軸流式反轉(zhuǎn)入口流道旋流器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于石油、化工、環(huán)保等領(lǐng)域中的兩相非均相分離處理裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，用于兩相非均相分離處理的裝置主要有旋流分離、氣浮選、過濾和膜分離裝置等。但是，這些已有裝置卻各有優(yōu)缺點(diǎn):旋流分離具有設(shè)備體積小等優(yōu)點(diǎn)，但對于細(xì)小油滴的去除能力有限；氣浮選則適應(yīng)含油濃度變化的范圍較小；過濾可以較好地實(shí)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(yùn)行；膜分離設(shè)備成本較高，對介質(zhì)條件要求又較為嚴(yán)格。目前的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。由此導(dǎo)致目前在水處理技術(shù)領(lǐng)域存在著對細(xì)小油滴去除效果差的實(shí)際問題。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，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。限制了目前常規(guī)的水力旋流分離器在原油采出液過濾分離領(lǐng)域的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決【背景技術(shù)】中所提到的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種軸流式反轉(zhuǎn)入口流道旋流器，該種旋流器體積小可以提高油水兩相旋流處理的高效性，特別是改善對小油滴顆粒的分離效果。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:該種軸流式反轉(zhuǎn)入口流道旋流器，由溢流管、入口管、螺旋片、空心圓錐管、空心圓柱管、反轉(zhuǎn)螺旋通道、富集管、旋流腔、錐段以及底流管連接后組成。
[0005]其中，旋流腔為頂端封閉的圓筒，錐段的頂端與旋流腔的底端密封連接，底流管固定連接在錐段的底端；入口管為底端封閉的圓筒，溢流管、空心圓錐管、空心圓柱管和富集管由上至下依次連接后位于入口管內(nèi)，空心圓柱管與富集管連接所形成的縮徑臺階固定在入口管的封閉底端上，富集管伸出入口管的封閉底端后，穿入旋流腔而固定。
[0006]入口管、空心圓錐管、空心圓柱管、富集管、旋流腔、錐段以及底流管連接后具有相同的中心軸線。
[0007]在入口管內(nèi)，圍繞空心圓錐管和空心圓柱管固定有連續(xù)環(huán)繞至所述入口管底端的螺旋片，螺旋片的外緣螺旋線與所述入口管的內(nèi)壁相觸，螺旋片的內(nèi)緣螺旋線則分別與所述空心圓錐管和空心圓柱管的外壁相觸，以實(shí)現(xiàn)對流入液體的全封閉導(dǎo)流。
[0008]在所述螺旋片形成的導(dǎo)流通道與入口管底端的相交處開口，連接有反轉(zhuǎn)螺旋通道，反轉(zhuǎn)螺旋通道內(nèi)流道中液流的旋轉(zhuǎn)方向與所述螺旋片形成的導(dǎo)流通道內(nèi)液流的旋轉(zhuǎn)方向相反；反轉(zhuǎn)螺旋通道的液流出口位于旋流腔內(nèi)。
[0009]本發(fā)明具有如下有益效果:應(yīng)用本種旋流器進(jìn)行油水分離時(shí)，油水混合液由軸向入口進(jìn)入旋流器入口管內(nèi)，經(jīng)螺旋片導(dǎo)流作用，使得混合液的直線運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)閳A周運(yùn)動，其中入口管的內(nèi)壁、螺旋片與圓錐管的外壁之間圍合形成逐漸減小的環(huán)形螺旋流道空間，可使混合液獲得逐漸增大的切向速度有助于油水兩相分離，即輕質(zhì)相油相向流道小半徑內(nèi)圈區(qū)域移動、重質(zhì)相水相向流道外圈區(qū)域移動，同時(shí)漸縮的流道空間也有利于增加油滴之間的碰撞聚結(jié)機(jī)率，使得小油滴碰撞聚結(jié)成大油滴從而增強(qiáng)油水兩相分離效果。在下半段，混合液進(jìn)入由入口管內(nèi)壁與圓柱管外壁以及螺旋片圍合而形成的螺旋流道內(nèi)，在這段內(nèi)流道的截面積不發(fā)生變化，有助于穩(wěn)定已經(jīng)發(fā)生分離的油水兩相流場，此時(shí)輕質(zhì)相油相大油滴集中分布在螺旋流道內(nèi)圈，而部分小油滴由于油滴粒徑太小不足以形成使其移動到小半徑內(nèi)圈區(qū)域的徑向力，則分布于流道外圈大半徑區(qū)域。經(jīng)過初步分離后的油水混合兩相流進(jìn)入反轉(zhuǎn)螺旋流道內(nèi)，此流道旋轉(zhuǎn)方向與入口管內(nèi)螺旋片旋轉(zhuǎn)方向相反，因此混合液經(jīng)反轉(zhuǎn)螺旋流道后，會使原螺旋流道內(nèi)圈的大油滴直接運(yùn)移到旋流腔內(nèi)近壁面區(qū)域，而外圈區(qū)域內(nèi)較難分離的小油滴則直接被運(yùn)移到旋流腔內(nèi)鄰近富集管小半徑區(qū)域；近壁面區(qū)域的大油滴粒徑最大，則其受到的徑向力也最大，并且大油滴向中心處運(yùn)移的過程中還會遇到小油滴，進(jìn)而進(jìn)一步增大油滴聚結(jié)的機(jī)會并增強(qiáng)油水兩相分離效果，另外小油滴由于被反轉(zhuǎn)螺旋流道直接運(yùn)移到距離富集管較近的小半徑區(qū)域，即使不被大油滴碰撞聚結(jié)，也由于距離富集管距離近從而相對減少了必要運(yùn)移時(shí)間，也是有利于小油滴更容易的被運(yùn)移到中心而進(jìn)入富集管。旋流器錐段對旋轉(zhuǎn)流體有一定的能量補(bǔ)償作用，補(bǔ)償分離過程中的速度損失，有利于兩相的分離。本種旋流器采用軸向入口進(jìn)液形式及螺旋流道結(jié)構(gòu)造旋方法，可使設(shè)備徑向尺寸進(jìn)一步減小，設(shè)備占用空間小。采用反轉(zhuǎn)螺旋流道結(jié)構(gòu)，使分離器內(nèi)油滴顆粒的分布流場改變，更利于油滴的聚結(jié)及油水兩相分離。本種旋流器可用于密度不同的兩相不互溶介質(zhì)的分離，可以有效提高細(xì)小顆粒的分離效果。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。
[0010]【附圖說明】:
圖1是本發(fā)明所述旋流器的A-A截面的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2是本發(fā)明所述旋流器的B-B截面的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖3是本發(fā)明所述旋流器的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖4是本發(fā)明所述旋流器中螺旋片與空心圓錐管、空心圓柱管以及反轉(zhuǎn)螺旋流道的連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖5是本發(fā)明所述旋流器中反轉(zhuǎn)螺旋流道的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖6是本發(fā)明所述溢流管、空心圓錐管、空心圓柱管和富集管連接后共同構(gòu)成輕質(zhì)相流出通道的結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0016]圖7是反轉(zhuǎn)螺旋流道與入口管、螺旋片及旋流腔連接后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖8是經(jīng)過反轉(zhuǎn)螺旋流道前后的油滴分布變化情況示意簡圖。
[0018]圖9對圖1標(biāo)注了具體的尺寸關(guān)系。
[0019]圖10是本發(fā)明錐段采用雙錐形式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖11是本發(fā)明錐段采用曲線錐形式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖12是本發(fā)明錐段采用倒錐形式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖中1-溢流管；2_入口管；3-螺旋片；4_空心圓錐管；5_空心圓柱管；6_反轉(zhuǎn)螺旋流道；7_富集管；8_旋流腔；9_錐段；10_底流管。
[0023]【具體實(shí)施方式】:
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明: 如圖1至圖12所示，本發(fā)明所涉及的技術(shù)方案得到國家863計(jì)劃課題(2012AA061303)的資助。本種軸流式反轉(zhuǎn)入口流道旋流器，由溢流管1、入口管2、螺旋片3、空心圓錐管4、空心圓柱管5、反轉(zhuǎn)螺旋通道6、富集管7、旋流腔8、錐段9以及底流管10連接后組成。
[0024]其中，旋流腔8為頂端封閉的圓筒，錐段9的頂端與旋流腔8的底端密封連接，底流管10固定連接在錐段9的底端；入口管2為底端封閉的圓筒，溢流管1、空心圓錐管4、空心圓柱管5和富集管7由上至下依次連接后位于入口管2內(nèi)，空心圓柱管5與富集管7連接所形成的縮徑臺階固定在入口管2的封閉底端上，富集管7伸出入口管2的封閉底端后，穿入旋流腔8而固定。
[0025]入口管2、空心圓錐管4、空心圓柱管5、富集管7、旋流腔8、錐段9以及底流管10連接后具有相同的中心軸線。
[0026]在入口管2內(nèi)，圍繞空心圓錐管4和空心圓柱管5固定有連續(xù)環(huán)繞至所述入口管底端的螺旋片3，螺旋片3的外緣螺旋線與所述入口管的內(nèi)壁相觸，螺旋片3的內(nèi)緣螺旋線則分別與所述空心圓錐管4和空心圓柱管5的外壁相觸，以實(shí)現(xiàn)對流入液體的全封閉導(dǎo)流。
[0027]在所述螺旋片形成的導(dǎo)流通道與入口管2底端的相交處開口，連接有反轉(zhuǎn)螺旋通道6，反轉(zhuǎn)螺旋通道6內(nèi)流道中液流的旋轉(zhuǎn)方向與所述螺旋片形成的導(dǎo)流通道內(nèi)液流的旋轉(zhuǎn)方向相反；反轉(zhuǎn)螺旋通道6的液流出口位于旋流腔8內(nèi)。
[0028]在以上基礎(chǔ)方案上，得到如下優(yōu)化方案:
方案1，圍繞在空心圓錐管4和空心圓柱管5外的螺旋片3數(shù)量為2條，對應(yīng)的反轉(zhuǎn)螺旋通道亦為2個(gè)，反轉(zhuǎn)螺旋通道的液流出口對稱固定在旋流腔內(nèi)。
[0029]方案2，將所述旋流腔直徑設(shè)定為D，將所述溢流管直徑設(shè)定為D1，將所述入口管直徑設(shè)定為D2，將所述入口管長度設(shè)定為H1，將所述空心圓錐管的錐角設(shè)定為α，將所述空心圓錐管高度