教学用油水气三相分离试验装置

本发明涉及三相分离试验教学用具技术领域，具体涉及一种结构简单合理、使用方便的教学用油水气三相分离试验装置。

背景技术：

《油气集输》是高等石油院校油气储运工程专业本、专科生的一门专业必修课，其中气液分离这部分内容尤为重要，且抽象不容易理解。准确掌握气液分离工艺原理，对其处理流程与处理设备的学习必不可少。目前，课本上的结构原理图过于简单且不易理解，校外实习仅可观察到处理设备的外观，缺乏对流程和设备多工况直观的学习。因此，有必要设计一种可视化的实验教学装置，使学生更准确的了解油气分离设备的内部结构、工作流程、运作方式等，为其以后的学习工作奠定坚实的基础。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种结构简单合理、操作方便、分离效果明显，可准确计算油水分离效率以及气相分离效率的教学用油水气三相分离试验装置，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

本发明提供一种教学用油水气三相分离试验装置，包括：

承载平台；所述承载平台上安装有三相分离器、水箱、油箱、水泵、油泵以及空气压缩机；

所述水泵抽取所述水箱中的水相经过第一流量计后进入混合器，所述油泵抽取所述油箱中的油相经过第二流量计后进入所述混合器，所述空气压缩机抽取压缩外界空气经过第三流量计后进入所述混合器，所述混合器的出口连通所述三相分离器；

经所述三相分离器分离出的水相经过第四流量计后进入所述水箱，经所述三相分离器分离出的油相经过第五流量计后进入所述油箱，经所述三相分离器分离出的气相经过第六流量计后进入所述水箱。

优选的，所述三相分离器包括筒体，所述筒体的顶部进口通过混合入口管连通所述混合器，所述筒体的内部围绕所述顶部进口设有进口挡板；

所述筒体的内部设有捕雾器，所述捕雾器设于所述筒体的顶部；

所述筒体的内部设有油堰板，所述油堰板与所述筒体共同围成油室；

所述筒体的内部设有水堰板，所述水堰板与所述筒体共同围成水室；

所述筒体的顶部出口通过出气管连通所述水箱，所述筒体的内部围绕所述顶部出口设有出口挡板。

优选的，所述进口挡板和所述出口挡板均包括水平板以及与所述水平板垂直连接的竖直板，所述水平板的两端连接所述筒体的内壁；

所述竖直板为弧形板，所述竖直板上与所述水平板连接的一边为与所述水平板长度相等的直边，所述竖直板的弧形边与所述筒体的内壁相匹配连接；

所述油堰板和所述水堰板均为弧形板，所述油堰板和所述水堰板的弧形边与所述筒体的内壁相匹配连接，所述油堰板和所述水堰板的上沿为直边。

优选的，所述油室的底部通过出油管连通所述油箱，所述水室的底部通过出水管连通所述水箱，所述筒体的底部还设有排污管连通所述水箱。

优选的，所述第四流量计设于所述出水管上，所述第五流量计设于所述出油管上，所述第六流量计设于所述出气管上。

优选的，所述水泵通过进水管连通所述混合器，所述油泵通过进油管连通所述混合器，所述空气压缩机通过进气管连通所述混合器。

优选的，所述第一流量计设于所述进水管上，所述第二流量计设于所述进油管上，所述第三流量计设于所述进气管上。

优选的，所述进水管、所述进油管、所述进气管、所述出水管、所述出油管以及所述出气管上均设有阀门；

所述筒体以及所述进气管上还设有压力表。

优选的，所述承载平台包括下承载板和上承载板，所述下承载板的上表面固定有支撑柱，所述上承载板固定在所述支撑柱的顶部；

所述上承载板的两端固定有安装板，所述筒体的两端分别安装在所述安装板上；所述水箱、所述油箱、所述水泵、所述油泵以及所述空气压缩机均安装在所述下承载板上。

优选的，所述下承载板的底部安装有自锁万向轮；所述筒体由透明材料制成。

本发明有益效果：结构简单合理，操作方便，可方便快捷的完成油水气三相分离试验，形成油水气三相为循环系统，可反复进行三相分离试验，无需添加新的油相、水相即可多次使用，使用寿命长；筒体的材料为透明材料，使用者可以较为清晰的观察三相分离器内部三相分离过程，能够更加准确的掌握气液分离工艺原理，分离效果明显，可准确计算油水分离效率以及气相分离效率，为油水气三相分离生产提供数据依据。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明实施例所述的教学用油水气三相分离试验装置的主视结构图。

图2为本发明实施例所述的教学用油水气三相分离试验装置的俯视结构图。

图3为本发明实施例所述的教学用油水气三相分离试验装置的左视结构图。

图4为本发明实施例所述的教学用油水气三相分离试验装置的水堰板结构示意图。

其中：1-水箱；2-油箱；3-水泵；4-油泵；5-空气压缩机；6-第一流量计；7-混合器；8-第二流量计；9-第三流量计；10-第四流量计；11-第五流量计；12-第六流量计；13-筒体；14-顶部进口；15-混合入口管；16-捕雾器；17-油堰板；18-油室；19-水堰板；20-水室；21-顶部出口；22-出气管；23-水平板；24-竖直板；25-出油管；26-出水管；27-排污管；28-进水管；29-进油管；30-进气管；31-阀门；32-压力表；33-下承载板；34-上承载板；35-支撑柱；36-安装板；37-自锁万向轮；38-连杆；39-伸缩板；40-导轨。

具体实施方式

下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。

还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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技术和简化描述，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技术的限制。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。

为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。

实施例

如图1至图4所示，本发明实施例提供了一种教学用油水气三相分离试验装置，该装置可用于进行油水气三相分离试验，通过获得的数据计算油水分离效率以及气分离效率。

本发明实施例所述的教学用油水气三相分离试验装置包括：

承载平台；所述承载平台上安装有三相分离器、水箱1、油箱2、水泵3、油泵4以及空气压缩机5。水泵3的进口管道连通水箱1，水泵3启动后可抽取水箱中的水相。油泵4的进口管道连通油箱2，启动油泵后可抽取油箱2中的油相。空气压缩机5启动后可压缩空气。

所述水泵3抽取所述水箱1中的水相经过第一流量计6后进入混合器7，所述油泵4抽取所述油箱2中的油相经过第二流量计8后进入所述混合器7，所述空气压缩机5抽取压缩外界空气经过第三流量计9后进入所述混合器7，所述混合器7的出口连通所述三相分离器。

水相、油相以及空气在混合器7中混合后，进入三相分离器。

所述水泵3通过进水管28连通所述混合器7，所述油泵4通过进油管29连通所述混合器7，所述空气压缩机5通过进气管30连通所述混合器7。

所述第一流量计6设于所述进水管28上，所述第二流量计8设于所述进油管29上，所述第三流量计9设于所述进气管30上。

通过第一流量计6可测量进入混合器7的水相的流量，即进入三相分离器的水相的流量。通过第二流量计8可测量进入混合器7的油相的流量，即进入三相分离器的油相的流量。通过第三流量计9可测量进入混合器7的气相的流量，即进入三相分离器的气相的流量。

经所述三相分离器分离出的水相经过第四流量计10后进入所述水箱1，经所述三相分离器分离出的油相经过第五流量计11后进入所述油箱2，经所述三相分离器分离出的气相经过第六流量计12后进入所述水箱1。

经三相分离器分离出的水相、油相又重新分别回到了水箱1和油箱2中，形成了循环系统，可重复进行三相分离试验。

通过第四流量计10可测量分离出的水相的流量，通过第五流量计11可测量分离出的油相的流量，通过第六流量计12可测量分离出的气相的流量。

如图2所示，本实施例1中，所述三相分离器包括筒体13，所述筒体13的顶部进口14通过混合入口管15连通所述混合器7，所述筒体13的内部围绕所述顶部进口14设有进口挡板。经混合器7混合后的油水气三相通过混合入口管15进入筒体13内，在进口挡板的作用下进行初步分离。

所述进口挡板包括水平板23以及与所述水平板23垂直连接的竖直板24，所述水平板23的两端连接所述筒体13的内壁；所述竖直板24为弧形板，所述竖直板24上与所述水平板23连接的一边为与所述水平板23长度相等的直边，所述竖直板24的弧形边与所述筒体13的内壁相匹配连接。

顶部进口14设于筒体13的右端，所述水平板23在所述顶部进口14的下方，所述竖直板24垂直连接在水平板23的左侧的直边上，所述水平板23的右侧直边与所述筒体13的右端的端壁之间有间隙，以供油水气三相混合物流入筒体13。

如图1所示，所述筒体13的内部设有捕雾器16，所述捕雾器16设于所述筒体13的顶部，捕雾器16位于进口挡板的左侧。携带液滴的空气经过捕雾器16除去空气中的液滴。

所述筒体13的内部设有油堰板17，所述油堰板17有两块，均为弧形板，所述油堰板17的弧形边与所述筒体13的内壁相匹配连接，所述油堰板17上沿为直边。两块所述油堰板17与所述筒体13共同围成油室18。油室18位于捕雾器16的左侧。

所述筒体13的内部设有水堰板19，所述水堰板19为一块，同样为弧形板，所述水堰板19的弧形边与所述筒体13的内壁相匹配连接，所述水堰板19的上沿为直边。所述水堰板19与所述筒体13的左端筒壁共同围成水室20。水室20位于所述油室18的左侧。

所述水堰板19包括连杆38、伸缩板39及导轨40，所述连杆38连接着伸缩板39，所述伸缩板39两侧在导轨内，通过上下调节所述连杆38可以带动所述伸缩板39在所述导轨40的导向下上下伸缩，以调节液位，所述连杆38活动伸出所述筒体13，并与所述筒体13之间胶圈密封。

所述筒体13的顶部出口21通过出气管22连通所述水箱1，所述筒体13的内部围绕所述顶部出口21设有出口挡板。所述顶部出口21位于筒体13的左端。

所述出口挡板均包括水平板23以及与所述水平板23垂直连接的竖直板24，所述水平板23的两端连接所述筒体13的内壁；

同样的，所述出口挡板与进口挡板相同，同样包括水平板23以及与所述水平板23垂直连接的竖直板24，所述水平板23的两端连接所述筒体13的内壁；所述竖直板24为弧形板，所述竖直板24上与所述水平板23连接的一边为与所述水平板23长度相等的直边，所述竖直板24的弧形边与所述筒体13的内壁相匹配连接。

出口挡板的水平板23在所述顶部出口21的下方，所述竖直板24垂直连接在出口挡板的水平板23的右侧的直边上，水平板23的左侧直边与所述筒体13的左端的端壁之间有间隙，以供气相流出筒体13进入出气管22，通过出气管22进入水箱，净化后放空。所述第六流量计12设于所述出气管22上，通过第六流量计12测量分离出的气相的流量。

所述油室18的底部通过出油管25连通所述油箱2，筒体13内的油相通过重力作用汇集油室18内，通过出油管25流出，回流入油箱2内。所述第五流量计11设于出油管25上，通过第五流量计11测量流经出油管25的油相的流量。

所述水室20的底部通过出水管26连通所述水箱1，筒体13内的水相通过重力作用汇集水室20内，通过出水管26流出，回流入水箱1内。所述第四流量计10设于所述出水管26上，通过第四流量计测量流经出水管26的水相的流量。

所述筒体13的底部还设有排污管27连通所述水箱1。三相分离器筒体内剩余污液(水)经排污管27进入水箱1。

所述进水管28、所述进油管29、所述进气管30、所述出水管26、所述出油管25以及所述出气管22上均设有阀门31。

通过各个阀门和流量计，能够准确的计量以及调节流体流量大小，通过控制阀门31的开关来控制油水气三相的流入流出筒体13的流量，所述筒体13以及所述进气管30上还设有压力表32。压力表32测量筒体13内的压力，以及进气管30上的压力。

本实施例中，流量计可以使用质量流量计，可同时测量质量流量以及体积流量。

所述承载平台包括下承载板33和上承载板34，所述下承载板33的上表面固定有支撑柱35，所述上承载板34固定在所述支撑柱35的顶部。

所述上承载板34的两端固定有安装板36，所述筒体13的两端分别安装在所述安装板36上；所述水箱1、所述油箱2、所述水泵3、所述油泵4以及所述空气压缩机5均安装在所述下承载板33上。

所述下承载板33的底部安装有自锁万向轮37。通过自锁万向轮37可方便移动装置，便于在实验室中移动和安置。

所述筒体13由透明材料制成，如，透明有机玻璃材料，可方便观察者较为清晰的看到三相分离器内部构造，使学生更加准确的了解油气水三相分离设备的内部结构以及工作原理。

而在实际应用中，筒体13的制作材料并不受上述有机玻璃的限制，本领域技术人员也可根据具体实际情况选择其他的透明材料，制作筒体13。

本发明实施例所述的教学用油水气三相分离试验装置，可通过调节油水进出管上的阀门开度来调节油水流量，从而调节液体停留时间，以便对不同液体停留时间下的油水分离效率进行实验探究。同时可以调节进出气体量来改变气体流速，以便探究不同气体流速下流出分离器的气体含油量变化。

分离器油水分离效率可通过下式计算：

式中：ηs表示油水分离效率；ρo表示油相密度，kg/m³；moo、mio分别表示分离器出口、入口的油相质量流量，kg/h；qoo、qio分别表示分离器出口、入口的油相体积流量，m³/h。

分离器气体分离效率可通过下式计算：

式中：ηg表示分离效率；gg1表示分离器入口的气相质量流量，kg/h；gg2分离器出口的气相质量流量，kg/h。

水堰板可上下调节，用来调节油水界面，其原理公式为：

ρ1h1+ρwh2＝ρwh3；

式中：ρ1、ρw分别表示油和水的密度；h1表示油气界面至油水界面的高度；h2表示油水界面至分离器底部的高度；h3表示水堰板高度。

综上所述，本发明实施例所述的教学用油水气三相分离试验装置，结构简单合理，操作方便，可方便快捷的完成油水气三相分离试验，形成油水气三相为循环系统，可反复进行三相分离试验，无需添加新的油相、水相即可多次使用，使用寿命长。筒体的材料为透明材料，使用者可以较为清晰的观察三相分离器内部三相分离过程，能够更加准确的掌握气液分离工艺原理，分离效果明显，可准确计算油水分离效率以及气相分离效率，为油水气三相分离生产提供数据依据。

该装置作为教学用具，筒体的材料为透明材料，可以使学生较为清晰的贯彻三相分离器内部构造，而且整个系统为循环系统，可以反复演示油气水三相分离过程。该装置丰富了实验教学环节，可以提高学生学习的兴趣以及积极性，使学生更加准确的了解油气水三相分离设备的内部结构以及工作原理，为其以后的学习工作奠定坚实的基础。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域技术人员在不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形，都应涵盖在本发明的保护范围之内。