專利名稱：一種旋流氣液、液液分離器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種分離器，特別是涉及一種用于工業(yè)上互不相溶，且具有密度差的氣液或液液的初步分離的螺旋管旋流氣液、液液分離器。
背景技術(shù)：
目前，離心力和重力分離原理被廣泛用于分離領域，其中以具有錐形筒的旋風分離器為代表。由于旋風分離器內(nèi)流體的流動產(chǎn)生一定的剪切作用，容易將液滴(油滴或水滴)打碎乳化而惡化分離過程；而且旋風分離器通用性較差。因此用來進行液液分離效果并不理想。螺旋管具有截面小的特點，可以避免上述因素的影響。專利號為01206727.X的螺旋式氣液分離器就是利用螺道產(chǎn)生離心力來實現(xiàn)氣液分離的，但是該裝置不能用來進行液液分離。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的缺陷，提供一種利用兩種互不相溶的、且密度不同的兩種混合流體(兩種液體或是氣體和液體)存在密度差，在螺旋管中流動的時候會受到離心力和重力的聯(lián)合作用而產(chǎn)生分層，實現(xiàn)氣液、液液分離的帶有螺旋管旋流氣液、液液分離器。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明提供的旋流氣液、液液分離器，包括容器7、進液管5、出液管6、閥門；其特征在于，還包括螺旋管主體1、固定螺旋管主體用的支架2；通過所述的支架2上的固定組件，將螺旋管主體1固定在支架2上成為一整體，組裝好的整體裝入所述的容器7內(nèi)，將支架2的底盤安裝在容器7底上；所述的螺旋管主體1為立式結(jié)構(gòu)，總?cè)?shù)為N，螺旋管主體1的螺旋管上部分有4圈為帶孔段13，帶孔段以下為封閉段14，帶孔段的每一圈上開有圓孔15，所述的圓孔15從距離輸出管6的出口1/4圓周處開始開孔，并且圓孔15均勻開在螺旋管的外側(cè)，與水平線成α＝45°夾角的位置，相鄰兩圈螺旋管上的圓孔15之間間隔半圈的螺旋管上不帶圓孔；不帶孔的螺旋管段為調(diào)整段16；螺旋管主體1的上面的第一圈末端口連通一輸出管6，其輸出管6穿出容器7，在穿出段上安裝有控制流速的出口閥門4；螺旋管主體1的下面的最后一圈末端口連通一輸入管5，其輸入管5穿出容器7，在穿出段上安裝有控制流速的入口閥門4，螺旋管主體1的螺旋管最后一圈末端口連通一輸入管5，其輸入管5穿出容器7，在穿出段上安裝有控制流速的入口閥門4。進口閥門3用來調(diào)節(jié)入流速度；出口閥門4則調(diào)節(jié)背壓，合理調(diào)節(jié)這兩個閥門可以使分離器處于最佳工作狀態(tài)。
在上述技術(shù)方案中，所述的螺旋管主體1的螺旋管回轉(zhuǎn)半徑為R，螺距為H，管內(nèi)徑為D1，管外徑為D2。
在上述技術(shù)方案中，螺旋管主體1的螺旋管設計參數(shù)遵循以下關系450≤2πR(N-4)D1≤500,]]>2≤HD2≤2.5;]]>其中R、D1、D2的取值在如下范圍內(nèi)最合適150mm≤R≤200mm，20mm≤D1≤30mm、25mm≤D2≤35mm。
在上述技術(shù)方案中，所述的螺旋管主體1的螺旋管封閉段14的圈數(shù)為N-4圈。
在上述技術(shù)方案中，所述的調(diào)整段16設置在第一圈所開圓孔15與第二圈所開圓孔15之間間隔的半圈不帶孔的螺旋管段，第二圈螺旋管所開圓孔15與第三圈所開圓孔15之間間隔半圈的螺旋管段，所以螺旋管主體1的螺旋管上部分總共為4圈帶孔段13；所述的調(diào)整段16為相鄰兩圈小孔之間的一段不帶孔的螺旋管，所述的調(diào)整段長度為1/2圓周。
在上述技術(shù)方案中，所述的螺旋管主體1的螺旋管上的4圈帶孔段13，從螺旋管上部自上到下3圈小孔的數(shù)目分別為n1、n2、n3，孔徑分別為d1、d2、d3；圓孔的數(shù)目和孔徑應遵循以下設計準則n1≤n2≤n3，d1≤d2≤d3。
在上述技術(shù)方案中，所述的支架2由圓盤9、立管10和固定組件組成；其中固定組件包括調(diào)節(jié)螺母11、管托12、管扣13、螺栓14；所述的立管10共有三根，上部帶有一段螺紋，底部連接在圓盤底座上，這三根立管長度不同，可以分別支撐螺旋管的上中下部分；管托12由上下兩個調(diào)節(jié)螺母11固定在上述立管10螺紋段的合適高度上，螺旋管被夾持在管扣13和管托12之間，并由螺栓14鎖緊。由于不同流量下容器7中液面高度也不同，而螺旋管的帶孔段的位置要始終高于液面才能正常工作。因此可以用管托支持螺旋管的不同位置實現(xiàn)螺旋管高度的調(diào)節(jié)，以適應不同工況下的液面高度。
在上述技術(shù)方案中，所述的固定組件由管托12、管扣13、調(diào)節(jié)螺母11和螺栓14組成，其中管托12為一試管夾形式，一端扁平狀，其上開有兩個螺孔，和有一個管托凸起17；管托12的另一端可以是半圓形狀的金屬環(huán)，或者是兩個半圓形狀的金屬環(huán)，在金屬環(huán)上開有螺孔，通過螺釘穿過螺孔用上下兩個調(diào)節(jié)螺母11，將固定組件固定在立柱上部；管扣13為一金屬板，其上開有兩個螺孔，和有一個管扣凸起18，兩個螺孔的位置與管托12上的兩個螺孔相對應，管扣凸起18與管托凸起17；管托12和管扣13之間夾持螺旋管，管托12和管扣13螺孔相對，并用螺栓14鎖緊，這樣支架和螺旋管就組成了一個整體。
其中帶孔段上設置調(diào)整段16，該調(diào)整段為相鄰兩圈小孔之間的一段不帶孔的螺旋管，所述的調(diào)整段長度為1/2圓周；就是考慮到受小圓孔射流的影響，混合液流經(jīng)每一圈帶孔螺旋管后分層狀態(tài)會受到一定干擾，馬上進入下一圈帶孔螺旋管分離將會影響到分離效果。因此設計了一段不帶孔螺旋管作為“調(diào)整段”，當混合液流過該“調(diào)整段”時會重新分層從而消除這種干擾的影響。
其中螺旋管上還設計了螺旋管封閉段采用管壁封閉，這樣的設計是為了使混合流體在進入帶孔段進行分離之前，有足夠長的時間受到離心力和重力的聯(lián)合作用，分層更為充分，從而加強在帶孔部分的分離效果。
本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明的氣液、液液分離器，利用兩種互不相溶的、且密度不同的兩種混合流體(兩種液體或是氣體和液體)存在密度差，在螺旋管中流動的時候會受到離心力和重力的聯(lián)合作用而產(chǎn)生分層現(xiàn)象；密度較小的流體主要集中在管截面內(nèi)側(cè)偏上的位置；密度較大的流體則主要集中在管截面外側(cè)偏下的位置，在螺旋管的外側(cè)開上小孔，就會有一部分管截面外側(cè)的液體順著小孔流出，這部分液體主要為密度較大的流體；而管內(nèi)剩下的主要是另一種流體，它們會從螺旋管的出口流出，將從小孔和螺旋管出口流出的流體分別收集起來，實現(xiàn)了兩種流體的初步分離。
該分離器體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、分離效率高，特別適合海上平臺等特殊場合下的多相分離。另外具有壓力損失小，節(jié)省能耗，以及通過調(diào)節(jié)進出口閥門，可以適應不同粘度不同配比的混合液分離，使分離達到最佳狀態(tài)。


圖1是本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意2A是實施例1中第一圈帶孔螺旋管的仰視2B是實施例1中第二圈帶孔螺旋管的仰視2C是實施例1中第三圈帶孔螺旋管的仰視2D是實施例1中第四圈帶孔螺旋管的仰視3是本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)示意4E是實施例2中第一圈帶孔螺旋管的仰視4F是實施例2中第二圈帶孔螺旋管的仰視4G是實施例2中第三圈帶孔螺旋管的仰視4H是實施例2中第四圈帶孔螺旋管的仰視5是本發(fā)明的部件——支架的正視6是本發(fā)明的部件——支架的俯視7是支架的固定組件放大面說明(1)-螺旋管主體；(2)-支架； (3)-進口閥門；(4)-出口閥門； (5)-進液管；(6)-出液管；(7)-容器； (8)-收集出口處液體的容器；(9)-圓盤； (10)-立管； (11)-調(diào)節(jié)螺母；(12)-管托； (13)-管扣； (14)-螺栓；(15)-圓孔； (16)-調(diào)整段； (17)-管托突起；(18)-管扣突起具體實施方式
實施例1參照圖1，制作一帶有螺旋管的旋流氣液、液液分離器；下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明
本實施例的螺旋管主體1采用不銹鋼管制成螺旋管具有總?cè)?shù)N＝15.5，螺旋管回轉(zhuǎn)半徑R＝200mm，螺旋管的螺距H＝70mm，螺旋管的管內(nèi)徑D1＝29mm，螺旋管的管外徑D2＝32mm；螺旋管主體1的螺旋管上部1-4圈為開孔段，余下部分為封閉段。開孔段的螺旋管第一圈開有6個圓孔15，即n1＝6，d1＝2.5mm；第二圈開有6個圓孔15，即n2＝6，d2＝3mm；第三圈開有8個圓孔15，即n3＝8，d3＝3.5mm；螺旋管主體1帶孔段開孔的位置如圖2A、圖2B、圖2C、圖2D所示。本實施例的圓孔15從距離輸出管6的出口1/4圓周處開始開孔，并且圓孔15均勻開在螺旋管的外側(cè)，與水平線成α＝45°夾角。因為在離心力和重力的作用下，兩種流體的界面不再是水平的而是與水平線有個夾角，而界面的中垂線與管壁的交點是最利于液體流出分離的位置，因此選擇上述開孔角度；從上到下3圈小孔的數(shù)目分別為n1、n2、n3，孔徑分別為d1、d2、d3；考慮到混合液在流經(jīng)螺旋管的帶孔段時，一部分密度較大的流體順著小孔流出，管內(nèi)該流體的流量隨之減小，因此小孔的數(shù)目和孔徑遵循了以下設計準則n1≤n2≤n3，d1≤d2≤d3。
本實施例的調(diào)整段16設置在第一圈所開圓孔15與第二圈所開圓孔15之間間隔的半圈不帶孔的螺旋管段，第二圈螺旋管所開圓孔15與第三圈所開圓孔15之間間隔半圈的螺旋管段，所以螺旋管主體1的螺旋管上部分總共為4圈帶孔段13。上述的螺旋管主體1的螺旋管上不帶孔的螺旋管段為調(diào)整段16。第1段位于第1圈最后一個小孔和第2圈第一個小孔之間，第2段位于第2圈最后一個小孔和第3圈第一個小孔之間，調(diào)整段16長度為1/2圓周。
本實施例的支架2的金屬圓盤9直徑為350mm，三根高度分別為670mm、840mm、1110mm的金屬立柱10末端固定在金屬圓盤9上，每根立柱10的上部安裝固定組件，固定組件將螺旋管主體1的螺旋管與立柱10連接。固定組件由管托12、管扣13、調(diào)節(jié)螺母11和螺栓14組成，其中管托12為一試管夾形式，一端扁平狀，其上開有兩個螺孔，和有一個管托凸起17；管托12的另一端可以是半圓形狀的金屬環(huán)，或者是兩個半圓形狀的金屬環(huán)，在金屬環(huán)上開有螺孔，通過螺釘穿過螺孔用上下兩個調(diào)節(jié)螺母11，將固定組件固定在立柱上部；管扣13為一金屬板，其上開有兩個螺孔，和有一個管扣凸起18，兩個螺孔的位置與管托12上的兩個螺孔相對應，管扣凸起18與管托凸起17；管托12和管扣13之間夾持螺旋管，管托12和管扣13螺孔相對，并用螺栓14鎖緊，這樣支架和螺旋管就組成了一個整體。將其圓盤安裝在容器7的底部，螺旋管出口6伸入收集出口處液體的容器8中，并在出口6位于安置螺旋管的容器7，和收集出口處液體的容器8之間的部位裝上出口閥門；螺旋管進液管5伸出容器7，并且在伸出的部位裝上入口閥門3。待分離的兩種液體分別是自來水和粘度為180mpags，密度為844.6kg/m3的試驗油。水和油的體積比為7∶3，油和水混合后由泵加壓進入螺旋管主體1的進液管5，調(diào)節(jié)進口閥門3使流量為1.57m3/h。油和水的混合液經(jīng)過進液管5、入口閥門3、螺旋管封閉段14后進入螺旋管主體1的螺旋管帶孔段13，在螺旋管帶孔段，管內(nèi)外側(cè)的一部分混合液順著小孔流出進入容器7，這部分混合液主要是水，其余的混合液經(jīng)由出口閥門4、出液管6，流入收集出口處液體的容器8中，這部分混合液主要是油，是我們所需要的部分，測得其含油率為55.6％。
實施例2參照圖3，制作一帶有螺旋管的旋流氣液、液液分離器；下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明本實施例的螺旋管主體1采用不銹鋼管制成螺旋管具有總?cè)?shù)N＝15.5，螺旋管回轉(zhuǎn)半徑R＝150mm，螺旋管的螺距H＝53mm，螺旋管的管內(nèi)徑D1＝22mm，螺旋管的管外徑D2＝26mm；螺旋管主體1的螺旋管上部1-4圈為開孔段，余下部分為封閉段。開孔段的螺旋管第一圈開有4個圓孔15，即n1＝6，d1＝2.5mm；第二圈開有6個圓孔15，即n2＝6，d2＝2.5mm；第三圈開有8個圓孔15，即n3＝8，d3＝3mm；螺旋管主體1帶孔段開孔的位置如圖4E、圖4F、圖4G、圖4H所示。圓孔15從距離輸出管6的出口1/4圓周處開始開孔，并且圓孔15均勻開在螺旋管的外側(cè)，與水平線成α＝45°夾角。螺旋管主體1的螺旋管上還設有兩個調(diào)整段16，調(diào)整段即為不帶孔的螺旋管。第1段位于第1圈最后一個小孔和第2圈第一個小孔之間，第2段位于第2圈最后一個小孔和第3圈第一個小孔之間，調(diào)整段16長度為1/2圓周。
支架2的圓盤直徑為350mm，三根高度分別為670mm、840mm、1110mm的立柱10末端固定在圓盤上，每根立柱的上部安裝固定組件，固定組件將螺旋管主體1的螺旋管與立柱10連接。固定組件由管托12、管扣13、調(diào)節(jié)螺母11和螺栓14組成，其中管托12為一試管夾形式，一端扁平狀，其上開有兩個螺孔，和有一個管托凸起17；管托12的另一端可以是半圓形狀的金屬環(huán)，或者是兩個半圓形狀的金屬環(huán)，在金屬環(huán)上開有螺孔，通過螺釘穿過螺孔用上下兩個調(diào)節(jié)螺母11，將固定組件固定在立柱上部；管扣13為一金屬板，其上開有兩個螺孔，和有一個管扣凸起18，兩個螺孔的位置與管托12上的兩個螺孔相對應，管扣凸起18與管托凸起17；管托12和管扣13之間夾持螺旋管，管托12和管扣13螺孔相對，并用螺栓14鎖緊，這樣支架和螺旋管就組成了一個整體。將其圓盤安裝在容器7的底部，螺旋管出口6伸入收集出口處液體的容器8中，并在出口6位于安置螺旋管的容器7，和收集出口處液體的容器8之間的部位裝上出口閥門；螺旋管進液管5伸出容器7，并且在伸出的部位裝上入口閥門3。待分離的兩種液體分別是自來水和粘度為180mpags，密度為844.6kg/m3的試驗油。水和油的體積比為6∶4，油和水混合后由泵加壓進入螺旋管主體1的進液管5，調(diào)節(jié)進口閥門3使流量為1.08m3/h。油和水的混合液經(jīng)過進液管5、入口閥門3、螺旋管封閉段14后進入螺旋管主體1的帶孔段13，在螺旋管帶孔段，管內(nèi)外側(cè)的一部分混合液順著小孔流出進入容器7，這部分混合液主要是水，其余的混合液經(jīng)由出口閥門4、出液管6，流入收集出口處液體的容器8中，這部分混合液主要是油，是我們所需要的部分，測得其含油率為64.4％。
權(quán)利要求
1.一種旋流氣液、液液分離器，包括容器(7)、進液管(5)、出液管(6)、閥門；其特征在于，還包括螺旋管主體(1)、固定螺旋管主體用的支架(2)；通過所述的支架(2)上的固定組件，將螺旋管主體(1)固定在支架(2)上成為一整體，組裝好的整體裝入所述的容器(7)內(nèi)，將支架(2)的底盤安裝在容器(7)底上；所述的螺旋管主體(1)為立式結(jié)構(gòu)，總?cè)?shù)為N，螺旋管主體(1)的螺旋管上部分有4圈為帶孔段(13)，帶孔段以下為封閉段(14)，帶孔段的每一圈上開有圓孔(15)，所述的圓孔(15)從距離輸出管6的出口1/4圓周處開始開孔，并且圓孔(15)均勻開在螺旋管的外側(cè)，與水平線成α＝45°夾角的位置，相鄰兩圈螺旋管上的圓孔(15)之間間隔半圈的螺旋管上不帶圓孔；不帶孔的螺旋管段為調(diào)整段(16)；螺旋管主體(1)的上面的第一圈末端口連通一輸出管(6)，其輸出管(6)穿出容器(7)，在穿出段上安裝有控制流速的出口閥門(4)；螺旋管主體(1)的下面的最后一圈末端口連通一輸入管(5)，其輸入管(5)穿出容器(7)，在穿出段上安裝有控制流速的入口閥門(4)；螺旋管主體(1)的螺旋管最后一圈末端口連通一輸入管(5)，其輸入管(5)穿出容器(7)，在穿出段上安裝有控制流速的入口閥門(4)。
2.按權(quán)利要求1所述的旋流氣液、液液分離器，其特征在于，所述的支架(2)由三根不同長度的立管(10)末端固定在圓盤(9)上，立管(10)的上部帶有一段螺紋，和在螺紋段設一固定組件組成；其中固定組件包括調(diào)節(jié)螺母(11)、管托(12)、管扣(13)、螺栓(14)；分別支撐螺旋管的上中下部分；管托(12)由上下兩個調(diào)節(jié)螺母(11)固定在上述立管(10)螺紋段上，螺旋管主體上的一螺旋管被夾持在管扣(13)和管托(12)之間，并由螺栓(14)與立管(10)上的螺紋鎖緊。
3.按權(quán)利要求2所述的旋流氣液、液液分離器，其特征在于，所述的固定組件由管托(12)、管扣(13)、調(diào)節(jié)螺母(11)和螺栓(14)組成，其中管托(12)為一試管夾形式，一端扁平狀，其上開有兩個螺孔，和有一個管托凸起(17)；管托(12)的另一端是半圓形狀的金屬環(huán)，或者是兩個半圓形狀的金屬環(huán)，在金屬環(huán)上開有螺孔，通過螺釘穿過螺孔用上下兩個調(diào)節(jié)螺母(11)，將固定組件固定在立柱上部；管扣(13)為一金屬板，其上開有兩個螺孔，和有一個管扣凸起(18)，兩個螺孔的位置與管托(12)上的兩個螺孔相對應，管扣凸起(18)與管托凸起(17)；管托(12)和管扣(13)之間夾持螺旋管，管托(12)和管扣(13)螺孔相對，并用螺栓(14)鎖緊。
4.按權(quán)利要求1所述的旋流氣液、液液分離器，其特征在于，所述的螺旋管主體(1)的螺旋管設計參數(shù)遵循以下關系450≤2πR(N-4)D1≤500,]]>2≤HD2≤2.5;]]>R、D1、D2的取值在如下范圍內(nèi)最合適150mm≤R≤200mm，20mm≤D1≤30mm、25mm≤D2≤35mm。
5.按權(quán)利要求1所述的旋流氣液、液液分離器，其特征在于，所述的調(diào)整段(16)為相鄰兩圈小孔之間的一段不帶孔的螺旋管，所述的調(diào)整段長度為1/2圓周。
全文摘要
本發(fā)明涉及旋流氣液、液液分離器，包括立式結(jié)構(gòu)的螺旋管主體、安裝在底盤上的支架，通過支架上的固定組件，將螺旋管主體固定在支架上成為一整體，組裝好的整體裝入所述的容器內(nèi)；所述的螺旋管主體總?cè)?shù)為N，螺旋管主體的上部分有4圈為帶孔段，帶孔段以下為封閉段，帶孔段的每一圈在圓周上均勻開有圓孔，相鄰兩圈的之間隔一段不帶孔螺旋管為調(diào)整段；螺旋管主體的上面的第一圈末端口連通一輸出管，其輸出管6穿出容器，在穿出段上安裝有閥門；螺旋管主體的下面的最后一圈末端口連通一輸入管，其輸入管穿出容器，在穿出段上安裝有閥門。該分離器體積小和壓力損失小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、分離效率高，特別適合海上平臺等特殊場合下的多相分離。
文檔編號B01D19/00GK1986030SQ200510130720
公開日2007年6月27日 申請日期2005年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月23日
發(fā)明者張軍, 鄭之初, 吳應湘, 龔道童, 郭軍, 周永, 李清平, 唐馳 申請人:中國科學院力學研究所, 中海石油研究中心