紧凑型内联式脱液器.pdf

本发明涉及一种紧凑型内联式脱液器，该脱液器由进气管、涡流发生器、分离腔、排气管、排液管和液位控制阀组成；其中，进气管、涡流发生器、分离腔和排气管采用法兰依次连接；涡流发生器的导流叶片与涡流发生器外壳为紧密配合，导流叶片能在气液混合物流经外壳内的该导流叶片后发生旋流；排液管连在分离腔末端，排液管末端安装液位控制阀。该脱液器主要用于分离气液混合物(气相为主体)中的液体，能为海上平台、深水或超深水油气开发(石油、天然气、化工、生物以及环保)等领域提供一种结构简单、安装方便、压降较低、分离效率高的紧凑型内联式脱液器。该装置能在复杂环境及空间受限的条件下安装运行，并且能有效地脱除气体中的液体，可靠性高。

权利要求书
1.  一种紧凑型内联式脱液器，其特征在于，该脱液器由进气管(1)、涡流发生器(2)、分离腔(3)、排气管(4)、排液管(5)和液位控制阀(6)组成；其中，
所述进气管(1)、涡流发生器(2)、分离腔(3)和排气管(4)采用法兰依次连接；
所述涡流发生器(2)的导流叶片(21)与涡流发生器(2)的外壳(20)为紧密配合，所述导流叶片(21)能在气液混合物流经所述外壳(20)内的该导流叶片(21)后发生旋流；
所述排液管(5)连接在所述分离腔(3)末端，所述排液管(5)末端安装所述液位控制阀(6)。

2.  根据权利要求1所述的紧凑型内联式脱液器，其特征在于，所述进气管(1)、涡流发生器(2)、分离腔(3)和排气管(4)连接后整体呈长条管状结构。

3.  根据权利要求1或2所述的紧凑型内联式脱液器，其特征在于，所述进气管(1)两端设有与外部设备连接的标准法兰。

4.  根据权利要求1或3所述的紧凑型内联式脱液器，其特征在于，所述涡流发生器(2)的导流叶片(21)为由具有螺旋角的多个导流叶片构成的多头导流叶片；
所述涡流发生器(2)的外壳(20)由三段管体经法兰连接而成，所述三段管体中，首段管体(211)和末段管体(213)的形状均为锥形，所述首段管体(211)的入口直径小于出口直径；所述末段管体(213)的入口直径大于出口直径；中段管体(212)为平直管体，其入口直径与所述首段管体(211)的出口直径匹配，其出口直径与所述末段管体(213)的入口直径匹配。

5.  根据权利要求4所述的紧凑型内联式脱液器，其特征在于，所述涡流发生器(2)的导流叶片(21)的两端截面分别与所述外壳(20)的所述首段管体(211)的出口直径、所述末段管体(213)的入口直径相等。

6.  根据权利要求1所述的紧凑型内联式脱液器，其特征在于，所述分离腔(3)的长度均大于进气管(1)或涡流发生器(2)的长度。

7.  根据权利要求1所述的紧凑型内联式脱液器，其特征在于，所述排气管(4)由排气管段(41)和渐扩形出口管段(42)构成，连接所述分离腔(3)的法兰设在所述排气管段(41)和渐扩形出口管段(42)的连接处，所述排气管段(41)插设在所述分离腔(3)内，所述排气管段(41)外壁与所述分离腔(3)内壁之间形成环形集液空间(40)。

8.  根据权利要求7所述的紧凑型内联式脱液器，其特征在于，所述排气管(4)的渐 扩形出口管段(42)设有连接下游管道的标准法兰。

9.  根据权利要求1所述的紧凑型内联式脱液器，其特征在于，所述排液管(5)为一U型管道；
所述液位控制阀(6)设在所述排液管(5)的出口处。

10.  根据权利要求1、7或9所述的紧凑型内联式脱液器，其特征在于，所述排液管(5)的入口连接在所述分离腔(3)与插入该分离腔(3)内的所述排气管(4)的排气管段形成的环形集液空间处。

说明书紧凑型内联式脱液器
技术领域
本发明涉及气液分离设备领域，特别是涉及一种紧凑型内联式脱液器。
背景技术
旋流分离器因其具有分离效率高、设备体积小、适合长周期运转等诸多优点，现已在矿物加工、石油、化工、轻工、环保、医药、纺织等诸多工业领域中得到广泛应用。气-液旋流分离技术是一种高效的多相流体分离技术，其原理是在离心力的作用下利用两相或多相之间的密度差来实现两相或多相分离。根据工作原理，气液旋流分离器分为管柱式旋流分离器、轴流导叶式气液旋流分离器、旋流板式气液分离器、螺旋片导流式气液分离器、管道式气液旋流分离器等。其中管道式气液旋流分离器是一种紧凑高效气液分离以及恢复操作中损失压降的独特新型技术的高效分离装置。该装置可用法兰将气液旋流分离器直接安装在石油或天然气管道上，具有高效率、撬装化、可移动与小型化等优点，并且可有效地降低输送成本，降低了气液两相流输送时容易产生的断续流、管道堵塞、沉积等多相流输送的典型问题。从而使得其成为当前解决复杂环境下以及空间受限条件下气液分离问题的最优化解决方案。
管道式气液旋流分离器的基本工作原理是：气液混合物进入管道式气液旋流分离器的进气段。气液两相流经过旋流发生器后，气液两相流在导流叶片的作用下发生旋转，形成旋流，在离心力的作用下，密度较大的液相向分离腔的内壁流动形成液膜，而密度较小的气相则通过排气管出口流出，分离出的液体在分离腔与排气管之间的环形空间内聚结，并通过排液管排出。同样，旋流发生器材料的选择和旋流发生器结构的设计也是管道式气液旋流分离器所涉及的关键技术。为保证气液旋流分离器在应用过程中具有结构简单、制造成本低、长周期运转、易于安装且操作方便等优点，最为理想的气液旋流分离器材料应该具备价格便宜、易于获得、耐腐蚀性、耐侵蚀性、具有良好的机械加工和热处理性能等特点。最为理想的设计规范是以管道设计规范为依据进行设计制造。
受旋流方式和应用场合的限制，目前的气液旋流分离器很难同时满足结构简单、小尺寸、压降较低等的设计要求。且旋流分离器在设计和使用过程中，包括涡流元件因素在内的诸多因素引起的旋流分离器压降过大，需要增加气液两相流压力等，从而增加了旋流分离器的设计、制造和维护成本。随着复杂环境及空间受限条件下分离设备的高效化和紧凑 化，设计一种结构简单、成本低、尺寸小、质量轻、占用空间小、维护费用少、无运动部件、分离效率高、易于安装且操作方便的气液旋流分离器成为海上平台、深水或超深水油气开发(石油、天然气、化工、生物以及环保)等领域在复杂环境及空间受限条件下分离气液混合物(气相为主体)的迫切需要。
发明内容
基于上述现有技术所存在的问题，本发明提供一种紧凑型内联式脱液器，能克服现有分离器体积庞大、压降过大、结构复杂、运动部件易出故障的不足，其结构简单、安装方便、压降较低、分离效率高，可用于海上平台、深水或超深水油气开发(石油、天然气、化工、生物以及环保)等领域在复杂环境及空间受限条件下分离气液混合物(气相为主体)中的液相。
为解决上述技术问题，本发明提供一种紧凑型内联式脱液器，该脱液器由进气管、涡流发生器、分离腔、排气管、排液管和液位控制阀组成；其中，
所述进气管、涡流发生器、分离腔和排气管采用法兰依次连接；
所述涡流发生器的导流叶片与涡流发生器的外壳为紧密配合，所述导流叶片能在气液混合物流经所述外壳内的该导流叶片后发生旋流；
所述排液管连接在所述分离腔末端，所述排液管末端安装所述液位控制阀。
本发明与现有技术相比的优点在于：该紧凑型内联式脱液器由进气管、涡流发生器、分离腔和排气管采用法兰依次连接而成，作为分离元件的导流叶片都安装在涡流发生器的外壳内部，克服了现有分离器体积庞大、压降过大、结构复杂、运动部件易出故障等缺点；同时该紧凑型内联式脱液器以管道设计规范为依据设计制造，工作时可用法兰直接连接到管道中，易于安装且操作方便、维护费用少。可方便在海上平台、深水或超深水油气开发(石油、化工、生物以及环保)的复杂环境及空间受限等特殊应用场合下应用。
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，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。
图1为本发明实施例的紧凑型内联式脱液器半剖主视结构示意图；
图2为本发明实施例的涡流发生器的导流叶片的三维结构示意图；
图3为本发明实施例的分离腔及排液管连接体的剖视结构示意图；
图4为本发明实施例的排气管安装位置的剖视结构示意图；
图中各标号为：1.进气管；2.涡流发生器；20.外壳；201.首段管体；202.中段管体；203.末段管体；21.导流叶片；3.分离腔；4.排气管；40.环形集液空间；41.排气管段；42.渐扩形出口管段；5.排液管；6.液位控制阀。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明实施例提供一种紧凑型内联式脱液器，该脱液器由进气管1、涡流发生器2、分离腔3、排气管4、排液管5和液位控制阀6组成；
其中，进气管1、涡流发生器2、分离腔3和排气管4采用法兰(优选采用标准法兰)依次连接；优选的，各部件连接后整体呈长条管状结构；
涡流发生器2的导流叶片21与涡流发生器2的外壳20为紧密配合，导流叶片21能在气液混合物流经所述外壳20内的该导流叶片21后发生旋流；
排液管5连接在分离腔3末端，排液管5末端安装液位控制阀6。
上述脱液器中，进气管1两端设有与外部设备连接的标准法兰，方便与上游设备或管道连接。
上述脱液器中，涡流发生器2的导流叶片21为由具有螺旋角的多个导流叶片构成的多头导流叶片(如图2所示)；涡流发生器2的外壳20由三段管体经法兰连接而成，三段管体中，首段管体201和末段管体203的形状均为锥形，首段管体201的入口直径小于出口直径；末段管体203的入口直径大于出口直径；中段管体202为平直管体，其入口直径与首段管体201的出口直径匹配，其出口直径与末段管体203的入口直径匹配。这种结构的涡流发生器2两端是锥形体与中间平直管段形成中间粗两端细的管状外壳结构，两端锥形体管段可起到导流和稳流的作用。优选的，导流叶片为8片，各导流叶片的角度均为45°导流出口角。
上述脱液器中，涡流发生器2的导流叶片21的两端截面分别与外壳20的首段管体的出口直径、末段管体的入口直径相等。这样涡流发生器2的导流叶片21及两端锥形体的管段与外壳中段管体形成等截面设计，可以保证气液混合物流在涡流发生器前后保持等截 面流动。
上述脱液器中，分离腔3两端均有便于连接的标准法兰，分离腔3的长度均大于进气管1或涡流发生器2的长度。使分离腔3具有一定的长度，可以保证气液混合物能够很好的分离。
如图3所示，上述脱液器中，排气管4由排气管段41和渐扩形出口管段42(类似喇叭形)构成，连接分离腔3的法兰设在排气管段41和渐扩形出口管段42的连接处，排气管段41外径小于分离腔3内径，为一长细管，排气管段41插设在分离腔3内，排气管段41外壁与分离腔3内壁之间形成环形集液空间40；排气管4的渐扩形出口管段41设有连接下游管道的标准法兰。
如图4所示，上述脱液器中，排液管5为一U型管道，排液管5的入口连接在分离腔3与插入该分离腔3内的排气管4的排气管段41形成的环形集液空间40处(参见图3)，便于收集液体并外排，U形管道内的液体可防止气体从排液管流出，优选的，分离腔3与排液管5为一体成型的结构；液位控制阀6设在排液管5的出口处，可控制排液管内的液位，并防止气体从排液管溢流。
下面结合附图和具体实施例对本发明脱液器作进一步说明。
本发明实施例提供的紧凑型内联式脱液器可用于海上平台、深水或超深水油气开发(石油、化工、生物以及环保)等领域，在复杂环境及空间受限条件下分离气液混合物(气相为主体)中的液体。如图1所示，该紧凑型内联式脱液器主要由进气管、涡流发生器、分离腔和排气管、排液管和液位控制阀组成，其特征在于：进气管1与涡流发生器2采用标准法兰进行连接，导流叶片与涡流发生器2外壳紧密配合；涡流发生器2和分离腔3采用标准法兰连接；排气管4通过标准法兰与分离腔3连接，其中有一段管道插入分离腔3与其形成一环形集液空间用于收集液体，另一端端部设置有标准法兰，便于与下游管道连接。分离腔3和排液管5采用标准法兰连接，其中排液管5为一U型管道；液位控制阀6通过标准法兰连接到排液管5底部出口。
图2为本发明脱液器中涡流发生器2的三维结构示意图。两端各有一个圆锥体以形成等截面流道。气液混合物通过涡流发生器2的导流叶片形成旋流。安装过程中将涡流发生器2安装在管段内。该涡流发生器由按一定螺旋角的导流叶片组成，导流叶片数目和螺旋角的最优化组合是保证内联式脱液器的关键，最优化组合为8组叶片兼45°导流出口角。
上述脱液器中，分离腔3具有一定长度，以满足气液两相尽可能分离的要求。所述排 气管与分离腔形成的环形区域应尽可能满足集液要求。所述排液管可以收集分离出的液体，并防止气体溢出，辅助控制液位。所述液位控制阀可控制排液管的液位。
图3为本发明脱液器中排气管4安装位置的三维结构示意图，分离出的液滴在旋流分离管3和排气管4之间形成的环形空间收集，并通过U型集液管5排出。排气管4后半部的扩压段能够使气体恢复一定压力，从而降低设备的压降损失，另一端端部设置有标准法兰，便于与下游管道连接。
图4为本发明脱液器中分离腔3及排液管5连接体的剖视结构示意图，其具有很好的耐腐蚀性，可有效地防止分离液中的液体及酸性物质的腐蚀。两端均有标准法兰便于安装。
如图1所示，上述脱液器的原理是：进气管与涡流发生器采用标准法兰进行连接，其中涡流发生器设置有多头导流叶片，导流叶片与涡流发生器外壳紧密配合，气液混合物通过涡流发生器时可使其发生旋流，且前、后端各有一个圆锥体，以保证气液混合物流经涡流发生器时进行等截面流动；涡流发生器和分离腔采用标准法兰连接，其中分离腔具有一定的长度以保证气液混合物能够很好的分离；排气管通过标准法兰与分离腔连接，其中有一段管道插入分离腔与其形成一环形空间用于集液，另一端端部设置有标准法兰，便于与下游管道连接；分离腔和排液管采用标准法兰连接，其中排液管为一U型管道，其作用是收集液体并外排，同时起到液封的作用；液位控制阀通过标准法兰与排液管连接，其作用是控制排液管内的液位，防止气体从排液管溢流。
上述紧凑型内联式脱液器具有结构紧凑、简单、无动力部件、尺寸小、质量轻、占用空间小、分离效率高、制造成本低、维护费用少、易于安装且操作方便等优点，可方便的用于海上平台、深水或超深水油气开发(石油、天然气、化工、生物以及环保)等领域在复杂环境及空间受限条件下分离气液混合物(气相为主体)中的液体。
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披露的技术范围内，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。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。