一种分流引导式惯性旋流分离器

技术领域

本发明涉及一种分流引导式惯性旋流分离器，主要应用于石油、化工以及环保等领域，具体为两相分离处理技术。

背景技术

目前针对两相不互溶介质的分离方法主要有重力沉降法、电场分离法、化学吸附分离法以及过滤分离法等，旋流分离技术由于分离速度快、设备小而被广泛应用于石油、化工及环保等多个领域。对于旋流分离技术而言，旋流分离法对分离尺寸小的分散相较为困难，分散相的粒径分布是决定着旋流分离效率的重要因素之一，在实际的应用中，往往出现大粒径液滴分离效果好，小粒径液滴分离效果差的现象，这部分粒径较小的液滴未经分离而直接跟随连续相从连续相出口流出，对分离效果造成一定的影响。

旋流分离系统或装置在我国相关行业已经获得了一定的应用，对旋流分离系统或装置的发明专利，如（CN201310063840.8、CN201610184831.8 、CN201610157839.5、CN201610126588.4、CN201620006971.1、CN201520974246.9）等，但是以上的这些发明在对液流进行分离时均会存在对小粒径分散相分离效果差的弊端，限制了旋流器分离效率的提高。若想实现这部分小粒径分散相的高效分离，则需要在旋流分离过程中，将小粒径液滴引导到旋流器的中心处，加大小粒径分散相所受的离心力。因此，研究出一种可以提高小粒径分散相分离效率的旋流分离器对于石油、化工及相关行业具有重要意义。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供了一种分流引导式惯性旋流分离器，可以通过分流引导式入口使连续相、大粒径离散相、小粒径离散相在惯性作用下分流，并通过内层、外层引导板将三股不同的液流引导到旋流器内部的不同位置，对不同粒径离散相及连续相进行精细分离。该旋流器可以实现对大小粒径分散相均具有较高的分离效率，它具有设备体积小、处理液预分离、液滴粒径分层引导等突出的优点。

本发明的技术方案是：

一种分流引导式惯性旋流分离器，包括聚结分流式入口、筒体，其特征在于：

所述聚结分流式入口由切向入口、聚结管、导流体、转换管、分流引导管组成，所述聚结管为一段空心圆柱体，沿聚结管的外壁倾斜切向接入一个切向入口，所述聚结管一端封闭，另一端内壁连接一个导流体，且与转换管前端相连，所述转换管是一段前端为圆形，后端为长方形的渐变转换管，所述转换管后端与分流引导管相连，所述分流引导管为环绕筒体的180°方形弯管；所述导流体由至少3片导流叶片组成，所述导流叶片为变螺旋升角结构；

所述筒体由上至下分别由具有同一中心轴线的旋流段、锥段、底流段顺次连接后组成，所述旋流段、底流段为空心的圆柱体，所述锥段为上下两端未封闭的空心圆台体，所述旋流段顶部连接一个内锥，内锥与旋流段具有相同的轴线，所述底流段中心处有一个溢流管，底流段与溢流管具有相同的轴线，溢流管外壁与底流段内壁之间形成的环形间隙为环形底流口；

所述旋流段顶部依次接有外层环形引导板、内层环形引导板，所述外层环形引导板、内层环形引导板为空心圆柱体，下面分别接外层锥形引导板、内层锥形引导板，所述外层锥形引导板、内层锥形引导板为空心圆台体，外层环形引导板、外层锥形引导板与内层环形引导板、内层锥形引导板分别将旋流段和内锥之间的区域分为外、中、内三层分离区域；

所述旋流段的外壁切向接入分流引导管，所述旋流段顶部依次接有外层曲形引导板、内层曲形引导板，所述外层曲形引导板、内层曲形引导板分别与内层环形引导板、外层环形引导板相切，将聚结分流式入口分为外、中、内三层切向入口。

本发明具有如下有益效果：

1. 利用倾斜切向入口和聚结管可以实现液滴的聚结，将部分小液滴聚结为大液滴，促进后续两相分离；

2、不同粒径的离散相和连续相在经过分流引导管时会在惯性作用下发生分层分流，并在内外层引导板的引导下进入不同的分离空间，实现预分离；

3、将难分离的小液滴引导入旋流器的中心处，加大小粒径液滴所受的离心力，提高小粒径分散相的分离效率；

4、溢流口和底流口为同向出流，使旋流器内部只存在朝向底部一个方向的旋转运动，减少轴向循环流等紊流；

5、结合聚结分离、惯性预分离及旋流分离的思想，实现对处理液中不同粒径大小的液滴均具有较高的分离效率，使旋流分离的整体效率得到提高；

6、可用于具有密度差的不互溶两相分离。既可应用于油田、化工生产，又可应用于市政环保等领域，具有可观的推广应用前景。

附图说明：

图1为本发明的整体示意图。

图2为本发明的剖面图。

图3为本发明的轴侧图。

图4为本发明聚结管的聚结原理图。

图5为本发明聚结分流式入口分层分流原理图。

图中1-切向入口、2-聚结管、3-导流体、4-转换管、5-分流引导管、6-旋流段、7-锥段、8-底流段、9-溢流管、10-环形底流口、11-内锥、12-外层环形引导板、13-内层环形引导板、14-外层锥形引导板、15-内层锥形引导板、16-外层曲形引导板、17-内层曲形引导板、18-聚结分流式入口、19-筒体。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步说明：

一种分流引导式惯性旋流分离器，包括聚结分流式入口18、筒体19，其特征在于：

所述聚结分流式入口18由倾斜切向入口1、聚结管2、导流体3、转换管4、分流引导管5组成，所述聚结管2为一段空心圆柱体，沿所述聚结管2的外壁倾斜切向接入一个切向入口1，倾斜接入的切向入口可以使流体在聚结管2内产生切向速度，使油滴发生旋转聚结，而且切向入口由于是倾斜的，可以在轴向上分担一部分切向力，避免切向速度过大导致流场紊乱，所述聚结管2一端封闭，另一端内壁连接一个导流体3，且与转换管4前端相连，所述转换管4是一段前端为圆形，后端为长方形的渐变转换管，所述转换管4后端与分流引导管5相连，所述分流引导管为环绕筒体19的180°方形弯管；所述导流体3由至少3片导流叶片组成，所述导流叶片为变螺旋升角结构，导流体起到消旋的作用，将聚结管中的旋转运动转化为直线运动；

所述筒体19由上至下分别由具有同一中心轴线的旋流段6、锥段7、底流段8顺次连接后组成，所述旋流段6、底流段8为空心的圆柱结构体，所述锥段7为上下两端未封闭的空心圆台结构体，所述旋流段顶部连接一个内锥11，内锥11与旋流段6具有相同的轴线，顶部的内锥可以使小粒径液滴在内锥附近聚集，并沿着内锥向下运动，使小粒径液滴逐渐运移到旋流器的中心，所述底流段8中心处有一个溢流管9，底流段8与溢流管9具有相同的轴线，溢流管9外壁与底流段8内壁之间形成的环形间隙为环形底流口10，分散相和离散相为同向出流，减少旋流器内部紊流；

所述旋流段6顶部依次接有外层环形引导板12、内层环形引导板13，所述外层环形引导板12、内层环形引导板13为空心圆柱体，下面分别接外层锥形引导板14、内层锥形引导板15，所述外层锥形引导板14、内层锥形引导板15为空心圆锥体，外层环形引导板、外层锥形引导板与内层环形引导板、内层锥形引导板分别将旋流段和内锥之间的区域分为外、中、内三层分离区域，外、中、内三层分离区域对应为连续相再分离、大粒径液滴分离、小粒径液滴精细分离区域；

所述旋流段6的外壁切向接入分流引导管5，所述旋流段顶部依次接有外层曲形引导板16、内层曲形引导板17，所述外层曲形引导板16、内层曲形引导板17分别与内层环形引导板13、外层环形引导板12相切，将聚结分流式入口分为外、中、内三层切向入口，通过三层切向入口可以实现处理液预分离。

本装置工作过程如下：

以油水两相混合介质为例，油水混合液通过倾斜切向入口进入聚结管中，开始发生旋转运动，在这个过程中，会增加油滴间的碰撞机率，使小粒径油滴聚结成大粒径油滴，聚结后的油水混合液经过导流体，由旋转运动变为直线运动经转换管后进入分流引导管内，不同粒径油滴和水相在经过分流引导管时，由于自身质量不同，它们所受惯性力不同，惯性会使物体有保持原有运动状态的倾向，因此受惯性作用最大的水相保持原有直线运动状态的倾向最大，被甩在分流引导管的外侧，惯性作用最小的小粒径油滴则主要集中在分流引导管内侧，大粒径油滴位于二者中间，被初步分离的三层流体在内外层曲形引导板的隔挡下分别进入外、中、内三层切向入口，完成了处理液的预分离。

内层切向入口中的小粒径油滴在内层环形引导板和内层锥形引导板的引导下进入内层分离区域，内层分离区域直径较小，可以增大小粒径油滴所受的离心力，使小粒径油滴沿着内锥向下运动，使小粒径液滴逐渐运移到旋流器的中心，最终由底部溢流管流出。

中层切向入口中的大粒径油滴在外层环形引导板和外层锥形引导板的引导下进入位于旋流段的中层分离区域，大粒径油滴在离心力的作用下主要集中在内层锥形引导板附近，最终与小粒径油滴汇合由底部溢流管流出，而进入中层分离区域的小部分水相则在锥段处被分离到外侧与外层水相汇合由环形底流口流出。

在外层切向入口中主要是水相，但也会含有部分油相，这部分流体被引导进外层分离空间，外层分离空间的流体在旋流器内进一步分离，密度较小的油相在离心力的作用下逐渐向旋流器的中心处运移，与中层、内层的油滴汇合进入溢流管中，而密度较大的水相则被甩在旋流器的边壁处，最终与中层分离出来的水相汇合由环形底流口流出。