一种多相分离装置的制作方法

本发明属于多相物质分离领域，具体涉及一种多相分离装置。

背景技术：

气、固、液多相物质分离装置是燃煤电厂、烟气净化、石油化工、制药等领域的重要设备。目前较为常用的分离方法有：1、重力沉降法；2、折流分离法；3、离心力分离法；4、丝网分离法；5、微孔过滤分离法；6、填料分离法等。

受到分离负荷、结构复杂程度、本体阻力、分离效率等的影响，重力沉降、折流分离等分离方法在使用中表现出各种缺陷和不足。近年来，以离心分离为基础的管式分离装置被广泛采用，该类分离装置具有结构简单，分离效率高，工作稳定、切割粒径小等优点，但也存在一定的使用缺陷：离心分离装置的分离负荷窄，超过混合介质规定的流速后分离效率急剧下降；离心分离装置由于介质的离心运动，易产生液滴聚集并产生二次携带，使得分离效率下降；较高流速条件下，该类分离装置的阻力相对较大，增大了设备的运行成本；另外，设备使用时，容易在尾部出现介质回流问题，尾部回流的介质直接从分离装置出口排除，又使得分离装置的分离效率降低。

授权公告日为2016年12月21日，授权公告号为ZL 2016 2 0702883.5的中国专利中，公开了一种基于流场转换的分离装置，包括一级分离器与二级分离器，其中一级分离器包括筒状外管和螺旋绕片，螺旋绕片设置于筒状外管内部；二级分离器包括文丘里管和均流筒，均流筒为内部设置有均流板的筒；文丘里管一端和均流筒相连接，另一端和圆筒状外管连接。本发明通过螺旋绕片和圆筒状外管的一体化设置消除了现有技术中密封接触配合的问题，避免了该问题对流场特性的不利影响。本发明利用螺旋绕片的离心作用、文丘里管与导流筒的流场突变实现离心分离。但是该种分离装置的切割粒径不足够小，在超低排放应用中仍存在分离效率低的问题。实际使用时，设备本体阻力使得分离装置尾部压力较小，装置外部介质易回流至分离装置尾部，整体分离效率降低。由于气流的离心运动，未被及时分离出的液滴/颗粒在螺旋绕片的中心轴线范围汇聚（尤其是螺旋绕片尾部出口位置），易被气流二次携带，降低分离效率。另外，该种分离装置结构和加工工艺相对复杂，成本相对较高。

技术实现要素：

本发明的目的之一是提供一种新型多相分离装置，该装置结构和加工工艺更为简单，生产成本低，分离效率高，环境适应性强。

本发明的目的之二是解决目前管式分离装置压损大，易产生介质回流，降低分离效率的问题。

本发明的目的之三是解决离心分离法造成局部液滴/颗粒聚集，并易被二次携带的问题，提高分离效率。

为了解决现有离心分离装置中出现的问题，本发明提供了一种新型多相分离装置，该装置结构简单，压力损失小，切割粒径小，分离效率高，可有效控制介质回流和颗粒的二次携带问题，具有更强的环境适应能力。

本发明的技术方案如下：

一种多相分离装置，包括筒体，筒体表面设置有贯穿的孔，筒体内部设置离心起旋片，筒体入口设置前置截面螺旋堵头，筒体出口设置后置截面螺旋堵头；前置截面螺旋堵头和后置截面螺旋堵头的截面面积均小于筒体截面面积。

进一步，所述的多相分离装置，筒体表面贯穿的孔的设置方式为沿筒体长度方向设置有一排以上基础分离孔和沿筒体圆周方向设置的辅助分离孔。

进一步，所述的多相分离装置，所述离心起旋片由薄板结构按一定角度螺旋制成。

更进一步，所述的多相分离装置，所述贯穿的孔为呈内侧孔径小，外侧孔径大的锥形结构的孔。

更进一步，所述的多相分离装置，前置截面螺旋堵头和后置截面螺旋堵头均为椭圆截面螺旋堵头，椭圆截面螺旋堵头的螺旋角度与离心起旋片的螺旋角度相同。

更进一步，所述的多相分离装置，所述椭圆截面螺旋堵头为由截面为椭圆形的薄板按一定角度螺旋制成。

更进一步，所述的多相分离装置，所述离心起旋片的螺旋外径与筒体内径相同。

本发明提供的多相分离装置在离心力和重力的作用下实现多相物质分离。工作时，混合介质在一定压力和流速条件下进入多相分离装置，在前置椭圆截面螺旋堵头的导流和螺旋作用下产生螺旋离心运行，在离心起旋片的作用下混合介质保持螺旋离心运动，最终在后置椭圆截面螺旋堵头的导流、螺旋作用下完成分离。分离过程中，大部分液滴/颗粒在离心力和重力作用下由基础分离孔和辅助分离孔排出，过程中汇聚并被二次携带的液滴/颗粒随螺旋气流从辅助分离孔排出，尤其是尾部汇聚的液滴/颗粒在后置椭圆截面螺旋堵头的导流作用下，螺旋运动至筒体内壁侧，从尾部辅助分离孔排出。

多相分离装置本体阻力相对较小，尾部压力较大，并且排出孔采用锥形结构，有效避免了介质回流问题；装置椭圆截面螺旋堵头和辅助分离孔，避免液滴/颗粒的汇聚和二次携带，提高分离效率。

本发明涉及多个工作原理，具体如下：

工作原理一：混合介质在前置椭圆截面螺旋堵头的导流和螺旋左右下产生离心运动，并在螺旋起旋片的作用下保持高速离心运动，在离心力和重力的作用下，相对密度较大的液滴/颗粒优先从分离孔排出，实现多相分离。大量的细小液滴/颗粒在高速离心运动条件下碰撞几率大幅增大，易于凝聚成为大液滴，与壁面附着的液膜层接触后湮灭，在重力作用下，沿分离孔排出。

工作原理二：分离装置的压力损失较现有分离设备小，装置尾部压力相对较大，避免了外部介质的回流，提高分离效率。

工作原理三：筒体的基础分离孔和辅助分离孔采用锥形结构，内侧孔径小，外侧孔径大。相同压力条件下，气流从小孔向大孔流动时，流速降低，动压减小，而静压增大；反之，气流从大孔向小孔流动时，流速升高，动压增大，而静压减小。因此小孔内气流有向外挤压的趋势，避免外部介质回流，进一步提高分离效率。

工作原理四：采用螺旋片等进行离心分离时，由于介质的离心运动，螺旋片轴线中心范围，尤其是螺旋片尾部易发生液滴/颗粒的聚集，聚集的液滴/颗粒易被气流二次携带，降低了分离装置的分离效率。本发明多相分离装置增加辅助分离孔和椭圆截面螺旋堵头。分离过程种被二次携带的液滴/颗粒随气流从辅助分离孔带出，而尾部出口位置被二次携带的液滴/颗粒在椭圆截面螺旋堵头的导流作用下，螺旋运动到筒体内壁侧，从尾部辅助分离孔排出，从而提高分离效率。

本发明利用设置前置截面堵头前置堵头起到导流和初步起旋的作用，如不设置，则气流将直接冲击螺旋片截面，流场突变增大压损。

液滴/颗粒容易在螺旋片的尾部中心区域汇聚，易被气流二次携带，在后置椭圆截面螺旋堵头的导流作用下，螺旋运动至筒体内壁侧，从尾部辅助分离孔排出。如无后置堵头，汇聚的颗粒被气流直接带出，降低除雾效率。

本发明的工作过程如下：

1、一定压力和流速下的混合介质进入多相分离装置，在前置椭圆截面螺旋堵头的导流、螺旋作用下产生离心运动，并通过螺旋起旋片保持介质的离心运动，在重力和离心力的作用下，密度较大的液滴/颗粒从基础分离孔和辅助分离孔排出，实现多相分离。

2、发明的多相分离装置压损相对较低，尾部压力相对增大，避免了外部介质的回流，提高分离效率。筒体的基础分离孔和辅助分离孔采用锥形结构，内侧孔径小，外侧孔径大，使小孔内气流保持向外压的趋势，避免外部介质的回流，进一步提高分离效率。

3、分离过程种因聚集而被二次携带的液滴/颗粒，随气流的离心运动从辅助分离孔排除，提高分离效率。尾部聚集的液滴/颗粒在椭圆截面螺旋堵头的导流左右下，随气流运动至筒体内部侧，从尾部辅助分离孔排除，进一步提高分离效率。

发明的优点：

1、多相分离装置结构简单，本体阻力小，能耗低。使用时，由于较低的压力损失，装置尾部压力相对较大，避免了外部介质的回流，提高分离效率。

2、筒体上的分离孔采用锥形结构，使得各小孔保持向外压的趋势，进一步避免了介质回流，提高了分离效率。

3、筒体上隔段设置周圈辅助分离孔，可使未及时排除而汇聚后被二次携带的液滴/颗粒随螺旋气流从辅助分离孔排出，提高分离效率。

4、在前置椭圆截面螺旋堵头的导流、螺旋过渡作用下，使得混合介质均匀起旋，降低流场突变所增加的阻力，并缩短紊乱流场的距离；尾部未及时排除而汇聚的液滴/颗粒在后置椭圆截面螺旋堵头的导流过渡作用下，随气流螺旋运动至筒体内壁，并由尾部辅助分离孔排出，进一步提高分离效率。

5、发明的多相分离装置，结构及生产工艺简单，生产成本低，并具有环境适应性强，应用范围广等优点。

附图说明

图1为本发明实施例1所述的多相分离装置示意图；

图2为本发明实施例2所述的筒体上设置的贯穿的孔结构示意图；

图3为本发明实施例2所述的椭圆截面螺旋堵头结构示意图；

以上图1-图3中，1为筒体；2为离心起旋片；3为前置截面螺旋堵头；4为后置截面螺旋堵头；5为基础分离孔；6为辅助分离孔。

具体实施方式：

实施例1

如图1所示，为本实施例提供的多相分离装置示意图，包括筒体1，筒体1表面设置有贯穿的孔，筒体1内部设置离心起旋片2，筒体1入口设置前置截面螺旋堵头3，筒体1出口设置后置截面螺旋堵头4；其中前置截面螺旋堵头3和后置截面螺旋堵头4的截面面积均小于筒体截面面积，本实施例中采用椭圆截面螺旋堵头。筒体1表面贯穿的孔的设置方式为沿筒体长度方向设置有一排以上基础分离孔5和沿筒体圆周方向设置的辅助分离孔6。其中离心起旋片2由薄板结构按一定角度螺旋制成，椭圆截面螺旋堵头为由截面为椭圆形的薄板按一定角度螺旋制成。离心起旋片2的螺旋外径与所述筒体1的内经一致，以确保两者的紧密配合。

实施例2

本实施例为在实施例1基础上的进一步改进，如图2所示，筒体上设置的基础分离孔和沿筒体圆周方向设置的辅助分离孔均为呈内侧孔径小，外侧孔径大的锥形结构，气流从内侧向外侧流动时，流速降低，动压减小，而静压增大；反之，气流从外侧向内侧流动时，流速升高，动压增大，而静压减小。因此小孔内侧气流有向外侧挤压的趋势，避免外部介质回流。

如图3所示，椭圆截面螺旋堵头为由截面为椭圆形的薄板按一定角度螺旋制成，椭圆截面螺旋堵头的螺旋角度与离心起旋片的螺旋角度相同，避免了分离过程中气流压差。

本发明提供的多相分离装置在离心力和重力的作用下实现多相物质的分离。工作时，混合介质在一定压力和流速条件下进入多相分离装置，在前置截面螺旋堵头3的导流和螺旋作用下产生螺旋离心运行，在离心起旋片2的作用下混合介质保持螺旋离心运动，最终在后置截面螺旋堵头4的导流、螺旋作用下完成分离。分离过程中，大部分液滴/颗粒在离心力和重力作用下由基础分离孔5和辅助分离孔6排出，过程中汇聚并被二次携带的液滴/颗粒随螺旋气流从辅助分离孔6排出，尤其是尾部汇聚的液滴/颗粒在后置截面螺旋堵头4的导流作用下，螺旋运动至筒体内壁侧，从尾部辅助分离孔6排出。

本发明多相分离装置本体阻力相对较小，尾部压力较大，并且排出孔采用锥形结构，有效避免了介质回流问题，提高了装置的整体分离效率；装置设置椭圆截面螺旋堵头和辅助分离孔，避免液滴/颗粒的汇聚和二次携带，进一步提高分离效率。