專利名稱：利用離心、重力、膨脹復合原理的油水分離系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種將油水兩相混合液進行分離的裝置和方法，特別是涉及一種 應用在陸上及海上采油平臺的復合式油水分離系統(tǒng)和分離方法。
背景技術：
.在許多行業(yè)，例如石化企業(yè)，油水分離設備是其重要生產(chǎn)設備。分離技術對 行業(yè)發(fā)展至關重要。
當前所采用的分離原理有重力，離心，過濾，靜電、破乳等，初期分離設 備， 一般均采用一種分離原理進行油水分離，近年來應用多種分離原理結(jié)合起來
進行分離的設備是發(fā)展方向。例如專利公開號CN2569538Y, —種高效油水分離 器，描述的是一個主要采用重力分離原理的分離裝置；中國科學院生態(tài)研究中心 的發(fā)明專利一螺旋流道膜油水分離裝置(專利公開號CN1299693.A)，采用了離 心原理和膜技術結(jié)合起來進行分離的設備和方法。
在現(xiàn)實生產(chǎn)中，往往需要對大量的油水混合液進行快速分離，重力原理和膜 技術都是有效的分離技術手段，但處理速度慢，因此導致設備結(jié)構復雜體、積龐 大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對以上油水分離裝置采用單一分離原理，在進行分離的過 程中對于來液參數(shù)發(fā)生變化時，處理效率顯著降低的缺點，從而提供一種采用離 心、重力、膨脹等多種分離原理結(jié)合在一起的分離方法，該方法是一種提高分離 效率，改進分離技術，減輕分離器重量的有效途徑，既適合陸上油田，也適應海 上油田，有很好的工業(yè)應用前景。
本發(fā)明的目的還在于提供一種能夠應用在陸上及海上采油平臺的復合式油 水分離系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有分離高效，結(jié)構簡單，體積小，處理量大。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的
本發(fā)明提供的用于在陸上處理站及海上采油平臺的復合式油水分離系統(tǒng)，如 圖4所示，該系統(tǒng)包括如圖4所示，該系統(tǒng)包括第一分流器10、沉降分離箱和 連接管線；其特征在于，分流器的進液口 11、上出液口 12和下出液口 13分別 與水平總進液管21、垂直管22和下水平管23連通；該垂直管22與彎管31和 上水平管24依次連通；在所述的下水平管23和上水平管24之間，三根平行設 置的垂直管22并聯(lián)；所述的下水平管23與安裝于第二沉降分離箱體602中的第 二螺旋管502的輸入端口連接，該第二螺旋管502的輸出端口通過出液管552 連入第四分離箱體604，該第二沉降分離箱體602底部通過一根中間管802與第 四沉降分離箱體604底部連通，其頂部通過一根中間管804與第四沉降分離箱體 604頂部連通；在第四沉降分離箱體604與入口對應的側(cè)壁底部出口上安裝水平 排水管27，和在中部安裝水平排油管28，該水平排油管28另一端從第三沉降分 離箱體603中部穿入，并且該水平排水管27另一端口與第三沉降分離箱體603 底部出口固定；所述的上水平管24的末端口與輸送管線26連接，該輸送管線 26與第一沉降分離箱體601中的第一螺旋管501輸入口連通，第一螺旋管501 安裝于沉降分離箱601內(nèi)；該第一螺旋管501的另一出口通過出液管551連入第 三沉降分離箱體603，第一沉降分離箱體601與第三沉降分離箱體603的底部和 頂部側(cè)壁之間連有第一管路801和第二管路803;在第三沉降分離箱體603與入 口對應的側(cè)壁底部出口與水平排水管27的另一端口連通；水平排油管28的高度 低于第三沉降分離箱體603、第四沉降分離箱體604兩箱體內(nèi)溢流口 150—300咖， 水平排水管27的高度高于箱體底部100mra;在水平排水管27和水平排油管28 上通過三通分別安裝出水管81和出油管82，做為出水口和出油口?！?br> 在上述的技術方案中，還包括第二分流器20，所述的上水平管24的末端口 與第二分流器20的一端口連通，第二分流器20的另2個端口分別連接送油管 25和輸送管線26，該送油管25與第三沉降分離箱體603連通。通過連接第二分 流器，可以加強油水分層，對含水率低的油進行更精細的分離。
在上述的技術方案中，所述的分流器包括一本體，所述本體是三通管形結(jié)構 的耐壓容器，三通管的左側(cè)管口 ll是進液口，三通管的右側(cè)管口 13是下出液口， 三通管的上管口 12是上出液口的耐壓容器，在其內(nèi)部的腔體內(nèi)有一個水平設置 的分流隔板16，該分流隔板將腔體分成上下兩個空間，上層空間14與上出液口 12相連通，下層空間15與下出液口 13相連通，兩層空間都與進液口 U相連通，所述內(nèi)腔直徑和與進液口相連接的來液管的直徑相等；所述的分流隔板位于三通 管右側(cè)管口一端的上方有將該管口上部封閉的堵頭161;所述堵頭朝向進液口一 端的縱向截面為拋物線形；所述本體的中軸線至上出液口的高度H與分流器內(nèi)腔 半徑r之比小于5;所述的本體內(nèi)腔壁上有至少兩組高度不相同的、并能分別與 分流隔板的兩個側(cè)邊相配合的條形槽；并且本體的進液口至水平出液口長度L 與分流器內(nèi)腔半徑r之比小于10，所述的本體的每個管口處均設置有連接用法 蘭；參考圖1A和圖1B。
在上述的技術方案中，所述分流器的分流隔板的端部與所述進液口的端部相 平齊。
在上述的技術方案中，還包括3個閥門，該第一閥門41安裝在所述的垂直 管22上端口，闊門41另一端口與90度彎頭底口31連接，彎頭與上水平管24 連接；其余兩個閥門分別安裝在其它兩根垂直管22中。
在上述的技術方案中，所述的垂直管管徑d小于水平管管徑D，垂直管長度 H為15倍垂直管管徑d，相鄰垂直管間距S大于30倍水平管管徑D。
在上述的技術方案中，所述的螺旋管包括螺旋管主體500為立式結(jié)構，該螺 旋管主體500固定在螺旋管主體的支架90上，螺旋管主體500的螺旋管輸入管 51 —端口安裝輸入管閥門42，螺旋管輸入管55—端口安裝輸出管閥門43;總 圈數(shù)為N， N==4-30;螺旋管主體500的螺旋管上部分有4圈為帶孔段54，帶孔 段以下為封閉段52，帶孔段的每一圈上開有圓孔70，所述的圓孔70從距離輸出 管55的出口 1/4圓周處開始開孔，并且圓孔70均勻開在螺旋管的外側(cè)，與水 平線成"=45°夾角的位置，相鄰兩圈螺旋管上的圓孔70之間間隔半圈的螺旋管 上不帶圓孔；不帶孔的螺旋管段為調(diào)整段，所述的調(diào)整段長度為1/2圓周；第二 圈螺旋管所開圓孔70與第三圈所開圓孔70之間間隔半圈的螺旋管段。
在上述技術方案中，所述的螺旋管主體500的螺旋管回轉(zhuǎn)半徑為R，螺距為 H ，管內(nèi)徑為A ,管外徑為￡>2 ，其設計參數(shù)遵循以下關系
45"2;ri (iV-4)^，， 2^^^25;其中R、 ^/)2的取值在如下范圍內(nèi)最
合適150wff :S i 幺200附附，20ww S ￡\ S 30ww 、 25附m ^ "2 ^ 35ww 。
在上述技術方案中，所述的螺旋管主體500的螺旋管上的4圈帶孔段54， 從螺旋管上部自上到下3圈小孔的數(shù)目分別為^、 、a，孔徑分別為《、《、《；圓孔的數(shù)目和孔徑應遵循以下設計準則A^ S"3，《Si/2S《。
在上述技術方案中，本實用新型的沉降分離箱為圓形或方形金屬容器，直徑 大于或等于lOOOmm，高度大于或等于1200mm;還包括在第一和第二沉降箱體中 間設有垂直的隔板，該垂直隔板的兩側(cè)壁固定在沉降分離箱兩側(cè)壁上，把容器分 隔為兩部分，底部連通，上部空隙處為溢流口，容器進、出口管線分別設在垂直 隔板兩側(cè)，垂直隔板的做用是減少來液對沉降分離的擾動，水可以在隔板下部連 通流動，油通過溢流口由一側(cè)進入到另一側(cè)。所述的隔板的端部與所述進液口的 端部相平齊。
本發(fā)明提供的應用在陸地及海上采油平臺用的復合式油水分離裝置進行油 水分離的方法，包括以下步驟.-
1. 將含油率在20—80%間的油水混合物，以每小時251113的流量輸入水平總 進液管21進入第一分流器10，調(diào)節(jié)第一分流器10入口壓力為P》0. lMPa，使油 水兩相混合物在管內(nèi)流動中逐漸分層；
2. 針對來液含油率的不同，調(diào)節(jié)分流器10內(nèi)隔板16達到有效分離位置， 即來液中含油率高時，降低隔板16，反之升高16，使得隔板16的位置略低于總 進液管21中的油水分層界面約為5mm，分流器上層空間14與下層空間的體積比 接近來液中油水體積比，以達到最佳分離效果(油水分層界面可以通過設置在管 線或分流器上的觀察窗口獲得，分流器可以做成透明有機玻璃的)；實現(xiàn)密度較 水輕的油和部分水在分流器隔板16及堵頭161的作用下，通過分流器上層空間 14,經(jīng)垂直管22進入上水平管24;含有少量油的水通過分流器的下層空間15, 流入T形管的下水平管23;油在上水平管24內(nèi)流動過程中，如果繼續(xù)分離出水 份，可以通過T形管的另外N根垂直管下降到下水平管23中；
3. 下水平管23中流動的水里所含的油繼續(xù)析出，由于油水密度差的存在， 密度較小的油在浮力作用下，通過連接在T形管的垂直管22上升到上水平管24 中，而上水平管24中流動的油內(nèi)含有的水也在析出，在重力作用下，通過垂直 管下降到下水科管23中，油水經(jīng)過N根垂直管的不斷交換，分別在上水平管24 和下水平管23內(nèi)聚集；
4. 控制閥門41的開閉程度，以達到調(diào)節(jié)流量和T形管垂直管22工作數(shù)量 的目的，流量調(diào)節(jié)的目的T形管中的油經(jīng)垂直管22進入上水平管24，通過閥 門的開閉程度達到平衡22、 24與23管內(nèi)的壓力，避免過多的水涌入到上水平管 24中，當安裝有N根垂直管的T形管組工作時，如果只需其中部分的垂直管工作，可以將不需要的垂直管上的閥門關閉，避免過多的千擾；通過在上水平管 24的末端安裝有第二個分流器20，其上出液口通過管線25，將含水率低于10% 的油排入沉降分離箱603進行重力沉降分離；
5. 從螺旋管小孔中排出的水在沉降分離箱601中進行重力沉降分離；
6. 從第一螺旋管501的出口流出的油進入沉降分離箱603中進行重力沉降 分離；
7. 601底部設有的排水口通過管線801與603連通，上部設有的排油口通 過管線803與沉降分離箱603連通，在601內(nèi)重力分離后的油水通過不同管線進 入603;
8. 603中設有垂直隔板將容器分為兩部分，在入口側(cè)，重力分離后的油水 通過隔板底部通道和頂部的溢流口進入另一側(cè)繼續(xù)重力沉降分離；
9. 下水平管23的末端連入螺旋管502的底部入口，含有少量油的水在螺旋 管502內(nèi)進入離心和重力雙重作用下的分離，通過開設在502外側(cè)偏下的小孔 70將分離出的水引出，在沉降分離箱602內(nèi)進行重力分離；
10. 602底部設有的排水口通過管線802與604連通，上部設有的排油口通 過管線804與沉降分離箱604連通，在602內(nèi)重力分離后的油水通過不同管線進 入603;
11. 604中設有垂直隔板將容器分為兩部分，在入口側(cè)，重力分離后的油水 通過隔板底部通道和頂部的溢流口進入另一側(cè)繼續(xù)重力沉降分離；
12. 在沉降分離箱603與604的中部連接有管線28，通過三通連接的 82，可以將兩個箱體中的油排出，在82的出口處，可以得到含水率小于1% 的油；
13. 在沉陳分離箱603與604的底部連接有管線27，通過三通連接的管 線81，可以將兩個箱體事的水排出，在81的出口處，可以得到含油率小于 千分之1的水。
當系統(tǒng)中增加第二分流器20，該第二分流器20的水平出液口通過管線26， 連接螺旋管501的底部入口，在螺旋管內(nèi)，含少量水的油進行離心分離，水的密 度大于油的密度，在離心力和重力雙重作用下，水分布在螺旋管外部下側(cè)，通過 小孔70將水引出；可以達到油水分離更徹底。
本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明的利用離心、重力、膨脹復合原理的油水分離系統(tǒng)采用組合式分離構 件，包括T形管、分流器、螺旋管，重力沉降分離箱體，各部分構件可以方便的 進行組合調(diào)節(jié)，以達到最佳的分離狀態(tài)。
本發(fā)明的分離系統(tǒng)還采用帶孔螺旋管分離器，該螺旋管分離器是一種新型的 離心分離部件，在工藝允許的條件下應首先考慮減少回轉(zhuǎn)半徑，增加圈數(shù)來提高 離心力，管壁開孔數(shù)量、大小和位置對于分離效率影響顯著，通過實驗和理論分 析可以確定一個最佳方案。
本發(fā)明的分離系統(tǒng)還釆用具有膨脹和重力原理的預分效果的T型管部件，能 起到氣液預分的作用，作為進入螺旋管分離器的前置裝備以達到良好的分離效 果。
到目前為止，在國際和國內(nèi)還沒有發(fā)現(xiàn)這種復合式分離器，它在不同油品和 油水配比條件下可以達到油中含水小于1%的分離效果。
本發(fā)明的分離方法綜合運用膨脹、離心、重力等原理，克服了采用單一分離 原理的分離方法對于來液參數(shù)發(fā)生變化時，處理效率顯著降低的缺點。復合式分 離方法是一種提高分離效率，改進分離技術，減輕分離器重量的有效途徑，既適 合陸上油田，也適應海上油田，有很好的工業(yè)應用前景；


圖1是本發(fā)明的分流器結(jié)構正(a)、側(cè)(b)視剖面圖2是本發(fā)明的T形管分離裝置結(jié)構示意圖3是本發(fā)明的螺旋管結(jié)構示意圖4是本發(fā)明的復合式油水分離器結(jié)構示意圖5是本發(fā)明的另一種復合式油水分離器實施例示意具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細地說明 實施例l參閱圖l，制作第一分流器10和第二分流器20，分流器的本體是具有三通 管形結(jié)構的耐壓容器，其耐壓容器上設有一個進液口 11，三通管的左側(cè)管口是 進液口ll，三通管的右側(cè)管口是下出液口 13，三通管的上管口是上出液口 12; 在其內(nèi)部的腔體內(nèi)有一個水平設置的分流隔板16將腔體分成上下兩個空間，上 腔14與上出液口 12相連通，下腔15與下出液口(或水平出液口)13相連通，兩 層空間都與進液口相連通。所述的分流隔板的端部與所述進液口的端部相平齊。 所述的分流隔板位于三通管右側(cè)管口一端的上方有將該管口上部封閉的堵頭 161，該堵頭朝向進液口一端的縱向截面為拋物線形。所述的三通管結(jié)構的分離 器本體的每個管口處均設置有連接用法蘭17。所述的分流器本體內(nèi)腔壁上有三 組高度不相同的并能分別與分流隔板的兩個側(cè)邊相配合的條形槽。
第一分流器10和第二分流器20的總長與內(nèi)腔半徑之L/r=8，分流腔體具有 適當?shù)娜莘e，內(nèi)腔長與半徑之比l/r二5或6，高度與內(nèi)腔半徑之比分H/r二4，分 流器內(nèi)徑與水平來液管21(參閱圖3)內(nèi)徑相等。
實施例2:
參閱圖1和圖2，制作一個T形管分離裝置T形管200由水平總進液管21, 上水平管24，下水平管23，垂直管22，分流器IO (20)及閥門41組成。水平 總進液管21連接來流管線，另一端與分流器10入口 ll連接，分流器上出口12 與垂直管22連接，水平出口 13與下水平管23連接，垂直管上端與閥門41連接， 41另側(cè)與90度彎頭底口 31連接，彎頭與上水平管24連接。在上水平管24和 下水平管23間有N根垂直管22并聯(lián)，由此構成T形管200。 T形管至少有一根 總進液管， 一根垂直管， 一根上水平管和一根下水平管組成，可以有多根垂直管。 T形管上、下水平管管徑為50mm,垂直管管徑d小于水平管管徑D，本實施例中 管徑為40rain。相鄰垂直管間距S大于30倍水平管管徑D。垂直管長度L為15 倍垂直管管徑d，本實施例為600腿?？傔M液管與第一根垂直管處可以不連接分 流器，只使用三通管，或連接分流器，加強油水分層，例如本實施例。上水平管 末端可不連接分流器，直接進入501螺旋管，也可以連接分流器，如本實施例。
實施例3
參閱圖3，制作一個螺旋管分離器螺旋管主體500為立式結(jié)構，該螺旋管 主體500固定在螺旋管主體的支架90上，螺旋管主體500的螺旋管輸入管51一端口安裝輸入管闊門42，螺旋管輸入管55—端口安裝輸出管閥門43;總?cè)?shù) 為25，螺旋管主體500的螺旋管上部分有4圈為帶孔段54，帶孔段以下為封閉 段52;從螺旋管上部自上到下3圈小孔的數(shù)目分別為巧、 、& ，孔徑分別為《、
《、《；圓孔的數(shù)目和孔徑應遵循以下設計準則巧S S"3，《S^S《；帶
孔段的每一圈上開有圓孔70，所述的圓孔70從距離輸出管55的出口 1 / 4圓周 處開始開孔，并且圓孔70均勻開在螺旋管的外側(cè)，與水平線成o;-45。夾角的位 置，相鄰兩圈螺旋管上的圓孔70之間間隔半圈的螺旋管上不帶圓孔；不帶孔的 螺旋管段為調(diào)整段，所述的調(diào)整段長度為1/2圓周；第二圈螺旋管所開圓孔70 與第三圈所開圓孔70之間間隔半圈的螺旋管段。
在本實施例中螺旋管主體500的螺旋管回轉(zhuǎn)半徑為R，螺距為H，管內(nèi)徑為，
管外徑為/)2，其設計參數(shù)遵循以下關系450s2,W-4)，， 2^A^2.5; 其中R、 D,、 ￡>2的取值在如下范圍內(nèi)最合適150wm^i 《200ww ，
實施例4
參閱圖4，制作一由實施例卜3的分流器、T形管分離裝置、螺旋管組成的 復合式油水分離裝置。
復合式分離器由第一分流器10的3個端口分別與水平總進液管21、垂直管 22和下水平管23連通；該垂直管22與彎管31和上水平管24依次連通；在所 述的下水平管23和上水平管24之間，三根平行設置的垂直管22并聯(lián)；所述的 下水平管23與安裝于第二沉降分離箱體602中的第二螺旋管502的輸入端口連 接，該第二螺旋管502的輸出端口通過出液管552連入第四分離箱體604，該第 二沉降分離箱體602底部通過一根中間管802與第四沉降分離箱體604底部連 通，頂部通過一根中間管804與第四沉降分離箱體頂部連通；在第四沉降分離箱 體604與入口對應的側(cè)壁底部管頂部還設有水平排水管27和水平排油管28;第 四沉降分離箱體設有垂直隔板將出入口兩側(cè)分隔為兩部分；所述的上水平管24 的末端口與第二分流器20的一端口連通，第二分流器20的另2個端口分別連接 送油管25和輸送管線26，該送油管25與第三沉降分離箱體603連通，該輸送 管線26與第一沉降分離箱體601中的第一螺旋管501輸入口連通，該第一螺旋管501安裝于沉降分離箱601內(nèi)，它的另一出口通過出液管551連入第三沉降分 離箱體603，第一沉降分離箱體601與第三沉降分離箱體603的底部和頂部側(cè)壁 之間連有輸水管801和輸油管803;在第三沉降分離箱體603與入口對應的側(cè)壁 底部和中部還設有水平排水管27和水平排油管28;第三沉降分離箱體內(nèi)的兩側(cè) 上垂直固定隔板，該隔板將出入口兩側(cè)分隔為兩部分，該隔板頂與第三沉降分離 箱體內(nèi)頂面之間的空隙為溢流口；水平排油管28的高度低于第三沉降分離箱體 603、第四沉降分離箱體604兩箱體內(nèi)溢流口 150 — 300醒，水平排水管27的高 度高于箱體底部100mm;分別有輸水管81和輸油管82通過三通連接在水平排水 管27和水平排油管28上，做為出水口和出油口。本實施例中上、下水平管管徑 為50mm,垂直管22管徑d為40mm;垂直管長度H為600咖。兩相鄰的垂直管的 距離為1500mm 。所述的螺旋管主體500的螺旋管總?cè)?shù)為20，封閉段52的圈 數(shù)為16圈。
實施例5
參閱圖5，制做一本發(fā)明的油水分離系統(tǒng)。
本實施例與實施例4的不同點在于，采用一體化設計，將分流器、T形管、 螺旋管和沉降分離箱體組合為一個整體結(jié)構，體積緊湊，重量輕，管線分布合理。 本實施例本體是4個獨立的箱體組合在一起形成一個整體密閉承壓容器。T形管 設置在本實施例容器的外側(cè)或內(nèi)部，長度為容器外周長的4分之3，作用是對油 水進行初分；螺旋管組501和502分別處理T形管上水平管24來液和這T形管 下水平管23來液，501在箱體601中，502在箱體602中，兩個箱體內(nèi)的液體不 互相流通；經(jīng)螺旋管501旋流離心分離處理后的液體通過551進入沉降分離箱體 603繼續(xù)進行重力分離；601與603間安裝有溢流管803，管徑為50mm，數(shù)量為 M個，高度低于螺旋管開孔的最低位置，601上層的油可以通過溢流管進入603 繼續(xù)進行重力沉降；經(jīng)螺旋管502旋流離心分離處理后的液體通過552進入沉降 分離箱體604繼續(xù)進行重力分離；602與604間安裝有溢流管804，管徑為50mm， 數(shù)量為M個，高度低于螺旋管開孔的最低位置，602上層的油可以通過溢流管進 入604繼續(xù)進行重力沉降;T形管上水平管的末端進入螺旋管前安裝有分流器20， 其上出液口通過管26直接進入604 (也可以進入603)進行重力沉降分離；最終 在603與604中得到含水率小于1%的油；水從容器底部開口引出。
或者還包括如圖4所示，該系統(tǒng)包括分流器、T形管、沉降分離箱和連接管線；其特征在于，分流器的進液口 11、上出液口 12和下出液口 13分別與水平 總進液管21、垂直管22和下水平管23連通；該垂直管22與彎管31和上水平 管24依次連通；在所述的下水平管23和上水平管24之間，三根平行設置的垂 直管22并聯(lián)；所述的下水平管23與安裝于第二沉降分離箱體602中的第二螺旋 管502的輸入端口連接，該第二螺旋管502的輸出端口通過出液管552連入第四 分離箱體604，該第二沉降分離箱體602底部通過一根中間管802與第四沉降分 離箱體604底部連通，其頂部通過一根中間管804與第四沉降分離箱體604頂部 連通；在第四沉降分離箱體604與入口對應的側(cè)壁底部出口上安裝水平排水管 27和水平排油管28;第四沉降分離箱體604中設有垂直隔板將出入口兩側(cè)分隔 為兩部分；所述的上水平管24的末端口與第二分流器20的一端口連通，第二分 流器20的另2個端口分別連接送油管25和輸送管線26，該送油管25與第三沉 降分離箱體603連通，該輸送管線26與第一沉降分離箱體601中的第一螺旋管 501輸入口連通，第一螺旋管501安裝于沉降分離箱601內(nèi)；該第一螺旋管501 的另一出口通過出液管551連入第三沉降分離箱體603，第一沉降分離箱體601 與第三沉降分離箱體603的底部和頂部側(cè)壁之間連有第一管路801和第二管路 803;在第三沉降分離箱體603與入口對應的側(cè)壁底部出口與第一水平排水管27 和第二水平排油管28連通；第三沉降分離箱體設有垂直隔板將出入口兩側(cè)分隔 為兩部分;第二水平排水管28的高度低于603、604兩箱體內(nèi)溢流口 150 — 300mm， 第一水平排水管27的高度高于箱體底部100mm;在第一水平排水管27和第二水 平排油管28上通過三通分別安裝出水管81和出油管82，做為出水口和出油口。 還包括3個閥門，該第一閥門41安裝在所述的垂直管22上端口，閥門41另一 端口與90度彎頭底口 31連接，彎頭與上水平管24連接；其余兩個閥門分別安 裝在其它兩根垂直管22中。
本實施例中上、下水平管管徑為50mm，垂直管管徑d小于水平管管徑D，本 實施例中管徑為40mm;垂直管長度H為600mm。兩相鄰的垂直管的距離為1500mm。
實施例6
將實施例4或5的油水分離系統(tǒng)安裝在陸上及海上采油平臺上，利用該油水
分離系統(tǒng)進行油水分離的方法如下
1.將含油率在20—80%間的油水混合物，以每小時25m3的流量輸入水平總 進液管21進入第一分流器10，調(diào)節(jié)第一分流器10入口壓力為PX). lMPa，使油水兩相混合物在管內(nèi)流動中逐漸分層;
2. 針對來液含油率的不同，調(diào)節(jié)分流器10內(nèi)隔板16達到有效分離位置， 即來液中含油率高時，降低隔板16，反之升高16，使得隔板16的位置略低于總 進液管21中的油水分層界面約為5mm，分流器上層空間14與下層空間的體積比 接近來液中油水體積比，以達到最佳分離效果(油水分層界面可以通過設置在管 線或分流器上的觀察窗口獲得，分流器可以做成透明有機玻璃的)；實現(xiàn)密度較 水輕的油和部分水在分流器隔板16及堵頭161的作用下，通過分流器上層空間 14，經(jīng)垂直管22進入上水平管24;含有少量油的水通過分流器的下層空間15, 流入T形管的下水平管23;油在上水平管24內(nèi)流動過程中，如果繼續(xù)分離出水 份，可以通過T形管的另外N根垂直管下降到下水平管23中；
3. 下水平管23中流動的水里所含的油繼續(xù)析出，由于油水密度差的存在， 密度較小的油在浮力作用下，通過連接在T形管的垂直管22上升到上水平管24 中，而上水平管24中流動的油內(nèi)含有的水也在析出，在重力作用下，通過垂直 管下降到下水科管23中，油水經(jīng)過N根垂直管的不斷交換，分別在上水平管24 和下水平管23內(nèi)聚集；
4. 控制閥門41的開閉程度，以達到調(diào)節(jié)流量和T形管垂直管22工作數(shù)量 的目的，流量調(diào)節(jié)的目的經(jīng)分流器初分的油經(jīng)垂直管22進入上水平管24，通 過閥門的開閉程度達到平衡22、 24與23管內(nèi)的壓力，避免過多的水涌入到上水 平管中，當安裝有N根垂直管的T形管組工作時，如果只需其中部分的垂直管工 作，可以將不需要的垂直管上的閥門關閉，避免過多的干擾；
5. 從螺旋管小孔中排出的水在沉降分離箱601中進行重力沉降分離；
6. 從第一螺旋管501的出口流出的油進入沉降分離箱603中進行重力沉降 分離；
7. 601底部設有的排水口通過管線801與603連通，上部設有的排油口通 過管線803與沉降分離箱603連通，在601內(nèi)重力分離后的油水通過不同管線進 入603;
8. 603中設有垂直隔板將容器分為兩部分，在入口側(cè)，重力分離后的油水 通過隔板底部通道和頂部的溢流口進入另一側(cè)繼續(xù)重力沉降分離；
9. 下水平管23的末端連入螺旋管502的底部入口，含有少量油的水在螺旋 管502內(nèi)進入離心和重力雙重作用下的分離，通過開設在502外側(cè)偏下的小孔 70將分離出的水引出，在沉降分離箱602內(nèi)進行重力分離；10. 602底部設有的排水口通過管線802與604連通，上部設有的排油口通 過管線804與沉降分離箱604連通，在602內(nèi)重力分離后的油水通過不同管線進 入603;
11. 604中設有垂直隔板將容器分為兩部分，在入口側(cè)，重力分離后的油水 通過隔板底部通道和頂部的溢流口進入另一側(cè)繼續(xù)重力沉降分離；
12. 在沉降分離箱603與604的中部連接有管線28，通過三通連接的 82，可以將兩個箱體中的油排出，在82的出口處，可以得到含水率小于1°/。 的油；
13. 在沉陳分離箱603與604的底部連接有管線27,通過三通連接的管 線81,可以將兩個箱體事的水排出，在81的出口處，可以得到含油率小于 千分之1的水。
當系統(tǒng)中增加第二分流器20，該第二分流器20的水平出液口通過管線26， 連接螺旋管501的底部入口，在螺旋管內(nèi)，含少量水的油進行離心分離，水的密 度大于油的密度，在離心力和重力雙重作用下，水分布在螺旋管外部下側(cè)，通過 小孔70將水引出；可以達到油水分離更徹底。
權利要求
1. 一種用于在陸上處理站及海上采油平臺的復合式油水分離系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括分流器、沉降分離箱和連接管線；其特征在于，所述的分流器有2個，第一分流器的進液口(11)、上出液口(12)和下出液口(13)分別與水平總進液管(21)、垂直管(22)和下水平管(23)連通；該垂直管(22)與彎管(31)和上水平管(24)依次連通；在所述的下水平管(23)和上水平管(24)之間，三根平行設置的垂直管(22)并聯(lián)；所述的下水平管(23)與安裝于第二沉降分離箱體(602)中的第二螺旋管(502)的輸入端口連接，該第二螺旋管(502)的輸出端口通過出液管(552)連入第四分離箱體(604)，該第二沉降分離箱體(602)底部通過一根中間管(802)與第四沉降分離箱體(604)底部連通，其頂部通過一根中間管(804)與第四沉降分離箱體(604)頂部連通；在第四沉降分離箱體(604)與入口對應的側(cè)壁底部出口上安裝水平排水管(27)，和在中部安裝水平排油管(28)，該水平排油管(28)另一端從第三沉降分離箱體(603)中部穿入，并且該水平排水管(27)另一端口與第三沉降分離箱體(603)底部出口固定；所述的上水平管(24)的末端口與輸送管線(26)連接，該送油管(25)與第三沉降分離箱體(603)連通，該輸送管線(26)與第一沉降分離箱體(601)中的第一螺旋管(501)輸入口連通，第一螺旋管(501)安裝于沉降分離箱(601)內(nèi)；該第一螺旋管(501)的另一出口通過出液管(551)連入第三沉降分離箱體(603)，第一沉降分離箱體(601)與第三沉降分離箱體(603)的底部和頂部側(cè)壁之間連有第一管路(801)和第二管路(803)；在第三沉降分離箱體(603)與入口對應的側(cè)壁底部出口與水平排水管(27)和水平排油管(28)連通；水平排水管(28)的高度低于(603)、(604)兩箱體內(nèi)溢流口150—300mm，水平排水管(27)的高度高于箱體底部100mm；在水平排水管(27)和水平排油管(28)上通過三通分別安裝出水管(81)和出油管(82)。
2. 按權利要求1所述的用于在陸上處理站及海上采油平臺的復合式油水分 離系統(tǒng)，其特征在于，還包括第二分流器(20)，所述的上水平管(24)的末端口與 第二分流器(20)的一端口連通，第二分流器(20)的另2個端口分別連接送油管 (25)和輸送管線(26)，該送油管(25)與第三沉降分離箱體(603)連通。
3. 按權利要求1或2所述的用于在陸上處理站及海上采油平臺的復合式油 水分離系統(tǒng)，其特征在于，所述的第一分流器(10)和第二分流器(20)為一三通管形的耐壓容器，該三通管的左側(cè)管口 (ll)是進液口，三通管的右側(cè)管口 (13) 是下出液口，三通管的上管口 (12)是上出液口的耐壓容器，在其內(nèi)部的腔體內(nèi) 有一個水平設置的分流隔板(16)，該分流隔板將腔體分成上下兩個空間，上層 空間(14)與上出液口 (12)相連通，下層空間(15)與下出液口 (13)相連通， 兩層空間都與進液口 (ll)相連通，所述內(nèi)腔直徑和與進液口相連接的來液管的 直徑相等；所述的分流隔板位于三通管右側(cè)管口一端的上方有將該管口上部封閉 的堵頭(161);所述堵頭朝向進液口一端的縱向截面為拋物線形；所述本體的中 軸線至上出液口的高度H與分流器內(nèi)腔半徑r之比小于5;所述的本體內(nèi)腔壁上 有至少兩組高度不相同的、并能分別與分流隔板的兩個側(cè)邊相配合的條形槽；并 且本體的進液口至水平出液口長度L與分流器內(nèi)腔半徑r之比小于10，所述的 本體的每個管口處均設置有連接用法蘭。
4. 按權利要求3所述的用于在陸上處理站及海上采油平臺的復合式油水分 離系統(tǒng)，其特征在于，所述的分流隔板的端部與所述進液口的端部相平齊；在所 述的分流器內(nèi)腔壁上有至少兩組高度不相同的、并能分別與分流隔板的兩個側(cè)邊 相配合的條形槽。
5. 按權利要求3所述的用于在陸上處理站及海上采油平臺的復合式油水分 離系統(tǒng)，其特征在于，還包括3個閥門，該第一闊門(41)安裝在所述的垂直管(22)上端口，閥門(41)另一端口與(90)度彎頭底口 (31)連接，彎頭與上 水平管(24)連接；其余兩個閥門分別安裝在其它兩根垂直管(22)中。
6. 按權利要求1所述的用于在陸上處理站及海上采油平臺的復合式油水分 離系統(tǒng)，其特征在于，所述的垂直管管徑d小于水平管管徑D，垂直管長度H為 15倍垂直管管徑d，相鄰垂直管間距S大于30倍水平管管徑D。
7. 按權利要求1所述的用于在陸上處理站及海上采油平臺的復合式油水分 離系統(tǒng)，其特征在于，所述的螺旋管包括螺旋管主體(500)為立式結(jié)構，該螺 旋管主體(500)固定在螺旋管主體的支架(90)上，螺旋管主體(500)的螺旋 管輸入管(51) —端口安裝輸入管閥門(42)，螺旋管輸入管(55) —端口安裝 輸出管閥門(43);總?cè)?shù)為N，螺旋管主體(500)的螺旋管上部分有4圈為帶 孔段(54)，帶孔段以下為封閉段(52)，帶孔段的每一圈上開有圓孔(70)，所 述的圓孔(70)從距離輸出管(55)的出口 1 / 4圓周處開始開孔，并且圓孔(70) 均勻開在螺旋管的外側(cè)，與水平線成a-45。夾角的位置，相鄰兩圈螺旋管上的 圓孔(70)之間間隔半圈的螺旋管上不帶圓孔；不帶孔的螺旋管段為調(diào)整段，所述的調(diào)整段長度為1/2圓周；第二圈螺旋管所開圓孔(70)與第三圈所開圓孔(70) 之間間隔半圈的螺旋管段。
8. 按權利要求1所述的用于在陸上處理站及海上采油平臺的復合式油水分 離系統(tǒng)，其特征在于，所述的螺旋管主體(500)的螺旋管回轉(zhuǎn)半徑為R，螺距 為H ，管內(nèi)徑為Z),，管外徑為D2 ，其設計參數(shù)遵循以下關系<formula>formula see original document page 4</formula>;其中R、 A、 A的取值在如下范圍內(nèi)最合適<formula>formula see original document page 4</formula>
9. 按權利要求1所述的用于在陸上處理站及海上采油平臺的復合式油水分 離系統(tǒng)，其特征在于，所述的沉降分離箱(600)，其形式為圓形或方形金屬容器， 直徑大于或等于IOOO腿，高度大于或等于1200mrn。
10. 按權利要求1或2所述的用于在陸上處理站及海上采油平臺的復合式油 水分離系統(tǒng)，其特征在于，還包括在第三沉降分離箱體(603)和第四沉降分離 箱體(604)中，設有將出入口兩側(cè)分隔為兩部分的垂直隔板，該垂直隔板的兩 側(cè)壁固定在沉降分離箱兩側(cè)壁上，把容器分隔為兩部分，底部連通，上部空隙處 為溢流口 。
11. 一種應用權利要求1所述的用于在陸上處理站及海上采油平臺的復合式油水分離系統(tǒng)進行油水分離的方法，包括以下步驟1) .將含油率在20 — 80%間的油水混合物，以每小時25r^的流量輸入水平總 進液管(21)進入第一分流器(10)，調(diào)節(jié)第一分流器(10)入口壓力為P>0. lMPa， 使油水兩相混合物在管內(nèi)流動中逐漸分層；2) .針對來液含油率的不同，調(diào)節(jié)分流器(10)內(nèi)隔板(16)達到有效分 離位置，來液中含油率高時，降低隔板(16)高度，反之升高隔板(16)，使得 隔板(16)的位置低于總進液管(21)中的油水分層界面，第一分流器上層空間(14)與下層空間的體積比接近來液中油水體積比，以達到最佳分離效果；實現(xiàn) 密度較水輕的油和部分水在分流器隔板(16)及堵頭(16-1)的作用下，通過第 一分流器上層空間(14)，經(jīng)垂直管(22)進入上水平管(24);含有少量油的水 通過分流器的下層空間(15)，流入下水平管(23);油在上水平管(24)內(nèi)流動 過程中，如果繼續(xù)分離出水份，通過其余垂直管下降到下水平管(23)中；油水 經(jīng)過N根垂直管的不斷交換，分別在上水平管(24)和下水平管(23)內(nèi)聚集；3) .控制閥門(41)的開閉程度，以達到調(diào)節(jié)流量和垂直管工作數(shù)量的目 的，通過閥門的開閉程度達到平衡垂直管(22)、上水平管(24)與下水平管(23) 管內(nèi)的壓力；4) .從螺旋管小孔中排出的水在第一沉降分離箱(601)中進行重力沉降分 離；從第一螺旋管(501)的出口流出的油進入第三沉降分離箱(603)中進行重 力沉降分離；在第一沉降分離箱(601)底部設有的排水口通過管線(801)與(603) 將排出的油水進入第三沉降分離箱(603);5) .第三沉降分離箱(603)中設有垂直隔板將容器分為兩部分，在入口側(cè)， 重力分離后的油水通過隔板底部通道和頂部的溢流口進入另一側(cè)繼續(xù)重力沉降 分離；6) .下水平管(23)的末端連入第二螺旋管(502)的底部入口，含有少量 油的水在第二螺旋管(502)內(nèi)進入離心和重力雙重作用下的分離，通過開設在 第二螺旋管(502)外側(cè)偏下的小孔(70)將分離出的水引出，在第二沉降分離 箱(602)內(nèi)進行重力分離；在第二沉降分離箱(602)內(nèi)重力分離后的油水通過 不同管線進入第三沉降分離箱(603);7) .通過在第三沉降分離箱(603)與第四沉降分離箱(604)中部連接的管 線(28)，和底部連接的管線(27)，通過出水管(81)得到含油率小于千分之l 的水；通過出油管(82)的出口處，得到含水率小于1%的油。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在陸上處理站及海上采油平臺的復合式油水分離系統(tǒng)，包括分流器的進、出液口分別與水平總進液管、垂直管和下水平管連通；該垂直管與彎管連通；下水平管與螺旋管的輸入端口連接，該螺旋管連入第四分離箱體，它與第二沉降分離箱體連通，其頂部通過中間管與第四沉降分離箱體頂部連通；在第四沉降分離箱體與入口對應的側(cè)壁底部出口上安裝水平排水管和在中部安裝水平排油管，該水平排油管另一端從第三沉降分離箱體中部穿入；上水平管與第一螺旋管連通，第一螺旋管另一出口連入第三沉降分離箱體，第一和第三沉降分離箱體的底部和頂部側(cè)壁之間連有管路；在2根水平排水管上通過三通分別安裝出水管和出油管。
文檔編號B01D17/02GK101411951SQ200710175999
公開日2009年4月22日 申請日期2007年10月17日 優(yōu)先權日2007年10月17日
發(fā)明者吳應湘, 永 周, 馳 唐, 軍 張, 王立洋, 鄭之初, 軍 郭, 龔道童 申請人:中國科學院力學研究所