：本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于石油、化工和環(huán)保等領(lǐng)域中的兩相分離處理裝置。

背景技術(shù)：
：目前，用于油水兩相的快速分離方法主要有離心分離(如旋流分離、螺旋分離等)、氣浮選、過(guò)濾和膜分離等。旋流分離具有設(shè)備體積小等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)于細(xì)小油滴的去除能力有限，兩相在旋流器內(nèi)發(fā)生傳質(zhì)交換有效分離的空間較小，主要集中于入口射流及旋流腔內(nèi)，并且隨著旋流器沿程損失增加，有效分離速度逐漸減小、分離時(shí)間較短；氣浮選則適應(yīng)含油濃度變化的范圍較??；過(guò)濾可以較好地實(shí)現(xiàn)油水兩相的分離，但對(duì)于高含油污水卻需要頻繁的反沖洗來(lái)保證設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行；膜分離設(shè)備成本較高，對(duì)介質(zhì)條件要求又較為嚴(yán)格。螺旋分離器的分離原理是利用介質(zhì)間的密度差而進(jìn)行離心分離的，密度差越大，分散相的粒徑越大，分離效果相對(duì)就越好。其最早是作為氣-液分離設(shè)備而產(chǎn)生的，目前作為一種分離設(shè)備也已在我國(guó)獲得了一定的應(yīng)用?，F(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題是：在水處理技術(shù)領(lǐng)域還存在著對(duì)細(xì)小油滴去除效果差等實(shí)際問(wèn)題。尤其是在油田開(kāi)發(fā)進(jìn)入中高含水開(kāi)采期后，隨著聚驅(qū)規(guī)模不斷擴(kuò)大，含聚污水采出量逐年增多。由于含聚污水粘度大，油田地面工藝中沉降段除油效率低，增加了過(guò)濾段的負(fù)荷，造成濾料污染嚴(yán)重，過(guò)濾水質(zhì)變差。而且，越來(lái)越多的水驅(qū)污水站也已見(jiàn)到聚合物，引起處理水質(zhì)變差，難以滿足注水要求。同時(shí)隨著三元復(fù)合驅(qū)油技術(shù)的推廣應(yīng)用，可以預(yù)見(jiàn)水質(zhì)形勢(shì)將更加嚴(yán)峻。因此，如何改善水質(zhì)已成為油田地面工程系統(tǒng)競(jìng)相研究的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：為了解決背景技術(shù)中所提到的技術(shù)問(wèn)題，在國(guó)家863計(jì)劃課題(2012AA061303)和國(guó)家教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)科研基金資助課題(博導(dǎo)類(lèi)，20132322110002)的資助下，本發(fā)明提供了一種內(nèi)錐式變截面螺旋油水分離器。本發(fā)明的技術(shù)方案是：該種內(nèi)錐式變截面螺旋油水分離器，具有壁筒，壁筒的上、下端均開(kāi)口，上端開(kāi)口為液流入口，下端開(kāi)口為底流口，壁筒從液流入口之下的部分，為直管段；在壁筒內(nèi)固定有一個(gè)功能單元，所述功能單元由截面逐漸減小的變截面螺旋片、等截面螺旋片、外徑逐漸增大的內(nèi)錐管、溢流管、內(nèi)圓柱管以及穩(wěn)流錐連接后構(gòu)成；其中，內(nèi)錐管連接在內(nèi)圓柱管的上部，內(nèi)錐管的底圓直徑與內(nèi)圓柱管的直徑相同，變截面螺旋片固定在內(nèi)錐管的外圍，變截面螺旋片的錐管形內(nèi)空腔恰與內(nèi)錐管的外壁相吻合，以實(shí)現(xiàn)液體無(wú)泄漏，等截面螺旋片固定在內(nèi)圓柱管的外圍，等截面螺旋片的圓柱形內(nèi)空腔恰與內(nèi)圓柱管的外壁相吻合，以實(shí)現(xiàn)液體無(wú)泄漏；變截面螺旋片與等截面螺旋片圓滑過(guò)渡連接，變截面螺旋片與等截面螺旋片的外緣緊密接觸壁筒的內(nèi)壁以確保液流的無(wú)泄漏；穩(wěn)流錐為倒置的圓錐形，固定在內(nèi)圓柱管的下端；在內(nèi)錐管和內(nèi)圓柱管形成的空腔內(nèi)固定溢流管，溢流管的上端開(kāi)口伸出液流入口外；在變截面螺旋片和等截面螺旋片的每個(gè)螺旋間隔內(nèi)，在內(nèi)錐管和內(nèi)圓柱管的外壁上分別對(duì)應(yīng)開(kāi)有一個(gè)沿外壁圓周近似切向接入的分離液流入口，分離液流入口經(jīng)內(nèi)錐管和內(nèi)圓柱管形成的空腔連接至溢流管上，實(shí)現(xiàn)溢流管的腔體與每個(gè)分離液流入口之間的連通。本發(fā)明具有如下有益效果：油水混合液由軸向入口進(jìn)入分離器內(nèi)部，經(jīng)過(guò)變截面螺旋流道形成高速旋轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)速逐漸增強(qiáng)的渦流流場(chǎng)。不同密度的油水兩相受到的離心力作用不同，其中密度大的水相，受離心力作用較大被甩向壁筒內(nèi)壁，密度小的油相，聚集在內(nèi)錐管的外壁處，并沿著內(nèi)錐管上的液流分離入口流入溢流管排出。經(jīng)過(guò)變截面強(qiáng)旋流分離后，為穩(wěn)定螺旋流場(chǎng)并將未分離徹底的少量油相進(jìn)一步分離出來(lái)，設(shè)計(jì)了圓柱螺旋片和內(nèi)圓柱管，二者與壁筒組成等截面螺旋流道，充分利用變截面螺旋流道已經(jīng)形成的高強(qiáng)度螺旋渦流分離流場(chǎng)，從而將兩相離心分離強(qiáng)度持續(xù)，并使得兩相分離時(shí)間延長(zhǎng)，最終將剩余的油相分離出來(lái)，分離出的油相通過(guò)內(nèi)圓柱管上的液流分離入口流入溢流管排出，分離出的水相經(jīng)過(guò)底流管排出。為使分離出的水相平緩過(guò)渡流入底流管排出，在內(nèi)圓柱管下部設(shè)計(jì)穩(wěn)流錐，使圓柱螺旋片和內(nèi)圓柱管與壁筒形成的大半徑截面的螺旋流道至底流管的環(huán)形流道逐漸增大，可起到緩沖流體沖擊、減小壓力損失的目的。變截面主要是通過(guò)外徑逐漸增大的內(nèi)錐管和截面逐漸減小的變截面螺旋片形成。另外，本發(fā)明稍加改進(jìn)，即增加一個(gè)內(nèi)圓柱套筒后，也可用于三相介質(zhì)的螺旋分離。例如可進(jìn)行油氣水、氣液固等三相分離，以進(jìn)行氣液固三相分離為例，氣液固三相介質(zhì)由軸向入口進(jìn)入旋流管內(nèi)，經(jīng)變截面螺旋分離，由于密度差異，較輕的氣體集中于內(nèi)錐管和內(nèi)圓柱管的外壁，較重的固體集中于壁筒的內(nèi)壁區(qū)域，而密度值分布中間的液相集中于壁筒與內(nèi)錐管和圓柱管之間的區(qū)域。其中氣體通過(guò)內(nèi)錐管和內(nèi)圓柱管的液流分離入口流入溢流管排出，帶有一定液相的固體通過(guò)內(nèi)圓柱套筒和壁筒之間的環(huán)形管道進(jìn)入固相出口排出，剩余的液相則進(jìn)入內(nèi)圓柱套筒管道流入液相出口排出。本種技術(shù)方案已在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)性應(yīng)用，所獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，采用內(nèi)錐式變截面螺旋油水分離器的結(jié)構(gòu)，使螺旋油水分離器溢流和底流進(jìn)一步凈化，可進(jìn)一步增強(qiáng)油水兩相分離的效果，保證兩相分離的處理效率；另外，這種多級(jí)變徑螺旋分離的模式利用流體過(guò)流截面逐漸減小的螺旋流道，使得兩相始終具有較高的螺旋分離速度，從而使得分離強(qiáng)度得以保持，因此可有效增強(qiáng)兩相分離效果。此外，本種分離器體積小，占地面積小，可應(yīng)用于徑向尺寸有限的空間，既可應(yīng)用于油田生產(chǎn)，又可應(yīng)用于市政環(huán)保等其它領(lǐng)域，具有可觀的推廣應(yīng)用前景。附圖說(shuō)明：圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明所述分離器的內(nèi)部流場(chǎng)示意圖。圖3是本發(fā)明所述分離器的A-A截面剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明所述分離器的B-B截面剖面圖。圖5是本發(fā)明所述分離器的C-C截面剖面圖.圖6是本發(fā)明所述分離器螺旋片、內(nèi)錐管及液流分離入口組合成的流體分離流場(chǎng)示意圖.圖7是本發(fā)明所述分離器A-A截面具體的尺寸關(guān)系圖。圖8是本發(fā)明所述分離器B-B截面具體的尺寸關(guān)系圖。圖9是本發(fā)明所述分離器C-C截面具體的尺寸關(guān)系圖。圖10是本發(fā)明所述分離器在改進(jìn)結(jié)構(gòu)下的A-A剖面示意圖。圖11是本發(fā)明所述分離器在改進(jìn)結(jié)構(gòu)下的D-D截面剖面圖。圖中1-液流入口，高度為H1；2-壁筒，直徑為D；3-變截面螺旋片，內(nèi)圈直徑為Dx；4-內(nèi)錐管，錐角為α；5-分離液流入口；6-等截面螺旋片，內(nèi)圈直徑為D2；7-內(nèi)圓柱管，高度為H4；8-溢流管，直徑為D1；9-穩(wěn)流錐，錐高為H5；10-底流管；11-內(nèi)圓柱套筒；12-固相出口；13-液相出口。具體實(shí)施方式：下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：本種內(nèi)錐式變截面螺旋油水分離器，以軸向入口、螺旋片數(shù)量等于2為例，其結(jié)構(gòu)示意圖如附圖1所示，分離器內(nèi)部流場(chǎng)示意圖如附圖2所示，分離器A-A截面剖面結(jié)構(gòu)示意圖如附圖3所示，B-B截面剖面圖如附圖4所示，C-C截面剖面圖如附圖5所示，分離器螺旋片、內(nèi)錐管及液流分離入口組合成的流體分離流場(chǎng)示意圖如附圖6所示。如圖所示，該分離器，具有壁筒2，壁筒2的上、下端均開(kāi)口，上端開(kāi)口為液流入口1，下端開(kāi)口為底流口10，壁筒2從液流入口(1)之下的部分，為直管段。在壁筒2內(nèi)固定有一個(gè)功能單元，所述功能單元由截面逐漸減小的變截面螺旋片3、等截面螺旋片6、外徑逐漸增大的內(nèi)錐管4、溢流管8、內(nèi)圓柱管7以及穩(wěn)流錐9連接后構(gòu)成。其中，內(nèi)錐管4連接在內(nèi)圓柱管7的上部，內(nèi)錐管4的底圓直徑與內(nèi)圓柱管7的直徑相同，變截面螺旋片3固定在內(nèi)錐管4的外圍，變截面螺旋片3的錐管形內(nèi)空腔恰與內(nèi)錐管4的外壁相吻合，以實(shí)現(xiàn)液體無(wú)泄漏，等截面螺旋片6固定在內(nèi)圓柱管7的外圍，等截面螺旋片6的圓柱形內(nèi)空腔恰與內(nèi)圓柱管7的外壁相吻合，以實(shí)現(xiàn)液體無(wú)泄漏；變截面螺旋片3與等截面螺旋片6圓滑過(guò)渡連接，變截面螺旋片3與等截面螺旋片6的外緣緊密接觸壁筒2的內(nèi)壁以確保液流的無(wú)泄漏。穩(wěn)流錐9為倒置的圓錐形，固定在內(nèi)圓柱管7的下端。在內(nèi)錐管4和內(nèi)圓柱管7形成的空腔內(nèi)固定溢流管8，溢流管8的上端開(kāi)口伸出液流入口1外；在變截面螺旋片3和等截面螺旋片6的每個(gè)螺旋間隔內(nèi)，在內(nèi)錐管4和內(nèi)圓柱管7的外壁上分別對(duì)應(yīng)開(kāi)有一個(gè)沿外壁圓周近似切向接入的分離液流入口5，分離液流入口5經(jīng)內(nèi)錐管4和內(nèi)圓柱管7形成的空腔連接至溢流管8上，實(shí)現(xiàn)溢流管8的腔體與每個(gè)分離液流入口5之間的連通。其中液流入口1可以為軸向入口，也可為切向入口，所述切向入口的數(shù)量至少為一個(gè)。本種分離器的主要功效為旋流分離，其分離原理是利用兩種不互溶液體介質(zhì)的密度差而進(jìn)行離心分離的。油水混合液由液流入口1進(jìn)入分離器內(nèi)部，經(jīng)過(guò)由分離器壁筒2、變截面螺旋片3和內(nèi)錐管4組成的變截面螺旋流道形成高速旋轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)速逐漸增強(qiáng)的渦流流場(chǎng)。所述液流入口可以采用軸向或切向入口，切向入口可以采用單入口或多入口結(jié)構(gòu)。不同密度的油水兩相受離心作用力不同，其中密度大的水相，受離心力的作用較大被甩向壁筒2的內(nèi)壁，密度小的油相，聚集在內(nèi)錐管4的外壁處，并沿著內(nèi)錐管4上的液流分離入口組5流入溢流管8排出。經(jīng)過(guò)變截面強(qiáng)旋流分離后，為穩(wěn)定螺旋流場(chǎng)并將未分離徹底的少量油相進(jìn)一步分離出來(lái)，設(shè)計(jì)了圓柱螺旋片6和內(nèi)圓柱管7，二者與壁筒2組成等截面螺旋流道，前端連接的變截面螺旋流道已經(jīng)形成的高強(qiáng)度螺旋渦流分離流場(chǎng)，而該等截面螺旋流道可延續(xù)該高強(qiáng)度螺旋流場(chǎng)，所述等截面螺旋流道由等截面螺旋片6、內(nèi)圓柱管7和壁筒2組成，從而不僅使得兩相離心分離速度保持較高旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度，還使得兩相分離時(shí)間延長(zhǎng)，最終將剩余難分離的油相分離出來(lái)。繼續(xù)分離出的油相通過(guò)內(nèi)圓柱管6上的液流分離入口組5流入溢流管8排出，分離出的水相經(jīng)過(guò)底流管10排出。為使分離出的水相平緩過(guò)渡流入底流管10排出，在內(nèi)圓柱管7下部設(shè)計(jì)穩(wěn)流錐9，使圓柱螺旋片6和內(nèi)圓柱管7與壁筒2形成的等截面螺旋流道至底流管10的環(huán)形流道逐漸增大，可起到緩沖流體沖擊、減小壓力損失的目的。在本方案中，變截面主要是通過(guò)外徑逐漸增大的內(nèi)錐管4和截面逐漸減小的變截面螺旋片3形成。本發(fā)明稍加改進(jìn)也可用于三相介質(zhì)的螺旋分離。如圖9和圖10所述，即在壁筒2內(nèi)，位于底端固定有一個(gè)內(nèi)圓柱套筒11，內(nèi)圓柱套筒11與壁筒2之間有環(huán)形空腔，所述環(huán)形空腔的底端環(huán)形出口為固相出口12。改進(jìn)后可進(jìn)行油氣水、氣液固等三相分離，以進(jìn)行氣液固三相分離為例，氣液固三相介質(zhì)由軸向入口1進(jìn)入分離器內(nèi)，經(jīng)變截面螺旋流道分離，所述變截面螺旋流道由分離器壁筒2、變截面螺旋片3和內(nèi)錐管4組成。由于密度差異，較輕的氣體集中于內(nèi)錐管4和內(nèi)圓柱管6的外壁，較重的固體集中于壁筒2的內(nèi)壁區(qū)域，而密度值分布中間的液相集中于壁筒2與內(nèi)錐管4、壁筒2與圓柱管6之間的區(qū)域。其中氣體通過(guò)內(nèi)錐管4和內(nèi)圓柱管6的液流分離入口組5流入溢流管8排出，帶有一定液相的固體通過(guò)內(nèi)圓柱套筒10和壁筒2之間的環(huán)形管道進(jìn)入固相出口11排出，剩余的液相則進(jìn)入內(nèi)圓柱套筒10管道流入液相出口11排出，從而實(shí)現(xiàn)氣液固三相分離。下面給出本發(fā)明實(shí)施時(shí)，優(yōu)選的具體尺寸關(guān)系和范圍：壁筒直徑為D；溢流管直徑D1(0.2D<D1<0.65D)；溢流管壁厚a(0.01Da<0.2D)；軸向入口高度為H1(0.4D<H1<2D)；內(nèi)錐管錐角α(5°<α<60°)；內(nèi)錐管高度H3(D<H3<16D)；內(nèi)錐管壁厚與溢流管壁厚一致；變截面螺旋片內(nèi)圈直徑為Dx，以螺旋片開(kāi)始位置的中心點(diǎn)為原點(diǎn)，分離器軸向方向?yàn)閥軸，徑向方向?yàn)閤軸，則螺旋片剖視圖截面上最小直徑點(diǎn)位置的直徑為Dx＝2·x＝D1+2y·tan(α/2)；螺旋片外圈直徑與壁筒直徑D一致；變截面螺旋片螺距高度為H2(0.4D<H2<2D)；變截面螺旋片高度與內(nèi)錐管高度H3一致；變截面螺旋片與內(nèi)錐管接觸厚度b(0.01D<b<0.2D)；變截面螺旋片與壁筒接觸厚度c(c<0.2D)；液流分離入口開(kāi)口數(shù)量為n(4＜n＜16)；液流分離入口開(kāi)口橫截面為d×e(0.01D<d<0.2D，0.02D<e<0.4D)；液流分離入口開(kāi)口方向與垂直于內(nèi)椎管或內(nèi)圓柱管壁面法相方向的夾角為β(5°<β<75°)；內(nèi)圓柱管高度為H4(0.5D<H4<5D)；內(nèi)圓柱管外徑為D2(0.4D<D2<D)；內(nèi)圓柱管壁厚與內(nèi)錐管壁厚一致；穩(wěn)流錐高度H5(0.8D<H5<2D)。