專利名稱：利用旋流或離心場(chǎng)與壓力梯度場(chǎng)耦合進(jìn)行液體脫氣的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液體脫氣的裝置，尤其涉及一種利用旋流或離心場(chǎng)與壓力梯度場(chǎng)耦合進(jìn)行液體脫氣的裝置。
背景技術(shù)：
在石油化工、煤化工、食品、水處理、采油等行業(yè)存在大量液體脫氣的過程，高效、經(jīng)濟(jì)脫氣技術(shù)對(duì)裝置的高效、安全及長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)起著重要的作用。如在石油化工行業(yè)液體帶壓輸送過程中由于管道壓降致液體中溶解氣析出，產(chǎn)生氣阻、局部腐蝕等問題；食品行業(yè)溶解氣影響產(chǎn)品的純度，進(jìn)而產(chǎn)生質(zhì)量問題；水處理過程中溶解氧的存在是造成熱力設(shè)備(如汽輪機(jī)等)腐蝕的主要原因，導(dǎo)致鍋爐在運(yùn)行或停用期間的氧腐蝕；精細(xì)化工行業(yè)產(chǎn)品中溶解氣會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品中有氣泡缺陷；等。因此，液體脫氣技術(shù)廣泛應(yīng)用在流程性行業(yè)中，且起著重要的作用。目前，液體脫氣的主要技術(shù)分為物理及化學(xué)兩種方式，物理方法的原理基礎(chǔ)是亨利定律(水中氣體的溶解度與溶液表面該氣體的分壓成正比)與道爾頓分壓定律氣體的總壓等于組成該混合氣體的分壓的總和，混合氣體中各種組份的分壓又與其所占的摩爾分?jǐn)?shù)成正比)，通過改變分壓及氣體組分含量進(jìn)而對(duì)液體中在該分壓下溶解氣體進(jìn)行脫除，如鼓風(fēng)式、抽真空式、膜分離式等技術(shù)?；瘜W(xué)式主要是在液體中加入吸附材料，通過吸附材料與該分壓下液體中溶解氣的反應(yīng)，而起到脫氣目的。由于鼓風(fēng)式、抽真空式需要鼓風(fēng)機(jī)、真空泵及脫氣塔(罐)組合使用才能達(dá)到脫氣目的，占地面積大、操作成本相對(duì)較高，且使用范圍基本為常壓或低壓工況，有著一定的應(yīng)用局限性；膜分離是靠?jī)?nèi)外壓差氣體可通過膜而液體不能通過膜的原理進(jìn)行脫氣，不適用于含固體雜質(zhì)及中高壓液體脫氣過程。近些年隨著科技的不斷進(jìn)步，還出現(xiàn)了采用超聲波及旋流技術(shù)進(jìn)行脫氣的方法，超聲波技術(shù)利用超聲波震蕩的空穴作用，使流體中的微氣泡的直徑及上升速度不斷增大，最后升至液面，從排氣口排出，從而消除了流體里存在的微小氣泡；而旋流技術(shù)則利用液氣兩相密度差在離心場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)液體中微量氣體的脫除。相比而言，旋流脫氣技術(shù)可應(yīng)用在含固液體脫氣及中高壓脫氣過程，研究者也給與了較多關(guān)注，并發(fā)明了一些應(yīng)用于油田采油過程原油旋流脫沙脫氣三相分離器以及采用一定結(jié)構(gòu)強(qiáng)化旋流脫氣效果，如采用倒錐結(jié)構(gòu)對(duì)旋流脫氣器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化等(張玉潔，蔣明虎，趙立新等.基于CFD的三相分離旋流器流場(chǎng)分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化.化工機(jī)械.2010 ;劉曉敏，蔣明虎，趙立新等.氣液旋流分離裝置的研制與可行性試驗(yàn).流體機(jī)械.2004;王瀚倫，常征，徐磊等.脫氣除砂一體化旋流器壓力特性與分離特性研究.化工裝備技術(shù).2010;蔣明虎，韓龍，趙立新等.內(nèi)錐式三相旋流分離器分離性能研究.化工機(jī)械.2011)。由于旋流脫氣采用液-氣兩相密度差的原理進(jìn)行分離，因此旋流脫氣器內(nèi)流場(chǎng)變化對(duì)離心場(chǎng)變化影響較大，進(jìn)而影響到脫氣效率，如進(jìn)口流量的波動(dòng)會(huì)造成旋流器內(nèi)離心場(chǎng)大小的變化、進(jìn)口含氣量的變化等操作條件的變化都會(huì)影響到旋流器內(nèi)空氣柱的粗細(xì)變化，而在一定溢流口尺寸大小下，空氣柱粗細(xì)變化會(huì)直接導(dǎo)致氣體出口大量帶液或者液體出口帶氣，還需在分離器后進(jìn)行二次分離。請(qǐng)參閱圖2，為現(xiàn)有旋流脫氣裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。當(dāng)進(jìn)口流量低離心場(chǎng)較低，形成氣柱直徑小于溢流口尺寸，氣相出口會(huì)大量帶液；同樣進(jìn)口流量不變，而進(jìn)口氣體夾帶量降低后也會(huì)產(chǎn)生該問題。而進(jìn)口流量增大或者進(jìn)口氣體含量增大時(shí)，又會(huì)導(dǎo)致氣柱直徑增大，導(dǎo)致氣相分離效率降低等問題。另一方面，以上研究者指出，該技術(shù)設(shè)備應(yīng)用在液體微量帶氣的使用工況下，不適用含氣量較大時(shí)的使用工況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種依靠旋流場(chǎng)或者離心場(chǎng)與壓力梯度場(chǎng)耦合技術(shù)進(jìn)行液體高效脫氣的設(shè)備。具體方案如下—種利用旋流或離心場(chǎng)與壓力梯度場(chǎng)耦合進(jìn)行液體脫氣的裝置，包括設(shè)有一腔體，該腔體上設(shè)有液氣進(jìn)口、氣相出口和液相出口，該氣相出口從該腔體上表面中心插入該腔體內(nèi)，插入深度為該腔體最大直徑的O.1 3倍。該插入深度為氣相出口末端、即位于腔體內(nèi)的氣相出口最低端至腔體上表面的深度。進(jìn)一步，所述腔體包括一柱腔，和一設(shè)置于柱腔之下、最大直徑相同并與之連通的錐腔或柱腔。進(jìn)一步所述氣相出口通過一溢流管實(shí)現(xiàn)，該溢流管的流道為直徑由腔下至上逐漸變大的噴射腔。進(jìn)一步，所述噴射溢流管末端設(shè)有環(huán)隙開槽。進(jìn)一步，該裝置還設(shè)有一筒體包圍所述溢流管以形成一封閉的腔體，該封閉腔體下端開設(shè)有二次液相出口。進(jìn)一步，所述溢流管深入腔體部分末端還設(shè)置有一喇叭口。進(jìn)一步，所述溢流管深入所述腔體部分末端周壁上還設(shè)有一倒錐厚壁，所述液氣進(jìn)口聞?dòng)谠摰咕S厚壁的底邊。進(jìn)一步，該錐腔底部設(shè)有一內(nèi)椎體，該內(nèi)錐體底面面積大于氣相出口深入腔體部分末端的底面面積。進(jìn)一步，所述液相出口采用切向出口，出口底部與內(nèi)錐體底部平齊。進(jìn)一步，所述液氣進(jìn)口可采用軸流式、切向、螺旋線或漸開線形式。本發(fā)明的有益效果在于設(shè)計(jì)了一深入旋流裝置腔體的倒錐形氣相出口結(jié)構(gòu)，充分利用了腔體內(nèi)壓力梯度對(duì)液體中氣體溶解度的影響，將離心場(chǎng)及壓力梯度場(chǎng)有機(jī)結(jié)合在一起，在脫除液體夾帶氣的同時(shí)可脫除在入口分壓下的溶解氣；進(jìn)一步優(yōu)化了氣相出口結(jié)構(gòu)，設(shè)置溢流管壁環(huán)隙開槽、倒錐厚壁等結(jié)構(gòu)，消除了由于入口操作條件波動(dòng)而造成的脫除效率低的問題，并可將氣體出口夾帶的液體進(jìn)行分離，解決了氣體出口另設(shè)設(shè)備進(jìn)行二次分離問題；還提高了氣體排出壓力。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為現(xiàn)有旋流脫氣裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為旋流脫氣裝置壓力梯度分布示意圖，包括圖3-1旋流脫氣裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖3-2旋流脫氣裝置沿A-A剖線的剖視圖的徑向壓力示意圖，圖3-3旋流脫氣裝置徑向截面壓力梯度分布仿真圖。圖4為本發(fā)明裝置氣柱偏移及氣柱增大的結(jié)構(gòu)示意圖。符號(hào)說明其中，1-1為液氣軸流式進(jìn)口 ；1_2為液氣切向進(jìn)口 ；2為柱腔；3為錐腔；4為液相出口；5為內(nèi)錐體；6為溢流管倒錐厚壁；7為二次液出口 ；8為環(huán)形槽隙,9為噴射二次分離溢流管，9-1為喇叭口，9-2為第一溢流管柱腔，9-3為倒錐形連接腔，9-4為第二溢流管柱腔，9-5為筒體。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖3，本專利發(fā)明者通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在柱腔高度為柱腔直徑的O. 5 3倍位置，旋流器內(nèi)徑向截面存在顯著的壓力梯度，即徑向位置從外到內(nèi)壓力逐漸減小。依據(jù)亨利定律，在該截面高度附近，旋流器外邊壁液體壓力高、中心壓力低，外邊壁在該分壓下溶解氣體可遷移到中心位置，將溢流氣相出口設(shè)在該位置可將一定進(jìn)口壓力下液體中溶解的氣體進(jìn)一步進(jìn)行脫除，將目前旋流脫氣技術(shù)利用離心場(chǎng)脫除夾帶液體拓寬到利用離心場(chǎng)與壓力梯度場(chǎng)結(jié)合，脫除夾帶液體與進(jìn)口液體一定分壓下的溶解氣體。請(qǐng)參閱圖1，為本發(fā)明利用旋流或離心場(chǎng)與壓力梯度場(chǎng)耦合進(jìn)行液體脫氣的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置包括一設(shè)于底部的錐腔3 (也可為柱腔)，設(shè)于錐腔之上、最大直徑相同并與之連通的柱腔2，該錐腔3和柱腔2形成一封閉腔體，封閉腔體底部設(shè)有一液相出口4，封閉腔體上部設(shè)有液氣進(jìn)口，封閉腔體上部設(shè)有一氣相出口，該氣相出口從上表面插入封閉腔體，插入的深度為腔體最大直徑的O.1 3倍，并設(shè)置于腔體中心，氣相出口為一倒喇叭口，其末端截面正對(duì)徑向截面壓力梯度場(chǎng)壓力最小的中心位置，以便盡可能的利用壓力梯度收集因中心壓力較小而溢出的氣相。該氣相出口具體通過一噴射二次分離溢流管9實(shí)現(xiàn)，如圖所示，該噴射二次分離溢流管9設(shè)置于柱腔2中心軸上，包括一喇叭口 9-1，第一溢流管柱腔9-2及一倒錐形連接腔9-3，和第二溢流管柱腔9-4，形成半徑先減小后增大的噴射形溢流腔體，可在加大氣體收集面積，提高氣體收集率的同時(shí)提高氣相出口壓力。該第二溢流管柱腔9-4周側(cè)開設(shè)有環(huán)隙開槽8，環(huán)隙開槽8外設(shè)有一筒體9-5包圍所述溢流管以形成一封閉的腔體，該筒體9-5底端開設(shè)有二次液出口 7，在第二溢流管柱腔9-4內(nèi)，以便利用氣體旋轉(zhuǎn)離心力將氣體夾帶的液體進(jìn)行有效脫除，實(shí)現(xiàn)氣體中夾帶液體的有效分離，可消除因出口氣體夾帶液體而二次分離的問題。第一溢流管柱腔9-2的下端還設(shè)有一喇叭口 9-1，以盡可能大的捕獲溢出氣體。該喇叭口 9-1周側(cè)設(shè)有一溢流管倒錐厚壁6，該溢流管倒錐厚壁6從該喇叭口 9-1 一直至柱腔2的上表面，以便引導(dǎo)從設(shè)置于腔體上部或頂部的液氣進(jìn)口進(jìn)入的液氣由于空間逐漸增大盡快進(jìn)入壓力梯度顯著的區(qū)域進(jìn)行液氣分離。上述液氣進(jìn)口可采用軸流式、切向、螺旋線或漸開線形式。該錐腔2底部設(shè)有一內(nèi)椎體5，該內(nèi)錐體5底面面積大于氣相出口深入腔體部分末端喇叭口 9-1的底面面積，以降低出口液體中氣體攜帶。請(qǐng)參閱圖4，為本發(fā)明裝置氣柱偏移及氣柱增大的結(jié)構(gòu)示意圖。由于本發(fā)明采用溢流管倒錐厚壁6及噴射二次分離溢流管8組合的形式，可以大大增大氣相捕獲效率，當(dāng)氣柱產(chǎn)生波動(dòng)，如不在正中心位置、氣柱增大等情況下，都仍可高效的將氣體從出口導(dǎo)出，進(jìn)口氣液體積比范圍增大為O 50%。而當(dāng)氣體量較小時(shí)或者操作波動(dòng)時(shí)，氣體出口會(huì)夾帶液體出去，通過在第二溢流管柱腔9-4上設(shè)置的環(huán)隙開槽8，利用氣體旋轉(zhuǎn)離心力將氣體夾帶的液體進(jìn)行有效脫除，這樣就克服了以往設(shè)備需在旋流脫氣器外設(shè)置氣體夾帶液的二次分離設(shè)備的問題。該裝置的具體應(yīng)用流程如下含氣相體積為O 50%的液體(前述液氣)在一定壓力下從軸流式進(jìn)口 1-1或者切向進(jìn)口 1-2進(jìn)入該裝置，該液氣將一部分勢(shì)能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)動(dòng)能形成離心場(chǎng)，在離心場(chǎng)作用下，液體夾帶的氣體遷移運(yùn)動(dòng)到柱腔2的中心位置；入口液體在該分壓下溶解的氣體在壓力梯度場(chǎng)的作用下遷移運(yùn)動(dòng)到噴射二次分離溢流管9所處的中心軸線位置，并在溢流管末端喇叭口截面位置與離心場(chǎng)分離出的氣體混合通過噴射二次分離溢流管9導(dǎo)出，導(dǎo)出氣體夾帶的液體通過溢流噴射管9的環(huán)隙開槽8進(jìn)行二次分離，凈化后的氣體從第二溢流管柱腔9-4上部開口排出，夾帶回收的二次液通過二次液出口 7排出，脫除氣體的凈化液從液相出口 4排出。綜上所述僅為發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用來限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。即凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化與修飾，都應(yīng)為本發(fā)明的技術(shù)范疇。
權(quán)利要求
1.一種利用旋流或離心場(chǎng)與壓力梯度場(chǎng)耦合進(jìn)行液體脫氣的裝置，包括一腔體，該腔體上設(shè)有液氣進(jìn)口、氣相出口和液相出口，其特征在于，該氣相出口從該腔體上表面中心插入該腔體內(nèi)，插入深度為該腔體最大直徑的0.1 3倍。
2.如權(quán)利要求1所述的利用旋流或離心場(chǎng)與壓力梯度場(chǎng)耦合進(jìn)行液體脫氣的裝置，其特征在于，所述腔體包括一柱腔，和一設(shè)置于柱腔之下、最大直徑相同并與之連通的錐腔或柱腔。
3.如權(quán)利要求1所述的利用旋流或離心場(chǎng)與壓力梯度場(chǎng)耦合進(jìn)行液體脫氣的裝置，其特征在于，所述氣相出口通過一溢流管實(shí)現(xiàn)，該溢流管的流道為直徑由腔下至上逐漸變大的噴射腔。
4.如權(quán)利要求3所述的利用旋流或離心場(chǎng)與壓力梯度場(chǎng)耦合進(jìn)行液體脫氣的裝置，其特征在于，所述噴射溢流管末端設(shè)有環(huán)隙開槽。
5.如權(quán)利要求3所述的利用旋流或離心場(chǎng)與壓力梯度場(chǎng)耦合進(jìn)行液體脫氣的裝置，其特征在于，該裝置還設(shè)有一筒體包圍所述溢流管以形成一封閉的腔體，該封閉腔體下端開設(shè)有二次液相出口。
6.如權(quán)利要求3所述的利用旋流或離心場(chǎng)與壓力梯度場(chǎng)耦合進(jìn)行液體脫氣的裝置，其特征在于，所述溢流管深入腔體部分末端還設(shè)置有一喇叭口。
7.如權(quán)利要求3所述的利用旋流或離心場(chǎng)與壓力梯度場(chǎng)耦合進(jìn)行液體脫氣的裝置，其特征在于，所述溢流管深入所述腔體部分末端周壁上還設(shè)有一倒錐厚壁，所述液氣進(jìn)口高于該倒錐厚壁的底邊。
8.如權(quán)利要求1 6所述的利用旋流或離心場(chǎng)與壓力梯度場(chǎng)耦合進(jìn)行液體脫氣的裝置，其特征在于，該錐腔底部設(shè)有一內(nèi)椎體，該內(nèi)錐體底面面積大于氣相出口深入腔體部分末端的底面面積。
9.如權(quán)利要求7任一所述的利用旋流或離心場(chǎng)與壓力梯度場(chǎng)耦合進(jìn)行液體脫氣的裝置，其特征在于，所述液相出口采用切向出口，出口底部與內(nèi)錐體底部平齊。
10.如權(quán)利要求1 6任一所述的利用旋流或離心場(chǎng)與壓力梯度場(chǎng)耦合進(jìn)行液體脫氣的裝置，其特征在于， 所述液氣進(jìn)口可采用軸流式、切向、螺旋線或漸開線形式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用旋流或離心場(chǎng)與壓力梯度場(chǎng)耦合進(jìn)行液體脫氣的裝置。該裝置包括設(shè)有一腔體，該腔體上設(shè)有液氣進(jìn)口、氣相出口和液相出口，該氣相出口從該腔體上表面中心插入該腔體內(nèi)，插入深度為該腔體最大直徑的0.1～3倍，具體而言，該氣相出口通過一半徑由下至上逐漸變大的溢流管實(shí)現(xiàn)，溢流管末端還進(jìn)一步設(shè)置有一喇叭口。本發(fā)明的有益效果在于，設(shè)計(jì)了一深入旋流裝置腔體的倒錐形氣相出口結(jié)構(gòu)，充分利用了腔體內(nèi)壓力梯度對(duì)液體中氣體溶解度的影響，將離心場(chǎng)及壓力梯度場(chǎng)有機(jī)結(jié)合在一起，在脫除液體夾帶氣的同時(shí)可脫除在入口分壓下的溶解氣。
文檔編號(hào)B01D19/00GK103071318SQ20131003757
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月30日
發(fā)明者楊強(qiáng), 許蕭, 馬良, 呂文杰, 吳瑞豪, 汪華林 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)