專利名稱：重力式油氣水分離結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用不相溶各相間的密度差，借助重力場實現(xiàn)分離作用的專用設(shè)備。特別適用于油田地面工程、環(huán)境工程、煉油廠、化工廠中的油氣水分離。
在已有技術(shù)中，游離水分離器是應(yīng)用最早、最廣泛、也是最基本的油氣水分離設(shè)備。該設(shè)備在結(jié)構(gòu)上往往只在進(jìn)液端設(shè)置碟型或上孔箱型的入口轉(zhuǎn)向器，用以減少入口射流對分離流場的沖擊影響;在排液端設(shè)置一些堰板，用以控制氣液界面和油水界面;而在設(shè)備中部則不設(shè)任何強化器件。據(jù)文獻(xiàn)SPE6527報導(dǎo)1987年美國Shell公司的B·Zemell曾用放射性示蹤法對這種設(shè)備進(jìn)行了現(xiàn)場實測，結(jié)果表明設(shè)備的流動特性相當(dāng)不好，其中存在嚴(yán)重的短路流和渦流，不僅導(dǎo)致設(shè)備的大部分空間未能有效利用，而且由于渦流造成的返混，使相當(dāng)一部分介質(zhì)未經(jīng)充分處理就排除，甚至還有一部分介質(zhì)因剪切嚴(yán)重而起泡，嚴(yán)重影響了設(shè)備的工作效果。另據(jù)文獻(xiàn)SPE11562報導(dǎo)美國C-E Natco公司曾在原游離水分離器的結(jié)構(gòu)模型上，通過引入Perfor-max填料(該填料相當(dāng)于現(xiàn)代化工設(shè)備中常用的規(guī)整波紋板填料)，使設(shè)備的工作性能得到改善，由此發(fā)展出了Per-formax填料式分離器，并成為八十年代以來世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用的主體設(shè)備。但在這種設(shè)備中，填料往往只設(shè)置在設(shè)備進(jìn)液端附近的局部區(qū)域，而且由于Performax填料的流道相互交措，液流從其間通過時，不同液層間存在嚴(yán)重剪切和渦流，不僅不利分散相的沉降或浮升分離，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致大液滴的分散，因此，Performax填料對設(shè)備性能的改進(jìn)，主要是因為該填料對渦流和短路流具有一定的抑制作用，從而改善了設(shè)備的流動特性。而作為一種穩(wěn)流和整流器件，填料層薄時效果不好，填料層厚時不僅會產(chǎn)生較大壓強而且要占用較大的空間，因此對設(shè)備性能的強化作用極為有限，重力分離的潛力并未得到充分利用。反映在工程應(yīng)用中，一方面設(shè)備體積相當(dāng)龐大，另一方面仍需以加藥、加熱和電脫作輔助。不僅增加了能耗、投資和運行費用，生產(chǎn)管理也很不便。
本發(fā)明的目的是提供一種重力式油氣水分離結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)備，該設(shè)備具有優(yōu)良的流動特性和分離特性，與美國C-E Natco公司的Performax填料式分離器相比，具有分離效率高、處理能力強、操作彈性大、設(shè)備利用率高和便于操作、維護等綜合技術(shù)特性。
實現(xiàn)本發(fā)明的目的所采取的技術(shù)方案是設(shè)備采用臥式殼體結(jié)構(gòu)，并根據(jù)液流在設(shè)備中的流動過程和各環(huán)節(jié)的功能要求，依次在殼體內(nèi)設(shè)有脫氣器、入口轉(zhuǎn)向器、消能器、整流器、聚結(jié)器、集水器、集油器和捕霧器。在殼體上設(shè)有混合液進(jìn)口接管、氣相出口接管、油相出口接管和水相出口接管。其工作過程是液流由混合夜進(jìn)口接管首先進(jìn)入位于設(shè)備進(jìn)液端上部的旋流式脫氣器，分離出來的氣體根據(jù)氣量大小和對氣相含液的質(zhì)量要求，可以經(jīng)連通管進(jìn)入設(shè)備進(jìn)液端上部氣相空間，也可以直接引至設(shè)備排液端上部的氣相空間。這樣一方面避免了大量氣體從液相中通過造成的嚴(yán)重湍流，另一方面也有助于減少設(shè)備內(nèi)的氣相空間，提高設(shè)備的容積利用率;經(jīng)脫氣器后的混合液中還含有一定的溶解氣及部分較為分散的氣泡，這種混合液經(jīng)位于旋流式脫氣器下端的入口轉(zhuǎn)向器進(jìn)入消能器中。消能器根據(jù)來流量的多少自動調(diào)節(jié)浮閥開度，保證液流在整個消能器頂平面內(nèi)均勻向上浮升，這種工作方式一方面引入了射流和重力消能作用，使高速液流的動能轉(zhuǎn)化為壓能，另一方面還利用了水洗和氣體浮選作用，從而收到較好的預(yù)分離效果;整流器緊接在消能器之后，主要用來抑制或消除設(shè)備中的短路流、溝流和渦流，起整流、穩(wěn)流作用，為分散相的聚結(jié)分離提供良好的流動條件;經(jīng)以上三部件的聯(lián)合作用，來流中的氣體得到脫除、動能轉(zhuǎn)化成壓能、一些簡單的油水分離過程得到實現(xiàn)、設(shè)備中的短路流、溝流和渦流也得到有效抑制，流動條件十分接近塞狀流，從而為下一步油水深度分離創(chuàng)造了良好條件;聚結(jié)器位于整流器之后，主要用來充分利用上述各功能器件提供的良好流動條件，有效地改善和強化設(shè)備的分離特性。最后，得到分離的各相介質(zhì)，分別通過集油器、集水器和捕霧器，經(jīng)油相、氣相和水相出口接管排出。在設(shè)備排液端設(shè)置集油器、集水器和捕霧器，目的在于消除或抑制液流自設(shè)備中排出所引起的流動集中現(xiàn)象，使設(shè)備排液端的空間也得到有效利用，從而最大限度地提高設(shè)備的容積利用率。此外，捕霧器還具有捕集氣相中液滴的作用，保證氣相含液指標(biāo)達(dá)到規(guī)定質(zhì)量要求。下面利用附圖進(jìn)一步說明
具體實施例方式

圖1是本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)示意3是本發(fā)明實施例3的結(jié)構(gòu)示意4是脫氣器的結(jié)構(gòu)示意5是入口轉(zhuǎn)向器的結(jié)構(gòu)示意6是消能器的結(jié)構(gòu)示意7是整流器的結(jié)構(gòu)示意8是集油器、集水器的結(jié)構(gòu)示意9是捕霧器的結(jié)構(gòu)示意圖實施例1參見圖1，標(biāo)號16是臥式殼體，在臥式殼體16的進(jìn)液端裝有脫氣器2。參見圖4，脫氣器2采用帶有導(dǎo)向葉片的旋流式結(jié)構(gòu)，分別由芯管17、導(dǎo)向葉片18和旋流筒19組成?；旌弦哼M(jìn)口接管1沿切線方向與旋流筒19相連接，分離出來的氣體，通過控制閥門15，可以經(jīng)連通管14引至設(shè)備進(jìn)液端上部的氣相空間，也可以經(jīng)連通管13引至設(shè)備排液端上部的氣相空間;在脫氣器2的下端裝有入口轉(zhuǎn)向器4，并置于消能器3內(nèi)，參見圖5，入口轉(zhuǎn)向器4采用的是徑向葉片鼠籠式結(jié)構(gòu)，分別由鼠籠蓋板20、鼠籠底板21和沿徑向輻射狀分布的葉片22組成，主要用來改變高速液流的射流方向;消能器3采用下置浮閥箱式結(jié)構(gòu)，安裝在殼體16進(jìn)液端的下部，參見圖6，該器件由箱體24和浮閥23組成，其中在箱體24上開有許多均勻分布的通孔，浮閥23則安裝在這些通孔上，根據(jù)流量的不同，浮閥23可上下自由浮動，保證液流在整個消能器頂平面內(nèi)均勻向上浮升，通過射流和重力消能作用，使高速液流的動能轉(zhuǎn)化為壓能，同時，這種工作方式還有效地引入了水洗和氣體浮選作用，有助于獲得良好的預(yù)分離效果;整流器5設(shè)置在消能器3的后部，參見圖7，該器件由孔網(wǎng)狀箱體25和填料26組成，其中填料26采用的是θ網(wǎng)環(huán)，堆放或整砌在孔網(wǎng)狀箱體25中，因這種θ網(wǎng)環(huán)填料具有體積小、比表面和空隙率大的特點，液流從其間通過，要進(jìn)行多次速度大小和方向的再分配，因而與Performax填料及其它規(guī)整波紋板填料相比，具有更好的穩(wěn)流、整流作用及更小的壓降，是抑制或消除設(shè)備中短路流、溝流和渦流的有效部件。此外，對填料26材質(zhì)的適當(dāng)選擇，還可使該器件具有粗?；饔茫瑸楹罄^的分離環(huán)節(jié)提供有利條件;標(biāo)號6是用來強化設(shè)備分離特性、提高分離效率的重要部件多層板式聚結(jié)器，該部件已另案申報專利;在設(shè)備排液端油相出口接管10和水相出口接管8的一端，裝設(shè)有集油器9和集水器7，主要用來改善或消除由于排液所引起的流動集中現(xiàn)象，使設(shè)備排液端的空間得到有效利用，從而最大限度地提高設(shè)備的容積利用率，參見圖8，這里集油器9和集水器7采用的是孔網(wǎng)狀填料箱式結(jié)構(gòu)，其中27是孔網(wǎng)狀箱體，28是堆放或整砌在27中的θ網(wǎng)環(huán)填料;在氣相出口接管12的一端安裝有捕霧器11，參見圖9，其結(jié)構(gòu)組成包括筒體29、θ網(wǎng)環(huán)填料30和孔網(wǎng)狀底板31，主要用來抑制或消除因排氣所引起的流動集中現(xiàn)象，此外，該器件還具有捕集氣相中液滴的作用，使氣相含液達(dá)到規(guī)定質(zhì)量要求。
實施例2參見圖2，實際上相當(dāng)于兩個實施例1的一體化并聯(lián)，不同僅在于脫氣器2、入口轉(zhuǎn)向器4和消能器3位于臥式殼體16的中部;整流器5、聚結(jié)器6、集水器7、集油器9和捕霧器11則各自分為兩部分，分別對稱地設(shè)置在消能器3的兩側(cè)。其工作過程是混合液流自臥式殼體16的中部，經(jīng)混合液進(jìn)口接管1進(jìn)入脫氣器2，通過入口轉(zhuǎn)向器4、消能器3后，向兩側(cè)流動，最后經(jīng)集水器7、集油器9和捕霧器11，分別由水相出口接管8、油相出口接管10和氣相出接管12排出，介質(zhì)在每一側(cè)的流動與分離過程都同實施例1。
實施例3參見圖3，結(jié)構(gòu)組成與實施例2相似，也呈兩側(cè)對稱狀，實際上也相當(dāng)于兩個實施例1的一體化并聯(lián)，不同僅在于集水器7、集油器9和捕霧器11設(shè)置在臥式殼體16的中部，脫氣器2、入口轉(zhuǎn)向器4、消能器3、整流器5和聚結(jié)器6則各自分為兩部分，對稱地設(shè)置在臥式殼體16的兩端。其工作過程是液流自設(shè)備兩端的混合液進(jìn)口接管1等量地進(jìn)入設(shè)備，經(jīng)各自的脫氣器2、入口轉(zhuǎn)向器4、消能器3、整流器5和聚結(jié)器6，向設(shè)備的中部流動，并通過設(shè)在臥式殼體16中部的集水器7、集油器9和捕霧器11，最后由水相出口接管8、油相出口接管10和氣相出口接管12排出。
本發(fā)明由于采用了旋流式脫氣器，基本消除或抑制了氣相湍流對分離過程的不利影響，減少了設(shè)備內(nèi)的氣相空間，有助于設(shè)備容積效率的提高;徑向葉片鼠籠式入口轉(zhuǎn)向器和下置浮閥箱式消能器的配合使用，有效地引入了重力消能、水洗和氣體浮選作用，強化了設(shè)備的預(yù)分離作用;所開發(fā)的新型θ網(wǎng)環(huán)填料箱式整流器，具有優(yōu)良的整流與穩(wěn)流作用，抑制或消除了設(shè)備中的短路流、渦流和溝流，強化了設(shè)備的流動特性;此外，還由于采用了分離特性極為優(yōu)良的多層板式聚結(jié)器，設(shè)備的分離性能也得到大幅度提高。因此，本發(fā)明對重力式油氣水分離設(shè)備的綜合改進(jìn)，必將使設(shè)備具有優(yōu)良的技術(shù)經(jīng)濟性能和綜合工作效果。
權(quán)利要求
1.一種重力式油氣水分離結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)備，結(jié)構(gòu)組成包括臥式殼體16、混合液接口接管1、氣相出口接管12、油相出口接管10、水相出口接管8以及在殼體16內(nèi)設(shè)置的各種功能強化器件，其特征在于各功能器件均設(shè)置在殼體16內(nèi)包括脫氣器2、入口轉(zhuǎn)向器4、消能器3、整流器5、聚結(jié)器6、集水器7、集油器9和捕霧器11，其中脫氣器2位于設(shè)備進(jìn)液端的上部，其排氣口分別經(jīng)連通管14和13與設(shè)備進(jìn)液端和排液端的氣相空間相連通，入口轉(zhuǎn)向器4安裝在脫氣器2的下端，并置于消能器3內(nèi)，消能器3設(shè)在殼體16進(jìn)液端的下部，整流器5在消能器4之后，聚結(jié)器6與整流器5相鄰，位于殼體16的中部，集油器9、集水器7和捕霧器11則設(shè)置在設(shè)備的排液端，并分別與油相出口接管10、水相出口接管8和氣相出口接管12相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重力式油氣水分離結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)備，其特征在于脫氣器2采用帶有導(dǎo)向葉片的旋流式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)組成包括芯管17、導(dǎo)向葉片18和旋流筒19。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重力式油氣水分離結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)備，其特征在于入口轉(zhuǎn)向器4采用徑向葉片鼠籠式結(jié)構(gòu)，該器件由鼠籠蓋板20、鼠籠底板21和位于蓋板和底板之間沿徑向輻射狀均勻分布的葉片22組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重力式油氣水分離結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)備，其特征在于消能器3采用下置浮閥箱式結(jié)構(gòu)，在箱體24上設(shè)有許多均勻分布的通孔，浮閥23則置于這些通孔上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重力式油氣水分離結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)備，其特征在于整流器5由孔網(wǎng)狀箱體25和散裝填料26組成，其中散裝填料采用的是θ網(wǎng)環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重力式油氣水分離結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)備，其特征在于聚結(jié)器6采用的是多層板式結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重力式油氣水分離結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)備，其特征在于集水器7、集油器9分別由孔網(wǎng)狀箱體27和散裝填料28組成，其中散裝填料28采用的是θ網(wǎng)環(huán)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重力式油氣水分離結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)備，其特征在于捕霧器11由筒體29、孔網(wǎng)底板31和散裝填料30組成，其中散裝填料30采用的也是θ網(wǎng)環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種重力式油氣水分離結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)備。設(shè)備內(nèi)設(shè)有強化設(shè)備性能的各種功能器件包括脫氣器、入口轉(zhuǎn)向器、消能器、整流器、聚結(jié)器、集水器、集油器和捕霧器。該設(shè)備與美國C-E Natco公司的Performax填料式分離器相比，具有分離效率高、處理能力強、操作彈性大、設(shè)備利用率高等特點。特別適用于油田地面工程、環(huán)境工程、煉油廠和化工廠中的油氣水分離。
文檔編號B01D17/032GK1072609SQ9211342
公開日1993年6月2日 申請日期1992年11月28日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月28日
發(fā)明者陸耀軍, 潘玉琦 申請人:河南石油勘探局勘察設(shè)計研究院