一种气液分离装置及气液分离系统的制作方法

本发明涉及气液分离技术领域，具体涉及一种气液分离装置及气液分离系统。

背景技术：

在石油、天然气(煤层气)、化工及其他生产领域，往往伴随着气体和液体共存的工矿环境。在生产过程中，经常会遇到需要对气液进行分离并分别输送的工艺要求。

由于气液分离系统存在着出气口压力和出液口压力的差异、压力波动和气流量、液体流量的变化和等客观因素的影响，使得分离器内的气液分离的液面出现波动。

比如，当出气口压力增大(或出液口的压力减小)时，分离器内的气液分离液面下降；当出气口压力减小(或出液口的压力增大)时，分离器内气液分离的液面升高，当分离器内的液面到达分离器的液体导出管的进液口或气体导出管的进气口时，会造成分离器的液体导出管的出液口进气或气体导出管的出气口进液，不能满足气液分离的技术要求。

因此，为了保证分离器的分离效果，通常需要根据分离器内液面的变化情况对出气口的出气量和出液口的出液量进行调节和控制。常规气液分离装置主要在气体导出管和液体导出管上分别设置电动阀门或浮球，对出气口的出气量和出液口的出液量进行人为的控制和调节，以使气液分离的液面处于气体导出管的进气口与液体导出管的进液口之间，便于分离输送装置的稳定运行。这种采用阀门的控制和调节气液分离的液面高度，虽然满足了气液分离、输送的要求，但阀门经常的开启或关闭，阀门需要经常更换，容易造成分离输送装置的运行成本高，且气液分离系统的结构复杂及工艺技术要求高。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题现有的气液分离装置中，必须要借助阀门来调整和控制气液分离的液面高度，使得气液分离装置的结构复杂和成本高。

为此，本发明提供了一种气液分离装置，包括

分离器主体，具有竖向延伸且呈闭合的分离腔；

气液进口，设在所述分离器主体上且与所述分离腔连通；

气体导出管，其进气口连通于所述分离腔，出气口位于所述分离器主体外；

液体导出管，其进液口连通于所述分离腔并位于所述进气口的下方，出液口位于所述分离器主体外且位于所述进液口的上方；

所述进气口与所述进液口之间的高度差h满足：

其中所述p10、p11均为所述出气口(32)的压力，所述p20、p21均为出液口的压力，并且p10＜p20，p11＞p21

可选地，上述的气液分离装置，所述进气口靠近所述分离腔的顶部内壁面布置；

所述进液口靠近所述分离腔的底部布置。

可选地，上述的气液分离装置，所述气体导出管的部分伸入所述分离腔内，且该部分沿竖向延伸并其顶部设所述进气口；和/或

所述液体导出管的部分伸入所述分离腔内，且该部分沿竖向延伸并其底部设所述进液口。

可选地，上述的气液分离装置，所述出液口沿竖向不低于所述进气口置。

可选地，上述的气液分离装置，所述液体导出管密封穿设在所述分离腔的侧壁上；和/或

所述气体导出管密封穿设在所述分离腔的侧壁上，所述出气口位于所述进气口的下方。

可选地，上述的气液分离装置，还包括密封穿设在所述分离腔的侧壁上的气液输送管，所述气液输送管位于所述分离器主体外的一端作为所述气液进口。

可选地，上述的气液分离装置，所述分离腔的底部上设有排污口，及密封且可拆卸地设在所述排污口上的密封盖。

可选地，上述的气液分离装置，在所述气体导出管伸出所述分离腔外的部分上设有至少一个第一阀门；和/或

在所述液体导出管伸出所述分离腔外的部分上还设有至少一个第二阀门。

可选地，上述的气液分离装置，还包括支架，所述分离器主体的底部安装在所述支架上。

本发明提供一种气液分离系统，包括

上述中任一项所述的气液分离装置；

集气装置，与所述出气口连通设置；

集液装置，与所述出液口连通设置。

本发明的技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的气液分离装置，包括分离器主体、气液进口、气体导出管、液体导出管；分离器主体具有竖向延伸且呈闭合的分离腔；气液进口设在分离器主体上且与分离腔连通；气体导出管的进气口连通于分离腔，出气口位于所述分离器主体外；液体导出管的进液口连通于所述分离腔并位于进气口的下方，出液口位于所述分离器主体外且位于所述进液口的上方；所述进气口与所述进液口之间的高度差h满足：

其中所述p10、p11均为所述出气口(32)的压力，所述p20、p21均为出液口的压力，并且p10＜p20，p11＞p21。

此结构的气液分离装置，由于对进气口与进液口之间的高度差h进行特定设置，使得气液混合流体经气液进口进入分离腔内后，气体和液体分离后，气体向上流动经进气口进入气体导出管，液体向下流动经进液口进入液体导出管，出气口的压力与出液口的压力的最大差值，落入分离器主体的高度的调整范围内，可以自动调整气液分离的液面一直处于进气口与进液口之间，无需人为参与控制，也无需设置阀门来调整气液分离的液面的高度，就可以稳定运行气液分离。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的第一种实施方式中提供的气液分离装置的结构示意图；

图2为图1中气液分离装置在极限位置工作时的结构示意图

图3为本发明的第二种实施方式中提供的气液分离装置的结构示意图；

图4为本发明的第三种实施方式中提供的气液分离装置的结构示意图；

图5为本发明的第四种实施方式中提供的气液分离装置的结构示意图；

附图标记说明：

1－分离器主体；11－分离腔；12－排污口；

2－气液进口；21－气液输送管；

3－气体导出管；31－进气口；32－出气口；

4－液体导出管；41－进液口；42－出液口；

51－第一位置；52－第二位置；

6－支架；

71－第一阀门；72－第二阀门。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种气液分离装置，如图1所示，包括分离器主体1、气液进口2、气体导出管3及液体导出管4。

其中，分离器主体1具有竖向延伸且呈闭合的分离腔11，比如分离器主体1的顶部为圆弧封闭端，其底部呈平直端，分离器主体1的底部上设有排污口12，并在排污口12上密封设有可拆卸地密封盖，便于对分离腔内进行定期的清理。可选地，分离腔11整体呈圆柱状。

气液进口2设在分离器主体1的侧壁上并与分离腔11连通，用于向分离腔11内输入气液混合流体。比如，分离器主体1的侧壁上设有安装孔，气液输送管21密封穿设在安装孔内，气液输送管21位于分离器主体1外的一端作为气液进口2，伸入分离腔11内的另一端作为气液出口。气液输送管21将外界的气液混合流体输入分离腔11内，气液混合流体在分离腔11内，由于气体的密度小于液体的密度，使得气体向上流动，液体在重力下沉在分离腔11的下部，实现气液分离，并以气液分离的液面为界，将分离腔11分为由下而上的液室和气室。

由于气液进口2处的气液含量发生变化，或者出气口32的出气压力、出液口42的压力发生变化时，气液分离的液面会发生上下浮动，于是该气液分离的液面是一个相对动态的液面。

如图1所示，气体导出管3密封穿设在分离器主体1的侧壁上，气体导出管伸入分离腔11的部分沿竖向延伸设置并且该部分的顶部作为进气口31，进气口31与气室连通；进气口靠近分离器主体1的顶部内壁面布置，气体导出管位于分离器主体1外的另一端作为出气口32，出气口32位于进气口31的下方，气体导出管在分离腔11内与气液输送管21错开布置。最佳地，出气口32位于气液进口2的下方。

如图1所示，液体导出管4密封穿设在分离器主体1的侧壁上，但避开气液输送管21和气体导出管3，液体导出管4伸入分离腔11内部分沿竖向延伸，且该部分的底部作为进液口41，进液口41靠近分离器主体1的底部内壁面布置，位于分离器主体1外的另一端作为出液口42，出液口42高于进液口41。

上述的进气口31和进液口41分别与分离器主体1的顶部和底部之间预留第一间隙和第二间隙，第一间隙的设置便于气室内的气体进入气体导出管3内，第二间隙的设置便于液室内的溶液进入液体导出管4内。

同时，进气口31和进液口41之间的高度差h满足：

其中所述p10、p11均为所述出气口(32)的压力，所述p20、p21均为出液口的压力，并且p10＜p20，p11＞p21。

其中p1为出气口32的压力，p2为出液口42的压力。申请人发现只要将进液口和进气口之间的高度差h设置足够高，就能够实现自动调节气液分离的液面高度，并使得该液面高度始终处于进气口与进液口之间，具体原理如下：

如图2所示，以出液口42的高度为参考基准，气液分离液位初始位置为a，当出液口42的压力p20＞出气口32的压力p10，并且p20与p10的差值达到极限值时，气液分离的液面由a位置上升到极限位置b，极限位置b低于进气口31，此时出液口42的压力p20与出气口32的压力p10存在如下关系式：

p20＝p10+ρgx1，则x1＝(p20－p10)/(ρg)，其中ρ为分离腔内液室中液体的密度，也即，当液面达到极限位置b时，此时液面到出液口42之间的距离x1为(p20－p10)/(ρg)时，当进气口31到出液口42之间的距离h1＞x1时，就能确保即使出液口42的压力和出气口的压力之间的差值达到极限值时，气液分离的液面只能达到极限位置b，不会到达进气口31处，避免分离腔11内全充满液体，液体经进气口31进入气体导出管3排出的现象发生。

相反，当出气口32的压力p11＞出液口的压力p21，并且p11与p21的差值达到极限值，此时气液分离的液面由a位置下降到极限位置c，极限位置c高于进液口41，极限位置c到出液口42之间的间距为x2，此时出液口42的压力p21与出气口32的压力p11存在如下关系式：

p11＝p21+ρgx2，则x2＝(p11－p21)/(ρg)，其中ρ为分离腔内液室中液体的密度。也即，当液面达到极限位置c时，此时液面到出液口42之间的距离x2为(p11－p21)/(ρg)时，当进液口41到出液口42之间的距离h2＞x2时，就能确保即使出气口32的压力与出液口的压力之差达到极限值时，气液分离的液面只会到达极限位置c，也不会到达进液口41处，极限位置c一直高于进液口41，就避免分离腔11内全充满气体，气体经进液口41进入液体导出管4排出的现象发生。

由上述分析可知，进气口31与进液口41之间的高度差h＝h1+h2，由于h1＞x1，h2＞x2，则必然有h＞(x1+x2)，所以，只要进气口31和进液口41之间的高度差h满足：时，可以不在气体导出管3和液体导出管4上设置阀门，就能够确保气液分离的液面一直处于进液口41与进气口31之间，确保分离器的分离效果，能实现没有控制结构的自动调整气液分离的液面，仅依靠分离器的高度自动对气体导出管3或液体导出管4的流量进行调整，进而来调整气液分离的液面的位置。

在实际使用过程中，根据不同工况情况，通过多次试验得知每个工况下上述的p20、p10、p11、p21的，就能够得出h的值。也就是说分离器的气液分离液面的变化幅度取决于气体导出管的出气口和液体导出管的出液口的压力发生变化幅度，或出气量和出液量发生变化幅度，由于分离器有足够的高度差h，所以当因出气口和出液口压力发生变化或，出气量和出液量发生变化时，分离器内液面的变化范围始终处于液体导出管的进液口和气体导出管的进气口之间，保证分离后的气体和液体分别经进气口和进液口进入集气系统和集液系统，使分离器的气液分离、输送在无人控制的条件下稳定运行。

如图1所示，还包括支架6，分离器主体1的底部安装在支架6上，比如，支架包括四个支架沿周向布置，所有支架的顶部固定在一起，下部固定在一起，从而将分离器主体1架空在地面上方，将排污口12抬高，便于分离器主体1的分离腔11需要清理时，便于拆卸或安装密封盖。

此实施方式的气液分离装置，由于对进气口31与进液口41之间的高度差h进行特定设置，使得气液混合流体经气液进口2进入分离腔11内后，气体和液体分离后，气体向上流动经进气口31进入气体导出管3，液体向下流动经进液口41进入液体导出管4，出气口32的压力与出液口42的压力的最大差值，落入分离器主体1的高度的调整范围内，可以自动调整气液分离的液面一直处于进气口31与进液口41之间，无需人为参与控制，也无需设置阀门来调整气液分离的液面的高度，就可以稳定运行气液分离。

也即，当出气口压力增大或出气口的出气量增大(或出液口的压力减小或出液量减小)时，此时出气口32的压力大于出液口的压力，并且二者的压力差增大，分离腔内的气液分离的液面由原来的初始位置a降低至第一位置51，但液面降低的位置仍会高于进液口41；当出液口42的压力增大或出水量增大(或出气口压力降低或出气口出气量降低)时，此时出液口的压力大于出气口的压力，并且二者的压力差增大，分离器内的气液分离的液面会由原来的初始位置a升高至第二位置52，但第二位置52不会高于进气口31，由于上述进气口31与进液口41之间的高度差的设计，可以自动调整出气口32压力与出液口42压力之差所带来的液面的浮动，使得气液分离的液面始终处于进液口41和进气口31之间，实现无源控制和调节，也无需人为参与控制，极大地简化了气液分离、输送的工艺过程。

作为实施例1的第一个可替换的实施方式，还可以不设置气液输送管，直接在分离器主体壁上设气液进口。

作为实施例1的第二个可替换的实施方式，气体导出管还可以为其他形状，比如s形管，进气口还可以设在气体导出管的侧壁上；类似地，液体导出管还可以为其他形状，比如s形管，进液口也可以设在液体导出管的侧壁上，只要出液口高于进液口，出液口并低于进气口即可。

实施例2

本实施例提供一种气液分离装置，与实施例1中提供的气液分离装置相比，不同之处在于：

在制备气液分离装置，分离器主体1的高度需要满足上述条件，鉴于分离器主体1制备的高度太高，不便于加工的进行或加工难度的增加，防止加工的高度未达到上述的要求时，当出液口42的压力p23大于出气口32的压力p13时，并且p23与p13之间的差值大于上述的(p20－p10)的极限值时，该压力差超出立式分离器内液柱的调节范围时，如图3所示，在气体导出管3伸出分离腔11外的部分上设有至少一个第一阀门71。比如，第一阀门为电磁阀、球阀、闸阀、截止阀、蝶阀等。

在正常情况下，第一阀门处于打开状态，若需要第一阀门辅助调整液面高度时，减小第一阀门71打开的开度，来降低出气口的出气量，增大出气口的压力，以抵消一部分出液口的压力与出气口的压力之间的压力差，辅助调整气液分离的液面下降，使得p23与p13之间的差值，落入上述(p20－p10)的极限值的范围内，进而落入分离器主体1的高度的调整范围内，此时第一阀门保持上述的打开开度。

实施例3

本实施例提供一种气液分离装置，与实施例2中提供的气液分离装置相比，不同之处在于：

在制备气液分离装置，分离器主体1的高度需要满足上述条件，鉴于分离器主体1制备的高度太高，不便于加工的进行或加工难度的增加，防止加工的高度未达到上述的要求时，出气口32的压力与出液口42压力之差，超出分离器主体1的高度的调整范围外。

比如，出气口的压力p12大于出液口的压力p22时，并且p12与p22之间的差值大于上述的(p11－p21)的极限值时，该压力差超出立式分离器内液柱的调节范围时，如图4所示，还可以在液体导出管伸出分离腔11外的部分上还设有至少一个第二阀门72。

比如第二阀门为电磁阀、球阀、闸阀、截止阀、蝶阀等，在正常情况下，第二阀门处于打开状态，若需要第二阀门辅助调整液面高度时，减小第二阀门72打开的开度，增大液体导出管内液体流动的阻力，来降低出液口的出液量，增大出液口的压力，以抵消一部分出气口的压力与出液口的压力之间的压力差，辅助调整气液分离的液面向上升高，使得出气口的压力p12与出液口的压力p22之间的差值，落入上述(p11－p21)的极限值的范围内，进而落入分离器主体1的高度的调整范围内，此时第二阀门保持上述的开度即可。

或者，还可以同时分别在气体导出管3上设置第一阀门，液体导出管4上设置第二阀门，在任一个阀门不参与辅助调整气液分离的液面高度时，第一阀门和第二阀门都处于打开状态，可以是全开，也可以打开一定的开度，若需要参与辅助气液分离的液面高度时，只需降低对应阀门的打开开度，减小该阀门所在管路的出气量或出液量。

实施例4

本实施例提供一种气液分离装置，其与实施例1至实施例3中任一个实施例的气液分离装置相比，不同之处在于：

如图5所示，液体导出管4的出液口42在竖向上位于进气口31的上方，或者，还可以使出液口42在竖向上与进气口31平齐，只要满足上述的h，就能够实现自动调整分离器的气液分离的液面的高度，无需人为参与控制。

实施例5

本实施例提供一种气液分离系统，包括实施例1或实施例2或实施例3或实施例4中提供的气液分离装置，集气装置及集液装置。其中，集气装置与出气口32连通设置；集液装置与出液口42连通设置。比如，集气装置为具有密封腔体的储气罐，出液装置为具有密封腔体的储液罐。

此实施方式中的气液分离系统，由于采用上述实施例的气液分离装置，使得该气液分离系统在对气液混合流体进行分离时，可以通过分离器主体1内进液口41与进气口31之间的高度，来自动调整气液分离液面的高度，使得气液分离的液面始终处于进气口31与进液口41之间，无需人参与，即可实现气液分离过程的稳定运行。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。