[發明專利]動態旋流雙級分離器

有效

• 申請號: 201410349105.8
• 申請日: 2014-07-18
• 公開（公告）號: CN104148195B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: 胡大鵬;劉培啟;鄒久朋;傅小康;陳仕林
• 申請（專利權）人: 大連理工大學;中聯煤層氣有限責任公司
• 主分類號: B04B5/00
• 分類號: B04B5/00;B04B15/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心21200
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明動態旋流雙級分離器，屬于非均相分離技術領域。它以外動力帶動其葉片和分離管旋轉，產生離心力場，使不同密度的氣、液、相分離。同時，葉片還能使混合相介質增壓，降低分離器進出口壓降。該裝置適用于壓力低、含粉塵、含霧化水、和流量波動大的氣體處理場合，在煤層氣集輸領域具有較好的應用前景。

背景技術

隨著天然氣資源的不斷減少，煤層氣在能源消費中的比例正逐步提高。煤層氣的開采集輸，大多采用多井、多閥組的常溫采氣，先將數口井的管路集中至閥組，再由閥組輸送至集氣站。

采出的煤層氣中不可避免地含有水和砂巖顆粒，從而大大降低煤層氣管路的輸送效率，更會磨蝕閥門和儀表等器件。而當粒徑超過8μm的超細粉塵進入輸氣壓縮機，會使氣缸和活塞嚴重磨蝕，甚至造成事故。

目前國內煤層氣的開采，大多都按照天然氣的開采流程，也大多采用天然氣的除塵、除液分離設備。然而，煤層氣集輸一是單井氣量小，二是自身壓力低，因此需要降低總集輸管路、設備等的成本，集輸壓力降也要小。而細小粉塵顆粒和游離態水滴會增加輸氣壓降，逐步降低輸氣管線的通過量直至堵塞。在整個開發周期內，產氣量波動很大，設備須具有很強的流量適應性。

通常的除塵除液設備主要有旋風分離器、循環分離器、多管式除塵器、過濾分離器等。其中，重力式分離器僅能分離粒徑大于50μm的顆粒，旋風分離器能分離大于10～20μm的顆粒，但氣量波動對分離效率影響較大。必須開發適合煤層氣超細煤粉高效分離的技術設備。

發明內容

本發明提供一種高效增壓、兩級分離的動態分離器——動態旋流雙級分離器，能可靠滿足對煤層氣粉塵和霧滴進行強力分離凈化的需求。

本發明動態旋流雙級分離器，是將旋風離心分離技術和渦輪增壓技術結合的產物，并同時構成腔體自由渦和管內強制渦的兩級分離形式。本發明分離器的技術解決方案是：

一種動態旋流雙級分離器，包括上機體，分離器主體，主軸，上排分離管，旋轉葉輪，軸承支架，上軸承，下軸承，回流管，粉塵收集腔，上隔板，中擋板，下擋板，密封填料和旋轉密封；主軸由上軸承和下軸承支撐，軸承由上機體、軸承支架、軸承壓蓋和軸承壓緊螺母定位；主軸帶動旋轉葉輪，產生離心分離流場和增壓；該分離器共有三個管口，分別是進料口、凈化氣出口和排污口；在每個口的內端分別設有進料腔、凈化氣出口腔和粉塵收集腔；上排分離管固裝于主軸，再將旋轉葉輪固裝于上排分離管的下端，位于分離器腔中軸線的上排分離管與葉輪一同旋轉，在其內部形成了類似于管式離心分離機的流場和流動，實現對已凈化預排出氣體的二次離心分離。并且在混合介質入口和凈化氣出口的軸向段之間，設置一段經二級分離后的粉塵和霧滴甩出的二級收集腔；在對齊于此二級收集腔的軸向位置的上排分離管段，其管壁圓周，對稱地開設數個開口，使上排分離管中尚殘存的粉塵和霧滴，經過旋轉上排氣管中的強制渦離心力場的二級分離，甩到管內壁后，能夠從開口流出到該收集腔；并且，將該收集腔與下端的一級分離收集腔，用回流管路連通，以使二級分離也能夠不斷地排塵排污。

葉輪位于上排分離管下端外壁與分離器直筒段內的空間，其高速旋轉形成較強的離心分離和增壓流場，含塵氣體從葉輪上部內圓周區進入葉輪，再由下部外圓周區流出，獲得了周向旋轉速度和增壓。

接下來圓錐段內的流動過程與通常的旋風分離類似：由動量矩定理，混合介質在圓錐段筒內旋轉向下，運動半徑不斷縮小，轉速和離心力激增加，其分離能力不斷加強，粉塵和霧滴被甩至圓錐筒內壁區，最后從底部流出分離器。

與此同時，經一級分離基本凈化的氣體沿著中心向上，進到與葉輪一起旋轉的上排分離管中。由于上排分離管內壁摩擦力及壁溝槽的驅動，氣體外層的轉速再次增加，以致形成等角速度的強制渦，其機制與管式分離機類似，在其作用下，一級分離后殘余未盡的粉塵和霧滴，在向上流出的過程中，逐漸流向上排分離管的內壁，并從上排分離管壁的開口進到二級分離收集腔。由于上排分離管壁的驅動，壓力升高，二級分離微粒可隨氣體進到回流管，與底部收集腔中一級分離物匯合，一同外排，而氣體則上升循環，最后排出。

本發明的目的是為降低煤層氣集輸成本、減小壓降、解決煤粉難分離和氣量波動大等問題，提供一種能有效實現分離凈化和增壓的一體式處理裝置。