本發(fā)明涉及一種兩級(jí)管道式氣液旋流分離器，是一種用于天然氣管道中凝析液分離的在線式分離器，屬于油氣集輸系統(tǒng)多相分離技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著氣田的不斷開發(fā)，采出氣中會(huì)攜帶一定量的凝析液與液態(tài)水。天然氣中水分的存在會(huì)給集輸系統(tǒng)帶來損害：在含酸性氣體的天然氣集輸過程中，由于水的存在易形成酸，腐蝕管路和設(shè)備；在高壓低溫的集輸條件下，管道中易形成水合物，堵塞閥門、管道和設(shè)備；天然氣中液體的存在也會(huì)降低管道的輸送能力，造成不必要的動(dòng)力消耗。因此，在天然氣進(jìn)入集輸管道系統(tǒng)前必須去除其中的液態(tài)組分。

目前，離心式分離器具有分離效率高，設(shè)備體積小，氣液停留時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，成為廣泛采用的一種分離方式。中國發(fā)明專利cn104474795a公開的一種新型管道氣液分離器，分別將離心分離部件和機(jī)械捕集部件置于管道式分離器中，實(shí)現(xiàn)天然氣管道中液體的捕集，結(jié)構(gòu)緊湊，可直接與管道連接。但是為了延長流體的運(yùn)動(dòng)路徑，增加液滴捕集，在分離器后面設(shè)置前傾的弓形板，造成分離器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定。且弓形板上開有長條槽，增加了管道中天然氣的壓降損失。中國發(fā)明專利cn102641790a公開的一種多級(jí)超音速旋流分離器，根據(jù)拉瓦爾噴管原理，通過節(jié)流降溫使來流中液滴增長或使沸點(diǎn)高的氣體凝結(jié)成液滴，并進(jìn)行離心分離，主要應(yīng)用于天然氣的深度脫水。但是這種結(jié)構(gòu)高速來流對(duì)葉片有較大的沖擊作用，并且對(duì)葉片的腐蝕作用明顯，且在來流中含液較多的情況下低溫容易形成水合物，造成冰堵，使分離器失效。

基于以上裝置的不足，有必要發(fā)明一種兩級(jí)管道式氣液旋流分離器，該分離器結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小，能夠?qū)崿F(xiàn)在線安裝；且具有更高的分離效率，對(duì)來流中的微小液滴分離效果顯著；分離器內(nèi)部流場(chǎng)穩(wěn)定，能量損失小。在實(shí)現(xiàn)氣液高效分離的同時(shí)，性能穩(wěn)定，使用壽命長。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種分離效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡單的兩級(jí)管道式氣液旋流分離器。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種兩級(jí)管道式氣液旋流分離器，其特征在于該分離器包括一級(jí)分離模塊ⅰ、二級(jí)分離模塊ⅱ和位于兩級(jí)分離模塊之間的環(huán)形板，其中，一級(jí)分離模塊ⅰ包括水平設(shè)置的一級(jí)分離管，一級(jí)分離管前后兩端分別設(shè)有軸向入口與前法蘭，一級(jí)分離管內(nèi)部設(shè)有一級(jí)導(dǎo)葉、一級(jí)導(dǎo)流體與套筒；一級(jí)導(dǎo)葉葉片為螺旋形，其外緣與內(nèi)緣分別與一級(jí)分離管內(nèi)壁和一級(jí)導(dǎo)流體外側(cè)面相連接；套筒與一級(jí)導(dǎo)葉的后緣相連；所述的一級(jí)分離管、一級(jí)導(dǎo)流體與套筒同軸，一級(jí)導(dǎo)流體后段在套筒內(nèi)水平延伸并與套筒形成環(huán)形空腔；一級(jí)分離管底部位于套筒之后的位置設(shè)有前排液管；

所述二級(jí)分離模塊ⅱ包括水平設(shè)置的二級(jí)分離管，二級(jí)分離管前后兩端分別設(shè)有后法蘭與軸向出口，二級(jí)分離管內(nèi)部含有內(nèi)筒、二級(jí)導(dǎo)葉、二級(jí)導(dǎo)流體、出口漸擴(kuò)段、整流裝置；所述環(huán)形板位于前法蘭與后法蘭之間，并通過螺栓使前法蘭、環(huán)形板和后法蘭依次連接，從而實(shí)現(xiàn)一級(jí)分離模塊ⅰ、二級(jí)分離模塊ⅱ和環(huán)形板的相互連接；

所述內(nèi)筒與二級(jí)分離管同軸，內(nèi)筒固定于環(huán)形板內(nèi)環(huán)開口中，且環(huán)形板與內(nèi)筒相接觸的位置位于內(nèi)筒外側(cè)面的前部，從而在一級(jí)分離模塊ⅰ、二級(jí)分離模塊ⅱ、環(huán)形板相互連接之后，使得內(nèi)筒的前段位于一級(jí)分離管內(nèi)、內(nèi)筒的后端位于二級(jí)分離管中；內(nèi)筒壁面開有若干螺旋形條形槽；出口漸擴(kuò)段位于與內(nèi)筒后方并與內(nèi)筒相鄰，出口漸擴(kuò)段前段為直徑小于內(nèi)筒直徑的直管段，直管段與內(nèi)筒末端形成環(huán)形開口，出口漸擴(kuò)段后段為漸擴(kuò)段，漸擴(kuò)段末端帶有凸臺(tái)，該出口漸擴(kuò)段通過凸臺(tái)與二級(jí)分離管內(nèi)壁連接；二級(jí)導(dǎo)葉葉片為螺旋形并且位于內(nèi)筒內(nèi)部前端，其外緣和內(nèi)緣分別與內(nèi)筒內(nèi)壁和二級(jí)導(dǎo)流體外側(cè)面相連接；二級(jí)導(dǎo)葉葉片旋向與一級(jí)導(dǎo)葉葉片旋向相同，繼續(xù)為經(jīng)過一級(jí)分離模塊ⅰ的來流増旋；所述的二級(jí)分離管、二級(jí)導(dǎo)流體、內(nèi)筒、出口漸括段同軸；二級(jí)分離管底部位于出口漸擴(kuò)段末端凸臺(tái)之前的位置設(shè)有后排液管；整流裝置設(shè)于軸向出口處，對(duì)分離出來的氣體進(jìn)行整流。

所述的一種兩級(jí)管道式氣液旋流分離器，其特征在于所述一級(jí)導(dǎo)流體前后兩端都是流線型結(jié)構(gòu)，所述一級(jí)導(dǎo)流體直徑與所述軸向入口直徑比值為0.4～0.6。

所述的一種兩級(jí)管道式氣液旋流分離器，其特征在于所述套筒與所述一級(jí)導(dǎo)葉尾部焊接連接，焊接點(diǎn)位于葉片徑向1/2高度處，所述套筒長度與所述一級(jí)導(dǎo)葉后的一級(jí)導(dǎo)流體延伸長度相同，形成環(huán)形空腔；所述套筒長度與所述一級(jí)導(dǎo)流體直徑比值為2～4。

所述的一種兩級(jí)管道式氣液旋流分離器，其特征在于所述套筒末端至所述前法蘭的間距與所述套筒長度的比值為0.4～0.6。

所述的一種兩級(jí)管道式氣液旋流分離器，其特征在于所述二級(jí)導(dǎo)流體前后兩端均為流線型結(jié)構(gòu)，所述二級(jí)導(dǎo)流體直徑與所述內(nèi)筒直徑比值為0.4～0.6。

所述的一種兩級(jí)管道式氣液旋流分離器，其特征在于所述內(nèi)筒前端通過所述環(huán)形板內(nèi)環(huán)開孔固定連接，后端開有條螺旋形條形槽，所述條形槽與所述二級(jí)導(dǎo)葉旋向相同，且與軸向夾角角度在30°～60°之間；所述內(nèi)筒直徑與所述套筒直徑相等。

所述的一種兩級(jí)管道式氣液旋流分離器，其特征在于所述出口漸擴(kuò)段直管段直徑小于所述內(nèi)筒直徑，且直管段前端面與所述內(nèi)筒后端面位于同一個(gè)平面。

所述的一種兩級(jí)管道式氣液旋流分離器，其特征在于所述整流裝置為直板相互交叉組成，形成的網(wǎng)格柵板呈圓柱形，置于所述出口漸擴(kuò)段后的軸向出口內(nèi)。

本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是：一種兩級(jí)管道式氣液兩級(jí)旋流分離器，其整體呈軸向結(jié)構(gòu)，采用兩級(jí)分離的方式，對(duì)氣液來流進(jìn)行分離，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的分離效率；一級(jí)分離模塊與二級(jí)分離模塊通過分離器中間的前后法蘭連接，且分離器前后兩端配有標(biāo)準(zhǔn)法蘭，能夠與管道方便快捷地進(jìn)行安裝、拆卸；套筒焊接在一級(jí)導(dǎo)葉葉片尾部，與一級(jí)分離管內(nèi)壁形成外腔，與內(nèi)部延伸的導(dǎo)流體形成內(nèi)腔。由于套筒的存在，液滴受離心力徑向運(yùn)動(dòng)距離減少為原來的一半，分別在一級(jí)分離管內(nèi)壁和套筒內(nèi)壁碰撞聚結(jié)形成液膜。其中，套筒內(nèi)壁形成的液膜，在氣體作用下繼續(xù)向后運(yùn)動(dòng)，在套筒末端破碎形成更大的液滴，并在離心力作用下得到分離，提高了氣液來流中液體的分離效率；二級(jí)導(dǎo)葉安裝在內(nèi)筒內(nèi)部，葉片為螺旋形且旋向與一級(jí)導(dǎo)葉相同，繼續(xù)為經(jīng)過一級(jí)分離模塊的氣液來流増旋，使氣體能夠在內(nèi)筒中高速旋轉(zhuǎn)，為氣體中的液滴提供離心力；內(nèi)筒后部開有若干螺旋形條形槽，螺旋方向內(nèi)筒內(nèi)部氣液旋流方向相同，這樣能夠及時(shí)處理分離出的液體，并減小液滴破碎和反彈的幾率，提高分離效率；內(nèi)筒尾部與出口漸擴(kuò)段前部直線管段構(gòu)成一個(gè)環(huán)形出口，為沒有經(jīng)過條形槽逸出的液滴提供通道；出口漸擴(kuò)段前段為直管段，末端帶有凸臺(tái)，既能夠?qū)⒍?jí)分離管中的氣液分離部分與出氣部分隔開，又能夠起到固定支撐的作用。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為一級(jí)分離模塊中一級(jí)導(dǎo)葉與套筒結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為二級(jí)分離模塊中內(nèi)筒與二級(jí)導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為整流器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：ⅰ-一級(jí)分離模塊、ⅱ-二級(jí)分離模塊；1-一級(jí)分離管、2-二級(jí)分離管、3-軸向入口、4-一級(jí)導(dǎo)葉、5-一級(jí)導(dǎo)流體、6-套筒、7-前法蘭、8-后法蘭、9-二級(jí)導(dǎo)葉、10-二級(jí)導(dǎo)流體、11-環(huán)形板、12-內(nèi)筒、13-條形槽、14-出口漸擴(kuò)段、15-整流裝置、16-軸向出口、17-前排液管、18-后排液管。

具體實(shí)施方式

參見附圖1，一種兩級(jí)管道式氣液旋流分離器，該分離器主要由一級(jí)分離模塊ⅰ和二級(jí)分離模塊ⅱ兩部分組成，兩級(jí)分離模塊通過分離器中間的前法蘭7和后法蘭8進(jìn)行連接；其中，一級(jí)分離模塊ⅰ主要由軸向入口3、一級(jí)導(dǎo)葉4、導(dǎo)流體5、套筒6、前排液管17組成；一級(jí)導(dǎo)葉4葉片為螺旋形，外緣與內(nèi)緣分別與一級(jí)分離管(1)內(nèi)壁和一級(jí)導(dǎo)流體5外側(cè)面連接；套筒6與一級(jí)導(dǎo)葉4相鄰，并與葉片尾部連接；一級(jí)導(dǎo)流體5與套筒6同軸，在套筒6內(nèi)水平延伸并與套筒6形成環(huán)形空腔。一級(jí)分離管1底部位于套筒6之后的位置設(shè)有前排液管17；二級(jí)分離模塊ⅱ主要由環(huán)形板11、內(nèi)筒12、二級(jí)導(dǎo)葉9、二級(jí)導(dǎo)流體10、出口漸擴(kuò)段14、整流裝置15、后排液管18和軸向出口16組成；環(huán)形板11位于前法蘭7與后法蘭8之間，并通過螺栓進(jìn)行連接；內(nèi)筒12與二級(jí)分離管2同軸，通過環(huán)形板11內(nèi)環(huán)開口固定于二級(jí)分離管2中，壁面開有若干螺旋條形槽13；出口漸擴(kuò)段14與內(nèi)筒12相鄰，前段為直徑小于內(nèi)筒12直徑的直管段，與內(nèi)筒12末端形成環(huán)形開口，出口漸擴(kuò)段14末端帶有凸臺(tái)，通過凸臺(tái)與二級(jí)分離管2內(nèi)壁連接；二級(jí)導(dǎo)葉9位于內(nèi)筒12內(nèi)部前端，葉片外緣與內(nèi)緣分別與內(nèi)筒12內(nèi)壁和二級(jí)導(dǎo)流體10外側(cè)面連接；二級(jí)分離管2底部位于出口漸擴(kuò)段14末端凸臺(tái)前的位置設(shè)有后排液管18；整流裝置15設(shè)于軸向出口16處，對(duì)分離出來的氣體進(jìn)行整流。

如附圖2所示，一級(jí)導(dǎo)葉4后連接套筒6結(jié)構(gòu)為一級(jí)分離模塊ⅰ的主要設(shè)計(jì)。套筒6與一級(jí)導(dǎo)葉4尾部焊接連接，焊接點(diǎn)位于葉片徑向1/2高度處，一級(jí)導(dǎo)葉4后的導(dǎo)流體5延伸長度與套筒6長度相等。套筒6分別與一級(jí)分離管1內(nèi)壁形成環(huán)形外腔，與導(dǎo)流體5形成環(huán)形內(nèi)腔。氣液混合物來流經(jīng)過一級(jí)導(dǎo)葉4后分別在所形成的外腔、內(nèi)腔中旋轉(zhuǎn)分離，減少了液滴分離過程中的徑向運(yùn)動(dòng)距離，提高了分離效率。

如附圖3所示，二級(jí)導(dǎo)葉9設(shè)在內(nèi)筒12內(nèi)部，葉片外緣與內(nèi)筒12內(nèi)壁連接，內(nèi)緣與二級(jí)導(dǎo)流體10外側(cè)面連接。二級(jí)導(dǎo)葉9葉片旋向與一級(jí)導(dǎo)葉4葉片旋向相同，繼續(xù)為經(jīng)過一級(jí)分離模塊ⅰ的來流増旋。二級(jí)導(dǎo)葉9后的內(nèi)筒12壁上開有與二級(jí)導(dǎo)葉9旋向相同的條形槽13，與軸向夾角在30°～60°之間，在離心力作用下，液滴從氣體中分離出來，并甩向內(nèi)筒12內(nèi)壁，這些條形槽13就為液滴的逸出提供了通道。另外，內(nèi)筒12的尾部和出口漸擴(kuò)段14直管段形成環(huán)形通道，未經(jīng)條形槽13處逸出的液體由此進(jìn)入二級(jí)分離管2，并通過后排液管18排出。

如附圖4所示，整流裝置15為直板交叉形成的網(wǎng)格柵板，平板間相互正交形成長方體通道。經(jīng)過兩級(jí)分離模塊后的氣體旋轉(zhuǎn)前進(jìn)到達(dá)軸向出口16，經(jīng)過直方形的網(wǎng)格柵板整流變?yōu)檩S向流動(dòng)。

本發(fā)明工作過程闡述如下：

氣液混合流體從軸向入口3進(jìn)入分離器后，在一級(jí)導(dǎo)葉4的作用下起旋。套筒6焊接在一級(jí)導(dǎo)葉4葉片尾部，與導(dǎo)流體5和一級(jí)分離管1形成環(huán)形內(nèi)腔、外腔。經(jīng)過一級(jí)導(dǎo)葉4后，流體中的液滴在離心力的作用下徑向移動(dòng)，分別在套筒6內(nèi)壁和一級(jí)分離管1內(nèi)壁碰撞聚結(jié)形成液膜。其中套筒6內(nèi)壁形成的液膜，在氣體作用下繼續(xù)向后移動(dòng)，在套筒6尾部液膜破碎形成更大的液滴，在離心力的作用下運(yùn)動(dòng)到一級(jí)分離管1內(nèi)壁。套筒6的設(shè)置減少了氣體中離散相液滴的運(yùn)動(dòng)距離，并提高了氣體中小液滴分離效率，氣液混合物經(jīng)過一級(jí)分離模塊ⅰ能夠分離出大部分的液相。在二級(jí)分離模塊ⅱ內(nèi)，來流經(jīng)過二級(jí)導(dǎo)葉9繼續(xù)増旋，提高氣液分離的離心力，氣流在內(nèi)筒12中高速旋轉(zhuǎn)，密度較大的液相從氣體中分離出來，甩向內(nèi)筒12內(nèi)壁，一部分液滴通過內(nèi)筒12上的條形槽13逸出，到達(dá)二級(jí)分離管2內(nèi)壁，剩余未逸出的液滴沿內(nèi)筒12內(nèi)壁向前運(yùn)動(dòng)，從尾部的環(huán)形出口排出，兩部分液體最終都由二級(jí)分離管2下端的后排液管18排出；密度較小的氣體在內(nèi)筒12中一直向前旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，進(jìn)入出口漸擴(kuò)段14，到達(dá)軸向出口16。軸向出口16設(shè)有整流裝置15對(duì)氣體進(jìn)行整流。在氣體排出的過程中，氣體由旋轉(zhuǎn)流動(dòng)轉(zhuǎn)為軸向流動(dòng)，并恢復(fù)部分壓能。