CN105903580A - 一种双侧进气的微型旋风分离器及采用该分离器的高压分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明的一种双侧进气的微型旋风分离器及采用该分离器的高压分离装置，双侧进气的微型旋风分离器包括内管和外管，内管顶部为旋风分离器气体出口，内管下部的一部分进入外管的上部，外管顶部与内管外壁密封连接，其特征在于所述外管的外壁顶部具有两个与所述外管的内部连通的进气口，各自沿所述外壁切向延伸，呈中心对称分布。上述切向、中心对称分布的双侧进气口增加了有效进气面积，提高了进气效率，增加了介质处理能力，减少了压降，提升了分离效率。

Description

一种双侧进气的微型旋风分离器及采用该分离器的高压分离装置

技术领域

本发明涉及气液或气固液混合物分离技术领域，具体涉及一种双侧进气的微型旋风分离器及采用该分离器的高压分离装置。

背景技术

旋风分离器是用于多相体系分离的一种设备，工作原理为靠气流的旋转运动，使具有较大惯性离心力的固体颗粒或液滴甩向外壁面而被分离。旋风分离器通常包括外管与内管，所述内管下部的一部分进入外管的上部，内管顶部为旋风分离器气体出口，外管顶部与内管外壁密封连接，所述外管包括上部的直管部分和下部的锥管部分；也可以包括上部的直管部分，中部的锥管部分和下部较小直径的直管部分。微型旋风分离器是指外管上部的直径在几十——几百毫米的旋风分离器，当前使用的用于气液或气固液介质分离的微型旋风分离器均采用单口侧向进气，需要分离的介质一般从上部直管部分的单侧向进口进入，所述被分离出的液体或液固混合物从外管底部出口排出，气体从内管顶部排出。这种微型旋风分离器由于仅具有一个进气口，气体的进气效率低，介质旋转流动强度低，存在介质未经分离直接从内管顶部离开的问题，在使用过程中存在分离效率低和阻力损失偏大的问题。现有技术的微型旋风分离器的这些问题严重影响了其在工业领域中气液或气固液分离装置中的应用，造成气液或气固液分离装置存在体积过大(材料消耗量大)、分离效率低下、阻力损失偏大、占地面积偏大、连续运转时间有限等缺陷。

发明内容

基于现有技术中存在的问题，本发明提出一种双侧进气的微型旋风分离器，采用中心对称分布的双侧进气口，大大提高气体(介质)处理能力、进气效率和介质分离效率，同时减少阻力损失。

本发明的技术方案：

一种双侧进气的微型旋风分离器，包括内管和外管，内管顶部为旋风分离器气体出口，内管下部的一部分进入外管的上部，外管顶部与内管外壁为密封连接的水平面，其特征在于所述外管的外壁顶部具有两个与所述外管的内部连通的进气口，各自沿外壁切向延伸，呈中心对称分布。

所述进气口包括入口处和与外壁接合的连接处。

所述进气口沿所述外壁水平切向延伸，所述入口处的高度等于所述连接处的高度。

所述进气口沿所述外壁斜切向延伸，所述入口处的高度大于所述连接处的高度。

所述进气口与所述水平面的夹角为小于10°。

所述夹角为3～6°。

所述进气口为喇叭口，所述入口处的口径大于所述连接处的口径。

一种高压分离装置，其特征在于包括一组或多组通过并联方式设置的上述的双侧进气的微型旋风分离器。

所述双侧进气的微型旋风分离器分为3组，共24个，每组分为两排设置在所述高压分离装置的塔体上部的圆周上。

所述高压分离装置还包括隔板、破沫网或复合层脱液器，所述隔板位于所述双侧进气的微型旋风分离器上方，外周与塔体内壁密封连接，隔板上设有通孔与所述旋风分离器气体出口相通，所述破沫网位于所述隔板下方塔体内的中上部，外周与塔体内壁连接，所述外管贯穿所述破沫网。

本发明的技术效果：

本发明的一种双侧进气的微型旋风分离器，由于设置了两个沿外壁切向延伸并与外管内部连通的进气口，介质就可以分别从两个进气口进入所述分离器内，加大介质处理能力。两个进气口呈中心对称分布，使得从每个进气口进入的介质都沿外管内壁旋转流动相同的距离后与另一个进气口的新鲜气流汇合，交汇时气流耦合叠加致流体速度增加、旋流获得强化，且保持两个进气口处的气流强度相同，从而介质在内外管之间形成均一、稳定、加强的流动。因此，切向、呈中心对称分布的两个进气口增加了有效进气面积及介质处理能力，提高了进气效率，减少了压降，提升了分离效率。

优选的，所述进气口沿所述外壁水平切向延伸，使得气流沿水平方向进入内外管之间，气流水平旋转流动的强度不断被后续进入的介质增加，提升介质分离效率。

优选的，所述进气口相对于外管斜切向分布，使得气流从入口处斜向下流向连接处进入内外管之间，借助气流本身的重力加快进气速率。

优选的，上述斜切向延伸的进气口与外管顶部与内管外壁密封连接的水平面的夹角小于10°，更优选的为3～6°，使得进气速率提高的同时保证了分离效率。

优选的，所述进气口为喇叭口，口径且自进气口处缩减形成外宽内窄的入口，进一步增大气流速率。

采用上述一组或多组双侧进气的微型旋风分离器的高压分离装置，具有体积较小、介质处理能力大、分离效率高、阻力损失小、占地面积小、大大提高连续运转时间的效果，可实现高效、节能(低阻力)、长周期安全运转。

附图说明

图1为本发明实施例的双侧进气的微型旋风分离器的三维视图；

图2为图1的局部剖视图；

图3为本发明另一实施例的双侧进气的微型旋风分离器的三维视图；

图4为本发明实施例的双侧进气的微型旋风分离器的俯视图；

图5为具有喇叭口的双侧进气的微型旋风分离器的实施例的俯视图；

图6为图5的三维视图；

图7为本发明实施例的具有双侧进气的微型旋风分离器的高压分离装置的纵向剖视图；

图8为图7的局部三维视图；

附图标记：

1-内管；2-外管；3-进气口；3’-进气口；4-入口处；5-旋风分离器气体出口；6-双侧进气的微型旋风分离器；7-高压分离装置；8-塔体；9-破沫网隔板；10-隔板；11-塔体气体出口；12-塔体混合物入口；13-塔体液固出口；14-耳板；15-连接处；16-外管直管；17-外管锥管；18-外管较小直径直管；19-喇叭口；20-直管口；21-衔接部分。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明进行进一步的解释。

本发明实施例的一种双侧进气的微型旋风分离器6，如图1和图2所示，包括内管1与外管2，所述内管1为直通管；外管2包括上部直管16、中部锥管17以及下部较小直径直管18。所述内管1顶部为旋风分离器气体出口5，内管1下部的一部分进入外管2的上部直管16，外管2的顶部与内管1的外壁之间为封闭连接。所述外管2的外壁顶部具有两个与所述外管2的内部连通的进气口3和3′，每个进气口3或3′各自沿所述外壁切向延伸，呈中心对称分布。这样待分离的气液或气液固混合物就可以分别从两个进气口3和3′进入所述分离器内，都沿外管2的上部直管16内壁旋转流动相同的距离后与另一个进气口3′或3的气流汇合，交汇时气流耦合叠加，从而在内管1和外管2之间形成均一、稳定、加强的流动。综上所述，双侧进气口3和3′的面积大于单侧进气口面积(相同口径时)，提高了进气量和进气效率，从而具有较小的压降和阻力损失。进一步的双侧进气口3和3′呈切向、中心对称分布，加强了内外管间气流的旋转强度，内管1与外管2之间无需设置导流装置即可实现较强的分离效果，简化了分离器结构。

所述进气口3、3′位于所述外管2的上部直管16外壁顶部，是尽可能增加介质的旋转流动长度及有效分离长度，从而在有效的分离空间内液滴或固体颗粒与外管2的内壁多次碰撞、消耗运动能量而使液滴或固体颗粒坠下，实现高效的分离。

如图2所示，所述进气口3、3′包括入口处4和与外壁切向接合的连接处15。优选的其为水平切向延伸或斜切向延伸。本实施例为沿所述外管2的外壁水平切向延伸的进气口3、3′，所述入口处4与所述连接处15的高度相等，如图2所示；如图3所示的另一实施例中进气口3、3′沿所述外管2的外壁斜切向延伸，所述入口处4的高度大于所述连接处15的高度。这两种切向布置的分离器的俯视图相同，如图4所示。这样设置的目的是减少入口段的阻力损失、增强气流旋转流动强度，使得不断进入的气流在连接处15可以连读地补充之前进入的旋转气流的强度，提升介质分离效率。另外，斜切向分布的进气口3、3′由于使气流沿斜向下方向进入外管2内，气流会借助本身的重力，因此还会起到加快气流的进入速率的作用。但是斜切向的角度不是越大越好，如果角度太大例如45°，那么大部分混合物进入内管1与外管2之间后会弱化旋流而直接沿外管2的内壁流下，无法实现气、液、固的有效分离。

优选的，所述斜切向延伸的进气口3、3′与外管2顶部与内管1外壁密封连接的水平面的夹角为小于10°，更优选的为3～6°。如图3和图6所示，进气口3、3′的中心轴线与和所述水平面平行的线的夹角(θ)既为所述斜切向延伸的进气口3、3′与外管2顶部与内管1外壁密封连接的水平面的夹角，θ为6°。

优选的，所述进气口3、3′为喇叭口，如图5所示，所述进气口3、3′为圆柱形入口，包括三段：喇叭口19、直管口20和衔接部分21，其中喇叭口19为外宽内窄，其末端口径略大于直管口20的口径，增加进气量同时加快气流流速，衔接部分21连接喇叭口19和直管口20又形成第二段喇叭口，进一步加快气流流速。当然喇叭型的进气口可以为水平切向延伸或斜切向延伸，如图6所示，所述进气口3、3′为斜切向延伸的喇叭口，从而兼具了喇叭口和斜切向延伸的优点。另外，所述进气口3、3′可以为方管形或圆柱形或其它形状，可根据实际需要设计。

如图7所示，一种高压分离装置7，包括双侧进气的微型旋风分离器6，其位于塔体8上部，底部用耳板14固定，中部穿过破沫网隔板9，顶部穿过隔板10的通孔，旋风分离器气体出口5位于隔板10的上方。塔体中部具有塔体混合物入口12，塔体顶部具有塔体气体出口11，塔体底部具有塔体液固出口13，塔体混合物入口12下方即塔体的下部作为储液罐使用。液面的位置对系统的运行性能有很大的影响：液面过高，会造成气体带液而对循环压缩机产生损坏；液面过低，容易发生高压系统中的气体窜入低压系统而发生爆炸事故，加大高分装置的操作难度。

如图8所示，一种高压分离装置7的实施例，在其内并联布置了3组，共24个双侧进气的微型旋风分离器6，每组8个分为两排设置，分布在塔体8上部的圆周上，外管2贯穿所述破沫网隔板9，其底端出口位于破沫网隔板9下方，在塔体混合物入口12高度上均匀的设有三块两端分别固定在塔体内壁上的耳板14。内管1和外管2的尺寸需要根据入口条件确定，使每个双侧进气的微型旋风分离器6的入口速度大于15m/s。布置24个双侧进气的微型旋风分离器6产生的阻力损失估计有400Pa，不会超过1000Pa(考虑不确定因素后的估计值)，远小于常规高分系统的允许压降值(50kPa)，可以实现大幅度的节能。

采用本发明的双侧进气的微型旋风分离器6的高压分离装置7的工作原理如下：

待分离的气液固介质混合物流从中部的塔体混合物入口12进入高压分离装置7内，穿过破沫网隔板9后除去大粒径的液滴和固体颗粒，剩余的混合物流沿双侧进气口3和3′分别进入内外管之间，分别旋转半周后与另一进气口的混合物流交汇，介质的流动强度增加，混合物流继续沿外管2的上部直管16的内壁旋转向下进行气固液分离。密度大的液滴和固体颗粒在离心力作用下被甩向外管2内壁，并在重力作用下，沿外管2的中部锥管17和下部较小直径直管18流出分离器，储存在高压分离装置7下部的储液罐中，最终从塔体液固出口13流出所述高压分离装置7。同时分离形成的净气体从旋风分离器气体出口5离开，进入隔板10上方的集气室，获得较为纯净的气体产品，最后从塔体气体出口11流出高压分离装置7，进入后续工艺装置。

旋风分离器的双侧进气口设置增大了进气面积，从而减小气体的入口流动阻力损失。进一步的双侧进气口的位置布置成切向、中心对称分布，使得介质旋转至汇合处形成加强的耦合涡流，从而大幅的提升旋风分离器的分离效率。另外，所述分离器尺寸较小，从而使采用该旋风分离器的高压分离装置的体积也较小、占地面积小同时阻力损失小，对粒径较小的介质分离效率也很高、连续运转时间长。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，例如进气口的形状、旋风分离器的个数、进气口的倾斜角度等均应涵盖在本发明专利的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种双侧进气的微型旋风分离器，包括内管和外管，内管顶部为旋风分离器气体出口，内管下部的一部分进入外管的上部，外管顶部与内管外壁为密封连接的水平面，其特征在于所述外管的外壁顶部具有两个与所述外管的内部连通的进气口，各自沿外壁切向延伸，呈中心对称分布。

2.根据权利要求1所述的双侧进气的微型旋风分离器，其特征在于所述进气口包括入口处和与外壁接合的连接处。

3.根据权利要求2所述的双侧进气的微型旋风分离器，其特征在于所述进气口沿所述外壁水平切向延伸，所述入口处的高度等于所述连接处的高度。

4.根据权利要求2所述的双侧进气的微型旋风分离器，其特征在于所述进气口沿所述外壁斜切向延伸，所述入口处的高度大于所述连接处的高度。

5.根据权利要求4所述的双侧进气的微型旋风分离器，其特征在于所述进气口与所述水平面的夹角为小于10°。

6.根据权利要求5所述的双侧进气的微型旋风分离器，其特征在于所述夹角为3～6°。

7.根据权利要求2-6任一所述的双侧进气的微型旋风分离器，其特征在于所述进气口为喇叭口，所述入口处的口径大于所述连接处的口径。

8.一种高压分离装置，其特征在于包括一组或多组通过并联方式设置的权利要求1-7之一所述的双侧进气的微型旋风分离器。

9.根据权利要求8所述的高压分离装置，其特征在于所述双侧进气的微型旋风分离器分为3组，共24个，每组分为两排设置在所述高压分离装置的塔体上部的圆周上。

10.根据权利要求8或9所述的高压分离装置，其特征在于包括隔板、破沫网或复合层脱液器，所述隔板位于所述双侧进气的微型旋风分离器上方，外周与塔体内壁密封连接，隔板上设有通孔与所述旋风分离器气体出口相通，所述破沫网位于所述隔板下方塔体内的中上部，外周与塔体内壁连接，所述外管贯穿所述破沫网。