本发明涉及一种分离器。具体地是涉及一种用来将一种占例如达到20%的较小容积的较稀的液体从一种占较大容积的较稠密液体中分离出的分离器，例如将小容积的原油从油井的生产水中分离出，使分离出的水在实质上是清水的状态下排入海里。 大家熟悉这种用途的分离器地构造是具有从粗端到细端圆形截面减小的管状结构，在或靠近粗端具有至少一个沿切线布置的入口，用来将待分离的液体混合物在高速下引入分离器内，并有两个出口，第一个出口设置在在粗端的分离器的轴心线上用来分离较稀的液体组分，第二个出口设置在或靠近细端用来分离较稠密的液体组分。
在使用这样一种分离器的过程中，较稀的组分（例如油）朝轴心线移动并形成一个芯子，并朝粗端移动，同时较稠密组分（例如海水）朝分离器壁移动并朝向细端。但是，发现到在有些情况下并不是所有的在中央芯子内的较稀的组分都朝粗端移动;有一些保持静止不动，还有些甚至朝细端移动，在细端跟较稠密组分混合起来并将其污染。
本发明的目的是提供一个基本上降低或克眼上述不利影响的分离器。
根据本发明的第一方面，用来将一种液体混合物分离成一种较稠密组分与较稀的组分的分离器含有一个长形管子，它具有一个直径从粗端朝细端减小的圆形截面，在或邻近粗端处至少有一个沿切线布置的入口用来在较高的速度下引进待分离的液体混合物，在分离器轴心线上至少有一个出口用来分离出较稀的组分，在分离器的细端附近至少设有一个出口用来分离出较稠密组分，并在较稠密组分的出口附近设有压力控制装置用来控制较稠密组分的压力。
这管子可以是任何合适的形状。例如它可以是从邻近入口的一个部位朝向细端恒定地倾斜。也可以是会聚角是变化着的，可以是不连续地变化着，这样这管子就含有多个截头锥体部分;或者是逐渐地变化，这样管子的内表面呈弧线形，曲度沿从分离器的粗端朝向细端的方向减小。这管子可包括至少一个圆筒形段在例如粗端和/或在细端。
较稠密组分的出口可伸展在至少基本上是管子的整个圆周上，或者可含有至少一个任何合适的截面形状如圆形、椭圆形、矩形或方形的、沿切线布置的、跟所述的至少一个入口反向的出口。出口的大小可以是可调。例如这出口可以是一个在这管子跟一个出口组合之间的间隙，该出口组合可沿分离器的轴心线活动以改变间隙的大小。限定这间隙的这管子的端部与出口组合的邻近表面可以是倾斜的，在管子上或出口装置上的表面的横截面面积从分离器的粗端朝细端的方向增加。
在两个端头之间的分离器的壁上的一个预定的部位上可设置至少另一个中间出口用于较稠密组分，在此较稠密组分的中间出口附近有压力控制装置用来控制这较稠密组分的压力。这中间出口可伸展在基本上是管子的整个圆周上，或者可含有至少一个任何截面形状如圆形、椭圆形、矩形或方形的、沿切线布置的、跟所述的至少一个入口反向的出口。中间出口的大小可以是可调的，并且这出口可以在某些情况下封闭。但是不应发生直径变化。例如在中间出口伸展环绕管子的整个圆周的情况下，它可含有一个在管子的两个相邻管段之间的间隙，并且间隙可以通过将一段管子相对其相邻管段沿管子轴心线移动来进行调整。界定间隙的两相邻段的表面可以制成倾斜，在任一管段上的表面的横截面面积沿从分离器的粗端朝细端的方向增加。
最好有两个径向相对的、切线方向的入口用于给待分离的液体混合物，这些入口可是任何合适的截面形状，如圆形、椭圆形、矩形或方形。但是可设置多于两个的入口。每一个入口可跟管子的一个圆筒形端段连接。
较稠密组分的、在细端的和/或在两端头间的出口的大小或上述入口的大小可以手动或自动控制，自动控制是通过一个或多个用来检测各种参数如液体流率、液体组分（即每个成份的相对比例）或在不同部位的压力的传感器的信息来进行的。
本发明将结合附图进行详细描述，其中：
图1示出本发明的分离器的一个简化的纵向剖视图;
图2示出角α之界定;
图3至5以简化形式示出图1所示分离器的部份的三种不同结构;
图6与7以简化形式示出图1所示分离器的第二壳体段的两种不同形式;
图8示出角β之界定;
图9以简化形式示出图1所示分离器的结构的细端;
图10示出本发明的一个实施例的旋流分离器的一个纵向剖视图。
图1所示的是本发明的旋流分离器，它含有一个具有一个圆筒形进口段1、一个第一壳体段2与一个第二壳体段3的长形管。这分离器还含有一个出口装置（见图9）。为方便起见示出的分离器是薄壁的，但实际上这些壁是厚得多的以承受待分离的液体的内压。
短圆筒管状的入口段1有一个截面面积AM，相应的直径DM在约20mm至约120mm的范围内，典型的约为70mm，长度L1达约500mm最好是L1＝DM。有两个径向相对的、沿切线方向布置的入口5a与5b从入口管道（未示出）通向入口段1，通过入口管道将水与达20%的原油的混合物在高速下供到分离器内部。入口段设有一个盘状端盖7，在本示例中端盖不设置较稀的组分的轴向布置的出口。尽管在图1的入口有直径为D1的圆形截面，但入口可以是任何合适的截面。入口的总截面面积A1可在以下列方程式给出的范围内：
0.03AM≤A1≤0.12AM……（1）
最好是
0.045AM≤A1≤0.09AM……（2）
入口段1连接到第一壳体段2上;如图1所示，第一壳体段具有恒定倾斜以给其内表面8提供一个恒定的会聚角α，从入口段连接第一壳体段的A点到给比较稠密组分提供一个中间出口6的B点。
会聚角α最好是在约30′至约10°的范围内，例如2°，虽然小的会聚角小到约1′至5′是可能的，如果分离器的入口直径D是小的话。α的较佳数值是1.8°。在B点上分离器的直径D如图1所示已缩小到以下方程式给出的一个数值：
DM/2≥D2≥DM/8 ……（3）
较佳的数值是DM/4。
第一壳体段2可以有其它的形状。例如会聚角可以变化;可以是不连续地变化，这样第一壳体段2就含有多个截头锥体部分;会聚角沿着离开入口段1的方向逐段地减小;或者是逐渐地变化，这样壳体段2的内表面8成弧线形，曲度沿着离开入口段1的方向逐渐减小，如图4所示。在所有这些不同的形状中，图2所示的从A点至B点的总的会聚角α是在上面给出的范围内，并且具有同样的较佳数值。
如图1所示，分离器设有一个供较稠密组分用的中间出口6，其形式是一个在第一壳体段2与第二壳体段3之间的环形间隙。在中间出口附近设置有用来控制较稠密组分的压力的压力控制装置，但在图1内未示出。这种装置可含有一个压力控制阀。间隙的大小可以通过移动壳体段相会或相离以改变图1所示的纵向尺寸L2。L2的数值最好由以下方程式来界定：
DM/140≤L2≤DM/7 ……（4）
或者，最好是
DM/23≤L2≤DM/9 ……（5）
在这个较佳范围内，对一个约为70mm的DM，L2是在4.0mm至8.0mm之间。
如图1所示，第二壳体问窃餐残尾⒕哂心诰禗3。D3的数值在下列方程式给出的范围内：
D2≥D3≥D2/2 ……（6）
其较佳数值是：
D3＝0.8D2……（7）
应当注意到，如果D3＜D2，L2在下列方程式给出的限度内可能是负的：
L2＝-DM ……（8）
换言之，第二壳体段3的邻近间隙6的端部可插入到第一壳体段2的内部。
图3、4与5分别示出中间出口6，可包括一个或多个任何合适截面形状的出口。图3示出两个径向相对的、沿切线方向布置的矩形出口6a与6b，图4示出两个径向相对的、沿切线方向布置的圆形出口6c与6d，图5示出一个沿切线布置的圆形出口6e。在图3、4与5所示的所有的结构中第二壳体段3是第一壳体段2的延续。
出口6e或出口6a与6c与6d的总出口面积A3可在以下方程式给出的范围内：
0.2A2≤A3≤A2……（9）
最好是用两个出口，其较佳值为：
0.4A2≤A3≤0.8A2……（10）
A2是在图1点B上对应于直径D2的管子的截面面积。这是紧靠着中间出口在靠近分离器的粗端的一侧的直径。
出口6a、6b等等的设置跟入口5a与5b反向。
第二壳体段3，如图1中的结构所示，可以是圆筒形的。但是也可以如图6中所示，在C点与E点之间形成一个截头锥体部份，而剩下来的E点与D点之间的部份是圆筒形。它也可以如图4所示的呈弧线状，或是如图7所示的整个呈截头锥形。在所有例子中，在C点与D点间的总的会聚角β（见图8）在0°至约5°的范围内。第二壳体段3的总长L3在以下方程式给出的范围内：
DM≤L3≤14DM……（11）
但是β与L的数值一定要是这样的关系：
D4≥0.07DM……（12）
并且：
D3≥D4……（13）
第二壳体段3最好具有圆筒形状，使β＝0与D＝D，并且L的数值在以下方程式给出的范围内：
5DM≤L3≤9DM……（14）
如图9所示，在分离器细端的较稠密组分的出口10通入一个封闭腔室12内。这组分从腔室12通过限制或其他诸如阀13这样的压力控制装置来供料。外流组分的压力因而被控制着。如果几个分离器并联使用，较稠密组分可排放到一个腔室内。
图9所示的出口10伸展环绕着第二壳体段3的端部的整个圆周。这出口最好以出口的轴向宽度L5、设置在腔室内的锥形转向器15的倾斜角γ与这转向器底部的直径D6来说明。这些量的数值在以下的较佳范围内：
5°≤γ≤90° ……（15）
DM/70≤L5≤DM/3.5 ……（16）
D5＜D6＜4D4……（17）
但是D6的最大值可能大4D4。上限决定于腔室12的大小与形状或其它具体限制。
出口10也可以是一个或多个合适形状的、假绺屑涑隹?a、6b、6c等等相似的圆形的、椭圆形、矩形的或方形的、沿切线设置的、跟入口5a、5b反向的出口。
混合物内的较稀组分形成如液体内的中央芯子，并且通过以一根细管19形式出现的、沿轴向设置的出口11从分离器分离出来，细管19端部最好倾斜以形成一个尖棱17。这细管向分离器内部伸展越过第二壳体段3的端头18。细管19可有加大的直径从分离器朝外越过第二壳体段3的端头18。
细管的内径D5是根据要分离的液体的成份比例来选定的，但可以在下列方程式给出的范围内变化：
0.9D4≥D5≥0.01DM……（18）
一个较佳的范围（在较稀组分的浓度较低时）是：
0.029DM≥D5≥0.043DM……（19）
管19伸入分离器的长度L4可在以下范围内变化：
0≤L4≤L3……（20）
较佳数值为：
DM/4≤L4≤3DM……（21）
图10示出本发明的一个特定实施例，含有一个细长管形式的旋流分离器，它具有一个圆筒形入口段101、一个第一壳体段102与一个第二壳体段103，这分离器还含有一个出口组合104。
具有直径DM为70mm、长度L1为50mm的短圆筒形管状的入口段101设置有两个沿切线布置的、径向相互相对的入口105a与105b，这两个入口从入口管道106a与106b通来，一种水与高达2.0%原油的混合物通过入口管道在高速度下供给分离器。入口段配置有一端盖107。
入口段101通过任何合适的装置连接到管状第一壳体段102。这第一壳体段102具有一个有截头锥体表面83的倾斜内部，这表面83的会聚角α角度为1.8°。第一壳体段的长度L是835mm。这第一壳体段的最小直径D2是17.5mm。
在第一壳体段102的离开入口段101的一端上，设置了一个具有圆筒形内部的、即内表面112的直径是恒定的管状的第二壳体段103。第二壳体段103的表面112的直径D3（＝14mm）比最接近第二壳体段103处的截头锥体表面83的直径D2（＝17.5mm）稍为小一点，在第一壳体段102与第二壳体段103之间设置了一个窄的环绕间隙113。这个间隙113给较稠密组分提供一个出口排放到环绕着间隙113的圆筒形腔室84内，从此处通过一压力控制阀85排出。第二壳体段103相对于第一壳体段102的位置可以通过装置（图1未示出）进行调整以改变间隙113的大小。典型情况是间隙的轴向长度L是在1mm与10mm之间。在第二壳体段103的外圆柱形表面的槽88、89内设置了两个O形环密封垫86、87让第二壳体段按需要滑动进出腔室84。
从图10可见间隙113形成在第一壳体段102离开入口段101的一端上的截头锥体表面114与在第二壳体段上邻近端的锥形表面115之间。表面114与115朝离开入口段101的方向渐扩，典型扩张角ω为30°。第二壳体段的总长度L3是500mm。
在邻接第二壳体段103的离开入口端101的端头116（即在分离器的细端）处设有一个出口组合104。这组合是一个厚壁管子的形式，其中心有一根内径在2mm至3mm的范围内的内管117。这根内管117跟这出口组合104滑配合，具有一个在4mm至7mm范围内的恒定外径，其轴心线跟分离器的其余部份的轴心线重合。这内管117的一个延长部118从分离器的细端116沿入口段101方向伸入分离器一小段距离L4，使内管口部122离开细端116放置。这管子的口部122外部呈倾斜角以在其在分离器内的端头形成一个尖棱。
第二壳体段103的面对出口组合104的表面119是截头锥体状，而出口组合104的面对第二壳体段103的表面120是锥形。在表面119与120之间形成一个窄的环绕间隙121以形成一个第二出口，给较稠密组分排放到环绕着间隙121的圆筒形腔室91内，从此处通过一个压力控制阀92排出。表面119与120朝离开入口段1的方向渐扩，典型的扩张角ω为30°。
出口组舷喽杂诘诙翘宥?03的位置可以通过装置（图1未示出）进行调整以改变间隙121的大小。典型情况是间隙的轴向长度L5是O至10mm，例如5mm。在出口组合104的外圆柱形表面上的槽96、97内设置有两个O形环密封垫94、95让出口组合按需要滑动进出腔室92。此外，可以设置合适的装置来使内管117在出口组合104内滑动，这样来改变延长部118的长度L4（典型的是80mm）并从而移动其上的口部122，让它在任何需要的、离开分离器的细端116的距离上定位。
出口组合104内的内管117的口部122提供一个较稀组分（即油）从分离器分离的出口。这个内管117可以按需要连接到一个合适的阀和/或泵。
本实施例的分离器（如图10所示）在使用中，待分离的液体（如水和原油的混合物）在高速下通过入口105a与105b供入分离器。通过调整第二壳体段103与出口组合104可以改变间隙113与121的大小。流量与压力也改变了。由于较稀组分的油朝分离器的轴心线运动，因此可以通过内管117的口部122分离出。此外，较稠密组分的水朝分离器壁、即内表面83与112运动，因此一些就通过在第一与第二壳体段102与103之间的间隙113（如果打开的话）分离出，剩下的就通过在第二壳体段103与出口组合104之间的间隙121分离出。通过适当地调整水的压力（用阀85与93）、通过出口122的油的流率、第二壳体段103、出口装置104与口部122的位置，从出口113与121处可以获得实质上的清水。
当图10所示的分离器被运行来分离一种含400ppm的轻油（较稀组分）与水（较稠密组分）的混合物，油粒的平均直径为37微米，得到了以下的结果：
在中间出口处：94%的流入油被分离出
在细端出口处：96%的流入油被分离出
工作条件为：
入口混合物
压力 50磅/英寸2表压（＝3.45巴表压）
稠密组分
中间出口压力 38磅/英寸2表压（＝2.62巴表压）
中间出口流率 45升/分
细端出口压力 28磅/英寸2表压（＝1.93巴表压）
细端出口流率 50升/分
较稀组分
轴向出口压力 约1磅/英寸2表压（＝0.069巴表压）
轴向出口流率 约2至3升/分
两个组分
总生产率 约97-98升/分
也发现到当一个类似于图10所示的、但其第一壳体段102稍为长些、倾斜到使最小直径D2成14mm，即等于第二壳体段103的内径D3的分离器，按相同入口压力条件、但将在第一与第二壳体段之间的缝隙113封闭住来运行，得到以下的结果：
较稠密组份
在细端出口处 94.5%的油被分离出
两个组分
总生产率 约70升/分