一种管道式粗分离器的制作方法

本实用新型属于多相流动及油气处理技术领域，具体地说涉及一种管道式粗分离器。

背景技术：

段塞流位于多相流动流型图的中间区域，和各种其他多相流流型区域都有搭界，是在油气混输过程中最常见、危害最大的一种流型。段塞流会对下游的分离及处理设施造成极为不利的影响。不经处理或者处理不当的段塞流进入下游分离器造成分离器内部强烈的流场以及相分布的波动，造成分离器出现分离失效、气液串线等恶化工况的发生。

扩径造成的气液流速的大幅降低以及下倾、螺旋等几何结构自身的重力以及离心力场有利于段塞流向分层流的转化，在很大程度上改善气液分离效果，扩展下游油气分离器的适用范围，这一思路常应用于柱状旋流分离器入口整流且发展出了各种结构形式，例如中国专利(2014103767481)一种柱状气液旋流分离器入口整流装置提供了一种结合了扩径、螺旋下倾等结构的柱状气液旋流分离器入口粗分离装置，单管式粗分离器气液两相并未真正做到完全分离，气液两相仍然在同一条管道中流动；在单管粗分离器的基础上发展出的管汇式粗分离器主要利用扩径管与下倾管强制段塞流向分层流的转化，例如中国专利(2013207992583)一种段塞流缓冲分离装置中展现的斜管式粗分离器，气相在分向气相支管的过程中主要利用由于气液两相密度差产生的气相的浮力作用，而更强的液相的重力作用并未在气液分离过程中得到充分利用。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的针对段塞流分离效率低的技术问题，本实用新型提供了一种管道式粗分离器。

本实用新型提供的管道式粗分离器主要由依次连通的扩径管、水平短管、缓变弯头、螺旋下倾管和气液分离管组成。

所述的扩径管水平安装，扩径管采用渐括设计，安装于水平进料管之上，为实现液塞的平稳过渡，减少气液两相的混合以及油水的剪切乳化，扩径角度不宜大于20°，扩径角度取值为10°～20°较为合适。

所述水平短管位于扩径管之后，起到稳定扩径管之后气液流动的作用，水平短管长度为其管径的10～15倍。

所述缓变弯头作为连接水平短管与螺旋下倾管的连接构件，为保证连接处的平缓过度，使液塞平缓进入螺旋下倾段，减少气液两相的混合以及油水的剪切乳化，缓变弯头的弯曲半径应为其管径的3～6倍。

所述的螺旋下倾管由一段小曲率螺旋管和一段大曲率螺旋管依次连接而成，小曲率螺旋管和大曲率螺旋管内径相同。

所述的螺旋下倾管采用小曲率螺旋管与大曲率螺旋管前后连接的两段设计，小曲率螺旋管产生的强离心力场有利于段塞流向分层流的快速转化，大曲率螺旋管产生的离心力场较弱但在相同的螺旋圈数下具有较长的流动距离，有利于形成平稳的分层流动；小曲率螺旋管与大曲率螺旋管倾斜角度相同，倾斜角取值为15°～30°，在这一范围有利于段塞流向分层流的转化且使得管道式粗分离器的高度具有较大的调节范围；小曲率螺旋管与大曲率螺旋管的螺旋圈数取值为1/3～1/2圈时较为合适，根据安装空间的限制可以适当调整；螺旋下倾管的内径应保证气液流速位于多相流流型图中的分层流区域。

所述的气液分离管由自上而下平行设置的气相支管、降液通道和液相支管组成，降液通道为两端封闭、上下敞口的长条状箱式通道，气相支管与液相支管由降液通道连通；液相支管靠近螺旋下倾管的一端封闭，另一端敞口，气液分离管以其气相支管与螺旋下倾管连通，即与螺旋下倾管的大曲率螺旋管连通。

所述气相支管与大曲率螺旋管的下倾角度相同，管内径相同，液相支管下倾角度与气相支管相同，液相支管管径较气相支管略小，即小于气相支管管径；降液通道截面宽度为液相支管直径的1/2～2/3即可；气相支管与液相支管的长度相同，取值为各自管内径的20～30倍，降液通道的长度占气液分离管长度的2/3～3/4即可。

为了更有效的进行气液分离，在降液通道远离螺旋下倾管的一端设置有弓形的气相挡板，气相挡板位于液相支管上半部，弓形挡板所在圆的直径等于液相支管内径。

本发明的基本原理是段塞来流首先经过水平段的扩径管降低气液两相的流速以及液塞的强度；然后段塞流经水平短管及缓弯弯头进入螺旋下倾管，螺旋下倾管主要包括小曲率螺旋管与大曲率螺旋管，经过螺旋下倾管之后段塞流在重力与离心力的双重作用下强制转化为分层流；经过转化后的分层流进入气液分离管，气相在浮力作用下留在气相支管，液相在重力作用下经降液通道进入液相支管，然后气液两相分别流向下游油气处理设备。

本发明的优点为：1)不含有易损内部构件，可以无故障运行；2)结合了单管式整流管与管汇式粗分离器的特点，采用扩径、螺旋下倾相结合方式提高段塞流向分层流转化效果的同时，在气液流向气相支管与液相支管阶段充分利用液相的重力作用，整体提高管道式粗分离器的分离效果。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的俯视示意图；

图3是本实用新型螺旋下倾管的结构示意图；

图4是图3的侧视示意图；

图5是本实用新型气液分离管的截面示意图。

图中：1-水平进料管，2-扩径管，3-水平短管，4-缓变弯头，5-小曲率螺旋管，6-大曲率螺旋管，7-气液分离管，8-气相支管，9-降液通道，10-液相支管，11-气相挡板。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例，对本实用新型做进一步说明。

参见附图1～5，本实用新型主要由水平进料管1、扩径管2、水平短管3、缓变弯头4、小曲率螺旋管5、大曲率螺旋管6和气液分离管7依次连通组成，其中小曲率螺旋管5和大曲率螺旋管6组成螺旋下倾管，气液分离管7主要由气相支管8、降液通道9、液相支管10和气相挡板11组成。

气相支管8、降液通道9和液相支管10自上而下平行设置，降液通道9为两端封闭、上下敞口的长条状箱式通道，气相支管8与液相支管10由降液通道9连通；液相支管10靠近螺旋下倾管的大曲率螺旋管6的一端封闭，另一端敞口，气液分离管7以其气相支管8与螺旋下倾管的大曲率螺旋管6连通。

气相挡板11位于降液通道9远离螺旋下倾管的大曲率螺旋管6的一端，位于液相支管10的上半部，气相挡板11的圆弧面贴合液相支管10的上部内壁，气相挡板11的面积占液相支管10横截面的1/3～1/2为宜，气相挡板11所在圆的直径等于液相支管10的内径。本实用新型的各管件之间的连接均为焊接。

如附图1所示，本实用新型的工作过程为：段塞来流首先经过水平进料管1进入水平安装的扩径管2降低气液两相的流速以及液塞的强度；然后段塞流经水平短管3和缓变弯头4进入螺旋下倾管的小曲率螺旋管5和大曲率螺旋管6，经过螺旋下倾管之后在离心力与重力的双重作用下强制将段塞流转化为分层流；经过转化后的分层流进入气液分离管7，气相在浮力作用下留在气相支管8，液相在重力作用下经降液通道9进入液相支管10，然后气液两相分别经气相支管8与液相支管10流向下游油气处理设备。