流體輸配系統及其多相分離器的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種流體輸配系統及其多相分離器，該多相分離器包括：殼體，為圓柱形的空腔結構，且殼體的頂部中心區域設有氣體出口，殼體的底部中心區域設有液體出口；進口，位于殼體的中部，內壁為渦流型流道；倒錐，為圓錐臺形的筒體結構，上端和氣體出口連接，下端的位置高于進口的高度；多層塔錐，為柱狀的空腔結構，設于液體出口上方，且與液體出口連通，且多層塔錐外側面的頂部呈圓錐形、中部為上下層疊的多層圓錐臺結構，進口的高度高于多層塔錐的頂部；排液孔，均布于多層塔錐的圓錐形頂部的底面邊緣、中部的每一層圓錐臺結構的底面邊緣。本發明可以分離出低溫液體中夾帶的氣體和固體顆粒，輸出的是純相的低溫液體。
【專利說明】 流體輸配系統及其多相分離器
【技術領域】
[0001]本發明涉及多相流體分離【技術領域】，特別涉及一種用于分離多相流體的多相分離器及具有該多相分離器的流體輸配系統。
【背景技術】
[0002]隨著科學技術的發展，低溫技術的應用領域得到了大幅的拓展，其中，低溫液體的輸配是實現低溫液體應用中必不可少的環節，其安全、高效運行對于整個低溫應用系統至關重要。對于低溫液體輸配系統，由于輸配的低溫液體和周圍環境存在較大的溫差，盡管系統中的槽車、管路、閥門等所有管路和設備都做了相應的保溫，但是仍然不可避免的存在漏熱。這部分漏熱傳遞給低溫液體后，必然引起部分低溫液體產生溫升，使低溫液體氣化，導致低溫液體輸配系統中攜帶了氣體；另外，當低溫液體輸配系統采用自增壓或者充氣增壓方式輸出低溫液體時，系統中夾帶的氣體會大幅增加。低溫液體輸配系統中若夾帶氣體，必將使得低溫液體的有效輸送量大幅減小，輸配效率降低，輸配能耗增大；更為嚴重的是，系統中由于氣體的存在，在輸送過程中可能出現氣塞現象，使得輸配管路的液體段壓力升高，從而給系統安全帶來隱患；如果進入低溫液體泵的是氣液混合流，勢必會發生氣蝕現象，損壞低溫液體泵。
[0003]在使用低溫液體容器前，需排盡容器中的在工作溫度下被冷凍的氣體或有害氣體。為了達到上述目的，常采用吹除和置換的方法。置換時也只是通過稀釋空氣，保證剩余空氣的含量降至安全范圍，故容器中仍然殘留了一定量的空氣。當容器中充入低溫液體時，殘留的在工作溫度以下可被冷凍的氣體將變為固體顆粒(如液氫容器中充入液氫以后殘留的空氣將變為空氣固體顆粒，即固空顆粒這些固體顆粒存在于低溫液體輸配系統中時，隨液體夾帶進入管道、閥門、低溫液體泵等，會在管路、閥門、低溫液體泵等處沉積，造成系統壓力不穩，嚴重時會堵塞管路、閥門、低溫液體泵等設備，導致低溫液體輸配系統無法正常運行；另外，固體顆粒進入低溫液體泵則會對泵體產生磨損，縮短液體泵的實用壽命。
[0004]為了保證低溫液體輸配系統能安全、可靠、高效運行，當低溫液體中夾帶氣體、固體顆粒時需對其進行分離，把氣體、固體顆粒從低溫液體中分離出來。
[0005]目前，有關三相分離技術的應用多在原油開采領域中對油田伴生氣及油砂的分離。常規的油田伴生氣及油砂的分離設備為沉降式分離器，但該分離設備投資大、運行費用高。旋流分離器是一種高效的分離設備，它借助離心力的作用，將具有一定密度差的介質進行分離。旋流分離器具有結構簡單、分離效率高、占地面積小、安裝方便，運行費用低、使用方便靈活等優點，因此得到越來越多的關注。由于應用于原油開采工藝中的旋流分離設備是從原油中分離伴生氣、泥沙等雜質，而原油、伴生氣、泥沙三者的密度差大，三者在旋流場中產生的離心力大小差異大，因而便于分離。
[0006]而低溫流體輸配系統中的氣體、液體、固體顆粒之間的密度差較小，尤其是固體顆粒是微小細顆粒，和低溫液體的密度差較小，單純借助離心力難以有效分離，所以若把應用于原油開采工藝中的旋流分離器應用于低溫流體輸配系統中明顯不合理、分離效率不高。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于提供一種多相分離器，以解決目前單純借助離心力難以有效分離低溫流體中固體顆粒及氣體的問題。
[0008]本發明的另一目的在于提供一種具有上述多相分離器的低溫流體輸配系統。
[0009]為了解決上述問題，本發明提供一種低溫流體輸送用的多相分離器，其技術方案如下:
[0010]一種多相分離器，其包括:殼體，為圓柱形的空腔結構，且所述殼體的頂部中心區域設有氣體出口，所述殼體的底部中心區域設有液體出口 ；進口，位于所述殼體的中部，用于輸入多相流體，且所述進口內壁為渦流型流道，以使多相流體在所述殼體內形成旋流場；倒錐，為圓錐臺形的筒體結構，上端和所述氣體出口連接，下端的位置高于所述進口的高度；多層塔錐，為柱狀的空腔結構，設于所述液體出口上方，且與所述液體出口連通，且所述多層塔錐外側面的頂部呈圓錐形、中部為上下層疊的多層圓錐臺結構，所述進口的高度高于所述多層塔錐的頂部；排液孔，均布于所述多層塔錐的圓錐形頂部的底面邊緣、中部的每一層圓錐臺結構的底面邊緣。
[0011]優選地，在上述多相分離器中，所述殼體內壁下部設有螺旋槽，且所述螺旋槽的旋轉方向與多相流體在所述殼體內形成旋流場的旋流方向一致。
[0012]優選地，在上述多相分離器中，所述倒錐下端向下延伸形成一圓筒狀的氣體入口。
[0013]優選地，在上述多相分離器中，所述倒錐的中部或上部沿圓周方向設有多個出液孔。
[0014]優選地，在上述多相分離器中，所述殼體的底部設有用于排出固體顆粒的排污口，所述排污口上設有排污閥。
[0015]優選地，在上述多相分離器中，所述多層塔錐的下部形成有一個與所述液體出口相連通的倒錐臺形部，進入所述多層塔錐的液體通過該倒錐臺形部進入所述液體出口。
[0016]為了解決上述問題，本發明提供一種流體輸配系統，其技術方案如下:
[0017]—種流體輸配系統，其包括:槽車，用于存儲流體；多相分離器，為上述任一多項分離器，所述多相分離器的進口和所述槽車的出口連接；低溫液體泵，和所述多相分離器的液體出口連接。
[0018]優選地，在上述流體輸配系統中，在所述多相分離器和所述低溫液體泵之間連接有緩沖罐。
[0019]分析可知，本發明針對低溫流體同時存在氣體、液體、固體顆粒，且三者之間的密度差較小、液體和固體顆粒不易分離的特點，提出一種多相分離器，其利用三相在相同流速下具有的不同離心力和慣性力，可同步實現分液、除去固體顆粒、除去氣體，從而輸出純相的低溫液體，具有該多相分離器的流體輸配系統則可以大大提高低溫液體輸配系統的安全性和輸配效率。尤其適用于工業、航空航天等領域的低溫液體安全、高效輸配。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明的流體輸配系統實施例的原理結構示意圖；
[0021]圖2為圖1所示實施例的多相分離器的結構示意圖；
[0022]圖圖此分別為圖2所示多相分離器的入口及渦流型流道的結構示意圖；
[0023]圖4為圖2所示多相分離器的內壁設有螺旋槽的殼體的結構示意圖；
[0024]圖53、圖56分別為圖2所示多相分離器的倒錐及其上的出液孔的結構示意圖；
[0025]圖6為圖2所示多相分離器的多層塔錐底部及其上排液孔的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步詳細說明。
[0027]如圖1所示，本發明的流體輸配系統實施例包括槽車1、低溫液體泵2、多相分離器3、緩沖罐4、排氣閥6、排污閥7，為了更清楚的描述該實施例，圖1還示出了需液設備5。
[0028]具體而言，在應用時，來自槽車1的流體，例如低溫液體，夾帶氣體與固體顆粒，進入多相分離器3，在離心力和慣性力共同作用下，低溫液體、氣體、固體顆粒得以同步分離，分離出的氣體從排氣閥6排走，固體顆粒則通過排污閥7排走，分離出的純相液體流入緩沖罐4，流速和壓力得以穩定，再進入低溫液體泵2，輸配給需液設備5，從而完成了低溫液體的輸配過程。如槽車中沒有固體顆粒或者無需除去固體顆粒，只需關閉排污閥7，多相分離器3即可做氣液兩相分離器使用。
[0029]為了能提供動力并保證多相分離器3進口流體所需的流速，保證分離效果，圖1所示實施例配置了低溫流體泵2，由于多相分離器3的液體出口 16輸出的低溫流體流速較高，因此，多相分離器3與低溫流體泵2之間設置有緩沖罐4，以保證穩定的為需液設備5輸送低溫液體。
[0030]圖2不出了多相分尚器3的結構，該多相分尚器3包括殼體30、進口 8、氣體出口9、倒錐入口 10、出液孔11、倒錐12、多層塔錐13、排液孔14、排污口 15、液體出口 16。
[0031]如圖2、圖4所示，殼體30為圓柱形的空腔結構，且殼體30的頂部中心區域設有氣體出口 9，殼體30的底部中心區域設有液體出口 16，內壁的中下部則設有螺旋槽17。
[0032]如圖2、圖33、圖36所示，進口 8位于殼體30的中部，用于輸入多相流體，且進口8內壁為渦流型流道，以使多相流體在殼體30內形成旋流場。進口 8的入口流道采用渦流型流道，能使入口混合流體迅速形成穩定的旋流，導流能力強，使得多相分離器3內流場分布更加有序合理，提高了分離效率。
[0033]多相分離器3的混合液體進口 8位于殼體30中下部，這樣，混合液通過進口 8初步分離形成旋渦后，部分液體以液滴的形式隨氣流向上運動產生氣相夾帶液滴的現象，進口 8以上的高度足夠高，可以借助重力把氣體從液體與固體顆粒的混合液中分離出來，避免氣相夾帶液滴的現象，并且可以消除混合液的短路流和循環流。
[0034]如圖2、圖如、圖56所示，倒錐12為圓錐臺形的筒體結構，上端和氣體出口 9連接，下端向下延伸形成一圓筒狀的倒錐入口 10，且倒錐入口 10的底端位置高于進口 8的高度。
[0035]如圖2、圖6所示，多層塔錐13為柱狀的空腔結構，設于液體出口 16上方，且與液體出口 16連通，且多層塔錐13外側面的頂部呈圓錐形、中部為上下層疊的多層圓錐臺結構，進口 8的高度高于多層塔錐13的頂部。排液孔14均布于多層塔錐13的圓錐形頂部的底面邊緣、中部的每一層圓錐臺結構的底面邊緣。
[0036]應用時，混合有固體顆粒、氣體的低溫氣體從進口 8經渦流型流道進入殼體30內，并形成旋流場。由于低溫液體、氣體、固體顆粒密度不同，使得各相所受離心力不同。固體顆粒、低溫液體密度較大，所受離心力也大，被拋至殼體30內壁附近并在靠近殼體30內壁處邊旋轉邊向下運動；氣體則在殼體30中形成穩定的氣核，并進入內渦流反向流中，沿軸線向上從倒錐入口 10進入倒錐12內，氣體中夾帶的液滴在離心力作用下貼近倒錐12內壁，從出液孔11流出和由進口 8輸入的入口混合液混合，氣體從氣體出口 9排走。固體顆粒和低溫液體沿著螺旋槽17的流向旋轉繼續向下，多相分離器3下段為固體顆粒和低溫液體的混合液，二者密度差引起的離心力使得固液逐漸分離，低溫液體向中部流動，由于此固體顆粒是微小細顆粒，低溫液體和固體顆粒密度差較小，因此分離并不徹底，液相中會夾帶部分固體顆粒。在多層塔錐13的每層底部設有排液孔14，由于液體和固體顆粒以相同的流速沿著徑向向多相分離器3的殼體30中心移動時，液體的慣性力小于固體顆粒的慣性力，因此液體的運動軌跡容易發生改變，液體改變流向后從每層塔錐底部的排液孔14排出；固體顆粒則和多層塔錐13的器壁碰撞后沿器壁下滑，再從側下方的切向排污口 15排出，從而完成低溫液體和固體顆粒的充分分離。液體出口 16則流出單相的純液體，從而完成低溫液體、氣體、固體顆粒三相的同步分離。
[0037]另外，多層塔錐的層數可以根據要分離的液體的種類加以調整，而且，為了便于從液體出口 16排出液體，在多層塔錐13的下部形成有一個內部中空的倒錐臺形部(上部直徑大于下部),倒錐臺形部的內部空腔與液體出口 16相接，而且為了增加倒錐臺形部的強度，優選在該倒錐臺形部的外側形成有加強肋部(即圖2中液體出口 16上方的陰影線部
[0038]由于旋流場的邊界層對細顆粒有較強的屏蔽作用，因此在殼體30內壁設置螺旋槽17，且螺旋槽17的旋轉方向與旋流場旋流方向一致，以此來破壞邊界層對細顆粒的屏蔽作用，進而提高分離效率。
[0039]再如圖2、圖如、圖56所示，倒錐入口 10直徑比反向內渦流的外徑稍大，以有效地排走分離出的氣體。旋轉氣液混合流進入倒錐12的內腔后，使得旋流強度加強，在離心力作用下氣液得以進一步分離，因液體所受離心力大，貼近倒錐12的錐壁，因此，倒錐12的中上部設有一圈出液孔11，分離出的液體從出液孔11流出，分離后的氣體從與倒錐12頂端連接的氣體出口 9排出。
[0040]綜上，本發明提出一種安全、高效的低溫液體輸配系統，特別提出一種多相分離器，分離出低溫液體中夾帶的氣體和固體顆粒，從而使得系統輸出的是純相的低溫液體，大大提高低溫液體輸配的安全性和輸配效率。
[0041]由技術常識可知，本發明可以通過其它的不脫離其精神實質或必要特征的實施方案來實現。因此，上述公開的實施方案，就各方面而言，都只是舉例說明，并不是僅有的。所有在本發明范圍內或在等同于本發明的范圍內的改變均被本發明包含。
【權利要求】
1.一種多相分離器，其特征在于，包括: 殼體，為圓柱形的空腔結構，且所述殼體的頂部中心區域設有氣體出口，所述殼體的底部中心區域設有液體出口； 進口，位于所述殼體的中部，用于輸入多相流體，且所述進口內壁為渦流型流道，以使多相流體在所述殼體內形成旋流場； 倒錐，為圓錐臺形的筒體結構，上端和所述氣體出口連接，下端的位置高于所述進口的高度； 多層塔錐，為柱狀的空腔結構，設于所述液體出口上方，且與所述液體出口連通，且所述多層塔錐外側面的頂部呈圓錐形、中部為上下層疊的多層圓錐臺結構，所述進口的高度高于所述多層塔錐的頂部； 排液孔，均布于所述多層塔錐的圓錐形頂部的底面邊緣、中部的每一層圓錐臺結構的底面邊緣。
2.根據權利要求1所述的多相分離器，其特征在于，所述殼體內壁下部設有螺旋槽，且所述螺旋槽的旋轉方向與多相流體在所述殼體內形成旋流場的旋流方向一致。
3.根據權利要求1所述的多相分離器，其特征在于，所述倒錐下端向下延伸形成一圓筒狀的氣體入口。
4.根據權利要求1所述的多相分離器，其特征在于，所述倒錐的中部或上部沿圓周方向設有多個出液孔。
5.根據權利要求1所述的多相分離器，其特征在于，所述殼體的底部設有用于排出固體顆粒的排污口，所述排污口上設有排污閥。
6.根據權利要求1所述的多相分離器，其特征在于，所述多層塔錐的下部形成有一個與所述液體出口相連通的倒錐臺形部，進入所述多層塔錐的液體通過該倒錐臺形部進入所述液體出口。
7.一種流體輸配系統，其特征在于，包括: 槽車，用于存儲流體； 多相分離器，為權利要求1-6任一所述的多項分離器，所述多相分離器的進口和所述槽車的出口連接； 低溫液體泵，和所述多相分離器的液體出口連接。
8.根據權利要求7所述的流體輸配系統，其特征在于，在所述多相分離器和所述低溫液體泵之間連接有緩沖罐。
【文檔編號】B01D19/00GK104338346SQ201410159034
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年4月18日 優先權日:2014年4月18日
【發明者】陳虹, 高旭, 邱小林, 邢科偉, 李愛華, 劉巖云, 孫慶國, 雷剛 申請人:總裝備部工程設計研究總院