下4項(xiàng)條件后所得到的旋流分離器分離效率較高。所述4項(xiàng)條件為
Ci1的角度范圍在0度 5度之間，所述區(qū)間為閉區(qū)間；②Ci2的角度范圍在5度 45
度之間，所述區(qū)間為開區(qū)間；(I) α 3的角度范圍在0.5度 5度之間，所述區(qū)間為閉區(qū)間； α 4的角度范圍在0度 3度之間，所述區(qū)間為閉區(qū)間。在上述限定中，由于Ci2的角度決定了混合介質(zhì)進(jìn)入大錐段后的加速程度，如果角度太小，則加速的效果不明顯；但如果角度太大，則會(huì)導(dǎo)致液流向出口方向運(yùn)移的阻力過大，并產(chǎn)生明顯向上的回流，使流場變得紊亂，致使分離效率下降，因此設(shè)計(jì)其角度變化范圍在5度 45度之間，所述區(qū)間為開區(qū)間，即不選擇5度和45度。應(yīng)用由上述方案構(gòu)成的水力旋流器后，工作時(shí)，油與水的混合液由入口管進(jìn)入到旋流腔中，在壓力的作用下，在設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)，形成高速旋轉(zhuǎn)的渦流。該方案中采用同向出流內(nèi)孔式設(shè)計(jì)，使出水管和出油管都位于旋流分離器的一側(cè)，這樣如圖2所示，在旋流器內(nèi)部只有向底部出口一個(gè)方向的旋流運(yùn)動(dòng)存在，使得紊流減少，流場穩(wěn)定，分離效率提高。隨著液體的旋流，輕質(zhì)相為分散相，如油滴，在小錐段內(nèi)筒附近聚集，集油采用內(nèi)孔式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得在旋流器內(nèi)部分離出來的油直接經(jīng)內(nèi)孔進(jìn)入小錐段內(nèi)筒中，然后經(jīng)收油錐由出油管排出；而重質(zhì)相為連續(xù)相，如水，在外旋流體內(nèi)壁聚集。由于將出水管設(shè)計(jì)為側(cè)切向出口，既縮短了旋流器的長度，又增加了旋流器有效分離段的長度，可以使脫油效率進(jìn)一步提高，改善對油相的處理效果。本方案所提供的結(jié)構(gòu)同其他水處理工藝及設(shè)備相比，具有設(shè)備體積小，工藝簡單， 占地面積小等突出的優(yōu)點(diǎn)；既可應(yīng)用于油田生產(chǎn)，又可應(yīng)用于市政環(huán)保等其它領(lǐng)域，具有良好的推廣應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種同向出流內(nèi)孔式高效旋流分離器，包括位于同一水平面上的旋流1號入口管 (1)、旋流2號入口管(11)、圓筒狀的外旋流體(3)，以及分別位于所述外旋流體(3)兩端的上、下封閉面(12，13)，其特征在于在所述上、下封閉面(12，13)之間，固定有一個(gè)由旋流腔段內(nèi)筒(2)、大錐段內(nèi)筒(10)、 小錐段內(nèi)筒(9)以及尾管段內(nèi)筒(8)由上至下依次聯(lián)結(jié)后構(gòu)成的圓臺狀的多級內(nèi)旋流體， 所述外旋流體(3)的內(nèi)壁與所述多級內(nèi)旋流體的外壁之間形成的空腔稱為旋流內(nèi)腔；其中，所述小錐段內(nèi)筒(9)為中空結(jié)構(gòu)，其上開有若干與所述小錐段內(nèi)筒的內(nèi)腔相通的集油孔(4);所述尾管段內(nèi)筒(8)中有一個(gè)漏斗狀的收油錐(5)，所述收油錐的上口與所述小錐段內(nèi)筒的內(nèi)腔相連接，所述收油錐的下口穿過所述下封閉面(13)的中心，與一根垂向接入的出油管(6)固定連接；位于所述外旋流體(3)的底端，連接有一根沿所述外旋流體(3)的圓周切線方向水平接入的出水管(7)，所述出水管(7)與所述旋流內(nèi)腔相連通，所述出水管(7)的旋流出水方向與所述旋流內(nèi)腔中的旋流方向相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同向出流內(nèi)孔式高效旋流分離器，其特征在于將所述旋流腔段內(nèi)筒(2)的外廓母線與所述旋流分離器中心軸線之間所形成的夾角定義為Ci1，所述大錐段內(nèi)筒(10)的外廓母線與所述旋流分離器中心軸線之間所形成的夾角定義為α 2，所述小錐段內(nèi)筒(9)的外廓母線與所述旋流分離器中心軸線之間所形成的夾角定義為α 3，所述尾管段內(nèi)筒(8)的外廓母線與所述旋流分離器中心軸線之間所形成的夾角定義為α4;其中，夾角h 夾角Ci4需要同時(shí)滿足以下4項(xiàng)條件，即①Ci1的角度范圍在0度 5度之間，所述區(qū)間為閉區(qū)間；②α2的角度范圍在5度 45度之間，所述區(qū)間為開區(qū)間；③α3的角度范圍在0.5度 5度之間，所述區(qū)間為閉區(qū)間；④α4的角度范圍在0度 3度之間，所述區(qū)間為閉區(qū)間。
全文摘要
一種同向出流內(nèi)孔式高效旋流分離器。主要解決現(xiàn)有的水力旋流器對細(xì)小油滴去除效果差的問題。其特征在于在上、下封閉面之間，固定有一個(gè)由旋流腔段內(nèi)筒、大錐段內(nèi)筒、小錐段內(nèi)筒以及尾管段內(nèi)筒由上至下依次聯(lián)結(jié)后構(gòu)成的圓臺狀的多級內(nèi)旋流體；小錐段內(nèi)筒為中空結(jié)構(gòu)，其上開有集油孔；尾管段內(nèi)筒中有一個(gè)漏斗狀的收油錐，收油錐的上口與小錐段內(nèi)筒的內(nèi)腔相連接，收油錐的下口穿過下封閉面的中心，與一根垂向接入的出油管固定連接；位于外旋流體的底端，連接有一根沿所述外旋流體的圓周切線方向水平接入的出水管，出水管與旋流內(nèi)腔相連通,出水管的旋流出水方向與旋流內(nèi)腔中的旋流方向相同。具有可分離水中的微小油滴、分離效率高和結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)。
文檔編號B04C3/00GK102225381SQ201110089218
公開日2011年10月26日 申請日期2011年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月11日
發(fā)明者劉揚(yáng), 李楓, 蔣明虎, 趙立新 申請人:東北石油大學(xué)