本發明屬于氣液兩相流體分離技術領域，具體涉及一種氣液兩相流體分離裝置和方法。

技術背景

氣液兩相流體為了測量和檢測流量或者干度由于氣液兩相流體的特性，都需要把氣液兩相流體分離開才能準確的測量，同時，在石油，化工領域，不同干度流體直接影響到了生產效率，所以氣液兩相流體的分離是一項十分重要的技術。傳統分離技術主要依靠重力和離心分離，工業中較為常見的就是水力旋流分離器，通過切向入口使得兩相流體在分離器中產生離心力，氣液兩相流體在分離器內部依靠離心力和重力使得液相和氣相分離。豎直旋風分離器，結合切向入口產生的離心力和重力使得氣液分離，同時分離器出口加溢流環進行水膜分離提高分離效率。但以上分離器的缺點也是明顯的，體積龐大笨重，造價昂貴，屬于壓力容器，安全成本高，流體速度低，適應范圍窄。美國塔爾薩大學的學者提出了一種氣液分離裝置GAS-LIQUID CYLINDRICAL CYCLONE簡稱GLCC，由于GLCC也同樣是把來流氣液兩相流體全部進入分離器內進行分離，所以為了使得流速不至于太大，便于氣液兩相流體的分離，分離器的體積仍然需要做的較大，安全性和經濟性低。

中國專利“一種高干度T型三通氣液兩相流分離裝置”(201310204365.1)提出了一種氣液兩相流分離裝置，但本發明專利中提出的是一種初步分離，可以使得管路中的氣液兩相流體的干度提高到0.9以上，并不能完全分離。

美國專利“gas particulate separator with scavenging gas separation device”(US4180391)提出一種分離裝置，把初步分離的氣體和液相小液滴直接旁路到旋流分離器，再把旋流分離器分離的氣體和主路出口匯合。雖然只是分離了部分兩相流體，并和下游完全分離的氣相匯合，但是為了不影響下游出口整體的分離效率，對小型旋流分離器的分離效率要求是十分高的，否則將會嚴重影響整體分離設備的分離效率，所以小型旋流分離器體積仍然相對來說是較大的，安全性，經濟性仍是比較差的。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提出一種基于管內相分隔技術的氣液兩相流體分離裝置和方法，可以大大減小分離設備的體積，和一般管道大小類似，避免了使用壓力容器，有效提高了經濟性和安全性，同時實時性也有效提高了，便于后續的流量測量等工作，對生產效率也有效提高了。

為了達到上述的目的，本發明所采用的技術方案是：

一種基于管內相分隔技術的氣液兩相流體分離裝置，包括豎直管1，在豎直管1內的下游依次連通設置有循環回引裝置2、旋流裝置3和分隔管4，循環回引裝置2連通循環回路管6的一端，循環回路管6的另一端連通分離管5，分隔管4在分離管5內部中心，分隔管4內的下游安裝有內隔管8，內隔管8的下游為分離裝置的出口；所述分隔管4的管壁上開有孔，開孔位置不得在內隔管8的下游。

所述分離管5安裝位于旋流裝置3的下游，分離管5包括兩種結構，只含有一級分離管即分離管5或者包含有一級分離管51和二級分離管52的兩級分離管結構；相應的，所述分隔管4也包括兩種結構，只含有一級分隔管即分隔管4或者包含有一級分隔管41和二級分隔管42的兩級分離管結構；所述一級分隔管41和二級分隔管42的管壁上開有孔，開孔位置不得在內隔管8的下游；

當只含有一級分離管即分離管5時，分離管5內部包含有一級分隔管即分隔管4，分離管5的內徑大于分隔管4的外徑，分離管5的上部與循環回路管6相連通，分離管5的下部或者底部和液相排出管7相連通，分離管5除了連接循環回路管6和液相排出管7的出口外，分離管5形成一個密閉的空間；

當含有兩級分離管時，包括一級分離管51和安裝在一級分離管51下游的二級分離管52，一級分離管51內包含一級分隔管41，二級分離管52內包含二級分隔管42，一級分離管51內徑比一級分隔管41的外徑大，二級分離管52的內徑大于二級分隔管42的外徑大，一級分離管51的下部或者底部和一級液相排出管71相連通，除此之外，一級分離管51構成一個密閉的空間；二級分離管52下部或者底部和二級液相排出管72相連通，二級分離管52上部或者頂部與循環回路管6相連通，除了這兩處連接口，二級分離管52形成一個密閉的空間；一級分離管51和二級分離管52為緊密相連或相隔預設的距離分別布置。

所述分隔管4、一級分隔管41和二級分隔管42的管壁上開有圓形開孔或者環型開孔；分隔管4上的圓形開孔或者環型開孔間的間隙不小于3毫米，一級分隔管41和二級分隔管42上的圓形開孔或者環型開孔間的間隙不小于3毫米。

所述循環回引裝置2由四個半橢圓夾層片2-1圍繞中心圓柱2-2以及匯集管2-3構成；中心圓柱2-2的底部是半圓形的且封死，中間為空心的，和四個半橢圓夾層片2-1的中空夾層相連通，安裝在豎直管1中心，中心圓柱2-2的管壁和四個半橢圓夾層片2-1連接固定，管壁對應的四個半橢圓夾層片2-1的中空夾層位置是打通的，在中心圓柱2-2的管壁外有匯集管2-3，匯集管2-3和循環回路管6連通，匯集管2-3、中心圓柱2-2的管壁上的和對應四個半橢圓夾層片2-1連通的槽孔、四個半橢圓夾層片2-1的中空夾層以及四個半橢圓夾層片2-1圍繞的中心圓柱2-2的中空管構成一個流通通道，供循環回路管內的流體和主路流體匯合。

所述內隔管8安裝在豎直管1的內部，內隔管8在最后一級分隔管的開孔的下游，內隔管8和豎直管1為同心安裝，且管徑小于豎直管1的內徑，具體管徑的大小和長度由氣液兩相流來流的流量決定，內隔管8的管壁是光滑的且無孔，頂端和豎直管1固定連接且頂端是不流通的。

所述循環回路管6通過連接循環回引裝置2和主路來流相通，在循環回路管6上有閥門23。

所述的基于管內相分隔技術的氣液兩相流分離裝置的分離方法：將該裝置安裝在氣液兩相流體需要分離的管路中，管路入口即豎直管1，豎直安裝，當氣液兩相流體來流流經旋流裝置3的時候，旋流裝置3使得管路內的氣液兩相流體產生強烈的離心力，兩相流體中密度較大的液相被甩至管壁附近，并在管壁附近匯聚成液膜，密度較小的氣相被匯聚在管路的中心，經過旋流裝置3后，把來流的氣液兩相流體轉變成一種環狀流型，即液膜和液滴被聚集在管壁附近流動，管路中心是單相氣體；在流經下游分隔管4時，液膜和液滴受到離心力的作用，通過分隔管上的開孔被甩人分離管5內，在分離管5內，流通橫截面積突然增大，液膜和液滴的流速會降低，同時液膜和液滴受到重力的作用，在分離管5內沉降聚集在分離管5的下部，氣相和小而輕的液相小液滴匯聚在分離管5的頂部，夾帶出來的氣相稱為伴隨氣體，循環回引裝置2由于能夠產生一個低壓區，循環回路管6把分離管5和循環回引裝置2連通，分離管5頂部的氣相和小液滴受到循環回引裝置2低壓區的抽吸作用，氣相和小液滴通過循環回路管6和主路來流流體匯合，再次通過旋流裝置進行流型轉換，把小液滴和氣相分離開，進入分離管5通過分隔管4分離氣相和液相，如此往復循環工作，實現氣液兩相流分離。

采用本發明有效節省了分離設備的體積，提高了分離效率，經濟性和安全性也有效提高了。

附圖說明

圖1為本發明實例1分離裝置示意圖。

圖2為本發明實例2分離裝置示意圖。

圖3為循環回引裝置示意圖

圖4為循環回引裝置內部三維圖。

具體實施方式

以下結合附圖及具體實施例，對本發明作進一步的詳細描述。

如附圖所示，本發明一種基于管內相分隔技術的管內循環分離裝置，主要由豎直管1、循環回引裝置2、旋流裝置3、分離管5、分隔管4、內隔管8、循環回路管6以及液相排出管7組成。氣液兩相流流體通過旋流裝置3把來流變為均勻的環狀流，利用分隔管4和內隔管8把來流分成兩部分，一部分為單相氣體，另一部分為液相和含有小液滴的伴隨氣體，前一部分直接通過內隔管8進入下游，成為分離器出口合格的單相氣體，另一部分液相和含有小液滴的伴隨氣體進入分離管5內，并在分離管5內進行分離，由于只是氣液兩相流體來流中的一小部分進入分離管5分離，大大減小了分離器的體積，在高干度的情況下(干度>0.5)，分離器的體積和普通管道的體積相似，同時避免了分離器使用壓力容器，安全性大大提高了。

實例一

如圖1所示為本發明的第一個實例，本裝置包括豎直管1，以及豎直管1內下游依次安裝有循環回引裝置2(本實例選擇的是文丘里管)、旋流裝置3、分離管5、分隔管4、內隔管8、循環回路管6以及液相排出管7組成。所述循環回引裝置2布置在旋流裝置3的上游，循環回引裝置2連接有循環回路管6，且循環回路管6通過循環回引裝置2和主路豎直管1相連通。分離管5安裝位于旋流裝置3的下游，分離管5內部包含有分隔管4，分離管5的內徑大于分隔管4的外徑，分離管5的上部與循環回路管6相連通，分離管5的下部或者底部和液相排出管7相連通，分離管5除了連接循環回路管6和液相排出管7的出口外，分離管5形成一個密閉的空間，液相排出管7上設置有閥門24。分隔管4安裝在旋流裝置3的下游，且在內隔管8的上游；在分隔管4的管壁上有環型開孔19，分隔管4安裝在分離管5的內部，一般來說位于分離管5的中心，分隔管4安裝在旋流裝置3的下游，且在內隔管8的上游，分隔管4管壁上的開口位置不得在內隔管8的下游；內隔管8安裝在豎直管1的內部，內隔管8的終點位于最后一級分隔管的開口的下游，內隔管8和豎直管1是同心安裝，且管徑小于豎直管1的內徑，具體管徑的大小由氣液兩相流來流的流量決定，內隔管8的管壁是光滑的且無孔，頂端和豎直管1固定連接且是頂端是不流通的；循環回路管6一端分離管5，另一端和循環回引裝置2連通，通過連接循環回引裝置2和主路來流相通，在循環回路管6上有閥門23。

該氣液兩相流流體分離裝置的分離方法：氣液兩相流流體通過旋流裝置3把來流變為均勻的環狀流，利用分隔管4和內隔管8把來流分成兩部分，一部分為單相氣體，另一部分為液相和含有小液滴的伴隨氣體，前一部分直接通過內隔管8進入下游，成為分離器出口合格的單相氣體，另一部分液相和含有小液滴的伴隨氣體通過分隔管4管壁的上環型開孔進入分離管5內，進入分離管5的流體由于流通橫截面積變大，流速降低，同時受到重力的作用，液相沉降聚集在分離管5的底部，小而輕的小液滴和氣相聚集在分離管5的頂部，循環回引裝置2可以在流動中產生低壓區，對高壓區可以進行抽吸作用，本實例選擇文丘里管，氣相和小而輕的液相小液滴匯聚在分離管5的頂部，夾帶出來的氣相稱為伴隨氣，循環回引裝置2由于可以產生一個低壓區，循環回路管6把分離管5和循環回引裝置2連通，分離管5頂部的氣相和小液滴受到循環回引裝置2低壓區的抽吸作用，氣相和小液滴通過循環回路管6和主路來流流體匯合，再次通過旋流裝置進行流型轉換，把小液滴和氣相分離開，進入分離管5通過分隔管4分離氣相和液相，如此往復循環工作，大大節省了分離設備的體積，提高了分離效率。

實例二

如圖2所示為本發明的第二個實例，本裝置包括豎直管1，以及豎直管1內下游依次安裝有循環回引裝置2(本實例選擇的是文丘里管)、旋流裝置3、分離管5、分隔管4、內隔管8、循環回路管6以及液相排出管7組成。循環回引裝置2布置在旋流裝置3的上游，循環回引裝置2連接有循環回路管6，且循環回路管6通過循環回引裝置2和主路豎直管1相連通。分離管分為一級分離管51和二級分離管52的兩級分離管結構。一級分離管51內包含一級分隔管41，二級分離管52內包含二級分隔管42，一級分離管51內徑比一級分隔管41的外徑大，二級分離管52的內徑大于二級分隔管42的外徑大，一級分離管51的下部或者底部有一級液相排出管71相連接，除此之外，一級分離管51構成一個密閉的空間，一級液相排出管71上設置有一級閥門25；二級分離管52下部或者底部有二級液相排出管72相連接，二級分離管52上部或者頂部和循環回路管6相連通，除了這兩處連接口，二級分離管52形成一個密閉的空間，二級液相排出管72上設置有二級閥門26，一級分離管51和二級分離管52可以緊密相連，也可以相隔一定的距離分別布置。分隔管4安裝在旋流裝置3的下游，且在內隔管8的上游；分隔管也有兩級，對應不同分離管的為一級分隔管41和二級分隔管42；一級分隔管41在一級分離管51的內部，一級分隔管41的管壁上開有環型開口21，一級分隔管41和豎直管1、二級分隔管42相通；二級分隔管42在二級分離管52的內部，二級分隔管42的管壁上開有圓形開孔20，二級分隔管42管壁的開口位置不得在內隔管8的下游。內隔管8安裝在豎直管1的內部，內隔管8的終點位于最后一級分隔管的開口的下游，內隔管8豎直管1是同心安裝，且管徑小于豎直管1的內徑，具體管徑的大小由氣液兩相流來流的流量決定，內隔管8的管壁是光滑的且無孔，頂端和豎直管1固定連接且頂端是不流通的。循環回路管6一端和一級分離管5或者二級分離管51連通，另一端和循環回引裝置2連通，通過連接循環回引裝置2和主路來流相通，在循環回路管6上有閥門23。

該氣液兩相流流體分離裝置的分離方法：氣液兩相流流體通過旋流裝置3把來流變為均勻的環狀流，氣液兩相流體通過一級分隔管41時大部分液相通過一級分隔管41管壁上的環型開孔21進入一級分離管51，液相進入一級分離管51后，速度減小，受到重力的作用，沉降聚集在一級分離管51的底部，液相最終通過液相排出管71排出；剩余氣液兩相流體通過二級分隔管42和內隔管8把來流分成兩部分，一部分為單相氣體，另一部分為液相和含有小液滴的伴隨氣體，前一部分直接通過內隔管8進入下游，成為分離裝置出口合格的單相氣體，另一部分液相和含有小液滴的伴隨氣體通過二級分隔管42管壁的上圓形開孔20進入二級分離管52內，進入二級分離管52的流體由于流通橫截面積變大，流速降低，同時受到重力的作用，液相沉降聚集在二級分離管52的底部，小而輕的小液滴和氣相聚集在二級分離管52的頂部，循環回引裝置2可以在流動中產生低壓區，對高壓區可以進行抽吸作用，本實例選擇文丘里管，氣相和小而輕的液相小液滴匯聚在二級分離管52的頂部，夾帶出來的氣相稱為伴隨氣體，循環回引裝置2由于可以產生一個低壓區，循環回路管6把二級分離管52和循環回引裝置2連通，二級分離管52頂部的氣相和小液滴受到循環回引裝置2低壓區的抽吸作用，氣相和小液滴通過循環回路管6和主路來流流體匯合，再次通過旋流裝置進行流型轉換，把小液滴和氣相分離開，依次進入一級分隔管41、一級分離管51和二級分隔管42、二級分離管52及內隔管8最終完成氣相和液相的分離，如此往復循環工作，大大節省了分離設備的體積，提高了分離效率。

如圖3和圖4所示，所述循環回引裝置2由四個半橢圓夾層片2-1圍繞中心圓柱2-2以及匯集管2-3構成；中心圓柱2-2的底部是半圓形的且封死，中間為空心的，和四個半橢圓夾層片2-1的中空夾層相連通，安裝在豎直管1中心，中心圓柱2-2的管壁和四個半橢圓夾層片2-1連接固定，管壁對應的四個半橢圓夾層片2-1的中空夾層位置是打通的，在中心圓柱2-2的管壁外有匯集管2-3，匯集管2-3和循環回路管6連通，匯集管2-3、中心圓柱2-2的管壁上的和對應四個半橢圓夾層片2-1連通的槽孔、四個半橢圓夾層片2-1的中空夾層以及四個半橢圓夾層片2-1圍繞的中心圓柱2-2的中空管構成一個流通通道，供循環回路管內的流體和主路流體匯合。