用于分离液体进料混合物的系统的制作方法

本发明涉及离心分离器的领域，并且更具体地涉及一种系统，其包括离心分离器用于从液体进料混合物分离至少第一液相。

背景技术：

1、离心分离器通常用于液体的分离和/或用于固体从液体的分离。在操作期间，待分离的液体混合物被引入旋转的离心碗中，并且重的颗粒或密度较大的液体(诸如水)积聚在旋转碗的外围处，而密度不那么大的液体更靠近旋转中心轴线积聚。这允许收集分离出的组分，例如通过分别在外围处和靠近旋转轴线布置的不同出口。

2、可在离心分离器的固定部分与离心碗之间布置机械密封件用于密封延伸于其之间的流体路径。在入口和液体出口处气密密封的离心分离器中，分离出的液相可在压力下通过泵泵出，该泵将分离出的相的动能转化成压力。这样的泵可以是泵轮或配水(paring)装置，诸如配水盘。此外，这些装置需要受控的背压用于最佳功能性。

3、为了产生通过这样的气密分离器的过程流体流，可提供入口压力以克服分离器中的压降。入口压力通常由布置用于将待分离的进料混合物输送到离心分离器的进料泵来提供。文件ep2868210和文件ep3769846中公开了气密密封的离心分离器的示例。

4、然而，对于具有至少一个气密出口的离心分离器仍然需要改进。在该领域中对提供对于分离过程需要较少能量的分离系统也存在更高的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是至少部分地克服现有技术的一个或更多个局限性。本发明的目的尤其是提供一种具有减少的能耗的用于分离液体进料混合物的系统。

2、作为本发明的第一方面，提供一种用于从液体进料混合物分离至少第一液相的系统，所述系统包括：

3、离心分离器，其包括

4、离心碗，其布置成围绕旋转轴线(x)旋转并且在其中发生液体进料混合物的分离，

5、用于接收所述液体进料混合物的入口，以及

6、用于排出第一液相的第一液体出口，其中所述第一液体出口被气密密封并且没有任何专用装置用于将第一液相的动能转化成第一液相的压力流，

7、并且其中该系统还包括

8、用于将液体进料混合物供应到离心分离器的入口的压力产生装置，以及

9、其中，该系统构造成使得压力产生装置是布置用于产生从第一液体出口输送第一液相所需的出口压力的主要流量调节装置。

10、如本文中所用，术语“沿轴向”表示与旋转轴线(x)平行的方向。因此，诸如“上方”、“上部”、“顶部”、“下方”、“下部”和“底部”的相对术语是指沿旋转轴线(x)的相对位置。对应地，术语“沿径向”表示从旋转轴线(x)沿径向延伸并因此垂直于旋转轴线(x)的方向。因此，“径向内部位置”是指与“径向外部位置”相比更靠近旋转轴线(x)的位置。“径向平面”是在径向上延伸并具有在轴向上延伸的法线的平面。类似地，“轴向平面”是在轴向上延伸并具有在径向上延伸的法线的平面。

11、“用于将第一液相的动能转化成第一液相的压力流的专用装置”可以是用于排出第一液相的产品排出泵。这样的装置通常布置在离心碗的出口室中，诸如在配水室中。产品排出泵可以是配水装置，诸如固定配水盘，如本领域已知的那样。产品排出泵也可以是离心泵，诸如随离心碗旋转的泵轮。离心泵也可以是静止不动的泵。

12、“用于将第一液相的动能转化成第一液相的压力流的专用装置”可以是把将动能转化成压力流作为其主要功能的装置。作为示例，“专用装置”不可形成出口密封件的一部分。因此，出口密封件的一些部分、诸如机械密封件可将小部分的动能转化成液相的压力流。然而，密封件的这样的部分的主要用途当然是辅助密封件的密封功能并且因此不是根据第一方面的“专用装置”。

13、第一液体出口与离心碗的分离空间流体连通。第一液体出口形成流出离心碗的流体路径。第一液体出口被气密密封。气密密封的出口可使用液体密封件(液密密封件)或机械密封件来密封。机械密封的气密出口从转子的周围密封并且布置成在操作期间填充有液体产品。因此，与在液体出口处具有配对盘的分离器相比，机械地气密密封的分离器在出口处没有液体-空气界面。

14、在实施例中，第一液体出口被机械地气密密封。

15、机械地密封的液体出口的机械密封件可以是双重机械密封件，即包括可旋转部分和固定部分，在其之间形成密封界面。密封界面可在径向平面中延伸。固定部分可连接到固定出口管，而密封件的可旋转部分可附接到离心碗。

16、压力产生装置可以是液体进料泵。然而，“压力产生装置”也可以通过从离心分离器上方的一定高度供应液体进料混合物来实现。因此，该系统可包括用于待分离的液体进料混合物的罐，并且这样的罐可布置在离心分离器上方的一高度处以便产生所需的入口压力。因此，压力产生装置可“内置”到系统的构件的布置中。

17、“压力产生装置是布置用于产生从第一液体出口输送第一液相所需的出口压力的主要流量调节装置”是指产生用于从第一液体出口输送第一液相的最大出口压力的压力产生装置

18、在实施例中，压力产生装置是布置用于产生从第一液体出口输送第一液相所需的出口压力的唯一流量调节装置。

19、然而，离心分离器可设计成使得离心碗本身在旋转期间产生从第一液体出口的第一液相流。例如，如果第一液体出口布置在比入口更大的半径处，诸如如果入口布置在旋转轴线(x)处而第一液体出口布置在距旋转轴线(x)的一半径处，可以是这种情况。

20、本发明的第一方面基于以下认识：可以设计气密出口，而不带用于将分离的液相的动能转化成压力流的专用装置，使得例如，液体进料泵是用于提供足够的压力给分离出的液相以流出分离器的主要或唯一装置。压力产生装置(诸如液体进料泵)可以以比用于将动能转化成压力流的传统装置(诸如配水盘或泵轮)更能量高效的方式来设计。因此，除了旋转的离心碗本身之外，离心分离器可没有任何专用于为第一液相产生出口压力的内部器件。

21、而且，发明人已意识到，采用这样的设计，在出口下游不需要压力调节阀来控制反压力。这样的压力调节阀通常导致压降和能量损失。换言之，第一方面允许分离系统在出口下游没有压力调节阀并且从而降低能耗。

22、在第一方面的实施例中，离心分离器没有用于排出进一步分离的液相的其他液体出口。因此，离心分离器可以是澄清器分离器。澄清器是用于固-液分离的离心分离器，其从液体进料混合物中移除固体，诸如颗粒、沉淀物。在这样做时，过程液体变得清澈。因此，离心分离器可具有用于分离出的液相的单个液体出口。

23、然而，离心分离器还可包括用于分离出的固相的至少一个泥浆出口。这样的泥浆出口可布置在离心碗的外围处。

24、因此，离心分离器可布置成将液体进料混合物分离成液体轻相和泥浆相。

25、该至少一个泥浆出口可以以成组开放式喷嘴的形式，其布置用于连续地排出分离出的泥浆相。当液体进料混合物的泥浆含量高时，可使用这样的喷嘴。

26、作为备选，该至少一个泥浆出口以成组可间歇地打开的出口的形式。因此，这样的出口可以以从离心碗延伸到离心碗外部周围空间的多个外围端口的形式。外围端口可以在短的时间段期间间歇地打开，例如以几分之一秒的量级，并且容许从离心碗全部或部分排出泥浆，使用如本领域已知的常规间歇排出系统。

27、作为示例，当离心分离器没有用于排出进一步分离的液相的其他液体出口时，该系统还可包括在所述第一液体出口下游的罐。该系统那么可在第一液体出口与罐之间没有任何压力调节阀。这样的压力调节阀布置用于对第一液体出口产生反压力。

28、通常需要在液体出口下游有压力调节阀，诸如流量调节阀或流量控制阀，以提供受控的反压力用于离心分离器的最佳功能性。在几乎每个装设中反压力大于对于在下游输送分离出的液相所需。该压降是能量损失并且在大多数情况下没有任何其他好处。因此，发明人意识到，采用气密出口设计而无需任何专用装置用于将分离出的液相的动能转化成第一液相的压力流，澄清器分离器就不需要额外的反压力。

29、通常布置压力调节阀以通过改变流动通路的尺寸来控制液相流。

30、止回阀不可以这样作为压力调节阀。

31、罐可布置用于将排出的第一液相在其在下游使用之前保存一段时间。因此，罐可以是存储罐。

32、然而，该系统可在离心分离器与罐之间包括其他过程设备，诸如热交换器等。因此，该系统也可在这样的其他过程设备与罐之间没有任何压力调节阀。

33、作为另一示例，离心分离器可布置成使得液体进料混合物从顶部沿轴向进入离心碗。液体进料混合物然后可经由延伸到碗中的固定入口管进入离心碗。液体进料混合物可在旋转轴线(x)处进入离心分离器并且第一液体出口布置成使得第一液相在离旋转轴线(x)的一径向距离处排出。而且，第一液体出口还可沿轴向布置在离心碗的顶部处。

34、作为另一示例，入口也可被气密密封。如第一液体出口那样，入口可通过液密密封件或机械密封件来密封。机械地气密密封的入口从转子的周围密封并且布置成在操作期间填充有流体产品。由此，入口和离心碗的分离空间以压力连通的方式相连接。

35、作为示例，入口和第一液体出口可通过至少一个机械密封件气密密封。作为示例，该至少一个机械密封件的密封界面可布置在相同径向平面中。

36、该至少一个机械密封件可具有可在同一单个单元中从离心碗释放的固定部分。这可有利于该至少一个机械密封件的安装和维护。

37、入口和第一液体出口可通过其密封界面在相同径向平面中的单个机械密封件气密密封。该单个机械密封件可包括可旋转部分(诸如磨损环)和固定部分(诸如密封环)，在它们之间形成密封界面。

38、可使用密封组件和布置在离心分离器的顶部处的固定液体通路装置来密封入口和第一液体出口。这样的密封组件可形成离心碗与固定液体通路装置之间的接口。第一液体路径可在固定液体通路装置与碗之间与旋转轴线同心地延伸，并且第二液体路径可在固定液体通路装置与碗之间在第一液体路径径向外侧延伸。固定液体通路装置可以可释放地连接到离心分离器的框架。密封组件可包括在第一液体路径与第二液体路径之间的第一密封件，第一密封件与旋转轴线同心地并围绕旋转轴线延伸，以及在第二液体路径与第二液体路径径向外侧的空间之间的第二密封件，第二密封件与旋转轴线同心地并围绕旋转轴线延伸。第一密封件可包括布置在固定液体通路装置中的第一密封部件和布置在碗中的第一密封表面，第一密封部件具有第一轴向端面，第一轴向端面和第一密封表面构造成以密封抵接的方式来定位。第二密封件可包括布置在固定液体通路装置中的第二密封部件和布置在碗中的第二密封表面，第二密封部件具有第二轴向端面，第二轴向端面和第二密封表面构造成以密封抵接的方式来定位。第二密封部件与第一密封部件分离，并且第一和第二密封部件可与第一和第二密封表面分离，连同固定液体通路装置从壳体释放。

39、然而，入口和第一液体出口也可由其密封界面在不同的径向平面中的两个不同的机械密封件来密封。

40、作为另一示例，离心分离器可布置成使得液体进料混合物从底部沿轴向进入离心碗。因此，澄清器分离器可以是底部进料的离心分离器。离心分离器那么可布置成使得液体进料混合物经由离心碗的驱动主轴、即在旋转轴线(x)处从底部进入离心碗。对于这样的设计，第一液体出口可布置在离心碗的顶部处，诸如在旋转轴线(x)处或离旋转轴线(x)的一径向距离处。

41、在第一方面的实施例中，离心分离器包括用于排出具有比第一液体的密度更高的密度的第二液相的第二液体出口。

42、因此，第一液相可以是液体轻相并且第二液相可以是液体重相。“液体轻相”是指具有比“液体重相”的密度更低的密度的分离出的液体。因此，液体进料混合物可被分离成至少液体轻相和液体重相。固体相也可在离心分离器中被分离。因此，离心分离器可布置成将液体进料混合物分离成液体轻相、液体重相和固体相，即泥浆相，并且因此，离心分离器可包括用于液体轻相的第一液体出口、用于轻重相的第二液体出口和用于分离出的固体的泥浆出口。

43、该至少一个泥浆出口可以以布置用于连续地排出分离出的泥浆相的成组开放式喷嘴的形式。当液体进料混合物的泥浆含量高时，可使用这样的喷嘴。

44、作为备选，该至少一个泥浆出口以成组可间歇地打开的出口的形式。因此，这样的出口可以以从离心碗延伸到离心碗外部的周围空间的多个外围端口的形式。外围端口可在短的时间段期间间歇地打开，例如以几分之一秒的量级，并且允许使用如本领域已知的常规间歇排出系统从离心碗全部或部分排出泥浆。

45、因此，离心分离器可以是用于液-液-固分离的净化器，其将两个不同密度的液体以及固体彼此分离。使用净化器，轻液相典型地是意图清洁的大部分。离心分离器也可以是浓缩器，其布置成分离三个不同的相，不同密度的两个液相和一个固相并清洁最稠密/最重的液相。

46、作为示例，第二液体出口也可被气密密封并且没有任何专用装置用于将第二液相的动能转化成第二液相的压力流。气密密封可以是上文关于第一液体出口所讨论的气密密封，诸如机械密封。

47、对于包括用于排出具有比第一液体的密度更高的密度的第二液相的第二液体出口的离心分离器，在两个液体出口下游可能需要压力调节器件用于背压控制，即用于控制离心碗内的相之间的相间水平，而非用于液体输送。本发明人已意识到，这样的压力调节器件不需要是流量调节阀。因此，在示例中，该系统包括在第一液体出口下游的第一压力调节器件和在第二液体出口下游的第二压力调节器件；其中，所述第一和第二压力调节器件布置用于调节离心碗内的液相之间的界面并且是除压力调节阀以外的器件。

48、非流量调节阀的这样的压力调节器件例如可以是正排量泵，诸如蠕动泵。

49、而且，根据实施例，第二液体出口是由环形重力盘形成的开放出口。

50、因此，开放出口和重力盘可形成用于分离出的第二液相的溢流出口。重力盘可以是环形部件，其作为堰起作用并确定分离出的第二液相至开放出口的溢流的径向位置。

51、因此，第二液体出口不可被气密密封。

52、如上文关于澄清器分离器所讨论的那样，当离心分离器包括第二液体出口时，离心分离器也可布置成使得液体进料混合物从顶部沿轴向进入离心碗。为了该目的，离心分离器可包括延伸到离心碗中的固定液体入口管。

53、此外，作为示例，液体进料混合物那么可在旋转轴线(x)处进入离心分离器，并且第一和第二液体出口可布置成使得第一和第二液相在离旋转轴线(x)的不同径向距离处排出。第一液体出口可布置在比第二液体出口更短的径向距离处。然而，相反的情况也是可能的，即，第二液体出口布置在比第一液体出口更短的径向距离处。

54、第一和第二液体出口可沿轴向布置在离心碗的上部处。因此，入口和这两个液体出口都可布置在离心碗的轴向上部处。

55、作为示例，当离心分离器包括第二液体出口时，入口也可如上面所讨论的那样被气密密封。因此，离心分离器可具有气密密封的入口和第一气密密封的第一液体出口。第二液体出口那么可以是开放出口或气密密封的第二液体出口。

56、作为示例，入口以及第一和第二液体出口都可由至少一个机械密封件来密封，并且其中，该至少一个机械密封件的密封表面可布置在相同径向平面中。

57、该至少一个机械密封件可以是单个密封件或者两个或更多个单独的机械密封件。

58、而且，如上面关于澄清分离器所讨论的那样，当离心分离器包括第二液体出口时，离心分离器也可布置成使得液体进料混合物从底部沿轴向进入离心碗。液体进料混合物那么可经由用于将扭矩传递到离心碗的旋转轴(主轴)进入离心碗。因此，液体进料混合物可在旋转轴线(x)处进入，液体轻相可在旋转轴线(x)处排出而液体重相可在离旋转轴线(x)的一径向距离处排出。

59、在本发明的第一方面的系统中使用的所有类型的离心分离器可以是布置用于多次使用的离心分离器。因此，离心碗可以是不锈钢碗。因此，离心碗可布置用于多次使用。此外，离心碗可包括在碗的外围处的泥浆出口，用于间歇地或连续地排出分离出的泥浆相。

60、本发明的第一方面的系统的离心分离器通常包括框架，即非旋转部分，并且离心碗可通过至少一个轴承装置由框架来支撑。离心碗通常由主轴、即旋转轴支撑并且因此可安装成与主轴一起旋转。旋转轴线(x)可沿竖向延伸。因此，离心碗可布置成使得离心碗在其端部之一处(诸如在主轴的顶端处)由主轴支撑。离心分离器还可包括用于使主轴和离心碗旋转的驱动部件。驱动部件可包括电动马达或者设置在主轴旁边并通过合适的传动装置(诸如皮带或齿轮传动)使主轴和离心碗旋转。

61、离心碗包括分离空间。在这样的分离空间中，通常布置有成堆叠的分离盘。液体进料混合物的分离发生在分离空间中。分离盘例如可以由金属制成。此外，分离盘可以是截头圆锥形分离盘，即具有形成分离盘的截头圆锥形部分的分离表面。分离盘围绕旋转轴线(x)彼此相间隔地同轴布置，使得在每两个相邻的分离盘之间形成通路。盘堆叠中的分离盘可布置成使得液体混合物从径向外部位置引入盘堆叠中。分离那么发生在该堆叠的每两个相邻的分离盘之间的通路中。

62、离心分离器还包括用于待分离的液体混合物(液体进料混合物)的入口。入口可包括中央入口室，液体进料混合物从该中央入口室被引导至分离空间，例如经由如本领域中已知的分配器下方或内部的通道。分离盘堆通常搁置在这样的分配器的顶部上。

63、作为本发明的第二方面，提供一种在根据上述第一方面的系统中分离液体进料混合物的方法，所述方法包括以下步骤

64、a)使用液体进料泵将液体进料混合物引入离心分离器；

65、b)从离心分离器的第一液体出口连续地排出第一液相；

66、该方面通常可呈现与前一方面相同或对应的优点。该第二方面的效果和特征与上面结合第一方面所描述的大体类似。关于第一方面所提到的实施例与本发明的第二方面大体兼容。

67、该方法还可包括以下步骤

68、c)从离心分离器的第二液体出口连续地排出第二液相。

69、该方法还可包括以下步骤

70、d)从离心分离器间歇地排出泥浆相。

71、本文公开的发明构思可在分离各种不同进料混合物时使用。