一种双桶气液分离器的制作方法

本发明涉及的是一种气液分离器。

背景技术：

气液分离技术广泛应用于海上油气资源的开采过程中，研发一种体积小、结构紧凑，可在宽流程、多流型下高效运行的气液分离器具有重要意义。

目前已在实际工业生产中取得实际应用的气液分离器种类繁多，根据分离原理可分为以下几类：重力式气液分离器、离心式气液分离器、碰撞式气液分离器以及组合式气液分离器。重力式气液分离器是目前已经研究较为充分、发展十分成熟的分离器，其由于可靠性高、维护方便等优点而得到广泛应用，但受限于结构尺寸大、分离周期长、处理能力有限等缺陷，重力式气液分离器难以在空间狭小、对分离周期有较高要求等条件下使用(“一种三相盖腔重力分离器”，cn202315422u；a.ghaffarkhah,m.amerishahrabi,m.keshavarzmoraveji,andh.eslami,"applicationofcfdfordesigningconventionalthreephaseoilfieldseparator,"egyptianjournalofpetroleum,vol.26,pp.413-420,2017.)。与重力式气液分离器类似，离心式分离器同样是目前已得到广泛运用的分离器，其由于结构紧凑、尺寸小等优点而得到广泛青睐。根据离心力的产生方式，可将离心式气液分离器分为轴流式和切向注入式两大类。切向注入式离心分离器通过将流体沿切向注入的方式产生离心力，其具有旋转强度高离心力强等特点，但受限于分离器结构布置方式，此类分离器内气芯不稳定、易发生振荡，限制了分离器分离效率的进一步提高(“旋流式气水分机”，cn2907905y；y.su,a.zhengandb.zhao,"numericalsimulationofeffectofinletconfigurationonsquarecycloneseparatorperformance,"powdertechnology,vol.210,pp.293-303,2011.)。轴流式离心分离器利用叶轮等结构使气液混合物产生旋转运动，其具有湍流度低，分离器内气芯稳定等优点，但此类分离器目前的仅可在稳定流型下保持较高的分离效率，而在不稳定流型下分离效率则无法保证(“一种旋叶式小型汽泡分离装置”，cn103394213a，z.xiong,m.lu,m.wang,h.gu,andx.cheng,"studyonflowpatternandseparationperformanceofair–waterswirl-vaneseparator,"annalsofnuclearenergy,vol.63,pp.138-145,2014.)。碰撞式气液分离器主要针对极高含气量下的气液混合物的分离而设计，此时液相主要以液滴的形式分布于气相，当含气量降低时容易产生二次携带的问题，分离效率无法得到保证(杜利鹏,张慧,田瑞峰.波形板汽水分离器内分离效率的影响因素分析[j].原子能科学技术,pp.1-6,2018-02-052018)。目前也存在一些组合式分离器，其虽结合了多种分离原理，但是结构过于复杂、可靠性较低、维护困难，难以在恶劣使用条件下的长期使用(“一种旋流式组合气液高效分离装置”，cn106492544a)。

在实际海上油气资源的开采过程中，往往面临使用条件恶劣，维护困难等问题，且气液混合物呈现流程较宽、含气量变化范围较大、存在多种流型等特点，特别是不稳定流型，这些都给现有的海上气液分离技术提出了新的挑战。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供解决现有分离器可用范围小、适用流型单一，特别是无法在震荡流型高效运行等问题的一种双桶气液分离器。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种双桶气液分离器，其特征是：包括外筒体、内筒体，内筒体伸入至外筒体内部，内筒体的下端部留在外筒体外部，内筒体里安装叶轮，内筒体的出口端设置排液区段，排液区段上设置排液孔，外筒体下端部设置分离器液相引出口，外筒体顶部设置分离器气相引出口，分离器气相引出口为向外筒体内部延伸的管，分离器气相引出口下方的外筒体里设置分离挡板，分离挡板和其上方的外筒体之间通过分离挡板拉筋相连，内筒体上方的外筒体部分构成使液相回落的重力分离腔室。

本发明还可以包括：

1、分离挡板的外径大于分离器气相引出口的内径。

2、排液区段与叶轮叶片的上边沿之间留有气液混合物经过叶轮形成环形液膜的间距。

3、叶轮叶片入口端的切线与内筒体的中心轴线平行，出口端的切线与内筒体的中心轴线的夹角为60°。

4、在内筒体与外筒体之间设置有防震条，防震条位于叶轮叶片下边沿高度处。

本发明的优势在于：本发明可满足大流量变化、不同流型，特别是振荡流型下，高效气液分离的要求分离需求。该装置可实现：

(1)该分离器利用双层套筒式结构，通过叶轮、排液区段、分离挡板、重力分离腔室的配合，有机结合了离心分离、重力分离、碰撞分离三种分离原理。气液混合物进入分离器后通过三次分离，实现了在宽流程、大含气量范围、多流型特别是振荡流型下的气液混合物的高效分离。

(2)当进入分离器的气液混合物的流型为不稳定流型时，由于气液混合物的振荡，分离器的内筒体会相应的产生一定的振荡。为了避免由于内筒体的长期振荡使分离器的结构发生疲劳损坏，在分离器内外筒体之间的防震条可对内筒体起到固定支撑作用。

(3)开孔段与叶轮之间预留的间距可保证气液混合物经过叶轮后，先充分发展形成稳定环形液膜，再进入排液区段，避免过多的气相从排液孔排出。

(4)分离挡板的外径大于分离器气相引出口的内径，可避免在高含气量条件下，部分液体在气体的携带作用下直接进入气相引出口而导致分离效率的下降，进而使分离挡板失去部分分离能力。

(5)分离器气相引出口向外筒体内部延伸一部分，可对在高含量条件下部分由于气相携带作用而到达外筒体顶部的液体，起到阻挡作用，保证分离器的高效运行。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2a为叶轮的结构示意图，图2b为叶轮的俯视图；

图3为排液区段排液孔的侧向展开图。

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1-3，本发明一种双桶气液分离器，包括内筒体1、入口法兰2、叶轮3、排液区段4、防震条5、分离挡板6、分离挡板拉筋7、分离器气相引出口8、出口法兰9、外筒体10、分离器液相引出口11、重力分离腔室12。分离器气相引出口8位于分离器的顶部，液相引出口11位于外筒体10的底部；内筒体1的气液混合物入口端位于外筒体10的外部，出口端位于外筒体10的内部；叶轮3布置于内筒体1的中上部，且叶轮3的上部与内筒体1的出口端之间设置有排液区段4，排液区段4内开设有一定数目的排液孔；在内筒体1的出口处与分离器气相引出口8的出口之间设置有重力分离腔室12；分离挡板6布置在分离器气相引出口8处，其依靠分离挡板7拉筋实现固定。

在内筒体1与外筒体10之间设置有防震条5，其由三根支撑柱组成，防震条5位于叶轮3叶片下边沿高度处。排液区段4与叶轮3叶片的上边沿之间有一定间距；开孔段4的开孔的排布方式为三角形排布，开孔直径与开孔数目可根据待分离流体的物性以及配比选择适当的值。叶轮3由一个轮毂以及5个叶片组成，叶片沿周向均匀分布于轮毂上；且每个叶片结构尺寸完全相同，入口端的切线与内筒体1的中心轴线平行，出口端的切线与内筒体1的中心轴线的夹角为60°。分离挡板6的外径大于分离器气相引出口8的内径；根据分离器使用条件以及待分离气液混合物的物性以及配比，分离挡板6亦可用丝网、波纹板等分离部件代替。分离器气相引出口8向分离器外筒体10内部延伸一部分。

在进行气液分离时，其技术方案是：分离器的本体通过入口法兰2与出口法兰9实现安装固定。气液混合物由内筒体1的入口端进入分离器。流经叶轮3时，在叶轮3旋转叶片的导向作用下，气液混合物由直线运动变为旋转运动，并产生离心力。在离心力的作用下，经充分发展后，密度较小的气相聚集形成气芯，密度较大的液相在气芯周围形成环形液膜。当气液混合物流经排液区段4时，环形液膜中的部分液体经排液区段4的排液孔进入分离器内筒体1与外筒体10之间的环腔内，并在重力的作用下回落到达环腔底部，后经分离器液相引出口11排出分离器，实现气液混合物的一次分离。经过排液区段4以后，气液混合物继续向上运动并离开内筒在1，进入重力分离腔室12。在后续流程中，在高含气量与低含气量条件下分离器内的分离过程有所差异，下将对其进行分开描述。

在低含气量条件下，气液混合物进入分离器前的流型较为稳定，没有振荡现象。因此，气液混合物离开内筒体1进入重力分离腔室12时流动较为稳定，没有明显的振荡现象。在离开内筒体1后，气液混合物进入重力分离腔室12，环形液膜中的剩余液体，在离心力的作用下沿内筒体1的内壁被抛向四周，而气相则继续向上运动。在重力的作用下，液相进入内筒体1与外筒体10之间的环腔内，并经由分离器液相引出口11离开分离器；而气相则继续向上运动，并由分离器气相引出口8离开分离器，实现二次分离，最终实现在低含气量下分离器的整个分离过程。

在高含气量条件下，一方面气液混合物可能呈现不稳定流型，即气液混合物在进入分离器前会发生剧烈的振荡，这种振荡在进入分离器后会继续向下游传递，造成分离器内发生剧烈的振荡；另一方面，在高含气量下气相流速较高，在气相的携带作用下，部分液体会随气相一起运动。受流型振荡和气相携带的影响，气液混合离开内筒体1后，直接喷射进入重力分离腔室12。受重力的影响，部分液体直接回落进入内筒体1与外筒体10之间的环腔内，经分离器液相引出口11离开分离器，实现二次分离。受振荡和气体携带的影响，部分液体会到达分离器外筒体10的顶部。分离挡板6可通过碰撞分离，阻挡大部分到达分离器顶部的液体，防止其直接进入分离器气相引出口8，进而导致分离效率下降。少量液体受气体携带的影响会到达分离外筒体10顶盖处，分离器气相引出口8的向内延伸部分可阻挡液体由于气相的携带作用而进入分离器气相引出口8，使分离效率降低。在分离挡板6和分离器气相引出口8的向内延伸部分的分离作用下，被分离出的液体进入重力分离腔室12后，继续回落进入内筒体1与外筒体10的环腔内，并经分离器液相引出口11离开分离器，完成三次分离，并最终完成整个分离过程。在分离过程中，由于气液混合物的振荡，分离器内筒体1会相应的发生振荡。防震条5的设置可对内筒体1起到固定作用，避免由于长期振荡，而使分离器的结构发生疲劳损坏。