[发明专利]螺旋管式多级入口的三相分离器

说明书

本发明涉及一种螺旋管式多级入口的三相分离器，以解决气、油、水三相分离问题。其要点是：柱状油气分离器立在螺旋管的中心线上；螺旋管的截面为等腰三角形，该等腰三角形的顶角指向螺旋管中心线，螺旋管的上口为液流入口，下口为水相出口；柱状油气分离器是由气相逸出管、圆筒形分离筒、圆锥形过渡筒和油相流出管自上而下依次连接组成；在圆筒形分离筒的筒壁上按上、中、下设置三个水平连通管，每个水平连通管与圆筒形分离筒相切，其里端口接在圆筒形分离筒的筒壁上，外端口接螺旋管的里侧，每个水平连通管使圆筒形分离筒腔和螺旋管腔连通。

技术领域

本发明属于多相流分离技术领域，可适用于石油、化工等行业中具有密度差的两相不互溶介质间的分离，该分离器包括呈绕中心线螺旋上升的中空圆管（简称螺旋管，参见《石油机械》2012年第40卷第4期“螺旋管聚结机理及数值模拟分析”一文图1），具有密度差的两相及两相以上不互溶介质由螺旋管分离器的一端进入后，两相流在螺旋管内螺旋流动过程中，具有密度差的两相受离心力作用而发生分离。

背景技术

目前，随着油田后期采出液进入高含水阶段，不管是在海上油田还是在陆上油田的生产过程中，油气水分离工艺都占据着很重要的地位。现常用的油气水处理液（以下称液流）分离方法主要有物理、化学、电浮法等。化学及电浮分离法存在污染大、能耗高等缺点，所以物理分离法使用较为广泛。传统分离器一般采用重力沉降式分离，其分离速度较慢，分离器所占空间较大，且分离效果不能很好地达到要求。旋流分离法作为一种高效的分离方法，广泛地应用于各种分离设备中。尤其面对海洋采油平台空间限制的特殊要求，小型、高效的分离设备就显得尤为必要。

发明内容

为了能同时实现对气、油、水三相不互溶介质的高效物理分离，本发明的目的是提出了一种螺旋管式多级入口的三相分离器。

本发明的目的是这样实现的：包括螺旋管，其特征是：柱状油气分离器立在螺旋管的中心线上；所述螺旋管的截面为等腰三角形，该等腰三角形的顶角指向螺旋管中心线，螺旋管的上口为液流入口，螺旋管的下口为水相出口；柱状油气分离器是由气相逸出管、圆筒形分离筒、圆锥形过渡筒和油相流出管自上而下依次连接组成，上述管腔和筒腔依次相通；在圆筒形分离筒的筒壁上按上、中、下设置三个水平连通管，每个水平连通管与圆筒形分离筒相切，其里端口接在圆筒形分离筒的筒壁上，外端口接螺旋管的里侧即截面为等腰三角形的顶角上，每个水平连通管使圆筒形分离筒腔和螺旋管腔连通。

在上述螺旋多级入口三相分离器中，携带压力的液流由螺旋管的上口即液流入口进入，在螺旋管管腔沿着向下螺旋的方向高速流动。在螺旋流动过程中，受离心力和重力的共同作用，使具有密度差的各相间逐渐发生分离。密度最大的水相受到较大的离心力，而聚集于螺旋管外侧即等腰三角形截面的底角区域；密度最小的气相，因受到的离心力最小，集中于螺旋管内侧即等腰三角形截面的顶角区域；而中密度的油相主要位于等腰三角形截面的中部区域。当液流到达上水平连通管时，聚集于顶角区域的大部分气相经由上水平连通管进入圆筒形分离筒腔。含剩余的气相的液流继续在螺旋管管腔流动，剩余气相受持续离心力的作用进一步发生分离，并连同中密度的油相共同聚集于等腰三角形截面顶角区域，当到达中水平连通管时，聚集于顶角区域的剩余气相和大部分油相经由中水平连通管进入圆筒形分离筒腔。含剩余油相和水相的液流继续在螺旋管管腔流动，剩余油相进一步与水相发生分离而聚集于等腰三角形截面顶角区域，当到达下水平连通管时，聚集于顶角区域的剩余油相经由下水平连通管进入圆筒形分离筒腔。这时液流中仅为水相，并沿着螺旋管继续流动，最终由水相出口流出，从而实现对水相的分离。进入圆筒形分离筒的气相从气相逸出管逸出，油相从油相流出管流出。

螺旋管截面采用等腰三角形设计有助于稳定螺旋管内的液流，使螺旋分离后密度小的气（液）相更容易集中并稳定于顶角区域，有助于避免多相液流在螺旋管内流动过程中出现的反复分离及混合造成的分离效率低问题。

与现有技术相比，本发明的有益效果：能同时实现对气、油、水三相不互溶介质的高效物理分离，分离效率高、结构简单、便于维修、成本低、投资少及灵活调节的优点。