[发明专利]利用旋流或离心场与压力梯度场耦合进行液体脱气的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种液体脱气的装置,尤其涉及一种利用旋流或离心场与压力梯度场耦合进行液体脱气的装置。

背景技术

在石油化工、煤化工、食品、水处理、采油等行业存在大量液体脱气的过程，高效、经济脱气技术对装置的高效、安全及长周期运转起着重要的作用。如在石油化工行业液体带压输送过程中由于管道压降致液体中溶解气析出，产生气阻、局部腐蚀等问题；食品行业溶解气影响产品的纯度，进而产生质量问题；水处理过程中溶解氧的存在是造成热力设备(如汽轮机等)腐蚀的主要原因，导致锅炉在运行或停用期间的氧腐蚀；精细化工行业产品中溶解气会导致产品中有气泡缺陷；等。因此，液体脱气技术广泛应用在流程性行业中，且起着重要的作用。

目前，液体脱气的主要技术分为物理及化学两种方式，物理方法的原理基础是亨利定律（水中气体的溶解度与溶液表面该气体的分压成正比）与道尔顿分压定律气体的总压等于组成该混合气体的分压的总和，混合气体中各种组份的分压又与其所占的摩尔分数成正比），通过改变分压及气体组分含量进而对液体中在该分压下溶解气体进行脱除，如鼓风式、抽真空式、膜分离式等技术。化学式主要是在液体中加入吸附材料，通过吸附材料与该分压下液体中溶解气的反应，而起到脱气目的。由于鼓风式、抽真空式需要鼓风机、真空泵及脱气塔（罐）组合使用才能达到脱气目的，占地面积大、操作成本相对较高，且使用范围基本为常压或低压工况，有着一定的应用局限性；膜分离是靠内外压差气体可通过膜而液体不能通过膜的原理进行脱气，不适用于含固体杂质及中高压液体脱气过程。近些年随着科技的不断进步，还出现了采用超声波及旋流技术进行脱气的方法，超声波技术利用超声波震荡的空穴作用，使流体中的微气泡的直径及上升速度不断增大，最后升至液面，从排气口排出，从而消除了流体里存在的微小气泡；而旋流技术则利用液气两相密度差在离心场中实现液体中微量气体的脱除。

相比而言，旋流脱气技术可应用在含固液体脱气及中高压脱气过程，研究者也给与了较多关注，并发明了一些应用于油田采油过程原油旋流脱沙脱气三相分离器以及采用一定结构强化旋流脱气效果，如采用倒锥结构对旋流脱气器结构进行优化等（张玉洁,蒋明虎,赵立新等.基于CFD的三相分离旋流器流场分析与结构优化.化工机械.2010；刘晓敏,蒋明虎,赵立新等.气液旋流分离装置的研制与可行性试验.流体机械.2004；王瀚伦,常征,徐磊等.脱气除砂一体化旋流器压力特性与分离特性研究.化工装备技术.2010；蒋明虎,韩龙,赵立新等.内锥式三相旋流分离器分离性能研究.化工机械.2011）。由于旋流脱气采用液-气两相密度差的原理进行分离，因此旋流脱气器内流场变化对离心场变化影响较大，进而影响到脱气效率，如进口流量的波动会造成旋流器内离心场大小的变化、进口含气量的变化等操作条件的变化都会影响到旋流器内空气柱的粗细变化，而在一定溢流口尺寸大小下，空气柱粗细变化会直接导致气体出口大量带液或者液体出口带气，还需在分离器后进行二次分离。请参阅图2，为现有旋流脱气装置的结构示意图。当进口流量低离心场较低，形成气柱直径小于溢流口尺寸，气相出口会大量带液；同样进口流量不变，而进口气体夹带量降低后也会产生该问题。而进口流量增大或者进口气体含量增大时，又会导致气柱直径增大，导致气相分离效率降低等问题。另一方面，以上研究者指出，该技术设备应用在液体微量带气的使用工况下，不适用含气量较大时的使用工况。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供了一种依靠旋流场或者离心场与压力梯度场耦合技术进行液体高效脱气的设备。

具体方案如下：

一种利用旋流或离心场与压力梯度场耦合进行液体脱气的装置，包括设有一腔体，该腔体上设有液气进口、气相出口和液相出口，该气相出口从该腔体上表面中心插入该腔体内，插入深度为该腔体最大直径的0.1～3倍。该插入深度为气相出口末端、即位于腔体内的气相出口最低端至腔体上表面的深度。

进一步，所述腔体包括一柱腔，和一设置于柱腔之下、最大直径相同并与之连通的锥腔或柱腔。

进一步所述气相出口通过一溢流管实现，该溢流管的流道为直径由腔下至上逐渐变大的喷射腔。

进一步，所述喷射溢流管末端设有环隙开槽。

进一步，该装置还设有一筒体包围所述溢流管以形成一封闭的腔体，该封闭腔体下端开设有二次液相出口。

进一步，所述溢流管深入腔体部分末端还设置有一喇叭口。

进一步，所述溢流管深入所述腔体部分末端周壁上还设有一倒锥厚壁，所述液气进口高于该倒锥厚壁的底边。