专利名称：一种溢流管壁孔式集油曲线形旋流器的制作方法
技术领域：
涉及一种两相流分离处理装置，具体的说，是涉及一种用于石油、化工、环保等领域中进行两相流分离的旋流分离装置。
背景技术：
目前，旋流分离法是一种用于两相流分离中的主要分离方法。现有的旋流分离装置中，常用的一种是水力旋流器，其分离原理是利用介质间的密度差而进行离心分离的，密度差越大，分散相的粒径越大，分离效果相对就越好，东北石油大学(原大庆石油学院)先后就该产品申请了多项相关技术专利，如ZL98 2 11681.0、ZLOl 2 79933. 5、ZLOl 2 77425. 1、ZL2006 2 0021175. 1、ZL2009 2 0099307. 6 等。但经过一段较长时间的应用后， 上述现有装置，被发现用于水处理技术领域中时还存在着对细小油滴去除效果差的实际问题。尤其是在油田开发进入中高含水开采期后，随着聚驱规模不断扩大，含聚污水采出量逐年增多。由于含聚污水粘度大，油田地面工艺中沉降段除油效率低，增加了过滤段的负荷， 造成滤料污染严重，过滤水质变差。而且，越来越多的水驱污水站也已见到聚合物，引起处理水质变差，难以满足注水要求。同时随着三元复合驱油技术的推广应用，可以预见水质形势将更加严峻。因此，如何使旋流分离装置的结构更科学、更合理，以达到改善水质的目的， 已成为油田地面工程系统竞相研究的一个热点问题。
发明内容
为了解决背景技术中所提出的现有技术问题，本发明提出了一种溢流管壁孔式集油曲线形旋流器，该种旋流器具有分离效率高、设备体积小、分离速度快、结构简单紧凑等突出优点，既可应用于油田生产，又可应用于市政环保等其它领域，能够提高水力旋流处理的高效性，具有很好的推广应用前景。本发明的技术方案是该种溢流管壁孔式集油曲线形旋流器，包括位于同一水平面上的旋流1号入口管和旋流2号入口管、中空的旋流外筒，以及分别位于所述旋流外筒两端的上、下封闭面，其中，所述旋流外筒内固定有一个消涡导向体，所述消涡导向体由弧形喇叭口、中空的溢流管以及弧形收缩锥三部分做一体化连接后构成，所述弧形收缩锥的底端封闭，所述溢流管的下部开有呈上疏下密状态分布的集油孔；所述弧形喇叭口固定连接于所述上封闭面的内侧，且所述溢流管穿出所述上封闭面所在的平面；所述弧形喇叭口、溢流管以及弧形收缩锥与所述旋流外筒具有同一中心轴线；所述旋流外筒由旋流腔段、弧形大锥段、小锥段以及尾管段依次做一体化连接后构成；其中，所述旋流腔段与所述尾管段均为直径恒定的圆筒状结构，所述旋流腔段的直径大于所述尾管段的直径；所述弧形大锥段的外廓母线呈下端收敛的“S”形，所述旋流腔段与所述弧形大锥段之间、所述弧形大锥段与所述小锥段之间以及所述小锥段与尾管段之间的连接均为圆弧过渡连接；所述旋流外筒的内壁与所述消涡导向体的外壁之间形成的空腔称为旋流内腔；位于所述旋流外筒的底端， 连接有一根沿所述尾管段的圆周切线方向水平接入的出水管，所述出水管与所述旋流内腔相连通，所述出水管的旋流出水方向与所述旋流内腔中的旋流方向相同。本发明具有如下有益效果
同传统的两相分离水力旋流器相比，本发明具有如下结构改进以及随之而来的有益效^ ο首先，从整体结构上看，本发明采用了曲线形结构，即在旋流外筒内固定有一个消涡导向体，而在旋流腔段与弧形大锥段之间、弧形大锥段与小锥段之间以及小锥段与尾管段之间的连接均为圆弧过渡连接，同时保证弧形大锥段的外廓母线呈下端收敛的“S”形，从而使混合介质在旋流器内部进行运移时可大大减少如常规旋流器那样在各段之间的过渡处所存在的能量损耗，有效的减少压力降。而在外壁各部分的结构设计上则采取曲线形与直线的结合模式，从而实现类似于常规旋流器结构中的旋流腔段、大锥段、小锥段和尾管段的功能，分别起到对混合介质缓冲、快加速、慢加速和稳流的作用。从局部结构改进上看，本发明增加了一个位于旋流腔顶部中心的弧形喇叭口作为消涡导向锥使用，可减少以至消除涡流的存在，降低旋流器压力损失，同时改善处理效果；另外这个弧形喇叭口还可实现对由入口管进入旋流器的水平液流起到向下导向的作用，避免常规设计中存在的水平液流靠后续液流的推动才能实现向下运动的弊端，也可在一定程度上减少能量损耗。此外，本种旋流器内的溢流管采用管壁孔式集油的方式，使得在离心力作用下被分离出的油相通过溢流管壁的多孔进入溢流管，然后向上由溢流口排出。连接于溢流管下端的弧形收缩锥将溢流管底部封闭，避免尾管段中心有上返液存在。溢流管壁所开的多孔位于小锥段，这样由于小锥段为主要分离段，以确保通过溢流管壁多孔进入溢流管的油相纯度较高；溢流管壁开孔还采用了上疏下密的形式；在具体应用中可根据油水混合介质中油相浓度的不同，通过合理的溢流管壁开孔的尺寸分布设计和溢流口阀门开度的调整，保证油水分离的高效性。本种发明所提出的方案可在一定程度上避免旋流外筒与溢流管之间上、下旋流的同时存在，这样在旋流外筒与溢流管之间基本上只有向底部出口一个方向的旋流运动存在，使得紊流减少，流场稳定，分离效率提高。另外，本发明中将出水口设计为侧切向出口，既缩短了旋流器的长度，又增加了旋流器有效分离段的长度，可以使脱油效率进一步提高，改善对油相的处理效果。综上所述，这种同向出流内孔式高效旋流分离器具有分离效率高、设备体积小等突出的优点，可用于气液分离、油水分离，也可用于固液分离，本发明对分离技术的提高及水力旋流器的进一步推广应用都将起到积极的推动作用。
图1是本种曲线形旋流器的结构示意图。图2是显示本种曲线形旋流器内部旋流方向的示意图。图3是本种曲线形旋流器内消涡导向体的结构示意图。图4是本种曲线形旋流器一个优选实施例的剖面结构示意图。图5是图4中的A-A剖面示意图。图中1-旋流1号入口管，2-旋流2号入口管，3-溢流管，4-弧形大锥段，5_集油孔，6-小锥段，7-弧形收缩锥，8-尾管段，9-出水管，10-弧形喇叭口，11-旋流2号入口管， 12-上封闭面，13-下封闭面。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明
本发明中所述的这种溢流管壁孔式集油曲线形旋流器，其结构如图1所示，包括位于同一水平面上的旋流1号入口管1和旋流2号入口管11、中空的旋流外筒以及分别位于所述旋流外筒两端的上封闭面12和下封闭面13等常规结构，其独特之处在于
首先，在所述旋流外筒内固定有一个消涡导向体，消涡导向体的结构如图3所示，所述消涡导向体由弧形喇叭口 10、中空的溢流管3以及弧形收缩锥7三部分做一体化连接后构成。所述弧形收缩锥7的底端封闭，所述溢流管3的下部开有呈上疏下密状态分布的集油孔5 ；所述弧形喇叭口 10固定连接于所述上封闭面12的内侧，且所述溢流管3穿出所述上封闭面12所在的平面；所述弧形喇叭口 10、溢流管3以及弧形收缩锥7与所述旋流外筒具有同一中心轴线。其次，所述旋流外筒由旋流腔段2、弧形大锥段4、小锥段6以及尾管段8依次做一体化连接后构成；其中，所述旋流腔段2与所述尾管段8均为直径恒定的圆筒状结构，所述旋流腔段2的直径大于所述尾管段8的直径；所述弧形大锥段4的外廓母线呈下端收敛的 “S”形，所述旋流腔段2与所述弧形大锥段4之间、所述弧形大锥段4与所述小锥段6之间以及所述小锥段6与尾管段8之间的连接均为圆弧过渡连接。如果将所述旋流外筒的内壁与所述消涡导向体的外壁之间形成的空腔称为旋流内腔；位于所述旋流外筒的底端，连接有一根沿所述尾管段8的圆周切线方向水平接入的出水管9，所述出水管9与所述旋流内腔相连通，所述出水管9的旋流出水方向与所述旋流内腔中的旋流方向相同。下面如图4结合图5所示，给出本发明的一个优选实施例
如图所示，起到消涡导向锥作用的弧形喇叭口由一段圆弧构成，即图4中以O1为圆心， 以T1为半径，从点a到点b而构成的圆弧段1 ；圆弧段1在点b与直线段W1相切。溢流管底部与弧形收缩锥相连，弧形收缩锥由两段圆弧构成，分别是以O5为圆心，以r5为半径，从点h到点j而构成的圆弧段5 ；以O6为圆心，以r6为半径，从点j到点k而构成的圆弧段6。 直线段W1在点h与圆弧段5相切；圆弧段5在点j与圆弧段6相外切；圆弧段6在点k与旋流器中心轴线相切。本发明一方面在整体结构设计上采用了曲线形结构形式，使混合介质在旋流器内部运移过程中减少如常规旋流器那样在各段之间的过渡处存在的能量损耗，有效减少压力降；另一方面采用了外壁曲线形与直线形设计相结合的模式。如图4所示，共有3段圆弧， 分别是以O2为圆心，以r2为半径，从点c到点d而构成的圆弧段2 ；以O3为圆心，以r3为半径，从点d到点e而构成的圆弧段3 ；以O4为圆心，以r4为半径，从点f到点g而构成的圆弧段4。直线段nc在点c与圆弧段2相切；直线段ef在点e与圆弧段3相切并在点f与圆弧段4相切；圆弧段2在点d与圆弧段3相外切；直线段gm在点g与圆弧段4相切，使直线段nc、圆弧段2和圆弧段3、直线段ef和圆弧段4、直线段gm分别能够实现常规旋流器结构中的旋流腔段、大锥段、小锥段和尾管段的功能，分别起到对混合介质缓冲、快加速、慢加速和稳流的作用。具体实施时，溢流管壁所开的集油孔位于小锥段，由于小锥段为主要分离段，这样设置可以确保通过溢流管壁上的集油孔进入溢流管的油相纯度较高。此外，在溢流管壁开孔时采用上上疏下密的形式，在具体应用中可根据油水混合介质中油相浓度的不
5同，通过合理的溢流管壁开孔的尺寸大小及分布设计和溢流口阀门开度的调整，保证油水分离的高效性。 如果将尾管段的直径标记为D2,旋流腔段的直径标记为D1,将溢流管的直径标记为Dtl，经过大量的实验证明，按照以下
Φ ③所述限定关系选择参数后得到的旋流器分离效率较好，所述限定关系如下
① D0= (0. Γ0. 3) D1 ；D2= (0. 15 0. 35) D1 ；且 D。<D2 ；
η _ /1η — πD-D
1^=(0. 2 0· 9) =^ ;r2=(0. 2^0. 5) ^^ ；r3= (0· 2 0· 5) 1 0
1 v72’丄2 …—2’丄3 …—2’
③ r4= (0. 6 3. 0) D1 ;r5= (0. 5 1. 0) D1 ；r6= (0. 8 2. 0) D1 ；且 r5<r6。本种旋流器在应用时，以油水分离为例，油与水的混合液由入口管进入旋流腔段， 在压力的作用下，在设备内部产生高速旋转，形成高速旋转的涡流，由于消涡导向体的作用，使得涡流被减少或者消除，同时，消涡导向体中的弧形喇叭口部分对由入口管进入旋流器的水平液流起到向下导向的作用，克服了常规设计中存在的水平液流需要靠后续液流的推动才能实现向下运动的弊端。前述液流沿旋流腔段及锥段下行的过程中，在离心力的作用下，密度较重相——水被甩至器壁；同时，密度较轻相——油被迫运移至中心处。在此过程中，由于在旋流器溢流管上设置有集油孔，因此可以使分离出的油滴通过集油孔进入溢流管，而从顶部溢流口排出。同时，水则从底部侧向出水管排出，从而实现油水两相的旋流分离。综上所述，本发明所提出的技术方案具有分离效率高、设备体积小等突出的优点。 本方案可在一定程度上避免旋流外筒与溢流管之间上、下旋流的同时存在，这样在旋流外筒与溢流管之间基本只有向底部出口一个方向的旋流运动存在，使得紊流减少，流场稳定， 分离效率提高。本方案将出水口设计为侧切向出口，既缩短了旋流器的长度，又增加了旋流器有效分离段的长度，可以使脱油效率进一步提高，改善对油相的处理效果。本发明所提出的这种旋流器将有效解决生产实际中面临的技术难题，提高水力旋流处理的高效性，为两相及多相分离设备的设计提供一个新的思路，促进分离技术的进步。 本发明的应用将使多相处理技术提高到一个新的水平。此外，本发明所提出的方案可广泛应用于石油、化工、市政环保等多种行业中，对不互溶两相介质进行分离处理，例如如污水脱油、污水脱气以及污水中固体杂质处理等，具有极好的推广应用前景。。
权利要求
1. 一种溢流管壁孔式集油曲线形旋流器，包括位于同一水平面上的旋流1号入口管 (1)和旋流2号入口管(11)、中空的旋流外筒，以及分别位于所述旋流外筒两端的上、下封闭面(12，13)，其特征在于所述旋流外筒内固定有一个消涡导向体，所述消涡导向体由弧形喇叭口(10)、中空的溢流管(3)以及弧形收缩锥(7)三部分做一体化连接后构成，所述弧形收缩锥(7)的底端封闭，所述溢流管(3)的下部开有呈上疏下密状态分布的集油孔(5)；所述弧形喇叭口(10) 固定连接于所述上封闭面(12)的内侧，且所述溢流管(3)穿出所述上封闭面(12)所在的平面；所述弧形喇叭口(10)、溢流管(3)以及弧形收缩锥(7)与所述旋流外筒具有同一中心轴线.一入 ，所述旋流外筒由旋流腔段(2 )、弧形大锥段(4 )、小锥段(6 )以及尾管段(8 )依次做一体化连接后构成；其中，所述旋流腔段(2)与所述尾管段(8)均为直径恒定的圆筒状结构，所述旋流腔段(2 )的直径大于所述尾管段(8 )的直径；所述弧形大锥段(4 )的外廓母线呈下端收敛的“S”形，所述旋流腔段(2)与所述弧形大锥段(4)之间、所述弧形大锥段(4)与所述小锥段(6)之间以及所述小锥段(6)与尾管段(8)之间的连接均为圆弧过渡连接；所述旋流外筒的内壁与所述消涡导向体的外壁之间形成的空腔称为旋流内腔；位于所述旋流外筒的底端，连接有一根沿所述尾管段(8)的圆周切线方向水平接入的出水管(9)， 所述出水管(9)与所述旋流内腔相连通，所述出水管(9)的旋流出水方向与所述旋流内腔中的旋流方向相同。
全文摘要
一种溢流管壁孔式集油曲线形旋流器。主要解决现有的水力旋流器对细小油滴去除效果差的问题。其特征在于旋流外筒内固定有一个消涡导向体，消涡导向体由弧形喇叭口、溢流管以及弧形收缩锥三部分做一体化连接后构成，弧形收缩锥的底端封闭，溢流管的下部开有呈上疏下密状态分布的集油孔，弧形喇叭口固定连接于上封闭面的内侧；旋流外筒由旋流腔段、弧形大锥段、小锥段以及尾管段依次做一体化连接后构成，所述单元之间的连接均为圆弧过渡连接；位于旋流外筒的底端，连接有一根沿尾管段的圆周切线方向水平接入的出水管，出水管与旋流内腔相连通，出水管的旋流出水方向与所述旋流内腔中的旋流方向相同。具有分离效率高、结构简单的特点。
文档编号B04C5/14GK102225382SQ20111008880
公开日2011年10月26日 申请日期2011年4月11日 优先权日2011年4月11日
发明者刘扬, 周瑞芬, 李枫, 蒋明虎, 赵立新 申请人:东北石油大学