一种旋流式气液分离装置与方法与流程

本发明涉及油气田油气处理技术领域的一种用于气液分离的旋流式气液分离装置以及旋流式气液分离方法。

背景技术：

在油气田油气处理技术领域，常使用柱状旋流式气液分离装置进行气液分离。柱状旋流式气液分离装置设有立式圆筒形的筒体、气液入口管，筒体顶部和底部分别设有气相出口管和液相出口管，气液入口管沿筒体的切向与筒体相连。柱状旋流式气液分离装置内的离心力场是气液进行分离的理想场所，气液密度的差别会造成气液所受离心力存在数量级的差别。但是，上述气液分离的效果受气液比的影响较大。在高气液比的气液多相流动过程中，气相速度较高，气相带动液相会形成段塞流、雾状流等较为剧烈的流型。这一特点对气液旋流分离来说具有天然优势，可以促进气液分离。气液比是气相与液相的体积比；气液比高于8时称为高气液比，低于8时称为低气液比。不同于高气液比的气液混合物，低气液比的气液混合物中液相所占的比例更高，比较有代表性的流型如泡状流。较低的能量密度不利于形成切向速度较大的旋流场，影响到气液分离效果。尤其是在液相粘度较高的情况下(例如重油粘度大于300毫帕秒，粘度在20～50℃的温度范围内测量)，使用柱状旋流式气液分离装置进行气液分离的效果欠佳，分离出的液相中仍会携带直径在200微米以上的气泡。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种旋流式气液分离装置与方法，以解决现有的旋流式气液分离技术所存在的对液相粘度较高的低气液比气液混合物进行气液分离的效果欠佳的问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种旋流式气液分离装置，设有立式圆筒形的筒体、气液入口管，筒体的顶部设有筒体顶板、气相出口管，筒体的底部设有筒体底板、液相出口管，其特征在于：筒体内设有立式圆筒形的内筒，筒体与内筒之间形成的环形空间内设有螺旋板，筒体内侧壁、内筒外侧壁与上下相邻两圈螺旋板之间形成螺旋通道，气液入口管倾斜向下设置，气液入口管的出口插入螺旋通道顶部的螺旋通道入口，内筒上设有开孔区，开孔区设有排气孔，螺旋板的顶部设有盖板，盖板与筒体顶板之间的空间为气相缓冲空间，内筒的下方设有止旋部件，内筒底端与止旋部件顶端之间的空间为旋流分离段。

采用上述的旋流式气液分离装置进行旋流式气液分离的方法，其特征在于：气液混合物由气液入口管的出口进入螺旋通道，顺着螺旋通道向下螺旋流动，进行第一次气液旋流分离，螺旋通道内分离出的气相经排气孔进入内筒的内腔并向上流动、进入气相缓冲空间，经过缓冲后经气相出口管流出，螺旋通道内分离出的液相从螺旋通道底部的螺旋通道出口流入旋流分离段进行第二次气液旋流分离，旋流分离段内分离出的气相向上流动、进入内筒的内腔，与在螺旋通道内分离出的气相合并后进入气相缓冲空间，最后经气相出口管流出，旋流分离段内分离出的液相向下流经止旋部件，最后经液相出口管流出。

采用本发明，具有如下的有益效果：气液分离过程中，气液混合物首先在螺旋通道内进行第一次气液旋流分离，分离出的液相再流入旋流分离段进行第二次气液旋流分离。经过两次分离，液相中基本上没有直径在200微米以上的气泡。本发明主要用于对液相粘度较高的低气液比气液混合物进行气液分离，可以取得较好的分离效果。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。附图和具体实施方式并不限制本发明要求保护的范围。

附图说明

图1是本发明旋流式气液分离装置的结构示意图。

图2是图1中的a-a剖视图(放大)。

图3是图1所示止旋部件的立体结构示意图(放大)。

图1至图3中，相同附图标记表示相同的技术特征。

具体实施方式

参见图1、图2和图3，本发明的旋流式气液分离装置设有立式圆筒形的筒体3、气液入口管1。筒体3的顶部设有筒体顶板、气相出口管11，筒体3的底部设有筒体底板、液相出口管10。筒体3内与筒体3同轴设置有立式圆筒形的内筒5，内筒5在高度方向上位于筒体3的中上部。筒体3与内筒5之间形成的环形空间内设有螺旋板7，螺旋板7的内边缘与内筒5的外侧壁相连，螺旋板7的外边缘与筒体3的内侧壁相连。筒体3内侧壁、内筒5外侧壁与上下相邻两圈螺旋板7之间形成螺旋通道6。气液入口管1倾斜向下设置，气液入口管1的出口穿过一块封堵板插入螺旋通道6顶部的螺旋通道入口，封堵板设于螺旋通道入口处。本发明所述的倾斜向下，是按气液混合物的流动方向而定。在螺旋通道入口处，气液入口管1与螺旋通道6相切，气液入口管1与螺旋通道6倾斜向下的方向一致。螺旋通道6的横截面面积一般与气液入口管1的横截面面积相同。螺旋通道6的横截面面积应能够保证在螺旋通道6内流动的气液混合物中的液相能够产生具有5～10个重力加速度的离心力，这样既能保证气液分离效果，又能防止气液流速超过磨蚀速度而对气液接触到的部件造成强烈磨蚀。

气液入口管1在靠近其出口的管段内一般应设置渐缩喷嘴，以使气液混合物加速喷出。图1和图2所示的渐缩喷嘴是已有的，由堵头2和气液入口管1的内侧壁组成，堵头2固定于气液入口管1的内侧壁上。堵头2系用一个圆柱体从侧面斜切掉一部分而制成，斜切面与气液入口管1的内侧壁之间形成渐缩通道，渐缩通道的出口为渐缩喷嘴的喷口20。

内筒5上设有开孔区，开孔区设有排气孔8。排气孔8用于使在螺旋通道6内分离出的气相经排气孔8进入内筒5的内腔。

螺旋板7的顶部设有盖板4，盖板4为圆环形。盖板4的外边缘与筒体3的内侧壁相连，盖板4中心孔的边缘与内筒5的顶部相连。盖板4与筒体顶板之间的空间为气相缓冲空间12，气相缓冲空间12的高度a一般为筒体3内直径的1～3倍。筒体3以及内筒5的内直径，主要根据气液混合物的气液比和流量等条件确定。内筒5的下方设有止旋部件，止旋部件位于液相出口管10的上方。内筒5底端与止旋部件顶端之间的空间为旋流分离段13，旋流分离段13的高度b一般为筒体3内直径的5～10倍。

螺旋板7一般为正螺旋面形，螺旋板7与内筒5相交的圆柱螺旋线的升角一般为5～10度。气液入口管1倾斜向下的角度(气液入口管1与水平面之间的夹角)与圆柱螺旋线的升角基本相同。螺旋板7以及螺旋通道6可以为左旋(如图1所示)，也可以为右旋(图略)。气液入口管1的设置要考虑到这一点，从其出口流出的气液混合物应顺着螺旋通道6向下螺旋流动。

螺旋通道6一般设置10～15圈。通常，在第2圈或第3圈螺旋通道6至倒数第2圈或倒数第3圈螺旋通道6的区域设置内筒5上的开孔区。上述螺旋通道6的圈数自上而下计数，倒数圈数则是自下而上计数。

排气孔8的形状一般为圆形或长方形，也可以为其它形状。单个排气孔8的面积一般为400～1600平方毫米，内筒5上开孔区的开孔率一般为60％～70％。圆形排气孔8一般采用正方形或正三角形排列。上述的形状和参数，在内筒5的展开平面上计量。

本发明所用的一种止旋部件由一根位于筒体3轴心线上的圆柱形立柱91和绕立柱91均匀设置的4～6块矩形立板9组成(图1、图2和图3所示设置的是6块矩形立板9)。各块矩形立板9的一端固定于立柱91的侧壁上，另一端与筒体3的内侧壁相连。矩形立板9的高度c一般为筒体3内直径的0.5～0.8倍。

气液入口管1、气相出口管11和液相出口管10的横截面形状一般均为圆形。本发明各部件的材料一般为不锈钢(例如304不锈钢)，部件之间的连接或固定一般采用焊接。

下面结合附图说明采用本发明的旋流式气液分离装置进行旋流式气液分离的方法。气液入口管1内的气液混合物经渐缩喷嘴加速后由气液入口管1的出口沿螺旋通道6的切向进入螺旋通道6，顺着螺旋通道6向下螺旋流动，利用螺旋流动自生的离心力场进行第一次气液旋流分离。螺旋通道6内分离出的气相经排气孔8进入内筒5的内腔，在后方气相推动以及浮力的作用下向上流动，经过盖板4的中心孔进入气相缓冲空间12，经过缓冲后经气相出口管11流向下游的气相处理设备。上述气相的含液率不作为本发明的控制指标。

螺旋通道6内分离出的液相从螺旋通道6底部的螺旋通道出口流入旋流分离段13进行第二次气液旋流分离。旋流分离段13内分离出的气相向上流动、进入内筒5的内腔，与在螺旋通道6内分离出的气相合并后进入气相缓冲空间12，最后经气相出口管11流向下游的气相处理设备。旋流分离段13内分离出的液相在压力和重力的作用下向下流动，流经止旋部件时被止旋(即停止旋转流动)。液相从止旋部件的底部流出，最后经液相出口管10流向下游的液相处理设备。本发明图1和图2中，未注附图标记的箭头表示气液混合物、气相或液相的流动方向。

在上述螺旋通道6内的螺旋流动分离以及在旋流分离段13内的旋流分离过程中，液相趋于在筒体3内侧壁附近的区域流动，气相趋于向筒体3的轴心线区域流动。

上述气液混合物中的气相一般是天然气，液相一般是粘度大于300毫帕秒的重油(粘度在20～50℃的温度范围内测量)。气液混合物的气液比低于8，通常为3～6。由气液入口管1的出口流出的气液混合物的流速一般为4～6米/秒，气液混合物在螺旋通道6内的停留时间一般为10～20秒。进入气相缓冲空间12的气相在气相缓冲空间12内的停留时间一般为5～10秒，进入旋流分离段13的液相在旋流分离段13内的留时间一般为15～20秒。

从螺旋通道6流出的液相，只含有少量直径在200微米以上的气泡。这些液相在旋流分离段13进行第二次气液旋流分离，可将所含的少量直径在200微米以上的气泡分离出去。