一种同向出流内孔式高效旋流分离器

摘要

一种同向出流内孔式高效旋流分离器。主要解决现有的水力旋流器对细小油滴去除效果差的问题。其特征在于：在上、下封闭面之间，固定有一个由旋流腔段内筒、大锥段内筒、小锥段内筒以及尾管段内筒由上至下依次联结后构成的圆台状的多级内旋流体；小锥段内筒为中空结构，其上开有集油孔；尾管段内筒中有一个漏斗状的收油锥，收油锥的上口与小锥段内筒的内腔相连接，收油锥的下口穿过下封闭面的中心，与一根垂向接入的出油管固定连接；位于外旋流体的底端，连接有一根沿所述外旋流体的圆周切线方向水平接入的出水管，出水管与旋流内腔相连通,出水管的旋流出水方向与旋流内腔中的旋流方向相同。具有可分离水中的微小油滴、分离效率高和结构简单的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种可应用于石油化工及环保领域中的液液两相分离装置，具体的说是涉及一种水力旋流器。

背景技术

目前，用于两相（以油水两相为例进行说明）的快速分离方法主要有旋流分离、气浮选、过滤和膜分离等方法。旋流分离具有设备体积小等优点，但对于细小油滴的去除能力有限；气浮选则适应含油浓度变化的范围较小；过滤可以较好地实现油水两相的分离，但对于高含油污水却需要频繁的反冲洗来保证设备的长期稳定运行；膜分离设备成本较高，对介质条件要求又较为严格。水力旋流器的分离原理是利用介质间的密度差而进行离心分离的，密度差越大，分散相的粒径越大，分离效果相对就越好。最早是作为固-液分离设备而产生的，目前作为一种分离设备也已在我国获得了一定的应用，东北石油大学（原大庆石油学院）先后申请了多项相关技术专利，如ZL98 2 11681.0、ZL01 2 79933.5、ZL01 2 77425.1、ZL2006 2 0021175.1、ZL2009 2 0099307.6等。虽然现有技术中已经有了一些改进后的水力旋流器，但是经过一段时间的应用后发现，在油田水处理技术领域还存在着对细小油滴去除效果差的实际问题难以解决。尤其是在油田开发进入中高含水开采期后，随着聚驱规模不断扩大，含聚污水采出量逐年增多。由于含聚污水粘度大，油田地面工艺中沉降段除油效率低，增加了过滤段的负荷，造成滤料污染严重，过滤水质变差。而且，越来越多的水驱污水站也已见到聚合物，引起处理水质变差，难以满足注水要求。同时随着三元复合驱油技术的推广应用，可以预见水质形势将更加严峻。因此，如何进一步优化水力旋流器的结构以实现改善水质已成为油田地面工程系统竞相研究的一个热点问题。

发明内容

为了解决背景技术中所指出的现有技术中存在的问题，本发明提出了一种同向出流内孔式高效旋流分离器，该种同向出流内孔式高效旋流分离器具有分离效率高、设备体积小、分离速度快、结构简单紧凑、制造及操作成本低等突出优点，既可应用于油田生产，又可应用于市政环保等其它领域，具有可观的推广应用前景。

本发明的技术方案是：该种同向出流内孔式高效旋流分离器，包括位于同一水平面上的旋流1号入口管、旋流2号入口管、圆筒状的外旋流体，以及分别位于所述外旋流体两端的上、下封闭面，其中，在所述上、下封闭面之间，固定有一个由旋流腔段内筒、大锥段内筒、小锥段内筒以及尾管段内筒由上至下依次联结后构成的圆台状的多级内旋流体，所述外旋流体的内壁与所述多级内旋流体的外壁之间形成的空腔称为旋流内腔；其中，所述小锥段内筒为中空结构，其上开有若干与所述小锥段内筒的内腔相通的集油孔；所述尾管段内筒中有一个漏斗状的收油锥，所述收油锥的上口与所述小锥段内筒的内腔相连接，所述收油锥的下口穿过所述下封闭面的中心，与一根垂向接入的出油管固定连接；位于所述外旋流体的底端，连接有一根沿所述外旋流体的圆周切线方向水平接入的出水管，所述出水管与所述旋流内腔相连通,所述出水管的旋流出水方向与所述旋流内腔中的旋流方向相同。

本发明具有如下有益效果：本发明所给出的技术方案同传统的水力旋流器相比，以油水两相为例进行说明，采用同向出流内孔式设计，使出水管和出油管都位于旋流分离器的一侧，这样在旋流器内部只有向底部出口一个方向的旋流运动存在，使得紊流减少，流场稳定，分离效率提高；同时改变了传统的设计观念，对于某些应用场合这种结构设计在工艺安装等方面非常灵活方便。此外，在内部设计了一个内旋流体结构，使内旋流体与外旋流体之间形成不同的分段，即旋流腔段、大锥段、小锥段和尾管段，每一分段的截面面积变化有所不同，以实现旋流腔段对混合介质的缓冲作用、大锥段的加速作用、小锥段的分离作用和尾管段的稳流作用等。具体应用时，轻质相作为分散相，如油滴，在内旋流体附近聚集，并沿内旋流体向下即出口方向运移；重质相作为连续相，如水，在外旋流体内壁聚集。由于将出水管设计为侧切向出口，既缩短了旋流器的长度，又增加了旋流器有效分离段的长度，可以使脱油效率进一步提高，改善对油相的处理效果；集油采用内孔式结构设计，带内孔部分结构可采用微孔材料制成，使得在旋流器内部分离出来的油直接经内孔进入内旋流体内部，然后经收油锥由出油管排出。本发明所提出的一种同向出流内孔式高效旋流分离器具有分离效率高及设备体积小等优点，将有效解决生产实际中面临的技术难题。

附图说明：

图1是本种同向出流内孔式高效旋流分离器的结构示意图。

图2是显示本种同向出流内孔式高效旋流分离器内部旋流场的结构示意图。

图3是本种同向出流内孔式高效旋流分离器的剖面结构示意图。

图4是图3中的A-A剖面图。

图中1-旋流1号入口管，2-旋流腔段内筒，3-外旋流体，4-集油孔，5-收油锥，6-出油管，7-出水管，8-尾管段内筒，9-小锥段内筒，10-大锥段内筒，11-旋流2号入口管，12-上封闭面，13-下封闭面。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本种同向出流内孔式高效旋流分离器，其结构如图1结合图3、图4所示，包括位于同一水平面上的旋流1号入口管1、旋流2号入口管11、圆筒状的外旋流体3，以及分别位于所述外旋流体3两端的上封闭面12和下封闭面13等常规结构，其独特之处在于：

在所述上、下封闭面之间，固定有一个由旋流腔段内筒2、大锥段内筒10、小锥段内筒9以及尾管段内筒8由上至下依次联结后构成的圆台状的多级内旋流体，所述外旋流体3的内壁与所述多级内旋流体的外壁之间形成的空腔称为旋流内腔；其中，所述小锥段内筒9为中空结构，其上开有若干与所述小锥段内筒的内腔相通的集油孔4；所述尾管段内筒8中有一个漏斗状的收油锥5，所述收油锥的上口与所述小锥段内筒的内腔相连接，所述收油锥的下口穿过所述下封闭面13的中心，与一根垂向接入的出油管6固定连接；位于所述外旋流体3的底端，连接有一根沿所述外旋流体3的圆周切线方向水平接入的出水管7，所述出水管7与所述旋流内腔相连通,所述出水管7的旋流出水方向与所述旋流内腔中的旋流方向相同。

在实施上述方案时，如果将所述旋流腔段内筒2的外廓母线与所述旋流分离器中心轴线之间所形成的夹角定义为α₁，所述大锥段内筒10的外廓母线与所述旋流分离器中心轴线之间所形成的夹角定义为α₂，所述小锥段内筒9的外廓母线与所述旋流分离器中心轴线之间所形成的夹角定义为α₃，所述尾管段内筒8的外廓母线与所述旋流分离器中心轴线之间所形成的夹角定义为α₄；则，夹角α₁～夹角α₄同时满足以下4项条件后所得到的旋流分离器分离效率较高。所述4项条件为：                                               α₁的角度范围在0度～5度之间,所述区间为闭区间；α₂的角度范围在5度～45度之间, 所述区间为开区间；α₃的角度范围在0.5度～5度之间, 所述区间为闭区间；α₄的角度范围在0度～3度之间, 所述区间为闭区间。

在上述限定中，由于α₂的角度决定了混合介质进入大锥段后的加速程度，如果角度太小，则加速的效果不明显；但如果角度太大，则会导致液流向出口方向运移的阻力过大，并产生明显向上的回流，使流场变得紊乱，致使分离效率下降，因此设计其角度变化范围在5度～45度之间, 所述区间为开区间，即不选择5度和45度。

应用由上述方案构成的水力旋流器后，工作时，油与水的混合液由入口管进入到旋流腔中，在压力的作用下，在设备内部产生高速旋转，形成高速旋转的涡流。该方案中采用同向出流内孔式设计，使出水管和出油管都位于旋流分离器的一侧，这样如图2所示，在旋流器内部只有向底部出口一个方向的旋流运动存在，使得紊流减少，流场稳定，分离效率提高。随着液体的旋流，轻质相为分散相，如油滴，在小锥段内筒附近聚集，集油采用内孔式结构设计，使得在旋流器内部分离出来的油直接经内孔进入小锥段内筒中，然后经收油锥由出油管排出；而重质相为连续相，如水，在外旋流体内壁聚集。由于将出水管设计为侧切向出口，既缩短了旋流器的长度，又增加了旋流器有效分离段的长度，可以使脱油效率进一步提高，改善对油相的处理效果。

本方案所提供的结构同其他水处理工艺及设备相比，具有设备体积小，工艺简单，占地面积小等突出的优点；既可应用于油田生产，又可应用于市政环保等其它领域，具有良好的推广应用前景。