[发明专利]动态旋流双级分离器

说明书

技术领域

本发明动态旋流双级分离器，属于非均相分离技术领域。它以外动力带动其叶片和分离管旋转，产生离心力场，使不同密度的气、液、相分离。同时，叶片还能使混合相介质增压，降低分离器进出口压降。该装置适用于压力低、含粉尘、含雾化水、和流量波动大的气体处理场合，在煤层气集输领域具有较好的应用前景。

背景技术

随着天然气资源的不断减少，煤层气在能源消费中的比例正逐步提高。煤层气的开采集输，大多采用多井、多阀组的常温采气，先将数口井的管路集中至阀组，再由阀组输送至集气站。

采出的煤层气中不可避免地含有水和砂岩颗粒，从而大大降低煤层气管路的输送效率，更会磨蚀阀门和仪表等器件。而当粒径超过8μm的超细粉尘进入输气压缩机，会使气缸和活塞严重磨蚀，甚至造成事故。

目前国内煤层气的开采，大多都按照天然气的开采流程，也大多采用天然气的除尘、除液分离设备。然而，煤层气集输一是单井气量小，二是自身压力低，因此需要降低总集输管路、设备等的成本，集输压力降也要小。而细小粉尘颗粒和游离态水滴会增加输气压降，逐步降低输气管线的通过量直至堵塞。在整个开发周期内，产气量波动很大，设备须具有很强的流量适应性。

通常的除尘除液设备主要有旋风分离器、循环分离器、多管式除尘器、过滤分离器等。其中，重力式分离器仅能分离粒径大于50μm的颗粒，旋风分离器能分离大于10～20μm的颗粒，但气量波动对分离效率影响较大。必须开发适合煤层气超细煤粉高效分离的技术设备。

发明内容

本发明提供一种高效增压、两级分离的动态分离器——动态旋流双级分离器，能可靠满足对煤层气粉尘和雾滴进行强力分离净化的需求。

本发明动态旋流双级分离器，是将旋风离心分离技术和涡轮增压技术结合的产物，并同时构成腔体自由涡和管内强制涡的两级分离形式。本发明分离器的技术解决方案是：

一种动态旋流双级分离器，包括上机体，分离器主体，主轴，上排分离管，旋转叶轮，轴承支架，上轴承，下轴承，回流管，粉尘收集腔，上隔板，中挡板，下挡板，密封填料和旋转密封；主轴由上轴承和下轴承支撑，轴承由上机体、轴承支架、轴承压盖和轴承压紧螺母定位；主轴带动旋转叶轮，产生离心分离流场和增压；该分离器共有三个管口，分别是进料口、净化气出口和排污口；在每个口的内端分别设有进料腔、净化气出口腔和粉尘收集腔；上排分离管固装于主轴，再将旋转叶轮固装于上排分离管的下端，位于分离器腔中轴线的上排分离管与叶轮一同旋转，在其内部形成了类似于管式离心分离机的流场和流动，实现对已净化预排出气体的二次离心分离。并且在混合介质入口和净化气出口的轴向段之间，设置一段经二级分离后的粉尘和雾滴甩出的二级收集腔；在对齐于此二级收集腔的轴向位置的上排分离管段，其管壁圆周，对称地开设数个开口，使上排分离管中尚残存的粉尘和雾滴，经过旋转上排气管中的强制涡离心力场的二级分离，甩到管内壁后，能够从开口流出到该收集腔；并且，将该收集腔与下端的一级分离收集腔，用回流管路连通，以使二级分离也能够不断地排尘排污。

叶轮位于上排分离管下端外壁与分离器直筒段内的空间，其高速旋转形成较强的离心分离和增压流场，含尘气体从叶轮上部内圆周区进入叶轮，再由下部外圆周区流出，获得了周向旋转速度和增压。

接下来圆锥段内的流动过程与通常的旋风分离类似：由动量矩定理，混合介质在圆锥段筒内旋转向下，运动半径不断缩小，转速和离心力激增加，其分离能力不断加强，粉尘和雾滴被甩至圆锥筒内壁区，最后从底部流出分离器。

与此同时，经一级分离基本净化的气体沿着中心向上，进到与叶轮一起旋转的上排分离管中。由于上排分离管内壁摩擦力及壁沟槽的驱动，气体外层的转速再次增加，以致形成等角速度的强制涡，其机制与管式分离机类似，在其作用下，一级分离后残余未尽的粉尘和雾滴，在向上流出的过程中，逐渐流向上排分离管的内壁，并从上排分离管壁的开口进到二级分离收集腔。由于上排分离管壁的驱动，压力升高，二级分离微粒可随气体进到回流管，与底部收集腔中一级分离物汇合，一同外排，而气体则上升循环，最后排出。

本发明的目的是为降低煤层气集输成本、减小压降、解决煤粉难分离和气量波动大等问题，提供一种能有效实现分离净化和增压的一体式处理装置。