[發(fā)明專利]一種管內(nèi)相分隔分流式高流速氣液分離裝置和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911000358.3
• 申請(qǐng)日: 2019-10-21
• 公開（公告）號(hào): CN110732188B
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 衛(wèi)鵬凱;王棟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D45/16
• 分類號(hào): B01D45/16;B01D45/02
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 何會(huì)俠

一種管內(nèi)相分隔分流式高流速氣液分離裝置和方法，該裝置主要由主路管道、旋流裝置、環(huán)形窗口、液體收集管和傾斜排液管組成；先通過(guò)采用管內(nèi)相分隔技術(shù)把氣液兩相流體分隔為均勻的旋流液膜和氣芯，當(dāng)旋流液膜和氣芯流經(jīng)環(huán)形窗口的時(shí)候，流體分為兩路流動(dòng)：一路為大部分的氣芯，仍然在主路管內(nèi)流動(dòng)并直接旁路至氣路出口；另一路為旋流液膜和一小部分氣體，經(jīng)環(huán)狀窗口的上半部分進(jìn)入液體收集管，這一小部分氣體在液體收集管中依靠離心力和重力與液膜分離后再通過(guò)環(huán)形窗口的下半部分返回主路管并從分離器氣相出口流出；由于本分離裝置把大部分氣體都旁路了，只需要分離兩相流來(lái)流中的一部分，結(jié)構(gòu)更緊湊，體積大大減小，成本降低，相比傳統(tǒng)分離器阻力更小。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氣液兩相流體分離技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種管內(nèi)相分隔分流式高流速氣液分離裝置和方法。

背景技術(shù)

氣液兩相流體分離技術(shù)廣泛應(yīng)用于石油化工、能源動(dòng)力和天然氣等領(lǐng)域中。傳統(tǒng)氣液分離器主要利用重力和離心力來(lái)分離液相，例如應(yīng)用最為廣泛的旋風(fēng)分離器。但為了防止分離器中上升氣流速度過(guò)高引起的液膜撕裂和氣相出口的液相夾帶，對(duì)分離筒體內(nèi)上升氣流速度都有明確的限制，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，上升氣速的范圍一般為0.1m/s～4.0m/s，所以分離器筒體的直徑是入口直徑的好幾倍，導(dǎo)致傳統(tǒng)分離器大都屬于壓力容器式，體積大、笨重、造價(jià)貴，同時(shí)維護(hù)很不方便。為了降低成本，近年來(lái)出現(xiàn)了很多緊湊型氣液分離器。

管柱式旋流分離器(GLCC)是由塔爾薩大學(xué)提出的一種緊湊型分離器，它是一種帶有傾斜切向入口及氣體、液體出口的垂直管，依靠旋流離心力實(shí)現(xiàn)氣、液分離。上升氣速過(guò)高會(huì)引起氣路出口嚴(yán)重的液滴夾帶，所以在常規(guī)GCLL中，通常入口氣相折算速度小于9.2m/s。Wang et al.(2003) (文獻(xiàn)Wang S.,Gomez L.E.,Mohan R.S.,et al.Gas-LiquidCylindrical CycloneCompact Separators for Wet Gas Applications[J].Journal of Energy Resources Technology,2003,125(1).)提出了一種改進(jìn)型的GLCC，通過(guò)在GLCC上部加裝AFE，利用旋流作用來(lái)分離氣路出口中的液相夾帶，入口氣相折算流速提高到18m/s。

旋葉氣液分離器被廣泛應(yīng)用在核電站中來(lái)提高蒸汽發(fā)生器出口蒸汽干度，采用軸流式葉片使得流體在分離器內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在離心力的作用下，氣液兩相流體來(lái)流形成液膜和氣芯流動(dòng)，流經(jīng)安裝在葉片下游的孔板時(shí)，液膜通過(guò)下降管排出，氣芯通過(guò)孔板流出。但在氣芯和液膜分離的過(guò)程中，氣芯在孔板處會(huì)發(fā)生一個(gè)突然的收縮和加速，極易夾帶液相進(jìn)入氣路出口，所以對(duì)入口流速也有限制，常溫常壓下入口氣相折算速度一般小于24m/s。與此類似的包括直流鍋中使用的俄羅斯MOЦKTИ型分離器，與旋葉氣水分離器不同的是蒸汽和水流動(dòng)的方向是一致的，共同向下流動(dòng)，但也是依靠離心力產(chǎn)生液膜后，通過(guò)在分離筒內(nèi)同軸安裝內(nèi)徑稍小的內(nèi)筒，液膜從內(nèi)筒外壁和外筒內(nèi)壁之間的環(huán)形空間排出，氣芯進(jìn)入內(nèi)筒流至下游出口。在液膜和氣芯分離的過(guò)程中仍然存在氣芯流入內(nèi)筒發(fā)生收縮流動(dòng)，流速過(guò)高容易夾帶液滴的現(xiàn)象。另外，氣液兩相流體仍然在分離筒中進(jìn)行分離，分離筒的直徑是入口管徑的好幾倍，分離器體積很大，屬于一種常規(guī)分離器。

美國(guó)專利US3884660和US4180391提出了一種管式氣液分離器。一個(gè)沉降室內(nèi)包含著一個(gè)主路管道，在主路管內(nèi)安裝有一個(gè)旋流裝置，該主路管在旋流裝置的下游設(shè)置有一個(gè)或兩個(gè)環(huán)形噴射口。氣液兩相流體流經(jīng)旋流裝置后，由于一部分液相沒(méi)有足夠的動(dòng)能克服環(huán)形噴口的阻力，為了讓全部液膜通過(guò)環(huán)形噴射口排出，所以一部分氣體不得不同液膜一起通過(guò)環(huán)形噴射口噴射到沉降室中，最后在沉降室中依靠重力分離。然而，這使得它仍然是一個(gè)容器式分離器，體積很大。