一种间歇段塞流转换为连续环状流的装置的制作方法

[0001]
本发明涉及多相管流集输技术领域，尤其是涉及一种间歇段塞流转换为连续环状流的装置。


背景技术：

[0002]
段塞流是多相管流最常遇到的一种流型，是一种典型的工况，在许多操作条件下(正常操作、启动、输量变化)混输管道中常出现段塞流。其特点是气体和液体交替流动，充满整个管道流通面积的液塞被气团分割，气团下方沿管底部流动的是分层液膜。管道内多相流体呈段塞流时，管道压力、管道出口气液瞬时流量有很大波动，并伴随有强烈的振动，对管道与管道相连的设备有很大的破坏，使管道下游的工艺设备很难正常工作。例如，在油气工业中，段塞流时产生的流量和压力的剧烈波动往往会迫使下游关闭设备，造成停产，甚至会损坏管道或油气处理设备。
[0003]
而环状流是气液两相流的一种流型，其特征是液相以液膜形式周向布置在管道内壁且贴壁流动，而气相则携带部分液滴在管道中心高速流动。相对其它流型，环状流具有更低的流动阻力和更高的传热系数，可以降低气液输送能耗、提高换热性能。因此发明间歇段塞流转换为连续环状流的装置，对工业生产具有重要的意义。
[0004]
工程上经常通过采用以下方法避免出现严重段塞流：通过减小管径增大气体速度；在立管底部增加气量,提升气体给予立管的压力，减小液体回流量，在卧管处分离气液相；立管顶部节流等。立管底部注气和立管底顶部节流目前已经应用，但是注气法成本太高，一般采用顶部节流法。
[0005]
目前最常用的方法有：一是改变管道及其设备设计，如安装陆上段塞捕集器，或者加大分离器的尺寸，增大缓冲能量等。二是改变操作工况，例如增大流动管线的压力或流量。三是通过采取各种措施消除严重段塞流，例如节流法气举法、海底分离、泡沫法、扰动法、pid控制法等。上述方法在应用时，成本较高且段塞流消除效果不佳。并且均不是通过将段塞流转化成另一种流型的方法使得气液两相流动稳定流动。目前我们建立了一种装置将间歇段塞流转换为连续环状流的装置及方法，这种方法不仅有效的防治了段塞流的形成，而且结构简单，经济实用。


技术实现要素：

[0006]
有鉴于此，有必要提供一种间歇段塞流转换为连续环状流的装置，用以解决现有的段塞流消除装置成本较高、效果较差的技术问题。
[0007]
一种间歇段塞流转换为连续环状流的装置，包括：
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气液分离机构，所述气液分离机构包括分离器、进口管、导气管及导液管，所述分离器具有一密闭的且沿竖向延伸的长形密闭分离腔，所述进口管的一端与所述分离腔的中端连通，所述导气管的一端与所述分离腔的上端连通，所述导液管与所述分离腔的下端连通；
[0009]
混合机构，所述混合机构包括混合器、节流喷嘴及引液管，所述混合器具有一密闭的混合腔，所述节流喷嘴的大口径端与所述导气管的另一端连通，所述节流喷嘴的小口径端与所述混合腔连通，所述引液管的一端与所述导液管的另一端连通，所述引液管的另一端与所述混合腔连通；
[0010]
旋流机构，所述旋流机构包括出口管及旋流器，所述出口管的一端与所述混合腔连通，所述旋流器转动设置于所述出口管内。
[0011]
进一步地，所述气液分离机构还包括降液管，所述降液管沿竖向延伸，所述降液管的上端与所述导气管连通，所述降液管的下端与所述导液管连通。
[0012]
进一步地，所述分离器为一对冲三通，所述对冲三通具有第一端口、第二端口及第三端口，所述第一端口竖直向上设置，所述第一端口与所述导气管连通，所述第二端口竖直向下设置，所述第二端口与所述导液管连通，所述第三端口水平设置，所述第三端口与所述进口管连通。
[0013]
进一步地，所述导液管倾斜设置，所述导液管的上端与所述第二端口连通，所述导液管的下端与所述引液管连通。
[0014]
进一步地，所述进口管的另一端设置有进口连接法兰。
[0015]
进一步地，所述混合器为一混合喷嘴，所述混合喷嘴的小口径端与所述引液管及所述节流喷嘴的小口径端均连通，所述混合喷嘴的大口径端与所述出口管连通。
[0016]
进一步地，所述混合机构还包括液路三通及积液立管，所述液路三通具有第四端口、第五端口及第六端口，所述第四端口与所述导液管的下端连通，所述第五端口处连接有一调节阀，所述积液立管的下端与所述第六端口连通，所述积液立管的上端与所述引液管连通。
[0017]
进一步地，所述旋流器包括旋转轴及旋流叶片，所述旋转轴固定于所述出口管内且与所述出口管同轴设置，所述旋流叶片内置于所述出口管内且与所述旋转轴转动连接。
[0018]
进一步地，所述出口管的另一端设置有出口连接法兰。
[0019]
与现有技术相比，本发明提出的技术方案的有益效果是：首先通过分离器对段塞流中的气体和液体进行分离，段塞流中的液塞被捕集到导液管中，段塞流中的气弹则在通过导气管后由节流喷嘴喷出，产生的低压引流捕集的液体，使气液共同流动；最后混合后共同流动的气液两相流在旋流器的作用下，流型被调整成了环状流，避免了段塞流时气液能量时间和空间上的分布不均引起的系统震动，本发明有效的防止了段塞流的形成，而且结构简单，经济实用，具有一定的推广价值。
附图说明
[0020]
图1是本发明提供的间歇段塞流转换为连续环状流的装置的一实施例的结构示意图；
[0021]
图中：1-气液分离机构、2-混合机构、3-旋流机构、11-分离器、111-第一端口、112-第二端口、113-第三端口、12-进口管、121-进口连接法兰、13-导气管、14-导液管、15-降液管、21-混合器、22-节流喷嘴、23-引液管、24-液路三通、241-第四端口、242-第五端口、243-第六端口、25-积液立管、26-调节阀、31-出口管、311-出口连接法兰、32-旋流器。
具体实施方式
[0022]
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
[0023]
请参照图1，本发明提供了一种间歇段塞流转换为连续环状流的装置，包括气液分离机构1、混合机构2以及旋流机构3。
[0024]
请参照图1，所述气液分离机构1包括分离器11、进口管12、导气管13及导液管14，所述分离器11具有一密闭的且沿竖向延伸的长形密闭分离腔，所述进口管12的一端与所述分离腔的中端连通，所述导气管13的一端与所述分离腔的上端连通，所述导液管14与所述分离腔的下端连通。
[0025]
请参照图1，所述混合机构2包括混合器21、节流喷嘴22及引液管23，所述混合器21具有一密闭的混合腔，所述节流喷嘴22的大口径端与所述导气管13的另一端连通，所述节流喷嘴22的小口径端与所述混合腔连通，所述引液管23的一端与所述导液管14的另一端连通，所述引液管23的另一端与所述混合腔连通。
[0026]
请参照图1，所述旋流机构3包括出口管31及旋流器32，所述出口管31的一端与所述混合腔连通，所述旋流器32转动设置于所述出口管31内。
[0027]
进一步地，请参照图1，所述气液分离机构1还包括降液管15，所述降液管15沿竖向延伸，所述降液管15的上端与所述导气管13连通，所述降液管15的下端与所述导液管14连通。
[0028]
具体地，请参照图1，所述分离器11为一对冲三通，所述对冲三通具有第一端口111、第二端口112及第三端口113，所述第一端口111竖直向上设置，所述第一端口111与所述导气管13连通，所述第二端口112竖直向下设置，所述第二端口112与所述导液管14连通，所述第三端口113水平设置，所述第三端口113与所述进口管12连通。
[0029]
优选地，请参照图1，所述导液管14倾斜设置，所述导液管14的上端与所述第二端口112连通，所述导液管14的下端与所述引液管23连通。
[0030]
优选地，请参照图1，所述进口管12的另一端设置有进口连接法兰121。通过所述进口连接法兰121使进口管12与输送管道连通。
[0031]
具体地，请参照图1，所述混合器21为一混合喷嘴，所述混合喷嘴的小口径端与所述引液管23及所述节流喷嘴22的小口径端均连通，所述混合喷嘴的大口径端与所述出口管31连通。
[0032]
进一步地，请参照图1，所述混合机构2还包括液路三通24及积液立管25，所述液路三通24具有第四端口241、第五端口242及第六端口243，所述第四端口241与所述导液管14的下端连通，所述第五端口242处连接有一调节阀26，在使用时，调节阀26处于关闭状态，所述积液立管25的下端与所述第六端口243连通，所述积液立管25的上端与所述引液管23连通。
[0033]
进一步地，请参照图1，所述旋流器32包括旋转轴及旋流叶片，所述旋转轴固定于所述出口管31内且与所述出口管31同轴设置，所述旋流叶片内置于所述出口管31内且与所述旋转轴转动连接。
[0034]
优选地，请参照图1，所述出口管31的另一端设置有出口连接法兰311，通过所述出口连接法兰311使出口管31与输送管道连通。
[0035]
为了更好地理解本发明，以下结合图1来对本发明提供的间歇段塞流转换为连续环状流的装置的工作过程进行详细说明：本装置的使用过程可以分为以下三个阶段：
[0036]
(1)气液分离阶段：通过进口连接法兰121及出口连接法兰311将本装置接入输送管道，当输送管道中的间歇性段塞流由进口管12进入对冲三通中并在对冲三通中进行预分离，段塞流中的大部分的液塞由于惯性的作用直接经第二端口112进入导液管14中，进而再经第四端口241进入液路三通24内，再经第六端口243进入积液立管25内，而间歇性段塞流中的大部分气体则进入导气管13，对冲三通不要求实现气液的完全分离，当导气管13中有较多的液体时，由于重力作用这些液体可以通过降液管15流入导液管14中，而当导液管14中的气体较多时，则这些气体也可通过降液管15再次进入导气管13中；
[0037]
(2)混合阶段：导气管13中流出的气流由节流喷嘴22喷出到混合喷嘴中，由于节流喷嘴22的节流降压作用，混合喷嘴中产生低压，该低压能将积液立管25中的液体经引液管23抽吸进入混合喷嘴中，实现气液混合；
[0038]
(3)旋流阶段：混合后的气液两相流流经旋流器32时，带动旋流叶片转动，旋流叶片带动气液两相流旋转，在离心力作用下，气液两相流中的气体汇集到出口管31的中心，而液体则靠近出口管31的管壁侧流动，即将流型调整成了环状流，由出口管31流出。
[0039]
综上所述，本发明提供的间歇段塞流转换为连续环状流的装置首先对段塞流中的液塞进行捕集，将液塞捕集到导液管14、液路三通24及积液立管25中；然后紧跟液塞的气弹则在通过导气管13后由节流喷嘴22喷出，产生的低压引流捕集的液体，使气液共同流动；最后混合后共同流动的气液两相流在旋流器32的作用下，流型被调整成了环状流，避免了段塞流时气液能量时间和空间上的分布不均引起的系统震动。
[0040]
此外，本发明提供的间歇段塞流转换为连续环状流的装置还有以下有益效果：
[0041]
一方面，当段塞流中的气体流量较大时，气体流经节流喷嘴22时产生的低压对捕集的液体的抽吸作用也越大，即大的气量可以携带更多的液体共同流动，降低了瞬时的空泡率，减小了环状流状态时气核直径大小，维持了环状流状态的稳定，实现了气液两相的共同流动，同时，段塞流中的气体流量越大，则气液混合物的流速越高，旋流叶片的转速越高，经过旋流器32后的离心力越大，从而有利于环状流的形成，而环状流是气液两相流的一种流型，其特征是液相以液膜形式周向布置在管道内壁且贴壁流动，而气相则携带部分液滴在管道中心高速流动。相对其它流型，环状流具有更低的流动阻力和更高的传热系数，可以降低气液输送能耗、提高换热性能；
[0042]
另一方面，当段塞流中的气流流量较小时，则气流流经节流喷嘴22时产生的低压对捕集的液体的抽吸作用也越弱，甚至液体可以依靠自身的惯性进入混合喷嘴中，将气体融入液体中，形成泡状流，有效的防止了段塞流的形成。
[0043]
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。