一种自动分流式旋流分离装置 |
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| 申请号 | CN202110911214.4 | 申请日 | 2021-08-10 | 公开(公告)号 | CN113617544A | 公开(公告)日 | 2021-11-09 |
| 申请人 | 东北石油大学; | 发明人 | 邢雷; 赵立新; 司书言; 刘海龙; 张爽; 陈映赫; | ||||
| 摘要 | 一种自动分流式旋流分离装置。其特征在于：分离装置内置有一级浮动式螺旋流道分离单元和二级内嵌式螺旋流道分离单元，当进液量较小时，二级内嵌式螺旋流道分离单元内部阵列进液孔被浮动式螺旋流道所遮挡，全部油 水 混合相经侧向进液孔进入浮动式螺旋流道；进液量大时，浮动式螺旋流道压缩稳压 弹簧 在锥体导流腔内部轴向移动，二级内嵌式螺旋流道分离单元内部阵列进液孔露出，部分油水混合相由浮动式螺旋流道内壁的阵列进液孔侧向进入二级内嵌式螺旋流道分离单元，由流道悬挂式溢 流管 排出，水相由螺旋渐扩式出口管排出。本装置解决了进液量突变工况下因无法稳定处理量而导致的分离效率低下的问题，增强了旋流分离装置对变工况的适用。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种自动分流式旋流分离装置，具有一级浮动式螺旋流道分离单元、二级内嵌式螺旋流道分离单元；其特征在于： |
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| 说明书全文 | 一种自动分流式旋流分离装置技术领域背景技术[0002] 随着旋流技术的不断发展与创新，旋流器具有结构简单、分离高效、工艺简单等优点并作为一种油水分离设备成功的应用于井下油水分离。但是水力旋流器的相关性能受旋流器自身的结构影响较大，一旦确定了旋流器的结构，最佳分离效率的处理量适用范围是确定不变的，因此在井下工况复杂进液量变化大的影响下，处理量无法随工况不同进行改变，井下油水分离旋流器的分离效果始终受到制约。在实际使用的过程中只能更换旋流器整体来使得旋流器适应不同进液量的工况条件，这种情况下，成本高、操作过程复杂、难以及时发现问题，所以在实际应用过程中往往因为处理量过大以致超过旋流器的适用范围，导致分离效率低，限制了旋流器的应用。 发明内容[0003] 为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提出了一种自动分流式旋流分离装置，通过浮动式螺旋流道的浮动来自动分流，可由进液量的大小自动调节浮动式螺旋流道的浮动范围，自主的从浮动式螺旋流道内壁遮挡的第二级阵列进液孔分流进入进行二级分离，使得处理量的适用范围扩大，消除了进液量紊乱工况下分离装置自适应差或分离效率低下的影响，扩大处理量适用范围，增强旋流分离设备对不同进液量条件的适用性。 [0004] 本发明的技术方案是：该种自动分流式旋流分离装置，具有一级浮动式螺旋流道分离单元、二级内嵌式螺旋流道分离单元。其独特之处在于：所述一级浮动式螺旋流道分离单元包括限位进液筒1、锥体导流腔2、浮动式螺旋流道3、稳压弹簧4、一级密封盘5；所述限位进液筒1主要结构有一级连接孔101、流道限位环 10、筒端法兰11、侧向进液入口管12，侧向进液入口管12上开有侧向进液孔1201，一级连接孔101与一级密封盘4螺纹连接，限位进液体筒1出口端面焊接筒端法兰11可与腔端法兰13连接，流道限位环10焊接在筒端法兰11内侧并与其等高且保持底部齐平，侧向进液孔1201进液速度方向与限位进液筒1内壁相切、侧向进液孔1201端面焊接法兰可与外界管路连接，侧向进液入口管12与限位进液筒1外壁面焊接连接。 [0005] 所述锥体导流腔2主要结构有腔端法兰13、柱段腔体14、锥段腔体15、腔体底流导管16、弹簧支撑环17、同向出流式溢流管18和同向侧流式出口管19，腔端法兰13焊接在锥体导流腔2入口端面，柱段腔体14、锥段腔体15、腔体底流导管16同轴心并依次焊接连接，弹簧支撑环17焊接在柱段腔体14内侧、轴向上靠近锥段腔体15，同向出流式溢流管18轴向贯穿整个腔体底流导管16、同向出流式溢流管18出口端面焊接法兰与外界管路连接，同向侧流式出口管19出口端面焊接法兰可与外界管路连接、同向侧流式出口管19与腔体底流导管16外壁面焊接连接。 [0006] 所述浮动式螺旋流道3由五条螺旋流道组成、其与锥体导流腔2内侧和切向旋流筒6外壁均为间隙接触且其位于稳压弹簧4上方；所述稳压弹簧4位于弹簧支撑环17上且与锥体导流腔2内侧间隙接触；所述一级密封盘5中心开孔，外侧开有螺纹与限位进液筒1上的一级连接孔101螺纹连接、一级密封盘5内侧嵌有一级密封圈20且一级密封圈20与切向旋流筒 6过盈连接。 [0007] 所述二级内嵌式螺旋流道分离单元包括切向旋流筒6、流道悬挂式溢流导管7、内嵌式螺旋流道8和二级密封盘9；所述切向旋流筒6主要结构有柱段筒体21、锥段筒体22、筒体底流导管23和螺旋渐扩式出口管24，柱段筒体21顶端开有部分螺纹与二级密封盘9螺纹连接且柱段筒体21、锥段筒体22、筒体底流导管23同轴心并依次焊接连接，10列阵列进液孔601圆周分布切向旋流筒6表面且每列有5个阵列进液孔601，螺旋渐扩式出口管24与筒体底流导管23焊接连接且旋向与浮动式螺旋流道3旋向一致。所述流道悬挂式溢流导管7在其外表面开两段螺纹，分别与二级密封盘9和内嵌式螺旋流道8螺纹连接，流道悬挂式溢流导管7中心开有通孔贯穿整体。 [0008] 所述内嵌式螺旋流道8内壁开有螺纹，与流道悬挂式溢流导管7外壁螺纹连接，内嵌式螺旋流道8由5条流道构成，旋向与浮动式螺旋流道3和螺旋渐扩式出口管24的旋向一致，稳流倒锥25焊接在内嵌式螺旋流道8的底部；所述二级密封盘9中心开孔，外侧开有部分螺纹与切向旋流筒6顶部螺纹连接、二级密封盘9内嵌有二级密封圈901且二级密封圈901与流道悬挂式溢流导管7过盈连接。 [0009] 本发明具有如下有益效果：本发明能够根据进液量的大小自动调节浮动式螺旋流道的相对轴向位置，进液量压力小时，稳压弹簧压缩幅度小，浮动式螺旋流道完全遮挡住阵列进液孔，分离完全在一级分离单元内完成；进液量压力大时，浮动式螺旋流道自动压缩稳压弹簧，稳压弹簧压缩幅度大，阵列进液孔部分或完全露出，混合相自主的从阵列进液孔分流进入进行二级分离。本装置各级分离是利用油相、水相间的密度差来进行旋流分离，对进液量进行有效调控，从而达到此工况下的最佳分离性能。 [0010] 下面进行详细说明：首先，本发明在旋流器结构上具有创新性，一级分离单元采用浮动式螺旋流道，能够根据进液量大小，自动选择一级分离和双级分离，扩大了处理量的适用范围，且在装置运行过程中具备实时调控的功能更具自动化。 [0011] 其次，本装置内部的二级螺旋渐扩式出口管的旋向与一级的浮动式螺旋流道、二级的内嵌式螺旋流道一级侧向进液入口来液的速度方向均保持方向一致，减少了因部件安装方式带来的对旋流场产生的不必要的阻力。 [0012] 再次，本装置结构简单，便于制造，对管壁的损伤小。本装置侧向进液入口管与同向侧流出口管均位于一端面，各级出口合理布置减少了不必要的管路连接。 [0013] 最后，两级都采用了密封圈进行密封，使装置的密封性得到了进一步加强，更有利于保持装置平稳运行和达到最佳分离效率。 [0014] 综上所述，本发明提出的一种自动分流式旋流分离装置可根据进液量大小自动调节浮动式螺旋流道的浮动范围来自动调整浮动式螺旋流道轴向位置，当进液量急剧增大，部分混合相被均摊至二级内嵌式螺旋流道分离单元内部，一级浮动式螺旋流道分离单元、二级内嵌式螺旋流道分离单元同时进行油水旋流分离，以扩大处理量的适用范围实现自动分流，分离效率高、处理工艺简单、消除了进液量变化大复杂工况下分离装置自适应差分离效率低下的影响。 [0016] 图2为一种自动分流式旋流分离装置截面剖视图。 [0017] 图3为一种自动分流式旋流分离装置整体爆炸图。 [0018] 图4为一级浮动式螺旋流道与稳压弹簧的位置关系图。 [0019] 图5为一级浮动式螺旋流道分离单元装配图。 [0020] 图6为一级密封盘截面剖视图。 [0021] 图7为限位进液筒结构图。 [0022] 图8为锥体导流腔整体图。 [0023] 图9为限位进液筒和锥体导流腔装配图。 [0024] 图10为浮动式螺旋流道结构图。 [0025] 图11为二级内嵌式螺旋流道分离单元截面剖视图。 [0026] 图12为二级内嵌式螺旋流道分离单元整体爆炸图。 [0027] 图13为二级密封盘截面剖视图。 [0028] 图14为切向旋流筒结构图。 [0029] 图15为流道悬挂式溢流导管结构图。 [0030] 图16为内嵌式螺旋流道截面剖视图。 [0031] 图17为流道悬挂式溢流导管和内嵌式螺旋流道装配图。 [0032] 图18为低进液量工作原理示意图。 [0033] 图19为高进液量工作原理示意图。 [0034] 图中 1‑限位进液筒；101‑一级连接孔；2‑锥体导流腔；3‑浮动式螺旋流道；4‑稳压弹簧；5‑一级密封盘；6‑切向旋流筒；601‑阵列进液孔；7‑流道悬挂式溢流导管；8‑内嵌式螺旋流道；9‑二级密封盘；901‑二级密封圈；10‑流道限位环；11‑筒端法兰；12‑侧向进液入口管；1201‑侧向进液孔；13‑腔端法兰；14‑柱段腔体；15‑锥段腔体；16‑腔体底流导管；17‑弹簧支撑环；18‑同向出流式溢流管；19‑同向侧流式出口管；20‑一级密封圈；21‑柱段筒体；22‑锥段筒体；23‑筒体底流导管；24‑螺旋渐扩式出口管；25‑稳流倒锥。 [0035] 具体实施方式：下面结合附图对本发明作进一步说明： 本种自动分流式旋流分离装置，具有一级浮动式螺旋流道分离单元、二级内嵌式螺旋流道分离单元。 [0036] 所述一级浮动式螺旋流道分离单元包括限位进液筒、锥体导流腔、浮动式螺旋流道、稳压弹簧、一级密封盘；所述限位进液筒主要结构有一级连接孔、限位进液筒出口、流道限位环、筒端法兰、侧向进液孔和侧向进液入口管，一级连接孔与一级密封盘螺纹连接，限位进液体筒出口端面焊接筒端法兰可与腔端法兰连接，流道限位环焊接在筒端法兰内侧并与其等高且保持底部齐平，侧向进液孔进液速度方向与限位进液筒内壁相切、侧向进液孔端面焊接法兰可与外界管路连接，侧向进液入口管与限位进液筒外壁面焊接连接。 [0037] 所述锥体导流腔主要结构有腔端法兰、柱段腔体、锥段腔体、腔体底流导管、弹簧支撑环、同向出流式溢流管和同向侧流式底流管，腔端法兰焊接在锥体导流腔入口端面，柱段腔体、锥段腔体、腔体底流导管同轴心并依次焊接连接，弹簧支撑环焊接在柱段腔体内侧、轴向上靠近锥段腔体，同向出流式溢流管轴向贯穿整个腔体底流导管、同向出流式溢流管出口端面焊接法兰与外界管路连接，同向侧流式底流管出口端面焊接法兰可与外界管路连接、同向侧流式底流管与腔体底流导管外壁面焊接连接；所述浮动式螺旋流道由五条螺旋流道组成、其与锥体导流腔内侧和切向旋流筒外壁均为间隙接触且其位于稳压弹簧上方；所述稳压弹簧位于弹簧限位环上且与锥体导流腔内侧间隙接触；所述一级密封盘中心开孔，外侧开有螺纹与限位进液筒上的一级连接孔螺纹连接、一级密封盘内侧嵌有一级密封圈且一级密封圈与切向旋流筒过盈连接。 [0038] 所述二级内嵌式螺旋流道分离单元包括切向旋流筒、流道悬挂式溢流导管、内嵌式螺旋流道、二级密封盘；所述切向旋流筒主要结构有柱段筒体、锥段筒体、筒体底流导管和螺旋渐扩式出口管，柱段筒体顶端开有部分螺纹与二级密封盘螺纹连接且柱段筒体、锥段筒体、筒体底流导管同轴心并依次焊接连接，10列进液孔圆周分布切向旋流筒表面且每列有5个进液孔，螺旋渐扩式出口管与筒体底流管焊接连接且旋向与浮动式螺旋流道旋向一致；所述悬挂式溢流导管在其外表面开两段螺纹，分别与二级密封盘和内嵌式螺旋流道螺纹连接，悬挂式溢流导管中心开有通孔贯穿整体。 [0039] 所述内嵌式螺旋流道内壁开有螺纹，与悬挂式溢流导管外壁螺纹连接，由5条流道构成，旋向与浮动式螺旋流道和螺旋渐扩式出口管的旋向一致，稳流倒锥焊接在内嵌式螺旋流道的底部；所述二级密封盘中心开孔，外侧开有部分螺纹与切向旋流筒顶部螺纹连接、二级密封盘内嵌有二级密封圈且二级密封圈与悬挂式溢流过盈连接。 [0040] 本种自动分流式旋流分离装置整体外观如图1所示，油水混合相从侧向进液入口管12进入限位进液筒1，经一级浮动式螺旋流道单元分离后，油相由同向出流式溢流管18流出，水相由同向侧流式出口管19流出，经二级内嵌式螺旋流道单元分离后，油相由流道悬挂式溢流导管7流出，水相由螺旋渐扩式出口管24流出后与锥体导流腔2内部的水一起汇合由同向侧流式出口管19流出。 [0041] 自动分流式旋流分离装置截面剖视图如图2所示。自动分流式旋流分离装置整体爆炸图如图3所示，主要由限位进液筒1、锥体导流腔2、浮动式螺旋流道3、稳压弹簧4、一级密封盘5、切向旋流筒6、流道悬挂式溢流导管7、内嵌式螺旋流道8、二级密封盘9组成。图4为浮动式螺旋流道与稳压弹簧的位置关系图。图5为一级浮动式螺旋流道分离单元装配图，一级密封盘5侧壁面开有部分螺纹与限位进液筒1上的一级连接孔101螺纹连接，限位进液筒1和锥体导流腔2通过筒端法兰11和腔端法兰13螺纹连接，油水混合相从限位进液筒1经浮动式螺旋流道3流向锥体导流腔2，油相密度小于水相密度，在强旋心力作用下，轻质油相聚集在锥体导流腔2轴心位置由同向出流式溢流管18流出，水相则环绕在锥体导流腔2内壁附近区域由同向侧流式出口管19流出。图6为一级密封盘截面剖视图，一级密封盘5内侧轴心处内嵌有一级密封圈20且一级密封圈20与切向旋流筒6过盈连接，一级密封圈20可以防止油水混合相从一级密封盘5和切向旋流筒6的间隙流出。图7为限位进液筒结构图，限位进液筒1主要结构有流道限位环10、筒端法兰11、侧向进液入口管12，限位进液筒1上的一级连接孔 101开有螺纹，与一级密封盘5螺纹连接，流道限位环10焊接在筒端法兰11内侧并与其底部齐平，侧向进液入口管12上开有侧向进液孔1201，侧向进液孔1201进液速度方向与限位进液筒1内壁相切有利于增大混合相初始切向速度。图8为锥体导流腔整体图，锥体导流腔2主要结构有腔端法兰13、柱段腔体14、锥段腔体15、腔体底流导管16、弹簧支撑环17、同向出流式溢流管18和同向侧流式出口管19，腔端法兰13焊接在锥体导流腔2入口端面，弹簧支撑环 17焊接在柱段腔体14内侧，浮动式螺旋流道3在油水混合相的压力下向下移动压缩稳压弹簧4，稳压弹簧4可以在弹簧支撑环17的支撑下被压缩或还原，流道限位环10可以限制螺旋流道上移，防止流速过大产生过大碰撞损坏装置。图9为限位进液筒和锥体导流腔装配图。 图10为浮动式螺旋流道结构图，浮动式螺旋流道3由五条螺旋流道组成、其与锥体导流腔2内侧和切向旋流筒6外壁均为间隙接触且其位于稳压弹簧4上方，浮动式螺旋流道3可以在处理量的变化下在锥体导流腔内部产生轴向运移的现象进而控制二级内嵌式螺旋流道分离单元开闭。 [0042] 图11为二级内嵌式螺旋流道分离单元截面剖视图。图12为二级内嵌式螺旋流道分离单元整体爆炸图，二级分离单元主要结构有切向旋流筒6、流道悬挂式溢流导管7、内嵌式螺旋流道8、二级密封盘9，油水混合相在压缩浮动式螺旋流道3后，油水混合相会从阵列进液孔601流入到切向旋流筒6，经内嵌式螺旋流道8流入锥段筒体22进行分离，水相由螺旋渐扩式出口管24流出并汇入到一级分离单元的水相中，然后共同从同向侧流式出口管19排出，油相由流道悬挂式溢流导管7排出。图13为二级密封盘截面剖视图，二级密封盘9中心开孔，内侧开有部分螺纹与流道悬挂式溢流导管7螺纹连接固定在一起，外侧开有部分螺纹与切向旋流筒6顶部螺纹连接、二级密封盘9轴心处内嵌有二级密封圈901且二级密封圈901与流道悬挂式溢流导管7过盈连接。图14为切向旋流筒结构图，10列进液孔601圆周分布在柱段筒体21表面且每列有5个进液孔601，螺旋渐扩式出口管24与筒体底流导管23焊接连接且旋向方向与浮动式螺旋流道3旋向保持一致。图15为流道悬挂式溢流导管结构图，流道悬挂式溢流导管7在其外表面开两段螺纹，分别与二级密封盘9和内嵌式螺旋流道8螺纹连接。图16为内嵌式螺旋流道截面剖视图，内嵌式螺旋流道8内壁开有螺纹，与流道悬挂式溢流导管 7外壁螺纹连接，5条螺旋流道旋向与浮动式螺旋流道3和螺旋渐扩式出口管24的旋向一致，稳流倒锥25焊接在内嵌式螺旋流道8的底部稳定流场。图17为流道悬挂式溢流导管和内嵌式螺旋流道装配图。 [0043] 图18为低进液量工作原理示意图、图19为高进液量工作原理示意图。油水混合相处理量较小时，如图18所示，浮动式螺旋流道3对稳压弹簧4的压缩量较小，二级内嵌式螺旋流道分离单元内部阵列进液孔601被遮挡，油水混合相直接流入浮动式螺旋流道3进入一级分离单元进行分离，油相由同向出流式溢流管18流出，水相由同向侧流式出口管19流出。油水混合相处理量较大时，如图19所示，浮动式螺旋流道3对稳压弹簧4的压缩量较大，二级内嵌式螺旋流道分离单元内部阵列进液孔601露出，开始分流，部分油水混合相从阵列进液孔601流入二级分离单元分离，油相由流道悬挂式溢流导管7流出，水相由螺旋渐扩式出口管 24流出后与锥体导流腔2内部的水一起汇合由同向侧流式出口管19流出。 [0044] 本发明提出的一种自动分流式旋流分离装置可根据进液量大小自动调节浮动式螺旋流道的浮动范围来自动调整浮动式螺旋流道轴向位置，当进液量急剧增大，部分混合相被均摊至二级内嵌式螺旋流道分离单元内部，一级浮动式螺旋流道分离单元、二级内嵌式螺旋流道分离单元同时进行油水旋流分离，以扩大处理量的适用范围实现自动分流，分离效率高、处理工艺简单、消除了进液量变化大复杂工况下分离装置自适应差分离效率低下的影响，增强了装置的适用性。 |
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