一種新型脫油除砂旋流分離裝置的制造方法
【專利摘要】一種新型脫油除砂旋流分離裝置。主要目的在于提供一種可實(shí)現(xiàn)固?液?液三相介質(zhì)兩次分離的高效旋流分離裝置。其特征在于:在沉砂外殼內(nèi)置有上封板、雙切向入口盤、入口定位腔、一級柱形緩沖段、變徑排油通管、一級錐形分離段、分砂管、二級螺旋式入口槽、二級柱形緩沖段、二級錐形分離段、二級變徑增壓管以及導(dǎo)砂基座;變徑排油通管上楔入方向根據(jù)切向入口方向確定,變徑排油通管上端內(nèi)徑大于下端內(nèi)徑,內(nèi)部設(shè)有增壓內(nèi)管;上封板與雙切向入口盤通過螺栓固定在入口定位腔內(nèi);一級柱形緩沖段與入口定位腔連接,下方與一級錐形分離段與分砂管相連接,共同構(gòu)成一級分離段,分砂管與二級油水分離段相連接,沉砂外殼與二級油水分離段共同形成沉砂腔。
【專利說明】
一種新型脫油除砂旋流分離裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于石油、化工、環(huán)保等領(lǐng)域中的用于三相介質(zhì)分離的旋流分 離裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在旋流器研究發(fā)展過程中,為適應(yīng)不同需求、不同場合的應(yīng)用,從傳統(tǒng)的經(jīng)典水力 旋流器單體產(chǎn)生了各式的變化,已由主要進(jìn)行固-液分離而擴(kuò)展到兩種不互溶液體介質(zhì)的 液-液分離以及氣-液分離、氣-液-固三相分離等。傳統(tǒng)的水力水力旋流器常規(guī)結(jié)構(gòu)通常是 由切向入口、大錐段、小錐段、底流口及溢流口組成?;旌弦簭那邢蛉肟谶M(jìn)入旋流腔,經(jīng)過兩 個(gè)錐段進(jìn)一步對流體介質(zhì)加速,旋流的液體根據(jù)密度不同得到分離,輕質(zhì)相從溢流口流出, 重質(zhì)相從底流口排出。這類的旋流器通常只能實(shí)現(xiàn)兩相介質(zhì)的分離,并不適用于三相介質(zhì) 的分離,且分離效率較低。也有適用于三相介質(zhì)分離的旋流器,如錐形旋流腔旋流器,上部 的筒錐連體同軸度錐體、中部的分級錐體和下部的分離錐體相互貫通后依序連接組成一個(gè) 整體,其中上部的筒錐連體同軸度錐體與中部的分級錐體通過連接法蘭連接,中部的分級 錐體與下部的分離錐體通過連接卡箍連接,分離錐體底部通過連接卡箍接有沙嘴;在筒錐 連體同軸度錐體筒體部分的側(cè)部開有進(jìn)漿口,進(jìn)漿口與礦漿管道通過進(jìn)漿管連接法蘭連 接,筒錐連體同軸度筒體部分的頂部通過壓蓋連接有一根外溢流管。該旋流體雖然能實(shí)現(xiàn) 三相分離,但其處理工藝較為復(fù)雜,并且僅通過錐形旋流腔形成螺旋流體,分離效果較差。 除此之外,為實(shí)現(xiàn)多相介質(zhì)分離,還可以通過數(shù)個(gè)旋流器串聯(lián)或并聯(lián)來實(shí)現(xiàn),但此類設(shè)備體 積較大,安裝不方便,使用不夠靈活,分離效率也不能達(dá)到理想狀態(tài)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 為了解決【背景技術(shù)】中所提到的技術(shù)問題,本發(fā)明提供一種新型脫油除砂旋流分離 裝置,該種分離裝置處理工藝簡單、運(yùn)轉(zhuǎn)連續(xù),使用靈活方便,設(shè)備體積小、安裝方便、運(yùn)行 費(fèi)用低,分離效率高,并可用于兩相或三相混合介質(zhì)的分離,雙級旋流分離效果更佳。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是:該種新型脫油除砂旋流分離裝置,具有沉砂外殼、介質(zhì)總?cè)?口、油相出口、砂相出口以及水相出口,其特征在于: 在所述沉砂外殼內(nèi)從上到下分別置有上封板、雙切向入口盤、入口定位腔、一級柱形緩 沖段、變徑排油通管、一級錐形分離段、分砂管、二級螺旋式入口槽、二級柱形緩沖段、二級 錐形分離段、二級變徑增壓管以及導(dǎo)砂基座; 其中變徑排油通管上具有楔形分油口、卡位螺紋及定心螺紋,所述楔形分油口的楔入 方向根據(jù)切向入口方向確定,以使得該楔入方向與內(nèi)旋流方向一致,所述變徑排油通管上 端內(nèi)徑較大下端內(nèi)徑較小,內(nèi)部設(shè)有一增壓內(nèi)管,所述卡位螺紋的作用在于與上封板連接 以此實(shí)現(xiàn)對變徑排油通管的定位;上封板與變徑排油通管通過封板定位螺紋與卡位螺紋進(jìn) 行緊固連接,同時(shí)上封板與雙切向入口盤通過螺栓共同固定在入口定位腔內(nèi); 一級柱形緩沖段與入口定位腔螺栓連接,一級柱形緩沖段的下方依次與一級錐形分離 段與分砂管相連接,共同構(gòu)成一級分離段;其中,分砂管具有楔形分砂口,以此進(jìn)行砂相分 離,所述分砂口的楔入方向與旋流腔內(nèi)處理液外旋流的旋轉(zhuǎn)方向相同;所述分砂管與二級 油水分離段相連接,其中,二級分離螺旋式入口槽通過變徑排油管底端的定心螺紋實(shí)現(xiàn)定 位連接,并共同置于裝置整體的軸心位置;二級油水分離段中的密封螺紋被用來固定導(dǎo)砂 基座以同時(shí)保證裝置底部的密封性; 所述沉砂外殼與二級油水分離段共同形成沉砂腔。
[0005] 本發(fā)明具有如下有益效果:該種分離裝置是在傳統(tǒng)的兩相介質(zhì)一級分離的旋流器 的基礎(chǔ)上做出的突破性改進(jìn)。相比傳統(tǒng)旋流器只能實(shí)現(xiàn)兩相介質(zhì)的分離,該設(shè)計(jì)的新型脫 油除砂旋流分離裝置可以通過兩級分離依次實(shí)現(xiàn)固液分離和高精度液液分離。以油水砂混 合液為例,該新型旋流器是從切向入口進(jìn)液,混合液在旋流腔內(nèi)大錐段形成旋流狀態(tài),密度 較大的砂貼近腔壁向下運(yùn)移,通過尾管段壁面上設(shè)計(jì)的出砂孔進(jìn)入沉砂腔內(nèi),在引流錐面 的作用下,由底端出砂口排出。同時(shí),一級旋流腔室內(nèi)的輕質(zhì)相油處于旋流液體的中心,通 過溢流管壁上的出液孔進(jìn)入溢流管排出。經(jīng)過一級分離后,剩余大量的水、部分油以及極少 量的砂繼續(xù)向下運(yùn)移,經(jīng)過螺旋流道加速,進(jìn)入二級旋流腔內(nèi),重質(zhì)相水,含少量砂,向下運(yùn) 動(dòng),從底流口排出,輕質(zhì)相油聚集在中心,經(jīng)溢流管向上運(yùn)移與一級旋流溢流管內(nèi)油相聚 集,排出裝置。完成油水砂的三相分離。本裝置采用切向入口,外套管內(nèi)鑲嵌一套兩級分離 裝置相間連接的結(jié)構(gòu),一級旋流裝置的尾管段壁面設(shè)有孔隙,旋流腔內(nèi)部從上至下依次設(shè) 有溢流管、螺旋流道,溢流管上端設(shè)有出油孔等。并通過筒間間隙實(shí)現(xiàn)沉砂效果,經(jīng)引流斜 面將固相引出裝置。脫油過程通過在一級旋流裝置尾管段下端,設(shè)計(jì)配有螺旋流道的二級 旋流裝置,通過兩級旋流實(shí)現(xiàn)高精度脫油。本專利提出的新型脫油除砂三旋流分離裝置具 有處理工藝簡單、運(yùn)轉(zhuǎn)連續(xù),使用靈活方便,設(shè)備體積小、安裝方便、運(yùn)行費(fèi)用低,分離效率 高,并可用于兩相或三相混合介質(zhì)的分離,雙級旋流分離效果更佳,該新型旋流器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 合理、具有較好的分離性能及較高的分離精度、適合多種形式的三相介質(zhì)分離等優(yōu)點(diǎn)。
[0006]
【附圖說明】: 圖1是本發(fā)明所述新型脫油除砂三相分離裝置外觀圖。
[0007] 圖2是本發(fā)明的整體剖視圖。
[0008] 圖3是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0009] 圖4是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)爆炸圖。
[0010] 圖5是本發(fā)明的內(nèi)變徑排油通管結(jié)構(gòu)示圖。
[0011 ]圖6是本發(fā)明的內(nèi)變徑排油通管內(nèi)部的增壓內(nèi)管示意圖。
[0012] 圖7是本發(fā)明的入口與變徑排油通管連接及定位連接示意圖。
[0013] 圖8是本發(fā)明的入口裝配視圖。
[0014] 圖9是本發(fā)明的一級固液分離段整體裝配視圖。
[0015] 圖10是本發(fā)明的分砂管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖11是本發(fā)明的分砂管與二級油水分離段連接示意圖。
[0017] 圖12是本發(fā)明的變徑排油通管與二級分離螺旋式入口槽連接方式。
[0018] 圖13是本發(fā)明的二級油水分離段整體裝配示意圖。
[0019] 圖14是本發(fā)明的二級變徑增壓管與導(dǎo)砂基座連接示意圖。
[0020] 圖15是本發(fā)明的沉砂外殼固定及連接示意圖。
[0021] 圖16是本發(fā)明的二級油水分離段整體結(jié)構(gòu)圖。
[0022] 圖17是本發(fā)明的尺寸約束線框表示圖。
[0023]圖中1-介質(zhì)總?cè)肟冢?-油相出口; 3-砂相出口;4-沉砂腔;5-水相出口,6-上封板, 7-雙切向入口盤,8-入口定位腔,9-一級柱形緩沖段,10-變徑排油通管,11-一級錐形分離 段,12-分砂管,13-二級分離螺旋式入口槽,14-二級柱形緩沖段,15-二級錐形分離段,16-二級變徑增壓管,17-導(dǎo)砂基座,18-沉砂外殼,19-楔形分油口,20-卡位螺紋,21-定位螺紋, 22-增壓內(nèi)管,23-封板定位螺紋,24-切向變截面入口,25-楔形分砂口,26-密封螺紋。
[0024]【具體實(shí)施方式】: 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明: 本種新型脫油除砂旋流分離裝置,具有沉砂外殼18、介質(zhì)總?cè)肟?1、油相出口 2、砂相出 口 3以及水相出口 5,其獨(dú)特之處在于: 在所述沉砂外殼18內(nèi)從上到下分別置有上封板6、雙切向入口盤7、入口定位腔8、一級 柱形緩沖段9、變徑排油通管10、一級錐形分離段11、分砂管12、二級螺旋式入口槽13、二級 柱形緩沖段14、二級錐形分離段15、二級變徑增壓管16以及導(dǎo)砂基座17; 其中變徑排油通管10上具有楔形分油口 19、卡位螺紋20及定心螺紋21,所述楔形分油 口的楔入方向根據(jù)切向入口方向確定,以使得該楔入方向與內(nèi)旋流方向一致,所述變徑排 油通管上端內(nèi)徑較大下端內(nèi)徑較小,內(nèi)部設(shè)有一增壓內(nèi)管22,所述卡位螺紋的作用在于與 上封板6連接以此實(shí)現(xiàn)對變徑排油通管10的定位;上封板6與變徑排油通管10通過封板定位 螺紋與卡位螺紋20進(jìn)行緊固連接,同時(shí)上封板6與雙切向入口盤7通過螺栓共同固定在入口 定位腔8內(nèi); 一級柱形緩沖段9與入口定位腔8螺栓連接,一級柱形緩沖段9的下方依次與一級錐形 分離段11與分砂管12相連接,共同構(gòu)成一級分離段;其中,分砂管12具有楔形分砂口 25,以 此進(jìn)行砂相分離,所述分砂口的楔入方向與旋流腔內(nèi)處理液外旋流的旋轉(zhuǎn)方向相同;所述 分砂管與二級油水分離段相連接,其中,二級分離螺旋式入口槽13通過變徑排油管10底端 的定心螺紋實(shí)現(xiàn)定位連接,并共同置于裝置整體的軸心位置;二級油水分離段中的密封螺 紋26被用來固定導(dǎo)砂基座17以同時(shí)保證裝置底部的密封性;所述沉砂外殼18與二級油水分 離段共同形成沉砂腔4。
[0025] 該裝置外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖如圖1所示,圖2為其整體剖視圖。本裝置整體 是由沉砂外殼、一級油、水、砂分離段、二級油水分離段、沉砂腔等部分構(gòu)成。圖3為一種新型 脫油除砂三相旋流分離裝置整體結(jié)構(gòu)圖,待處理來液由介質(zhì)總?cè)肟?1進(jìn)入分離裝置內(nèi)部,油 相經(jīng)兩級分離后由油相出口 2排出裝置,砂相經(jīng)分離后進(jìn)如沉砂腔4,經(jīng)短時(shí)間沉降后由排 砂口 3排出裝置。水相經(jīng)兩級分離后由水相出口 5排出裝置。
[0026] 圖4為一種新型脫油除砂三相旋流分離裝置結(jié)構(gòu)爆炸圖,圖中從上到下分別由上 封板6、雙切向入口盤7、入口定位腔8、一級柱形緩沖段9、變徑排油通管10、一級錐形分離段 11、分砂管12、二級螺旋式入口槽13、二級柱形緩沖段14、二級錐形分離段15、二級變徑增壓 管16、導(dǎo)砂基座17、沉砂外殼18等部件組成。其中變徑排油通管10主要結(jié)構(gòu)形式如圖5所示, 外部主要由楔形分油口 19、卡位螺紋20及定心螺紋21等組成,楔形分油口方向,主要是根據(jù) 切向入口方向設(shè)計(jì),依據(jù)旋流分離內(nèi)部流場分外旋流和內(nèi)旋流原理,將楔形分油口 19的楔 入方向做成與內(nèi)旋流方向一致,從而使油相在變徑排油通管10近壁做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),更容易 被楔形分油口收集進(jìn)入管內(nèi)從而排出裝置實(shí)現(xiàn)分離。該管上端內(nèi)徑較大下端內(nèi)徑較小,具 體形式如圖6所示,即內(nèi)部設(shè)有一增壓內(nèi)管22。以此來保障二級油水分離過程中從低端溢流 油相更容易經(jīng)該通管排至上端與一級油相匯合從而排出裝置。同時(shí)卡位螺紋主要用來與上 封板6連接以此來對變徑排油通管10定位。圖7所示為變徑排油通管10與上封板6雙切向入 口 7具體連接方式。上封板6與變徑排油通管10通過封板定位螺紋與卡位螺紋20進(jìn)行緊固連 接,同時(shí)上封板6與雙切向入口盤7通過螺栓共同固定在入口定位腔8內(nèi),裝配后形式如圖8 所示。圖9為一級固-液-液分離段整體裝配情況,圖中一級柱形緩沖段9與入口定位腔8螺栓 連接,同時(shí)下方依次與一級錐形分離段11與分砂管12相連接共同構(gòu)成一級分離段。其中分 砂管12采用楔形分砂口 25進(jìn)行砂相分離,如圖10所示。分砂口楔入方向與旋流腔內(nèi)處理液 外旋流旋轉(zhuǎn)方向相同,便于在外旋流運(yùn)動(dòng)的固相顆粒沿楔形分砂口排出分砂管,進(jìn)入到沉 砂腔內(nèi)。分砂管與二級油水分離段具體連接形式如圖11所示,其中二級分離螺旋式入口槽 13通過變徑排油管10底端的定心螺紋實(shí)現(xiàn)定位連接,并共同至于裝置整體的軸心位置。具 體連接形式如圖12所示。二級油水分離段整體裝配圖如圖13所示,圖中密封螺紋26主要用 來固定導(dǎo)砂基座17同時(shí)保證裝置底部的密封性。其與導(dǎo)砂基座連接方式為圖14所示螺紋連 接。本裝置沉砂外殼18與二級油水分離段共同形成沉砂腔,其具體連接及固定方式如圖15 所示。構(gòu)成的沉砂腔4及二級油水分離段整體結(jié)構(gòu)如圖16所示。
[0027]本裝置的工作原理:該新型旋流器是從切向入口進(jìn)液,混合液在一級固液分離段 內(nèi)形成旋流狀態(tài),密度較大的砂貼在外旋流的作用下近腔壁向下運(yùn)移,其旋轉(zhuǎn)方向與來液 進(jìn)入裝置時(shí)方向一致,當(dāng)運(yùn)移到一級固液分離底端分砂管12時(shí),砂相在楔形分砂口 25的作 用下脫離分砂管12進(jìn)入陳砂腔4內(nèi),經(jīng)短時(shí)間沉降后排出裝置。同時(shí),輕質(zhì)油相在內(nèi)旋流的 作用下向裝置的軸心運(yùn)移沿變徑排油通管10向裝置頂端位移,其旋轉(zhuǎn)方向與入口來液旋轉(zhuǎn) 方向相反,當(dāng)輕質(zhì)油相上升到上封板6下端時(shí),在楔形分油口 19的作用下進(jìn)入到變徑排油通 管內(nèi)部,后由油相出口排出裝置。在此過程中,大部分水相攜少量油相沿二級分離螺旋式入 口槽13進(jìn)入二級油水分離段,同樣輕質(zhì)相由變徑排油通管10底端進(jìn)入管內(nèi),在壓力的作用 下向上運(yùn)移從而由油相出口排出。實(shí)現(xiàn)同一裝置內(nèi)除砂及高精度排油完成同步分離。
[0028]本發(fā)明整體外觀結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵位置主要尺寸標(biāo)注如下圖17所示。當(dāng)一級分離裝置的 溢流口排液量與底流口排液量之比為F時(shí),其主直徑1?與二級分離裝置的主直徑£?2滿足如 下關(guān)系式:
同時(shí)二級分離裝置內(nèi)的主要管段直徑尺寸滿足如下關(guān)系式; p.2:=.2i>3:='m4 溢流管結(jié)構(gòu)尺寸滿足:
一級分離腔出油孔徑h與個(gè)數(shù)_滿足關(guān)系式:
圖中^為導(dǎo)砂孔直徑,其值大小與欲處理液含砂量及含砂最大粒徑有關(guān)。需針對不同 處理?xiàng)l件合理調(diào)節(jié)b大小。
[0029]本種裝置處理工藝簡單、能實(shí)現(xiàn)連續(xù)分離;采用兩級旋流分離,分離性能和分離效 果好;此外,設(shè)備體積小,安裝方便,運(yùn)行費(fèi)用低。既可應(yīng)用于石油化工行業(yè),又可用于冶金、 水處理等其它領(lǐng)域,具有可觀的推廣應(yīng)用前景和發(fā)展趨勢。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種新型脫油除砂旋流分離裝置,具有沉砂外殼、介質(zhì)總?cè)肟?、油相出口、砂相出?以及水相出口,其特征在于: 在所述沉砂外殼內(nèi)從上到下分別置有上封板、雙切向入口盤、入口定位腔、一級柱形緩 沖段、變徑排油通管、一級錐形分離段、分砂管、二級螺旋式入口槽、二級柱形緩沖段、二級 錐形分離段、二級變徑增壓管以及導(dǎo)砂基座; 其中變徑排油通管上具有楔形分油口、卡位螺紋及定心螺紋,所述楔形分油口的楔入 方向根據(jù)切向入口方向確定,以使得該楔入方向與內(nèi)旋流方向一致,所述變徑排油通管上 端內(nèi)徑較大下端內(nèi)徑較小,內(nèi)部設(shè)有一增壓內(nèi)管,所述卡位螺紋的作用在于與上封板連接 以此實(shí)現(xiàn)對變徑排油通管的定位;上封板與變徑排油通管通過封板定位螺紋與卡位螺紋進(jìn) 行緊固連接,同時(shí)上封板與雙切向入口盤通過螺栓共同固定在入口定位腔內(nèi); 一級柱形緩沖段與入口定位腔螺栓連接,一級柱形緩沖段的下方依次與一級錐形分離 段與分砂管相連接,共同構(gòu)成一級分離段;其中,分砂管具有楔形分砂口,以此進(jìn)行砂相分 離,所述分砂口的楔入方向與旋流腔內(nèi)處理液外旋流的旋轉(zhuǎn)方向相同;所述分砂管與二級 油水分離段相連接,其中,二級分離螺旋式入口槽通過變徑排油管底端的定心螺紋實(shí)現(xiàn)定 位連接,并共同置于裝置整體的軸心位置;二級油水分離段中的密封螺紋被用來固定導(dǎo)砂 基座以同時(shí)保證裝置底部的密封性; 所述沉砂外殼與二級油水分離段共同形成沉砂腔。
【文檔編號】B04C5/00GK106076671SQ201610494309
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】張勇, 蔣明虎, 邢雷, 趙立新, 李楓, 劉彩玉
【申請人】東北石油大學(xué)