一种涡流管式气液分离器

摘要

本发明公开了一种涡流管式气液分离器，包括竖向的壳体，壳体内安装有一级螺旋分离装置和二级螺旋分离装置，采用两级离心分离的方式，分离后的气相含液量下降到3%以下，液相含气量下降到1%以下，为气相和液相的计量、采样和净化提供了保障，减少了气液混合流体对后续设备和管道引起的颤振、气蚀、腐蚀等危害，具有结构简单、紧凑，容易制造等优点，在流量、气液比变动大而频繁和段塞流的情况下，均能取得很好的气液分离效果，广泛适用于各种气液分离领域，尤其适用于高分离率要求的气液分离场合，气液分离效果可以做到1:100体积的液气比，能够分离的最小液滴直径大于等于5μm。

权利要求

1.一种涡流管式气液分离器，包括竖向的壳体（1），其特征在于所述壳体（1）内安装有一级螺旋分离装置（3）和二级螺旋分离装置（2），所述二级螺旋分离装置（2）位于所述一级螺旋分离装置（3）的上方，所述壳体（1）的下端设置有液相出口（11）；所述一级螺旋分离装置（3）包括一级离心壳（30），所述一级离心壳（30）内安装有一级离心轴（322），所述一级离心轴（322）上设置有螺旋状的一级涡流叶片（321），所述一级离心壳（30）的下端设置有伸出所述壳体（1）外的两相流入口（33）；所述二级螺旋分离装置（2）包括二级离心壳（20），所述二级离心壳（20）内安装有二级离心轴（222），所述二级离心轴（222）上设置有螺旋状的二级涡流叶片（221），所述二级离心壳（20）的上端设置有伸出所述壳体（1）外的气相出口（21）；

所述一级涡流叶片（321）和二级涡流叶片（221）的旋向相同，所述一级离心壳（30）的上端和所述二级离心壳（20）的下端与所述壳体（1）内部连通。

2.根据权利要求1所述的涡流管式气液分离器，其特征在于所述一级离心轴（322）与所述二级离心轴（222）同轴心。

3.根据权利要求1所述的涡流管式气液分离器，其特征在于所述一级离心壳（30）的上端设置有上大下小的导流锥（31）。

4.根据权利要求1所述的涡流管式气液分离器，其特征在于所述二级离心壳（20）的下端设置有上小下大的集气锥（24）。

5.根据权利要求1所述的涡流管式气液分离器，其特征在于所述二级离心壳（20）的侧壁设置有溢流孔（23）。

6.根据权利要求1所述的涡流管式气液分离器，其特征在于所述两相流入口（33）的管道上设置有直角弯头。

7.根据权利要求1所述的涡流管式气液分离器，其特征在于所述一级涡流叶片（321）和二级涡流叶片（221）的螺旋升角为12°到75°。

8.根据权利要求7所述的涡流管式气液分离器，其特征在于所述二级涡流叶片（221）的螺旋升角大于所述一级涡流叶片（321）的螺旋升角。

9.根据权利要求1所述的涡流管式气液分离器，其特征在于所述一级离心轴（322）与所述二级离心轴（222）的直径比为(1-2):1；所述一级涡流叶片（321）与所述二级涡流叶片（221）的直径比为(1-1.5):1。

10.根据权利要求9所述的涡流管式气液分离器，其特征在于所述一级离心轴（322）和一级涡流叶片（321）与一级离心壳（30）的内壁之间形成的带有螺旋升角的通道轴向截面积大于所述二级离心轴（222）和二级涡流叶片（221）与二级离心壳（20）内壁之间形成的带有螺旋升角的通道轴向截面积。

说明书

一种涡流管式气液分离器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种石油天然气行业、化工行业、环保行业用的气液分离装置，特别是一种涡流管式气液分离器。

背景技术

[0002] 在石油天然气行业、化工行业、环保行业等，需要大量使用到气液分离器，用来分离含液气体中的液体和含气液体中的气体。气液分离器按结构形式主要分为卧式气液分离器和立式气液分离器两种。

[0003] 卧式气液分离器的原理是将含液气体停留在腔体内一段时间，以液体自身重力作为驱动力使气液两相分离，具有结构简单、处理量大、耗能小、压降小、易于维护等优点，但因为需要保证气液两相在腔体内的停留时间，所以体积大、笨重、造价高、不耐高压、分离效果差，其能分离液滴的直径极限值通常≥100μm。

[0004] 立式气液分离器的工作原理是通过气液旋流效应产生的离心力来分离气体中的液体，常见的立式气液分离器有GLCC（Gas-Liquid Cylindrical Cyclone气液柱状旋流分离器）、旋风分离器、螺旋片导流式气液分离器、旋流板式气液分离器、轴流式气液旋流分离器等，均是利用气液两相的惯性或者安装螺旋叶片使气液两相进入工作腔之后，产生强烈旋转，由螺旋产生的离心效应将密度大的液相甩向器壁，并在重力作用下，沿筒壁下落至底部储液区，并从液相出口流出，旋转的气流在工作腔内收缩向中心流动，向上形成二次涡流经气相出口流出或者直接经气相出口流出。立式气液分离器一般都具有停留时间短、设备体积和占地面积小、容易安装、维护方便的优点，但其缺点是易磨损、且对粘度较大流体适应性差、对流量变化较为敏感。

[0005] 在布置安装空间有限的应用场合如海上油田等，因为可利用的安装空间非常有限，就要求气液分离器尽量紧凑和节约能源，所以需要体积小、占地面积小、高效而又节能的气液分离器，从而提高平台空间的利用率，符合上述特征的立式气液分离器成为安装空间有限的气液分离场合的首选。

[0006] 虽然现有的立式气液分离器具有能耗小、体积和占地面积小、操作范围比卧式分离器宽、造价较低、易安装维护、分离效率高、无活动件的优点，但因为气液两相在腔体的内壁行进时需要保证足够的螺旋圈数以使气液两相充分分离，所以其轴向尺寸依然很大。另外，由于腔体芯部会形成二次涡流，而气液两相入口多与气相出口管接近，所以会形成二次挟带和短路流，从而影响最终分离效率。

[0007] 特别是，因为现有的立式气液分离器都是使气液两相流产生离心效应来工作的，一旦腔体直径确定，就只能在相对较小的流量范围内运行，所以，现有的立式气液分离器调节比小，如果流量变小或者突破流量下限，就无法持续补充维持螺旋需要的有效能量，导致离心效应不明显，分离效果下降；反之如果流量太大或者出现段塞流，容易大量产生二次挟带和短路流或者迅速提升腔内液位，甚至淹没整个工作腔，导致无法正常工作。

[0008] 公开号为CN 102470308 A的专利文件公开了一种气体-液体混合物的小型惯性分离系统，这种分离系统是以GLCC分离器为基础，在入口管道作改动，让气液两相在入口管道中在重力作用下分层，并以此作为一级分离，然后把柱状旋流作为二级分离，该分离系统虽然具有体积小的优点，但仍然没有克服停留时间长、对粘度较大流体适应性差、流量变化会影响分离效果等的缺点。

发明内容

[0009] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种分离效率高，结构简单、紧凑，容易制造的涡流管式气液分离器。

[0010] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

[0011] 一种涡流管式气液分离器，包括竖向的壳体，所述壳体内安装有一级螺旋分离装置和二级螺旋分离装置，所述二级螺旋分离装置位于所述一级螺旋分离装置的上方，所述壳体的下端设置有液相出口；所述一级螺旋分离装置包括一级离心壳，所述一级离心壳内安装有一级离心轴，所述一级离心轴上设置有螺旋状的一级涡流叶片，所述一级离心壳的下端设置有伸出所述壳体外的两相流入口；所述二级螺旋分离装置包括二级离心壳，所述二级离心壳内安装有二级离心轴，所述二级离心轴上设置有螺旋状的二级涡流叶片，所述二级离心壳的上端设置有伸出所述壳体外的气相出口；所述一级涡流叶片和二级涡流叶片的旋向相同，所述一级离心壳的上端和所述二级离心壳的下端与所述壳体内部连通。

[0012] 所述一级离心轴与所述二级离心轴同轴心。

[0013] 所述一级离心壳的上端设置有上大下小的导流锥。

[0014] 所述二级离心壳的下端设置有上小下大的集气锥。

[0015] 所述二级离心壳的侧壁设置有溢流孔。

[0016] 所述两相流入口的管道上设置有直角弯头。

[0017] 所述一级涡流叶片和二级涡流叶片的螺旋升角为12°到75°。

[0018] 所述二级涡流叶片的螺旋升角大于所述一级涡流叶片的螺旋升角。

[0019] 所述一级离心轴与所述二级离心轴的直径比为: (1-2):1；所述一级涡流叶片与所述二级涡流叶片的直径比为: (1-1.5):1。

[0020] 所述一级离心轴和一级涡流叶片与一级离心壳的内壁之间形成的带有螺旋升角的通道轴向截面积大于所述二级离心轴和二级涡流叶片与二级离心壳内壁之间形成的带有螺旋升角的通道轴向截面积。

[0021] 本发明的有益效果是：本发明采用两级离心分离的方式，能对气液两相流进行高效的气液分离，分离后的气相含液量下降到3%以下，液相含气量下降到1%以下，为气相和液相的计量、采样和净化提供了保障，减少了气液混合流体对后续设备和管道引起的颤振、气蚀、腐蚀等危害，具有结构简单、紧凑，容易制造等优点，同时，由于具有二次加速的分离、大流量缓冲的效果，在流量、气液比变动大而频繁和段塞流的情况下，均能取得很好的气液分离效果，不会产生短路流和二次挟带，消除了短路流和二次挟带对分离效果的影响，广泛适用于各种气液分离领域，尤其适用于高分离率要求的气液分离场合，气液分离效果可以做到1:100体积的液气比，能够分离的最小液滴直径大于等于5μm。

附图说明

[0022] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

[0023] 图1为本发明的整体结构示意图；

[0024] 图2是一级螺旋分离装置的结构示意图；

[0025] 图3是二级螺旋分离装置的结构示意图；

[0026] 图4是二级螺旋分离中的溢流孔分布示意图。

具体实施方式

[0027] 参照图1至图4，一种涡流管式气液分离器，包括竖向的壳体1，所述壳体1内安装有一级螺旋分离装置3和二级螺旋分离装置2，所述二级螺旋分离装置2位于所述一级螺旋分离装置3的上方，二级螺旋分离装置2的下端和一级螺旋分离装置3的上端，以及二级螺旋分离装置2的外壁和一级螺旋分离装置3的外壁与壳体1的内壁之间留有一定的空间。所述壳体1的下端设置有液相出口11；所述一级螺旋分离装置3包括一级离心壳30，所述一级离心壳30内安装有一级离心轴322，所述一级离心轴322上设置有螺旋状的一级涡流叶片321，所述一级离心壳30的下端设置有伸出所述壳体1外的两相流入口33，所述两相流入口33的管道上设置有直角弯头，所述两相流入口33与壳体1之间可以焊接，也可以采用法兰连接，一级离心壳30与壳体1之间可以通过两相流入口33支撑固定，在大流量情况下，可以在一级离心壳30与壳体1之间增加径向翅板连接。

[0028] 所述二级螺旋分离装置2包括二级离心壳20，所述二级离心壳20内安装有二级离心轴222，所述二级离心轴222上设置有螺旋状的二级涡流叶片221，所述二级离心壳20的上端设置有伸出所述壳体1外的气相出口21。所述二级离心壳20的侧壁设置有溢流孔23，溢流孔32按照二级涡流叶片221的螺旋线位置排列，也可以按照等距位置排列等。所述气相出口21为直管，气相出口21与壳体1之间可以焊接，也可以采用法兰连接，二级离心壳20与壳体1之间可以通过气相出口21支撑固定，在大流量情况下，也可以增加径向翅板连接。所述二级离心壳20的下端设置有上小下大的集气锥24，一方面，集气锥24的上小下大的喇叭口结构容易使气相进入，另一方面，从溢流孔23甩出的液相一部分直接甩到壳体1的内壁，另一部沿集气锥24的表面下滑，在集气锥31边缘聚集成滴下落。

[0029] 所述一级涡流叶片321和二级涡流叶片221的旋向相同。所述一级离心轴322与所述二级离心轴222同轴心，所述一级离心壳30的上端和所述二级离心壳20的下端与所述壳体1内部连通。

[0030] 气液两相混合流从两相流入口33进入到一级螺旋分离装置3内，在一级涡流叶片321作用下形成涡流场，由涡流场产生的离心效应使气液两相第一次分离，涡流的强度和升角要根据两相流的各种参数来决定，气液两相流在涡流场中由于涡流效应使气液两相分层，液相密度质量比气相大，根据离心力公式，液相紧贴一级离心壳30的内壁向上移动，从一级离心壳30的上端甩出到壳体1的内壁，在重力作用下流入壳体1下部的储液区，最后从液相出口11排出，所述一级离心壳30的上端设置有上大下小的导流锥31，液相紧贴导流锥
31甩出，能够确保液相甩出到壳体1的内壁上。

[0031] 大部分的液相在第一次分离中被排出，从一级螺旋分离装置3内排出的带有少量液相的气体从二级离心壳20的下端进入二级螺旋分离装置2中，在二级涡流叶片221作用下形成涡流场，由涡流场产生的离心效应使气液两相进行第二次分离，剩余的液相通过溢流孔23排出，在重力作用下落入壳体1下部的储液区，最后从液相出口11排出，分离后的气相从气相出口21排出，分离后的气相含液量下降到3%以下，液相含气量下降到1%以下，为气相和液相的计量、采样和净化提供了保障，减少了气液混合流体对后续设备和管道引起的颤振、气蚀、腐蚀等危害。为了提高分离的效率，可以在壳体1内加装捕液网，液相遇到捕液网后快速聚集成滴。

[0032] 所述一级涡流叶片321的形状、尺寸、螺旋升角及叶片厚度等按照处理前的气液两相的含液率和流量特性设置，所述二级涡流叶片221的形状、尺寸、螺旋升角及叶片厚度等按照第一次分离后的气相特性设置。所述一级涡流叶片321和二级涡流叶片221的螺旋升角适宜为12°到75°，所述二级涡流叶片221的螺旋升角大于所述一级涡流叶片321的螺旋升角，所述一级离心轴322与所述二级离心轴222的直径比为(1-2):1；所述一级涡流叶片321与所述二级涡流叶片221的直径比为(1-1.5):1，所述一级离心轴322和一级涡流叶片321与一级离心壳30的内壁之间形成的带有螺旋升角的通道轴向截面积大于所述二级离心轴222和二级涡流叶片221与二级离心壳20内壁之间形成的带有螺旋升角的通道轴向截面积，在本实施例中，一级涡流叶片321的螺旋升角为20°，二级涡流叶片221的螺旋升角为30°，一级离心轴322与所述二级离心轴222的直径比为1.8:1；一级涡流叶片321与所述二级涡流叶片221的直径比为1.4:1。这样，在二级螺旋分离装置2内的涡流效应比一级螺旋分离装置3内的涡流效应更加剧烈，产生的离心效应更明显，确保从二级螺旋分离装置2排出的气相更加纯净。

[0033] 本发明采用两级离心分离的方式，能对气液两相流进行高效的气液分离，具有结构简单、紧凑，容易制造等优点，同时，由于具有二次加速的分离、大流量缓冲的效果，在流量、气液比变动大而频繁和段塞流的情况下，均能取得很好的气液分离效果，不会产生短路流和二次挟带，消除了短路流和二次挟带对分离效果的影响，广泛适用于各种气液分离领域，尤其适用于高分离率要求的气液分离场合，气液分离效果可以做到1:100体积的液气比，能够分离的最小液滴直径大于等于5μm。