專利名稱：一種溢流管壁孔式集油曲線形旋流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
涉及一種兩相流分離處理裝置，具體的說，是涉及一種用于石油、化工、環(huán)保等領(lǐng)域中進行兩相流分離的旋流分離裝置。
背景技術(shù)：
目前，旋流分離法是一種用于兩相流分離中的主要分離方法。現(xiàn)有的旋流分離裝置中，常用的一種是水力旋流器，其分離原理是利用介質(zhì)間的密度差而進行離心分離的，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(原大慶石油學院)先后就該產(chǎn)品申請了多項相關(guān)技術(shù)專利，如ZL98 2 11681.0、ZLOl 2 79933. 5、ZLOl 2 77425. 1、ZL2006 2 0021175. 1、ZL2009 2 0099307. 6 等。但經(jīng)過一段較長時間的應(yīng)用后， 上述現(xiàn)有裝置，被發(fā)現(xiàn)用于水處理技術(shù)領(lǐng)域中時還存在著對細小油滴去除效果差的實際問題。尤其是在油田開發(fā)進入中高含水開采期后，隨著聚驅(qū)規(guī)模不斷擴大，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，增加了過濾段的負荷， 造成濾料污染嚴重，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)形勢將更加嚴峻。因此，如何使旋流分離裝置的結(jié)構(gòu)更科學、更合理，以達到改善水質(zhì)的目的， 已成為油田地面工程系統(tǒng)競相研究的一個熱點問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決背景技術(shù)中所提出的現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種溢流管壁孔式集油曲線形旋流器，該種旋流器具有分離效率高、設(shè)備體積小、分離速度快、結(jié)構(gòu)簡單緊湊等突出優(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，能夠提高水力旋流處理的高效性，具有很好的推廣應(yīng)用前景。本發(fā)明的技術(shù)方案是該種溢流管壁孔式集油曲線形旋流器，包括位于同一水平面上的旋流1號入口管和旋流2號入口管、中空的旋流外筒，以及分別位于所述旋流外筒兩端的上、下封閉面，其中，所述旋流外筒內(nèi)固定有一個消渦導向體，所述消渦導向體由弧形喇叭口、中空的溢流管以及弧形收縮錐三部分做一體化連接后構(gòu)成，所述弧形收縮錐的底端封閉，所述溢流管的下部開有呈上疏下密狀態(tài)分布的集油孔；所述弧形喇叭口固定連接于所述上封閉面的內(nèi)側(cè)，且所述溢流管穿出所述上封閉面所在的平面；所述弧形喇叭口、溢流管以及弧形收縮錐與所述旋流外筒具有同一中心軸線；所述旋流外筒由旋流腔段、弧形大錐段、小錐段以及尾管段依次做一體化連接后構(gòu)成；其中，所述旋流腔段與所述尾管段均為直徑恒定的圓筒狀結(jié)構(gòu)，所述旋流腔段的直徑大于所述尾管段的直徑；所述弧形大錐段的外廓母線呈下端收斂的“S”形，所述旋流腔段與所述弧形大錐段之間、所述弧形大錐段與所述小錐段之間以及所述小錐段與尾管段之間的連接均為圓弧過渡連接；所述旋流外筒的內(nèi)壁與所述消渦導向體的外壁之間形成的空腔稱為旋流內(nèi)腔；位于所述旋流外筒的底端， 連接有一根沿所述尾管段的圓周切線方向水平接入的出水管，所述出水管與所述旋流內(nèi)腔相連通，所述出水管的旋流出水方向與所述旋流內(nèi)腔中的旋流方向相同。本發(fā)明具有如下有益效果
同傳統(tǒng)的兩相分離水力旋流器相比，本發(fā)明具有如下結(jié)構(gòu)改進以及隨之而來的有益效^ ο首先，從整體結(jié)構(gòu)上看，本發(fā)明采用了曲線形結(jié)構(gòu)，即在旋流外筒內(nèi)固定有一個消渦導向體，而在旋流腔段與弧形大錐段之間、弧形大錐段與小錐段之間以及小錐段與尾管段之間的連接均為圓弧過渡連接，同時保證弧形大錐段的外廓母線呈下端收斂的“S”形，從而使混合介質(zhì)在旋流器內(nèi)部進行運移時可大大減少如常規(guī)旋流器那樣在各段之間的過渡處所存在的能量損耗，有效的減少壓力降。而在外壁各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計上則采取曲線形與直線的結(jié)合模式，從而實現(xiàn)類似于常規(guī)旋流器結(jié)構(gòu)中的旋流腔段、大錐段、小錐段和尾管段的功能，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。從局部結(jié)構(gòu)改進上看，本發(fā)明增加了一個位于旋流腔頂部中心的弧形喇叭口作為消渦導向錐使用，可減少以至消除渦流的存在，降低旋流器壓力損失，同時改善處理效果；另外這個弧形喇叭口還可實現(xiàn)對由入口管進入旋流器的水平液流起到向下導向的作用，避免常規(guī)設(shè)計中存在的水平液流靠后續(xù)液流的推動才能實現(xiàn)向下運動的弊端，也可在一定程度上減少能量損耗。此外，本種旋流器內(nèi)的溢流管采用管壁孔式集油的方式，使得在離心力作用下被分離出的油相通過溢流管壁的多孔進入溢流管，然后向上由溢流口排出。連接于溢流管下端的弧形收縮錐將溢流管底部封閉，避免尾管段中心有上返液存在。溢流管壁所開的多孔位于小錐段，這樣由于小錐段為主要分離段，以確保通過溢流管壁多孔進入溢流管的油相純度較高；溢流管壁開孔還采用了上疏下密的形式；在具體應(yīng)用中可根據(jù)油水混合介質(zhì)中油相濃度的不同，通過合理的溢流管壁開孔的尺寸分布設(shè)計和溢流口閥門開度的調(diào)整，保證油水分離的高效性。本種發(fā)明所提出的方案可在一定程度上避免旋流外筒與溢流管之間上、下旋流的同時存在，這樣在旋流外筒與溢流管之間基本上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。另外，本發(fā)明中將出水口設(shè)計為側(cè)切向出口，既縮短了旋流器的長度，又增加了旋流器有效分離段的長度，可以使脫油效率進一步提高，改善對油相的處理效果。綜上所述，這種同向出流內(nèi)孔式高效旋流分離器具有分離效率高、設(shè)備體積小等突出的優(yōu)點，可用于氣液分離、油水分離，也可用于固液分離，本發(fā)明對分離技術(shù)的提高及水力旋流器的進一步推廣應(yīng)用都將起到積極的推動作用。


圖1是本種曲線形旋流器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是顯示本種曲線形旋流器內(nèi)部旋流方向的示意圖。圖3是本種曲線形旋流器內(nèi)消渦導向體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本種曲線形旋流器一個優(yōu)選實施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是圖4中的A-A剖面示意圖。圖中1-旋流1號入口管，2-旋流2號入口管，3-溢流管，4-弧形大錐段，5_集油孔，6-小錐段，7-弧形收縮錐，8-尾管段，9-出水管，10-弧形喇叭口，11-旋流2號入口管， 12-上封閉面，13-下封閉面。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明
本發(fā)明中所述的這種溢流管壁孔式集油曲線形旋流器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括位于同一水平面上的旋流1號入口管1和旋流2號入口管11、中空的旋流外筒以及分別位于所述旋流外筒兩端的上封閉面12和下封閉面13等常規(guī)結(jié)構(gòu)，其獨特之處在于
首先，在所述旋流外筒內(nèi)固定有一個消渦導向體，消渦導向體的結(jié)構(gòu)如圖3所示，所述消渦導向體由弧形喇叭口 10、中空的溢流管3以及弧形收縮錐7三部分做一體化連接后構(gòu)成。所述弧形收縮錐7的底端封閉，所述溢流管3的下部開有呈上疏下密狀態(tài)分布的集油孔5 ；所述弧形喇叭口 10固定連接于所述上封閉面12的內(nèi)側(cè)，且所述溢流管3穿出所述上封閉面12所在的平面；所述弧形喇叭口 10、溢流管3以及弧形收縮錐7與所述旋流外筒具有同一中心軸線。其次，所述旋流外筒由旋流腔段2、弧形大錐段4、小錐段6以及尾管段8依次做一體化連接后構(gòu)成；其中，所述旋流腔段2與所述尾管段8均為直徑恒定的圓筒狀結(jié)構(gòu)，所述旋流腔段2的直徑大于所述尾管段8的直徑；所述弧形大錐段4的外廓母線呈下端收斂的 “S”形，所述旋流腔段2與所述弧形大錐段4之間、所述弧形大錐段4與所述小錐段6之間以及所述小錐段6與尾管段8之間的連接均為圓弧過渡連接。如果將所述旋流外筒的內(nèi)壁與所述消渦導向體的外壁之間形成的空腔稱為旋流內(nèi)腔；位于所述旋流外筒的底端，連接有一根沿所述尾管段8的圓周切線方向水平接入的出水管9，所述出水管9與所述旋流內(nèi)腔相連通，所述出水管9的旋流出水方向與所述旋流內(nèi)腔中的旋流方向相同。下面如圖4結(jié)合圖5所示，給出本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例
如圖所示，起到消渦導向錐作用的弧形喇叭口由一段圓弧構(gòu)成，即圖4中以O(shè)1為圓心， 以T1為半徑，從點a到點b而構(gòu)成的圓弧段1 ；圓弧段1在點b與直線段W1相切。溢流管底部與弧形收縮錐相連，弧形收縮錐由兩段圓弧構(gòu)成，分別是以O(shè)5為圓心，以r5為半徑，從點h到點j而構(gòu)成的圓弧段5 ；以O(shè)6為圓心，以r6為半徑，從點j到點k而構(gòu)成的圓弧段6。 直線段W1在點h與圓弧段5相切；圓弧段5在點j與圓弧段6相外切；圓弧段6在點k與旋流器中心軸線相切。本發(fā)明一方面在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計上采用了曲線形結(jié)構(gòu)形式，使混合介質(zhì)在旋流器內(nèi)部運移過程中減少如常規(guī)旋流器那樣在各段之間的過渡處存在的能量損耗，有效減少壓力降；另一方面采用了外壁曲線形與直線形設(shè)計相結(jié)合的模式。如圖4所示，共有3段圓弧， 分別是以O(shè)2為圓心，以r2為半徑，從點c到點d而構(gòu)成的圓弧段2 ；以O(shè)3為圓心，以r3為半徑，從點d到點e而構(gòu)成的圓弧段3 ；以O(shè)4為圓心，以r4為半徑，從點f到點g而構(gòu)成的圓弧段4。直線段nc在點c與圓弧段2相切；直線段ef在點e與圓弧段3相切并在點f與圓弧段4相切；圓弧段2在點d與圓弧段3相外切；直線段gm在點g與圓弧段4相切，使直線段nc、圓弧段2和圓弧段3、直線段ef和圓弧段4、直線段gm分別能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)旋流器結(jié)構(gòu)中的旋流腔段、大錐段、小錐段和尾管段的功能，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。具體實施時，溢流管壁所開的集油孔位于小錐段，由于小錐段為主要分離段，這樣設(shè)置可以確保通過溢流管壁上的集油孔進入溢流管的油相純度較高。此外，在溢流管壁開孔時采用上上疏下密的形式，在具體應(yīng)用中可根據(jù)油水混合介質(zhì)中油相濃度的不
5同，通過合理的溢流管壁開孔的尺寸大小及分布設(shè)計和溢流口閥門開度的調(diào)整，保證油水分離的高效性。 如果將尾管段的直徑標記為D2,旋流腔段的直徑標記為D1,將溢流管的直徑標記為Dtl，經(jīng)過大量的實驗證明，按照以下
Φ ③所述限定關(guān)系選擇參數(shù)后得到的旋流器分離效率較好，所述限定關(guān)系如下
① D0= (0. Γ0. 3) D1 ；D2= (0. 15 0. 35) D1 ；且 D。<D2 ；
η _ /1η — πD-D
1^=(0. 2 0· 9) =^ ;r2=(0. 2^0. 5) ^^ ；r3= (0· 2 0· 5) 1 0
1 v72’丄2 …—2’丄3 …—2’
③ r4= (0. 6 3. 0) D1 ;r5= (0. 5 1. 0) D1 ；r6= (0. 8 2. 0) D1 ；且 r5<r6。本種旋流器在應(yīng)用時，以油水分離為例，油與水的混合液由入口管進入旋流腔段， 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，由于消渦導向體的作用，使得渦流被減少或者消除，同時，消渦導向體中的弧形喇叭口部分對由入口管進入旋流器的水平液流起到向下導向的作用，克服了常規(guī)設(shè)計中存在的水平液流需要靠后續(xù)液流的推動才能實現(xiàn)向下運動的弊端。前述液流沿旋流腔段及錐段下行的過程中，在離心力的作用下，密度較重相——水被甩至器壁；同時，密度較輕相——油被迫運移至中心處。在此過程中，由于在旋流器溢流管上設(shè)置有集油孔，因此可以使分離出的油滴通過集油孔進入溢流管，而從頂部溢流口排出。同時，水則從底部側(cè)向出水管排出，從而實現(xiàn)油水兩相的旋流分離。綜上所述，本發(fā)明所提出的技術(shù)方案具有分離效率高、設(shè)備體積小等突出的優(yōu)點。 本方案可在一定程度上避免旋流外筒與溢流管之間上、下旋流的同時存在，這樣在旋流外筒與溢流管之間基本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。本方案將出水口設(shè)計為側(cè)切向出口，既縮短了旋流器的長度，又增加了旋流器有效分離段的長度，可以使脫油效率進一步提高，改善對油相的處理效果。本發(fā)明所提出的這種旋流器將有效解決生產(chǎn)實際中面臨的技術(shù)難題，提高水力旋流處理的高效性，為兩相及多相分離設(shè)備的設(shè)計提供一個新的思路，促進分離技術(shù)的進步。 本發(fā)明的應(yīng)用將使多相處理技術(shù)提高到一個新的水平。此外，本發(fā)明所提出的方案可廣泛應(yīng)用于石油、化工、市政環(huán)保等多種行業(yè)中，對不互溶兩相介質(zhì)進行分離處理，例如如污水脫油、污水脫氣以及污水中固體雜質(zhì)處理等，具有極好的推廣應(yīng)用前景。。
權(quán)利要求
1. 一種溢流管壁孔式集油曲線形旋流器，包括位于同一水平面上的旋流1號入口管 (1)和旋流2號入口管(11)、中空的旋流外筒，以及分別位于所述旋流外筒兩端的上、下封閉面(12，13)，其特征在于所述旋流外筒內(nèi)固定有一個消渦導向體，所述消渦導向體由弧形喇叭口(10)、中空的溢流管(3)以及弧形收縮錐(7)三部分做一體化連接后構(gòu)成，所述弧形收縮錐(7)的底端封閉，所述溢流管(3)的下部開有呈上疏下密狀態(tài)分布的集油孔(5)；所述弧形喇叭口(10) 固定連接于所述上封閉面(12)的內(nèi)側(cè)，且所述溢流管(3)穿出所述上封閉面(12)所在的平面；所述弧形喇叭口(10)、溢流管(3)以及弧形收縮錐(7)與所述旋流外筒具有同一中心軸線.一入 ，所述旋流外筒由旋流腔段(2 )、弧形大錐段(4 )、小錐段(6 )以及尾管段(8 )依次做一體化連接后構(gòu)成；其中，所述旋流腔段(2)與所述尾管段(8)均為直徑恒定的圓筒狀結(jié)構(gòu)，所述旋流腔段(2 )的直徑大于所述尾管段(8 )的直徑；所述弧形大錐段(4 )的外廓母線呈下端收斂的“S”形，所述旋流腔段(2)與所述弧形大錐段(4)之間、所述弧形大錐段(4)與所述小錐段(6)之間以及所述小錐段(6)與尾管段(8)之間的連接均為圓弧過渡連接；所述旋流外筒的內(nèi)壁與所述消渦導向體的外壁之間形成的空腔稱為旋流內(nèi)腔；位于所述旋流外筒的底端，連接有一根沿所述尾管段(8)的圓周切線方向水平接入的出水管(9)， 所述出水管(9)與所述旋流內(nèi)腔相連通，所述出水管(9)的旋流出水方向與所述旋流內(nèi)腔中的旋流方向相同。
全文摘要
一種溢流管壁孔式集油曲線形旋流器。主要解決現(xiàn)有的水力旋流器對細小油滴去除效果差的問題。其特征在于旋流外筒內(nèi)固定有一個消渦導向體，消渦導向體由弧形喇叭口、溢流管以及弧形收縮錐三部分做一體化連接后構(gòu)成，弧形收縮錐的底端封閉，溢流管的下部開有呈上疏下密狀態(tài)分布的集油孔，弧形喇叭口固定連接于上封閉面的內(nèi)側(cè)；旋流外筒由旋流腔段、弧形大錐段、小錐段以及尾管段依次做一體化連接后構(gòu)成，所述單元之間的連接均為圓弧過渡連接；位于旋流外筒的底端，連接有一根沿尾管段的圓周切線方向水平接入的出水管，出水管與旋流內(nèi)腔相連通，出水管的旋流出水方向與所述旋流內(nèi)腔中的旋流方向相同。具有分離效率高、結(jié)構(gòu)簡單的特點。
文檔編號B04C5/14GK102225382SQ20111008880
公開日2011年10月26日 申請日期2011年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月11日
發(fā)明者劉揚, 周瑞芬, 李楓, 蔣明虎, 趙立新 申請人:東北石油大學