專利名稱：同向出流倒錐式高效旋流分離器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可應(yīng)用于石油、化工以及環(huán)保等領(lǐng)域中的兩相分離處理裝置，具 體地說，是涉及一種水力旋流分離裝置。
背景技術(shù)：
目前，對兩相混合物進(jìn)行快速分離的方法主要有旋流分離、氣浮選、過濾和膜分離 等方法。這些方法中，各有優(yōu)缺點，例如旋流分離法具有設(shè)備體積小等優(yōu)點，但對于細(xì)小油 滴的去除能力則很有限；氣浮選法則僅適應(yīng)于含油濃度變化范圍較小的情況；過濾法雖然 可以較好地實現(xiàn)油水兩相的分離，但對于高含油污水卻需要頻繁的反沖洗來保證設(shè)備的長 期穩(wěn)定運行；膜分離法中所使用的設(shè)備成本較高，對介質(zhì)條件要求又較為嚴(yán)格?？傮w來說， 應(yīng)用于旋流分離法的水力旋流器設(shè)備體積小、生產(chǎn)成本低，使用與日常維護(hù)都較為方便，因 此，可以說是目前應(yīng)用最為廣泛的兩相分離裝置。水力旋流器的分離原理是利用介質(zhì)間的密度差而進(jìn)行離心分離的，密度差越大， 分散相的粒徑越大，分離效果相對就越好。東北石油大學(xué)(原大慶石油學(xué)院)針對此類裝 置已經(jīng)先后申請了多項專利，如專利號分別為ZL98 2 11681. 0、ZL01 2 79933. 5、ZL01 2 77425. UZL2006 2 0021175. 1以及ZL2009 2 0099307. 6等項專利。這些已有技術(shù)的應(yīng)用， 可以說能夠解決大部分的實際需求，但是，還存在著以下方面的一些缺陷，詳述如下首先， 現(xiàn)有水力旋流裝置目前在水處理技術(shù)領(lǐng)域還存在著對細(xì)小油滴去除效果差的問題。尤其是 在油田開發(fā)進(jìn)入中高含水開采期后，隨著聚驅(qū)規(guī)模不斷擴(kuò)大，含聚污水采出量逐年增多。由 于含聚污水粘度大，油田地面工藝中沉降段除油效率低，增加了過濾段的負(fù)荷，造成濾料污 染嚴(yán)重，過濾水質(zhì)變差。而且，越來越多的水驅(qū)污水站也已見到聚合物，引起處理水質(zhì)變差， 難以滿足注水要求。同時隨著三元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)的推廣應(yīng)用，可以預(yù)見水質(zhì)形勢將更加嚴(yán) 峻。因此，如何改善水質(zhì)已成為油田地面工程系統(tǒng)競相研究的一個熱點問題。其次，現(xiàn)有水 力旋流裝置多數(shù)采用出水口和出油口位于本裝置上不同側(cè)的結(jié)構(gòu)，這樣，在旋流器內(nèi)部存 在多個方向的旋流運動，從而導(dǎo)致流場不穩(wěn)定、分離效率低。此外，這種出水口和出油口位 于不同側(cè)的結(jié)構(gòu)在與相關(guān)配套工藝上的設(shè)備進(jìn)行連接時有時會非常不方便，增加了施工難 度。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決背景技術(shù)中指出的現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種同向出流 倒錐式高效旋流分離器，該種同向出流倒錐式高效旋流分離器，具有對細(xì)小油滴去除效果 好的特點；并且，與傳統(tǒng)的水力旋流器相比，流場穩(wěn)定、分離效率提高且便于進(jìn)行工藝安裝。本發(fā)明的技術(shù)方案是該種同向出流倒錐式高效旋流分離器，包括位于同一水平 面上的旋流1號入口管、旋流2號入口管，以及分別位于所述旋流分離器兩端的上、下封閉 面，其中在所述上、下封閉面之間，依次分布圓臺狀的旋流腔段、大錐段、小錐段、尾管段以 及呈圓柱狀的出口段，所述上封閉面、旋流腔段、大錐段、小錐段、尾管段、出口段以及下封閉面依次連接后形成一個逐漸向中心軸線收斂的旋流腔體；在所述旋流腔體內(nèi)，位于所述 上封閉面的內(nèi)側(cè)面上固定有一個錐形頂針，所述錐形頂針的錐頂端指向所述下封閉面一 側(cè)；穿過所述下封閉面的中心，垂向固定接入一根出油管，此出油管的管口位于所述錐形頂 針的錐頂端下方，且管口與錐頂端不相觸；位于所述出口段的底端，有一根沿圓周切向水平 接入的出水管。本發(fā)明具有如下有益效果
本種同向出流倒錐式高效旋流分離器的主要分離原理以油水兩相分離為例，是利用兩 種不互溶液體介質(zhì)的密度差而進(jìn)行離心分離。油與水的混合液由入口管進(jìn)入旋流腔段，在 壓力的作用下，在設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)，形成高速旋轉(zhuǎn)的渦流。液流沿旋流腔段及錐段下 行的過程中，在離心力的作用下，密度較重的水被甩至器壁；同時，密度較輕的油則被迫運 移至中心處。在此過程中，由于在旋流器的頂部中心處設(shè)計有一個錐型頂針結(jié)構(gòu)，這樣做可 以使油滴在頂針附近聚集，并在內(nèi)旋流場的作用下沿頂針向下運移，有利于油水兩相的分 離，可以提高對細(xì)小油滴的分離效率。此外，該裝置中將出水口設(shè)計成側(cè)切向出口，與旋流方向相同，這樣做既不破壞旋 流器內(nèi)部的流場，又可以增加旋流器有效分離段的長度，可以使除油的效率進(jìn)一步提高。并 且，還縮短了水力旋流器的長度，使得水力旋流器對含油污水的處理效果有很大的改善，這 對于水力旋流器的進(jìn)一步小型化具有重要的指導(dǎo)作用。本裝置中采用同向出流倒錐式設(shè)計，使出水口和出油口都位于旋流分離器的一 側(cè)，這樣在旋流器內(nèi)部只有向底部出口一個方向的旋流運動存在，使得紊流減少，流場穩(wěn) 定，分離效率提高，同時改變了傳統(tǒng)的設(shè)計觀念。對于某些應(yīng)用場合，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計在工藝 安裝等方面是非常靈活方便的。本裝置中，內(nèi)部錐段的設(shè)計也是為了結(jié)合外旋流體整體結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)類似常規(guī)旋流 器結(jié)構(gòu)中的旋流腔段、大錐段、小錐段和尾管段的結(jié)構(gòu)設(shè)計，分別起到對混合介質(zhì)緩沖、快 加速、慢加速和穩(wěn)流的作用；出油管采用內(nèi)伸結(jié)構(gòu)設(shè)計，也可進(jìn)一步提高脫油效率。本種同向出流倒錐式高效旋流分離器同其他同類水處理設(shè)備相比，具有設(shè)備體積 小、工藝簡單以及占地面積小等突出的優(yōu)點。既可應(yīng)用于油田生產(chǎn)，又可應(yīng)用于市政環(huán)保等 其它領(lǐng)域，具有可觀的推廣應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明中所述旋流分離器的三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明中所述旋流分離器的平面剖視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明中所述旋流分離器顯示液流旋流方向的三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-旋流1號入口管；2-旋流腔段，3-旋流2號入口管，4-小錐段，5-尾管段， 6-下封閉面，7-出水管，8-出油管，9-出口段，10-錐形頂針，11-大錐段，12-上封閉面。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明
如圖1所示，本種同向出流倒錐式高效旋流分離器，包括位于同一水平面上的旋流1號 入口管1、旋流2號入口管3，以及分別位于所述旋流分離器兩端的上封閉面12和下封閉面6等一般的水力旋流器結(jié)構(gòu)，而獨特之處在于，本種旋流分離器棄用了常規(guī)的圓柱形旋流腔 體，而采用在所述上、下封閉面之間，依次分布圓臺狀的旋流腔段2、大錐段11、小錐段4、尾 管段5以及呈圓柱狀的出口段9這樣的結(jié)構(gòu)。在這種新結(jié)構(gòu)中，所述上封閉面12、旋流腔 段2、大錐段11、小錐段4、尾管段5、出口段9以及下封閉面6依次連接后形成一個逐漸向 中心軸線收斂的旋流腔體，在所述旋流腔體內(nèi)，位于所述上封閉面12的內(nèi)側(cè)面上固定有一 個錐形頂針10，所述錐形頂針10的錐頂端指向所述下封閉面6 —側(cè)。此外，穿過所述下封 閉面6的中心，垂向固定接入一根出油管8，此出油管的管口位于所述錐形頂針10的錐頂端 下方，且管口與錐頂端不相觸，而位于所述出口段9的底端，有一根沿圓周切向水平接入的 出水管7。本發(fā)明所做出的結(jié)構(gòu)改進(jìn)能夠帶來的有益效果已經(jīng)在本文的有益效果處加以描 述，不再贅述。下面，給出本發(fā)明的兩個優(yōu)化實施方案。方案1，將所述錐形頂針10的母線與所述旋流分離器中心軸線之間所形成的夾角 定義為夾角a o，所述旋流腔段2的外廓母線與所述旋流分離器中心軸線之間所形成的夾角 定義為夾角a工，所述大錐段11的外廓母線與所述旋流分離器中心軸線之間所形成的夾角 定義為a 2，所述小錐段4的外廓母線與所述旋流分離器中心軸線之間所形成的夾角定義為 a 3，所述尾管段5的外廓母線與所述旋流分離器中心軸線之間所形成的夾角定義為a 4 ；
其中，夾角％ 夾角a 4需要同時滿足以下6項條件，即
I a Q的角度范圍在2° 15°之間；
玄a1= a0+P , P的范圍在0° 3°之間，P可以為0°或3° ；
a2 = a0 + 0 , 0的范圍在2° 15°之間，0可以為2°或15° ； ^ a3 = a0 + ￥ , ￥的范圍在1° 3°之間，V可以為1°或3° ； a4 = a0 + y , y的范圍在0° 2°之間，、可以為0°或2° ；
a2 > a3 > a1D上述條件(g:的作用為，限定在旋流腔段，任一環(huán)空截面面積保持不變，或者緩慢 減?。?br> 上述條件的作用為，與條件it:共同限定在大錐段，自上至下，環(huán)空截面面積快速減
上述條件的作用為，與條件f;共同限定在小錐段，自上至下，環(huán)空截面面積相對大 錐段而言，緩慢減?。簧鲜鰲l件的作用為，限定在尾管段，任一環(huán)空截面面積保持不變，或緩慢減小。本方案中所給出的角度限定，是對于本方案應(yīng)用于油、水兩相分離時的優(yōu)選設(shè)計 方案，能夠較好的達(dá)到本發(fā)明所提出的有益效果。下面的一個方案則是本發(fā)明應(yīng)用于氣、液 兩相分離或固、液兩相分離時的優(yōu)選設(shè)計方案。方案2，將所述錐形頂針10的母線與所述旋流分離器中心軸線之間所形成的夾角 定義為夾角a y所述旋流腔段2的外廓母線與所述旋流分離器中心軸線之間所形成的夾角 定義為夾角a工，所述大錐段11的外廓母線與所述旋流分離器中心軸線之間所形成的夾角 定義為a 2，所述小錐段4的外廓母線與所述旋流分離器中心軸線之間所形成的夾角定義為 a 3，所述尾管段5的外廓母線與所述旋流分離器中心軸線之間所形成的夾角定義為a 4 ；
其中，夾角％ 夾角a 4需要同時滿足以下6項條件，即
a Q的角度范圍在2° 15°之間；
aiSdo+p，p的范圍在0° 3°之間，P可以為0°或3° ； a2 = + 0，0的范圍在0 ° 5 °之間，0可以為0°或5 ° ； a3 = a0 + ￥, ￥的范圍在0。 5 °之間，V可以為0°或5 ° ； S a4 = a3 + Y , Y的范圍在0° 5 °之間，Y可以為0°或5 ° ；
:.左j a2 ^ a3 ^ a1D根據(jù)本方案中的角度范圍限定可知，在本發(fā)明應(yīng)用于氣、液兩相分離或固、液兩相 分離時，可以不設(shè)大錐段和尾管段，基本不會影響分離效果，能夠降低制造時的工藝難度， 降低生產(chǎn)成本。
權(quán)利要求
一種同向出流倒錐式高效旋流分離器，包括位于同一水平面上的旋流1號入口管(1)、旋流2號入口管(3)，以及分別位于所述旋流分離器兩端的上、下封閉面(12,6)，其特征在于在所述上、下封閉面(12,6)之間，依次分布圓臺狀的旋流腔段(2)、大錐段(11)、小錐段(4)、尾管段(5)以及呈圓柱狀的出口段(9)，所述上封閉面(12)、旋流腔段(2)、大錐段(11)、小錐段(4)、尾管段(5)、出口段(9)以及下封閉面(6)依次連接后形成一個逐漸向中心軸線收斂的旋流腔體；在所述旋流腔體內(nèi)，位于所述上封閉面(12)的內(nèi)側(cè)面上固定有一個錐形頂針(10)，所述錐形頂針(10)的錐頂端指向所述下封閉面(6)一側(cè)；穿過所述下封閉面(6)的中心，垂向固定接入一根出油管(8)，此出油管的管口位于所述錐形頂針(10)的錐頂端下方，且管口與錐頂端不相觸；位于所述出口段(9)的底端，有一根沿圓周切向水平接入的出水管(7)。
2.將所述錐形頂針(10)的母線與所述旋流分離器中心軸線之間所形成的夾角定義為 夾角a o，所述旋流腔段(2)的外廓母線與所述旋流分離器中心軸線之間所形成的夾角定義 為夾角a工，所述大錐段(11)的外廓母線與所述旋流分離器中心軸線之間所形成的夾角定 義為a 2，所述小錐段(4)的外廓母線與所述旋流分離器中心軸線之間所形成的夾角定義為 a 3，所述尾管段(5)的外廓母線與所述旋流分離器中心軸線之間所形成的夾角定義為a 4 ；其中，夾角％ 夾角a 4需要同時滿足以下6項條件，即 3: a Q的角度范圍在2° 15°之間；1 = a0+P , P的范圍在0° 3°之間，P可以為0°或3° ； S a2 = a0 + 0 , 0的范圍在2。 15°之間，0可以為2?；?5° ； J a3 = a0 + ￥ , ￥的范圍在1° 3°之間，￥可以為1°或3° ；5a4 = a0 + y , y的范圍在0° 2°之間，、可以為0°或2° ；6已2〉a3〉ai。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同向出流倒錐式高效旋流分離器，其特征在于將所述錐形頂針(10)的母線與所述旋流分離器中心軸線之間所形成的夾角定義為夾 角a ^，所述旋流腔段(2)的外廓母線與所述旋流分離器中心軸線之間所形成的夾角定義為 夾角a工，所述大錐段(11)的外廓母線與所述旋流分離器中心軸線之間所形成的夾角定義 為a 2，所述小錐段(4)的外廓母線與所述旋流分離器中心軸線之間所形成的夾角定義為 a 3，所述尾管段(5)的外廓母線與所述旋流分離器中心軸線之間所形成的夾角定義為a 4 ； 其中，夾角％ 夾角a 4需要同時滿足以下6項條件，即1a Q的角度范圍在2° 15°之間；2ai=aQ+p，p的范圍在0° 3°之間，P可以為0°或3° ； t a2 =a:+ 0，0的范圍在0 ° 5 °之間，0可以為0°或5 ° ； S a3 = a0 + ￥ , ￥的范圍在0。 5 °之間，V可以為0°或5 ° ； S a4 = a3 + Y , Y的范圍在0° 5 °之間，、可以為0°或5 ° ；總 &2 ^ ^ o
全文摘要
一種同向出流倒錐式高效旋流分離器。主要解決現(xiàn)有水力旋流分離器對細(xì)小油滴分離效果不好、體積大不便于安裝的問題。其特征在于在上、下封閉面之間，依次分布旋流腔段、大錐段、小錐段、尾管段以及出口段，上述組件依次連接后形成一個逐漸向中心軸線收斂的旋流腔體；在旋流腔體內(nèi)，位于上封閉面的內(nèi)側(cè)面上固定有一個錐形頂針，錐形頂針的錐頂端指向下封閉面一側(cè)；穿過下封閉面的中心，垂向固定接入一根出油管，此出油管的管口位于錐形頂針的錐頂端下方；位于出口段的底端，有一根沿圓周切向水平接入的出水管。該種旋流分離器，具有對細(xì)小油滴去除效果好的特點；并且，與傳統(tǒng)的水力旋流器相比，流場穩(wěn)定、分離效率高且便于進(jìn)行工藝安裝。
文檔編號B04C5/081GK101983779SQ20101055658
公開日2011年3月9日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者劉揚, 李楓, 蔣明虎, 趙立新 申請人:東北石油大學(xué)