[发明专利]一种管内相分隔分流式高流速气液分离装置和方法

说明书

一种管内相分隔分流式高流速气液分离装置和方法，该装置主要由主路管道、旋流装置、环形窗口、液体收集管和倾斜排液管组成；先通过采用管内相分隔技术把气液两相流体分隔为均匀的旋流液膜和气芯，当旋流液膜和气芯流经环形窗口的时候，流体分为两路流动：一路为大部分的气芯，仍然在主路管内流动并直接旁路至气路出口；另一路为旋流液膜和一小部分气体，经环状窗口的上半部分进入液体收集管，这一小部分气体在液体收集管中依靠离心力和重力与液膜分离后再通过环形窗口的下半部分返回主路管并从分离器气相出口流出；由于本分离装置把大部分气体都旁路了，只需要分离两相流来流中的一部分，结构更紧凑，体积大大减小，成本降低，相比传统分离器阻力更小。

技术领域

本发明涉及气液两相流体分离技术领域，具体涉及一种管内相分隔分流式高流速气液分离装置和方法。

背景技术

气液两相流体分离技术广泛应用于石油化工、能源动力和天然气等领域中。传统气液分离器主要利用重力和离心力来分离液相，例如应用最为广泛的旋风分离器。但为了防止分离器中上升气流速度过高引起的液膜撕裂和气相出口的液相夹带，对分离筒体内上升气流速度都有明确的限制，根据设计经验，上升气速的范围一般为0.1m/s～4.0m/s，所以分离器筒体的直径是入口直径的好几倍，导致传统分离器大都属于压力容器式，体积大、笨重、造价贵，同时维护很不方便。为了降低成本，近年来出现了很多紧凑型气液分离器。

管柱式旋流分离器(GLCC)是由塔尔萨大学提出的一种紧凑型分离器，它是一种带有倾斜切向入口及气体、液体出口的垂直管，依靠旋流离心力实现气、液分离。上升气速过高会引起气路出口严重的液滴夹带，所以在常规GCLL中，通常入口气相折算速度小于9.2m/s。Wang et al.(2003) (文献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).)提出了一种改进型的GLCC，通过在GLCC上部加装AFE，利用旋流作用来分离气路出口中的液相夹带，入口气相折算流速提高到18m/s。

旋叶气液分离器被广泛应用在核电站中来提高蒸汽发生器出口蒸汽干度，采用轴流式叶片使得流体在分离器内产生旋转运动。在离心力的作用下，气液两相流体来流形成液膜和气芯流动，流经安装在叶片下游的孔板时，液膜通过下降管排出，气芯通过孔板流出。但在气芯和液膜分离的过程中，气芯在孔板处会发生一个突然的收缩和加速，极易夹带液相进入气路出口，所以对入口流速也有限制，常温常压下入口气相折算速度一般小于24m/s。与此类似的包括直流锅中使用的俄罗斯MOЦKTИ型分离器，与旋叶气水分离器不同的是蒸汽和水流动的方向是一致的，共同向下流动，但也是依靠离心力产生液膜后，通过在分离筒内同轴安装内径稍小的内筒，液膜从内筒外壁和外筒内壁之间的环形空间排出，气芯进入内筒流至下游出口。在液膜和气芯分离的过程中仍然存在气芯流入内筒发生收缩流动，流速过高容易夹带液滴的现象。另外，气液两相流体仍然在分离筒中进行分离，分离筒的直径是入口管径的好几倍，分离器体积很大，属于一种常规分离器。

美国专利US3884660和US4180391提出了一种管式气液分离器。一个沉降室内包含着一个主路管道，在主路管内安装有一个旋流装置，该主路管在旋流装置的下游设置有一个或两个环形喷射口。气液两相流体流经旋流装置后，由于一部分液相没有足够的动能克服环形喷口的阻力，为了让全部液膜通过环形喷射口排出，所以一部分气体不得不同液膜一起通过环形喷射口喷射到沉降室中，最后在沉降室中依靠重力分离。然而，这使得它仍然是一个容器式分离器，体积很大。