一種油水螺旋導(dǎo)流分離裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種油水螺旋導(dǎo)流分離裝置，包括，分離管，用于安裝各導(dǎo)流部件，一端為混合液進入端，另一端為封閉的分離液排出端，在分離液排出端設(shè)置有與分離管軸心線重合的出油管，以及與分離液排出端管壁相切的出水管；螺旋起旋器，安裝在混合液進入端內(nèi)，由對稱起旋的導(dǎo)流片構(gòu)成；分隔裝置，安裝在分離液排出端內(nèi)，包括間隔設(shè)置且與分離管同軸心的多個等高分隔套，分隔套由最內(nèi)層至最外層逐步向分離液排出端的頂端接近。本發(fā)明既可以盡量降低對來液管道中原有流速剖面沿軸向分布的影響，也可以在粘性力作用下產(chǎn)生特定的速度分布，并耦合旋流場，從而進一步提高油水分離的效果，特別是適于含有粘性系數(shù)較高的稠油混合液的油水分離。
【專利說明】
一種油水螺旋導(dǎo)流分離裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及液體力學(xué)領(lǐng)域，特別是涉及一種對高含水原油進行預(yù)脫水的油水螺旋導(dǎo)流分離裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]石油開采行業(yè)中，隨著大多數(shù)油田開發(fā)進入中后期的高含水階段，原油采出液含水率不斷提高。采出液含水不僅造成原油在儲備輸送煉制過程中設(shè)備老化快，增加運行的負荷，加大能耗，而且容易引起沖塔、腐蝕堵塞管道、常減壓蒸餾塔的操作不正常、催化劑遭到毒害等嚴(yán)重后果。因此原油外輸前必須進行脫水或粗分離，要求含水率不超過0.5%。因而原油脫水或粗分離一直受到工程界的重視，也成為油田開發(fā)過程中一個不可缺少的環(huán)
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[0003]—般地，油水分離裝置是油田開采與后處理過程中的一種十分重要的處理裝置和設(shè)備，對外輸原油含水和污水含油將產(chǎn)生直接的影響。國內(nèi)外經(jīng)過多年的探索研究，獲得了多種油水分離技術(shù)，如熱沉降分離法、電化學(xué)法、高頻脈沖法、微波輻射法、生物法等。目前油田常用的是熱沉降分離法與化學(xué)破乳法相結(jié)合的混合工藝。該工藝首先向原油乳狀采出液中添加化學(xué)破乳劑(即加藥流程)，用以降低乳化水滴的界面膜強度和界面張力，防止油水混合物進一步乳化，破壞已經(jīng)形成的原油乳狀液，降低油水混合物的粘度，加速油水分離，且能破壞乳化水滴外圍的界面膜的凝聚作用，使水滴合并，粒徑增大而達到油水分層的目的；然后將添加乳化劑后的混合液體導(dǎo)入到特殊的加熱沉降器中進行熱沉降分離(即鍋爐加熱流程)，其中加熱的目的既降低了油水界面張力，增加了油水兩相對乳化劑的溶解度，使乳狀液膜減弱而利于聚結(jié)，又可以降低原油粘度，增加分子熱運動，有利于液珠聚結(jié)，從而提高脫水效率;然后再利用加熱后油水密度的差異，利用重力作用將乳狀液中的水自然沉降下來，達到油水分離的效果。該傳統(tǒng)工藝可以有效脫除原油中大部分的懸浮水，并且設(shè)備簡單易操作;然而卻存在沉降設(shè)備規(guī)模龐大、沉降過程耗時長、因加熱而導(dǎo)致能源消耗較高且因添加大量化學(xué)藥劑而存在環(huán)保問題。此外，也存在其它新工藝或裝置，如采用三相分離器或水利旋流器進行預(yù)脫水，但脫水效率及其適應(yīng)性仍然不理想；且當(dāng)來液壓力較低時，需補充能量提高壓力才能滿足脫水要求。此外，對于近幾年來出現(xiàn)的導(dǎo)流片旋流技術(shù)，也存在壓損較高的不利因素等；因此，在當(dāng)前能源日趨緊張及國家大力提倡綠色環(huán)保的今天，急需改進該傳統(tǒng)工藝或提出新的(預(yù))脫水裝置或油水分離裝置，以實現(xiàn)節(jié)能減排的要求，特別是針對高含水原油采出液。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是要提供一種對高含水原油進行預(yù)脫水的油水螺旋導(dǎo)流分離裝置。
[0005]特別地，本發(fā)明一個實施方式提供一種油水螺旋導(dǎo)流分離裝置，包括，
[0006]分離管，用于安裝各導(dǎo)流部件，一端為混合液進入端，另一端為封閉的分離液排出端，在所述分離液排出端設(shè)置有與所述分離管軸心線重合的出油管，以及與所述分離液排出端管壁相切的出水管；
[0007]螺旋起旋器，安裝在所述混合液進入端內(nèi)，由對稱起旋的導(dǎo)流片構(gòu)成；
[0008]分隔裝置，安裝在所述分離液排出端內(nèi)，包括間隔設(shè)置且與所述分離管同軸心的多個等高分隔套，所述分隔套由最內(nèi)層至最外層逐步向所述分離液排出端的頂端接近。
[0009]優(yōu)選地，所述螺旋起旋器的導(dǎo)流片至少有兩片，所述導(dǎo)流片在所述分離管內(nèi)沿所述分離管的內(nèi)壁周向均勻布置，所述導(dǎo)流片的整體沿所述分離管的軸向和周向呈螺旋線狀上升，所述導(dǎo)流片的外緣靠近所述分離管的內(nèi)壁，內(nèi)緣在所述分離管的中心軸線處部分軸向距離內(nèi)封閉、而部分形成空心通道。
[0010]優(yōu)選地，所述螺旋起旋器的兩端為平面形狀。
[0011]優(yōu)選地，在所述螺旋起旋器的端部，所述導(dǎo)流片構(gòu)成空心通道的內(nèi)緣形成一個切口，所述切口在軸向上的剖面形狀為圓錐型、圓臺型或圓柱形。
[0012]優(yōu)選地，所述切口沿軸向的總長小于所述導(dǎo)流片沿軸向的長度。
[0013]優(yōu)選地，所述分隔裝置至少包括兩個分隔套，且最內(nèi)層的所述分隔套的直徑等于或大于出油管的直徑。
[0014]優(yōu)選地，所述分隔裝置最外層的分隔套的頂端與所述分離液排出端密封連接。
[0015]優(yōu)選地，所述分隔套的外表面設(shè)置有提高表面粗糙度的摩擦層。
[0016]優(yōu)選地，所述摩擦層為與所述分離器內(nèi)部液體旋流方向相同的螺旋紋。
[0017]優(yōu)選地，所述摩擦層為與凹向所述分隔套內(nèi)表面的矩形或三角形凹槽。
[0018]本發(fā)明的螺旋起旋器既可以盡量降低對來液管道中原有流速剖面沿軸向分布的影響，也可以在粘性力作用下產(chǎn)生特定的速度分布，并耦合旋流場，從而進一步提高油水分離的效果，特別是適于含有粘性系數(shù)較高的稠油混合液的油水分離。
[0019]本發(fā)明可以將油水分離完全在管道內(nèi)完成，能夠針對稠油或輕油的油水分離要求改動旋流器內(nèi)部結(jié)構(gòu)組合而實現(xiàn)靈活應(yīng)用，整體結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，布置靈活，體積小，占地少，有效降低建設(shè)和生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明一個實施方式的油水螺旋導(dǎo)流分離裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021 ]圖2是本發(fā)明一個實施方式中的螺旋起旋器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3是本發(fā)明另一個實施方式的螺旋起旋器結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0023]如圖1所示，本發(fā)明一個實施例的油水螺旋導(dǎo)流分離裝置100—般性地包括分離管
1、螺旋起旋器20和分隔裝置30。
[0024]該分離管10為空心管，以安裝各導(dǎo)流部件，其一端為混合液進入端11，另一端為封閉的分離液排出端12，在分離液排出端12設(shè)置有與分離管1軸心線重合且與分離管10內(nèi)部相通的出油管13，在分離液排出端12外管壁上設(shè)置有與外管壁相切的出水管14。
[0025]該螺旋起旋器20安裝在分離管10的混合液進入端11內(nèi)，由對稱起旋的導(dǎo)流片21構(gòu)成。
[0026]該分隔裝置30安裝在分離管10的分離液排出端12內(nèi)，包括間隔設(shè)置且與分離管10同軸心的多個等高分隔套31，分隔套31由最內(nèi)層至最外層逐步向分離液排出端12的頂部接近。
[0027]在本實施方式中，帶有螺旋起旋器20的分離管10—端與油水混合液的進入端連接，油水混合液進入螺旋起旋器20后，在導(dǎo)流片21的傾角和傾斜結(jié)構(gòu)引導(dǎo)下產(chǎn)生螺旋流動，在慣性離心力和粘性力耦合作用下，在分離管10的內(nèi)部形成兩個旋流，水的比重大，因此形成貼緊分離管10內(nèi)壁的外旋流，而油的比重小，因此被聚在分離管10的軸心線處，形成內(nèi)旋流。通過分隔裝置30可以將尚未完全進入出油管13而沿分隔套31外側(cè)溢出的外部油層，在浮力和粘性剪切力共同作用下沿著每一間隔設(shè)置的分隔套31外壁進入分隔套31內(nèi)，在出油管13旋流作用下發(fā)生匯聚，從而更好地提高了油水分離效率。位于分離管10內(nèi)壁處的分離后的水可由出水管14直接排出。
[0028]為了保持旋流的穩(wěn)定性，分離管10—般采用垂直放置，根據(jù)現(xiàn)場具體環(huán)境和油水分離要求，設(shè)計合適的分離管10、出油管13和出水管14的管徑的尺寸，螺旋起旋器20中的導(dǎo)流片21尺寸及片數(shù)，和分隔裝置30中的分隔套31尺寸和層數(shù)。將分離管10帶螺旋起旋器20的一端安裝在其它處理設(shè)備的油水混合出口端或采收混合液入口端。分離后的水通過分支管路直接進入污水處理廠或者作為回注水使用，而含油率顯著增加的、由頂部出油管13內(nèi)流出的油則仍然通過原先管道進入其它處理設(shè)施中，或按照傳統(tǒng)或其它油水工藝流程進行深度處理。
[0029]如圖2、3所示，在本發(fā)明的一個實施方式中，該螺旋起旋器20的導(dǎo)流片21至少有兩片，各導(dǎo)流片21在分離管10內(nèi)沿分離管10的內(nèi)壁周向均勻布置，導(dǎo)流片21的整體沿分離管10的軸向和周向呈螺旋線狀上升，導(dǎo)流片21的外緣靠近或貼在分離管10的內(nèi)壁上，內(nèi)緣在分離管21的中心軸線處間隔地部分形成軸向封閉通道，部分形成空心通道。螺旋型布置的導(dǎo)流片21引導(dǎo)流體沿螺旋型表面進入螺旋起旋器20，從而產(chǎn)生旋流，借助油水密度差及旋流產(chǎn)生的慣性離心力實現(xiàn)油水分離。導(dǎo)流片21與分離管10軸心線的夾角，影響油水混合液的旋流速度，傾角越大旋流速度越快，傾角越小旋流速度越慢。由于導(dǎo)流片21的外緣靠近或接觸分離管10的內(nèi)壁，因此，油水混合液在螺旋起旋器20的中心形成旋流，并在離開螺旋起旋器20后形成內(nèi)外兩層區(qū)別明顯的油水旋流。
[0030]在本發(fā)明的另一個實施方式中，該螺旋起旋器20的兩端為平面形狀。采用平面結(jié)構(gòu)可以減小來液入口管道中原有速度場沿徑向分布的影響，同時提高起旋后油水旋流的分離效果。
[0031]如圖2、3所示，在本發(fā)明的一個實施方式中，該螺旋起旋器20的端部，各導(dǎo)流片21構(gòu)成空心通道的內(nèi)緣形成一個切口 22，該切口 22在軸向上的剖面形狀可以為圓錐型、圓臺型或圓柱形。切口 22形狀由導(dǎo)流片21的內(nèi)緣螺旋形狀形成，切口 22既可以盡量降低對來液管道中原有流速剖面沿軸向分布的影響，也可以在粘性力作用下產(chǎn)生特定的速度分布，并耦合旋流場，從而進一步提高油水分離的效果，特別是適于含有粘性系數(shù)較高的稠油混合液的油水分離。
[0032]在本發(fā)明的一個實施方式中，該切口22沿軸向的總長小于導(dǎo)流片21沿軸向的長度。
[0033]在本發(fā)明的另一個實施方式中，該分隔裝置30中至少包括兩個分隔套31，且最內(nèi)層的分隔套31的直徑等于或大于出油管13的直徑。在本實施方式中，最內(nèi)層的分隔套31可以是由出油管13延長而形成。分隔套31利用管壁及附近低流速區(qū)域，將未完全進入內(nèi)層分隔套31而溢出的外側(cè)原油粘附在內(nèi)層分隔套31的外側(cè)壁面上，再利用原油浮力與管壁外側(cè)高速水流產(chǎn)生的粘性剪切力，推動著管壁及附近原油上升進入外層分隔套31內(nèi)，直至匯聚于分離管10的頂部，再利用最內(nèi)層分隔套31內(nèi)仍然存在的旋流離心作用，將頂部匯聚的原油輸送至出油管13處而排出。
[0034]在本發(fā)明的一個實施方式中，該分隔裝置30最外層的分隔套31的頂端可以與分離液排出端12間隔一定距離，此時，可以通過設(shè)置在分隔套31頂端的支撐桿與分離液排出端12固定。此外，最外層的分隔套31也可以與分離液排出端直接密封連接。采用上述結(jié)構(gòu)可以使內(nèi)層的各分隔套31匯聚的油方便由頂部的出油管13排出，而且避免中心處較稠的油與分離管1內(nèi)壁處含水量較多的油混淆。
[0035]在本發(fā)明的一個實施方式中，為了提高原油粘附于分隔套31外壁的能力，該分隔套31的外表面可以設(shè)置摩擦層。摩擦層可以是任意增大外壁表面粗糙度的結(jié)構(gòu)。如螺紋、凸起、凹坑等
[0036]在本發(fā)明的另一個實施方式中，具體的摩擦層可以為與分離器10內(nèi)部液體旋流方向相同的螺旋紋。還可以是凹向分隔套31內(nèi)表面的矩形或三角形凹槽。
[0037]至此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到，雖然本文已詳盡示出和描述了本發(fā)明的多個示例性實施例，但是，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，仍可根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容直接確定或推導(dǎo)出符合本發(fā)明原理的許多其他變型或修改。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)被理解和認(rèn)定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。
【主權(quán)項】
1.一種油水螺旋導(dǎo)流分離裝置，其特征在于，包括， 分離管，用于安裝各導(dǎo)流部件，一端為混合液進入端，另一端為封閉的分離液排出端，在所述分離液排出端設(shè)置有與所述分離管軸心線重合的出油管，以及與所述分離液排出端管壁相切的出水管； 螺旋起旋器，安裝在所述混合液進入端內(nèi)，由對稱起旋的導(dǎo)流片構(gòu)成； 分隔裝置，安裝在所述分離液排出端內(nèi)，包括間隔設(shè)置且與所述分離管同軸心的多個等高分隔套，所述分隔套由最內(nèi)層至最外層逐步向所述分離液排出端的頂端接近。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油水螺旋導(dǎo)流分離裝置，其特征在于， 所述螺旋起旋器的導(dǎo)流片至少有兩片，所述導(dǎo)流片在所述分離管內(nèi)沿所述分離管的內(nèi)壁周向均勻布置，所述導(dǎo)流片的整體沿所述分離管的軸向和周向呈螺旋線狀上升，所述導(dǎo)流片的外緣靠近所述分尚管的內(nèi)壁，內(nèi)緣在所述分尚管的中心軸線處部分軸向距尚內(nèi)封閉、而部分形成空心通道。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的油水螺旋導(dǎo)流分離裝置，其特征在于， 所述螺旋起旋器的兩端為平面形狀。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的油水螺旋導(dǎo)流分離裝置，其特征在于， 在所述螺旋起旋器的端部，所述導(dǎo)流片構(gòu)成空心通道的內(nèi)緣形成一個切口，所述切口在軸向上的剖面形狀為圓錐型、圓臺型或圓柱形。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的油水螺旋導(dǎo)流分離裝置，其特征在于， 所述切口沿軸向的總長小于所述導(dǎo)流片沿軸向的長度。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的油水螺旋導(dǎo)流分離裝置，其特征在于， 所述分隔裝置至少包括兩個分隔套，且最內(nèi)層的所述分隔套的直徑等于或大于出油管的直徑。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的油水螺旋導(dǎo)流分離裝置，其特征在于， 所述分隔裝置最外層的分隔套的頂端臨近所述分離液排出端，或與所述分離液排出端密封連接。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的油水螺旋導(dǎo)流分離裝置，其特征在于， 所述分隔套的外表面設(shè)置有提高表面粗糙度的摩擦層。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的油水螺旋導(dǎo)流分離裝置，其特征在于， 所述摩擦層為與所述分離器內(nèi)部液體旋流方向相同的螺旋紋。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的油水螺旋導(dǎo)流分離裝置，其特征在于， 所述摩擦層為與凹向所述分隔套內(nèi)表面的矩形或三角形凹槽。
【文檔編號】B01D17/038GK105999770SQ201610595030
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月26日
【發(fā)明人】林黎明, 鐘興福, 史仕熒, 張軍, 吳應(yīng)湘
【申請人】中國科學(xué)院力學(xué)研究所