將液流旋流分離成氣相和液相的設(shè)備以及配有該設(shè)備的容器的制造方法
【專利說明】將液流旋流分離成氣相和液相的設(shè)備以及配有該設(shè)備的容
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技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本發(fā)明涉及液相和氣相分離的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明涉及一種通過旋轉(zhuǎn)液流將液流旋流分離成大體上為氣相部分和大體上為液相部分，以便液流被分離成大體上含有氣相的中心區(qū)以及大體上只含有液相部分的外環(huán)區(qū)的設(shè)備；包括:具有上游液體入口的外殼；用于對位于液體入口下游的外殼內(nèi)的液流進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的渦旋部件；在渦旋部件下游、朝向外殼中心區(qū)開口的氣相出口 ；以及在渦旋部件下游連接至外殼外區(qū)的液相出口，從而所述氣相出口和液相出口均連接至外殼外部共同的收集室。本發(fā)明還涉及一種設(shè)有至少一個(gè)所述設(shè)備的容器。
[0003]旋流分離器在碳?xì)浠衔?油和氣)的提取技術(shù)領(lǐng)域是眾所周知的。生產(chǎn)出來的流體通常由液體(油和水)組成，其中氣體溶解于液體中，從而在運(yùn)輸期間形成氣泡和產(chǎn)生雙向流，導(dǎo)致管道中產(chǎn)生不期望的脈動(dòng)流和震動(dòng)。因此，流體被限定為含有液體和/或氣體；流體可僅僅由液體組成或者僅僅由氣體組成，或者被限定為可能由液體和氣體的混合物組成的第三替代物。為了解決碳?xì)浠衔锾崛≈械倪@些問題，通過排列的設(shè)備使液體旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)流經(jīng)管道中的流體進(jìn)行旋流分離，以使流體被分成含有輕組分的中心區(qū)(大體上是氣相組分)，以及含有重組分的外環(huán)區(qū)(大體上是液相組分)。中心區(qū)的氣相組分和外環(huán)區(qū)的液相組分通過各自的液相出口裝置和氣相出口裝置排出。液相出口裝置和氣相出口裝置均終止于共同的腔室(容器)，在容器內(nèi)，兩種組分均以預(yù)分離的狀態(tài)被引入，從而相比于被引入這樣的一個(gè)或多個(gè)旋流分離設(shè)備中的這樣一個(gè)容器時(shí)未作預(yù)分離時(shí)的情況，可以帶來更好、更快的分離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個(gè)基本目的是提供一種能夠通過旋轉(zhuǎn)(離心分離)有效地將流體流分離成基本上是輕氣體組分和重液體組分、比現(xiàn)有的旋流分離技術(shù)更高效的設(shè)備和方法。
[0005]本發(fā)明提供一種前序所述類型的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括至少一個(gè)位于外殼中央的可滲透液體引導(dǎo)器，所述可滲透液體引導(dǎo)器連接至氣相出口?？蓾B透液體引導(dǎo)器被理解成至少輕氣體組分可滲透，但是所述流體引導(dǎo)器也可以替代地為這兩種組分均可滲透:輕氣體組分和重液體組分。與現(xiàn)有的旋流分離器相比，這種旋流分離器的性能得以改善。這理解為根據(jù)本發(fā)明的旋流分離器在給定的接收流體成分和壓力下實(shí)現(xiàn)更高的分離效率和/或沿旋流分離器產(chǎn)生的更低壓力。這是由于如下事實(shí)造成的:在安裝有流體引導(dǎo)器的情形下，穿過渦旋部件流體的旋轉(zhuǎn)比常規(guī)的無流體引導(dǎo)器的情形下(常規(guī)的分離器和滌氣器)得以維持更長的時(shí)間。進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是:流體引導(dǎo)器限制了氣相出口的入口附近的氣流中的液相部分(液滴)重新進(jìn)入的這種變化，因?yàn)榱黧w引導(dǎo)器使氣流轉(zhuǎn)彎更緩和，從而限制了渦旋部件下游區(qū)域內(nèi)的湍流。可滲透液體引導(dǎo)器的另一個(gè)積極的效果是:可滲透液體引導(dǎo)器可使沿分離器的壓降較低。所有這些優(yōu)點(diǎn)使一級(jí)分離效率得以提高。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備也可以僅安裝在任何現(xiàn)有的設(shè)置內(nèi)而不需要對其他構(gòu)造部件進(jìn)行任何重大的改造。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的相關(guān)申請將是在石油生產(chǎn)平臺(tái)上從已生產(chǎn)的水中分離出碳?xì)浠衔?，使得產(chǎn)生的水管道中嚴(yán)重的兩相流(緩涌)得以消除。該設(shè)備能夠使氣體以簡單和緊湊的方式從水中分離出來；此外，被分離的氣體可以被回收而不是在平臺(tái)的火炬中燒掉。
[0007]氣相出口優(yōu)選地包括沿渦旋部件延伸的排氣通道，因此氣體排放通道的入口開口位于渦旋部件的遠(yuǎn)端。因此，氣相出口的開口可以位于渦旋部件的遠(yuǎn)端(或者在渦旋部件前面或后面較近距離處)且流體引導(dǎo)器連接至渦旋部件。為了實(shí)現(xiàn)氣體排放通道的貫穿進(jìn)料，渦旋部件優(yōu)選地包括連接至中心本體的漩渦葉片。通過這個(gè)渦旋部件的中心本體，氣相出口可以這樣進(jìn)料:氣相出口的上游端終止于渦旋部件中心本體的下游側(cè)。氣相出口進(jìn)一步延伸穿過中心本體，從而相對于流體進(jìn)料流向后輸送氣體。優(yōu)選地，液體組分的出口在軸向方向上連接至外殼。
[0008]在一個(gè)具體實(shí)施例中，流體引導(dǎo)器大體上是錐形的，該錐形流體引導(dǎo)器連接至氣相出口的開口，錐形流體引導(dǎo)器的尖端部指向下游。錐形流體引導(dǎo)器的一個(gè)變型是錐形流體引導(dǎo)器是底切形狀、子彈形狀或者設(shè)有螺旋槽或任何其他輪廓。
[0009]由于流體引導(dǎo)器是可以滲透的，因此可以是部分打開的。如果流體引導(dǎo)器設(shè)有開孔，例如孔(圓孔)、狹槽、凹槽或其他任何類型，這樣做是可行的。另一個(gè)選擇是采用網(wǎng)狀材料構(gòu)建一個(gè)部分打開的流體引導(dǎo)器。可滲透液體引導(dǎo)器的進(jìn)一步替代物是專門供氣體部分滲透的引導(dǎo)器或者液體幾乎不可滲透的流體引導(dǎo)器。這些液體不可滲透或液體有限滲透的流體引導(dǎo)器的選擇是，例如由陶瓷制成的引導(dǎo)器或由膜材料組成的流體引導(dǎo)器。
[0010]旋流分離器可以是指切向、徑向或軸向的旋流分離器。在切向旋流分離器中，液體入口相對于外殼切向地使流體流出。但是，當(dāng)提供了渦流部件產(chǎn)生流體旋轉(zhuǎn)時(shí)，流體入口也可以使流體在外殼內(nèi)徑向地或軸向地流出。
[0011]外殼大體上是管狀的，但是為了通過液體切線速度的進(jìn)一步提高來提高效率，在一個(gè)進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施例中，外殼在外殼遠(yuǎn)端的部分的位置處具有逐漸縮小的直徑。
[0012]液相出口優(yōu)選地包括與外殼共軸延伸的液體排放管，以便相對較重的液體以一個(gè)最小的壓降被排出。
[0013]在另一個(gè)替代實(shí)施例中，位于外殼中心、連接至氣相出口的可滲透液體引導(dǎo)器包括距氣相出口的開口一定距離處共軸布置在流相出口內(nèi)的二級(jí)氣體提取設(shè)備，所述二級(jí)氣體提取設(shè)備通過共軸的氣體回收管連接至氣相出口，氣體回收管橫截面小于二級(jí)氣體提取設(shè)備的橫截面。為了氣體回收管和二級(jí)氣體提取設(shè)備均在軸向方向上旋轉(zhuǎn)對稱，則氣體回收管的直徑小于二級(jí)氣體提取設(shè)備的(平均)直徑。除了前面已經(jīng)列出的優(yōu)點(diǎn)外，本實(shí)施例能夠使被夾帶的氣體從液相組分中分離，從而進(jìn)一步提高了旋流分離設(shè)備的分離效率。在接近渦旋部件之前已經(jīng)進(jìn)行了一級(jí)分離，在渦旋部件里，第一氣體體積通過氣相出口的開口被除去；現(xiàn)在二級(jí)氣體提取設(shè)備能夠除去第一個(gè)分離步驟期間仍未從液體中除去的第二氣相組分。
[0014]優(yōu)選地，該二級(jí)氣體提取設(shè)備從連接部到氣體回收管沿著下游具有逐漸減小的直徑。這就意味著，二級(jí)氣體提取的遠(yuǎn)端部分的直徑比進(jìn)一步的上游直徑更小。由于二級(jí)氣體提取設(shè)備的收縮，液相組分流體的速度將會(huì)降低，而液體的壓力也因此而升高。下游的液體壓力越高，二級(jí)氣體提取設(shè)備將進(jìn)一步有助于殘留在液相組分流體內(nèi)任何氣體的排放，進(jìn)一步減少殘留在旋流分離設(shè)備內(nèi)的液體的氣體含量。對于殘留氣體的排放，二級(jí)氣體提取設(shè)備優(yōu)選地設(shè)有孔徑(或者至少像已經(jīng)公開的直接連接于氣體排放口的錐形一樣能滲透)，以使殘留在液相出口中的已預(yù)分離液體中的輕氣體組分進(jìn)入二級(jí)氣體提取設(shè)備。從那里，氣體從共軸的氣體回收管被導(dǎo)至氣相出口。為了防止離開二級(jí)氣體提取設(shè)備的氣體不受控制，二級(jí)氣體提取設(shè)備的近端可以封閉。二級(jí)氣體提取設(shè)備的進(jìn)一步的附加特征可以是至少一個(gè)布置在外圍(外側(cè))的螺旋葉片，從而影響液相出口內(nèi)的液體流并能夠?qū)σ后w壓力進(jìn)行更好的控制。
[0015]本發(fā)明還提供一種旋流分離設(shè)備，其中可滲透液體引導(dǎo)器包括:連接至氣相出口的開口的錐形可滲透液體引導(dǎo)器，以及距氣相出口的開口一定距離處共軸布置在液相出口內(nèi)的二級(jí)氣體提取設(shè)備，借此共軸二級(jí)氣體提取設(shè)備的共軸氣體回收管連接至錐形可滲透液體引導(dǎo)器的遠(yuǎn)端。在該實(shí)施例中，如前所述的旋流分離設(shè)備的兩種不同實(shí)施例的組合被合并。
[0016]本發(fā)明還涉及一種設(shè)有至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的旋流分離設(shè)備的容器，其中，旋流分離設(shè)備的氣相出口和液相出口均終止于一個(gè)相通的空間。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，不只一個(gè)旋流分離設(shè)備位于一個(gè)容器內(nèi)，這些眾多的旋流分離設(shè)備的流體入口優(yōu)選地連接至一個(gè)共同的分配室，所述分配室連接至待處理流體的中樞外部液體進(jìn)料。
[0017]該技術(shù)對于在流線和輸送管道中的海床安裝也是有可能的，從而在油井中、在平臺(tái)上、在水下或者在油井下直接在流線上分離(油)井流體。外殼內(nèi)大量的軸向進(jìn)料流使結(jié)構(gòu)尺寸減小，并限制根據(jù)本發(fā)明的旋流分離設(shè)備的壓降。本發(fā)明在碳?xì)浠衔锛夹g(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用使得解除平臺(tái)上的氣體分離過程成為可能。由于傳統(tǒng)分離器的氣體產(chǎn)量，油井生產(chǎn)通常是有限的。通過從傳統(tǒng)分離器列組的上游的油井流分離氣體，得到的待處理的氣體量將會(huì)減少，則瓶頸得以克服。氣體可以直接地導(dǎo)出到分離器組之外和/或重新注入井內(nèi)。
【附圖說明】
[0018]本發(fā)明將根據(jù)以下附圖示出的非限制性示例性實(shí)施例作進(jìn)一步地闡述。這里:
[0019]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的旋流分離設(shè)備一個(gè)實(shí)施例的透視側(cè)視圖，包括一個(gè)直接連接至氣相出口的錐形流體引導(dǎo)器。
[0020]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的旋流分離設(shè)備一個(gè)替代實(shí)施例的透視側(cè)視圖，包括一個(gè)包含距氣相出口一定距離處的二級(jí)氣體提取設(shè)備的流體引導(dǎo)器。
[0021]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的旋流分離設(shè)備第二個(gè)替代實(shí)施例的透視側(cè)視圖，該實(shí)施例結(jié)合了圖1和圖2所示的實(shí)施例；以及
[0022]圖4示出一種設(shè)有四個(gè)如圖3所示的旋流分離的容器。
【具體實(shí)施方式】
[0023]如圖1所示根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備I預(yù)定用于將氣相從液相組分(例如水/油)中分離出來，例如從通向石油平臺(tái)的管道