专利名称：用于监测和调整界面层在喷嘴离心机中的径向位置的设备和方法
用于监测和调整界面层在喷嘴离心机中的径向位置的设备和方法
背景技术：
本发明涉及一种三相喷嘴离心机，该三相喷嘴离心机用于从含有三相的混合物中分离出具有较低密度的轻相、具有较高密度的重相以及固相。轻相和重相可例如分别由油和水构成，而固相可例如由砂构成。对于令人满意的分离来说非常重要的是正确地设置轻相与重相之间的界面层。该层在喷嘴离心机中进行即使几分之一厘米的运动，也将显著地影响分离结果径向向外的运动将产生较干的油和含有一些油的水；径向向内的运动将产生湿度较高的油和较多不含油的水；以及沿径向尽可能远地置于外面的位置处的布置将导致较大量的破裂或破碎，但是并没有显著地提高分离。通常，离心分离器可具有以若干不同方式形成的用于分离出的液体的出口。例如，转子可设置有用于两种液体的所谓溢流出口，或者设置有用于一种液体的溢流出口和用于另一种液体的另一种出口，其中，后者例如可由不可旋转的所谓配水盘(paring disc)组成 或者由位于转子的环绕壁中的喷嘴组成。在这种情况下，当所供给的混合物还包括比这两种液体重的固体时，通常使用喷嘴。于是，分离出的固体连同重质液体的一部分可通过布置在转子外周处的这些喷嘴而被排出，而分离出的轻质液体从转子的中心部分通过溢流出口或者配水盘而被排出。在这些情况下，转子还可形成与分离室的径向外部部分连通的空间，以使得在分离操作期间，该空间将容纳分离出的重质液体而不容纳分离出的轻质液体。没有通过所述喷嘴离开分离室的过量的分离出的重质液体于是通过该空间从转子排出。在上述类型的喷嘴离心机中，可能难以在分离运行期间将形成于转子中在分离出的液体之间的界面层保持在预定的径向液位处。然而，将界面层的径向液位保持在预定范围内对于获得最佳分离结果是很重要的。原因之一在于不可控量的分离出的重质液体与分离出的固体通过转子的所谓污泥出口而离开；另一原因是出口喷嘴的磨损，这导致随着时间流逝重质液体的出口速度较高。因而，如果离开转子的重质液体量超过与将在转子中处理的混合物一起被弓I入转子中的重质液体量，分离室中的轻质液体与重质液体之间的界面层将径向向外移动，导致开始所提到的结果，即分离出的轻质液体与离开转子的分离出的重质液体一起被损耗。尤其是，与从所谓的焦油砂矿中回收油相关地，这应用于从砂和水中净化出油。就此而论，在若干分离步骤中使用喷嘴离心机。在第一分离步骤中，油、水和砂残渣的混合物被引入喷嘴离心机中。砂和大部分所供给的水通过转子的喷嘴而离开离心机转子，而一些量的水通过中心溢流出口从转子移出。分离出的油从转子的中心部(例如通过配水盘)引导出该转子，并且被进一步泵送到另一喷嘴离心机，而经历第二分离步骤。分别以过量方式增加水或者用VCD (“有效容积桶”)以相平衡的方式增加水，以使得形成于转子的分离室中、在油与水之间的界面层不会径向向外移置，甚至在离心分离器工作几个小时之后当其喷嘴被流出的砂磨损时，与在如上已经解释的分离操作的开始时相比泄露掉更多的水。然而，在第一分离步骤之后，油仍旧含有砂和水的残余。为了增强分离效果，已经开发出包括压力容器的控制设备，用于在第二分离步骤中控制分离操作。借助于该控制设备，可能避免了将过量水持续地添加到引入离心转子内的混合物中。替代地，仅仅在需要时，水通过之前所述种类的转子中的空间(即仅仅与分离室的径向外部部分连通的空间)而被引入到转子的分离室中。通过同一空间，水在过量水连同要被净化出的油进入时也从转子移出，其中过量水不能通过污泥出口喷嘴离开转子。需要注意的是，在第一步骤中可能已经供给补充水，在这种情况下，第一步骤和第二步骤之间的差异是在第一步骤期间，补偿水是在某些反常情况下被添加的，而在第二步骤中，水的供应是被持续调节的。在任何情况下，已经开发出的控制设备是昂贵且复杂的。对于大量喷嘴离心机中的每一个，其包括用于水的压力容器，该容器的下部部分通过导管与液体配水盘(其位于离心分离器的转子中的所述空间内)连通，该导管用于将水引入转子中或从转子排出水。在压力容器的上部部分中，保持气体压力(通常借助于氮气)，响应于存在于压力容器中的水量而持续地控制气体压力大小，以使得压力容器底部处(并且从而在导管内部，压力容器通过该导管与离心转子的所述空间连通)的液体压力总是恒定地保持在预定值处。所述导管中的液体压力的恒定值对应于形成于转子分离室中的在分离出的油与分离出的水之间的界面层的期望的径向液位。如果界面层从期望的液位径向向外移动，则该转子中的所述空间内的压力降低，从而导致水从压力容器通过所述导管而被压入到转子中，直到界面层已经返回到期望的径向液位。压力容器的液位传感器适于在需要时启动将新的水供给到压力容器中，以使得将不再缺乏水。如果转子的分离室中的界面层开始从期望的液位径向向内移动，则转子中的所述空间中的压力增加，从而导致过量的水从该空间通过所述导管被压入到压力容器中。当压力容器中液体液位已经升高到上限液位时，压力容器的底部出口被打开，用于从此处释放水。WO 00/37177公开了这种类型的控制设备，其在以下方面进行了修改用于控制液体的压力源并不集成到排放装置中，该压力源构成为供给装置的一部分。离开转子的分离出的重质液体和/或控制液体不必以高压积聚，因而不需要压力容器。此外，不需要用于压缩气体并且用于控制这种气体的压力的系统。替代地，压力源可由单个液体泵构成，并且对控制液体的供给以及对分离出的重质液体和/或控制液体的排放的整体控制可借助于一个或多个所谓的恒压阀来实现。如果容器需要用于缓冲量的控制液体，则这种容器可以是没有压力的并且为若干离心分离器所共用。用于控制界面层的位置的另一方法，即用于补偿重质液体的可能的损耗或过量，该方法并不使用压力容器或者用于主动移动界面层的阀。替代地，界面层的径向位置通过使用于较轻液体相的出口设置有呈所谓液位环(该液位环具有围绕旋转轴线的开口)形状的溢流出口以及使用于较重液体相的出口设置有也呈液位环(该液位环具有围绕旋转轴线的开口)形状的溢流出口而得到保持，其中例如通过用于较重液体相的出口供给补给的辅 助较重液体。由于界面层的径向位置由液位环内部边缘相对于彼此的相对径向位置(即它们开口的比值)所控制，界面层的调整可通过停止离心分离器并且将两个液位环中的一个或两个用具有用于相应溢流出口的另一半径的一个或多个液位环来替换而实现。这在发现一个或多个正确的液位环之前将不得不进行若干次，即具有用于相应溢流出口的半径的一个或多个液位环，使得界面层的定位正确，从而使得分离效果令人满意。显然，这将构成很难且耗时的操作。为了克服该问题，US 3，047，214提出对于特定分离过程在开始时选择用于喷嘴离心机的适当液位环，然后通过增加可变密度的辅助的较重液体来调整界面层的径向位置。该界面通过增加辅助的较重液体的密度(例如，通过将高密度的盐溶解于该辅助的较重液体中)而径向向内移动，或者通过降低辅助的较重液体的密度而径向向外移动(例如通过将具有较低密度的液体(诸如酒精)溶解于该辅助的较重液体中)。在WO 00/74858中公开了克服正确定位界面层问题的另一种方法。此处，离心分离器设置有配水装置，该配水装置可在输出室中的不同半径之间移动。该配水装置最初(即当分离器是空的时)移动到输出室中的径向内部位置，然后(在混合物已经进入分离器之后)，该配水装置在输出室中朝着自由的液体表面移动，直到配水装置抵达液体表面，在该处，防止其进一步径向向外移动，这基本上对应于所想要的界面层位置。
但是，所有这些方法仍存在缺陷。例如，利用压力容器或者阀的主动方法导致了在排放中腐蚀和热量的大量产生，这是因为固定不动的排放装置部分地浸入到输出室内的旋转液体主体中。利用液位环或者可移动配水装置的方法不能提供对界面层的径向液位的可接受的控制，这是因为补给重相(即水)的供给未被精确监测。此外，液位环方法导致了辅助液体和动力的非常大的消耗，这是因为不允许进入到分离器中的过量的辅助较重液体被处理掉，因而造成浪费。最终，所讨论的这种类型的分离器在选择详细的设计选项时起到了重要的作用，所述设计选项如下用于间歇性排放喷嘴离心机的界面控制的问题和类型完全不同于用于喷嘴离心机的界面控制的问题和类型，喷嘴离心机被设计成持续地排放固体以及重相中的一部分。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种液位环型喷嘴离心机，该喷嘴离心机提供了对界面层的更好控制，但生产用水消耗较�。ο慕闲∫约案唇闲�。该目的是通过一种用于监测和调整(尤其是用于固定和稳固)喷嘴离心机中的界面层的径向位置的设备来实现的，该喷嘴离心机用于从含有两种液体和固体的混合物中分离出具有较低密度的轻相和具有较高密度的重相，该喷嘴离心机包括转子，该转子可绕着旋转轴线旋转，并且形成了用于所述混合物的进口 ；分离室，所述分离室与所述进口连通并且具有径向内部部分和径向外部部分；喷嘴，所述喷嘴在分离室处围绕旋转轴线布置，用于抛出重相和固体；用于排放轻相的出口 ；用于排放重相的溢流出口，所述溢流出口由罩或者液位环径向限定；以及用于将补给重相供给到喷嘴离心机的进口，其特征在于，传感器布置在离开喷嘴离心机的重相的流动路径中，用于监测流量的大小并且传送相应的信号，以使得响应于该信号调整经由进口 25、26进行的附加重相的供给，以将界面层的径向液位保持在预定范围内。进一步的优点通过从属权利要求所限定的特征来实现。
现在借助于作为实例公开的优选实施例并且参照附图详细地说明本发明，其中图I示出了根据本发明的喷嘴离心机，该喷嘴离心机具有喷嘴、传感器和位于轻相出口处的液位环和位于重相出口处的液位环。
具体实施例方式图I中的离心转子包括转子主体，该转子主体具有下部部分I和上部部分2，这些部分借助于锁环3而彼此连接起来。转子被支撑在与转子主体下部部分I连接的竖直驱动轴4的顶部处，并且可绕着旋转轴R旋转。
在该转子内有所谓的分配器5，该分配器将转子内部分成中心输入室6和环形分离室7，该环形分离室围绕分配器延伸并且具有径向内部部分7a和径向外部部分7b。分配器5通过沿径向且沿轴向延伸的翼部(未示出)而倚靠在转子主体下部部分I的中心部分上，这些翼部围绕转子的旋转轴线R分布。通过限定在所述翼部之间的通道8，输入室6与分离室7连通。固定不动的进口管9从上方轴向延伸到转子中并且在输入室6中开口。在分离室7内，布置有一套传统的锥形分离盘10，将所述分离盘的轴向位置保持在转子主体的上部部分2与分配器5的下部部分之间。每个分离盘10 (与分配器5的下部部分一样)在其外圆周处具有很多围绕旋转轴线R分布的凹槽。这种类型的沿轴向对准的凹槽用11表示。分离室7的径向最外部处，转子主体下部部分I具有若干个喷嘴12，这些喷嘴围绕转子的旋转轴线R分布。每个喷嘴12具有贯通通道，液体和细分固体可通过该贯通通道从分离室7中抛出。转子上部部分2具有中心环形帽13a，该中心环形帽在其内部限定出环形输出室14，该环形输出室径向向内朝着转子的旋转轴开口。固定不动的进口管9在其外侧上支撑输出构件13b，该输出构件呈所谓的配水盘形式，该配水盘径向向外延伸到输出室14中。在转子主体的下部部分I中，限定出环形空间15，该环形空间径向向内朝着转子旋转轴线R开口。空间15通过通道16和17以及围绕旋转轴线R分布的若干管18而与分离室7的径向外部部分7b连通。空间15的底部形成了溢流出口 19，该溢流出口通过第二液位环20而径向限定。分离室7中的竖直虚线21指示分离室中的某一径向液位。图I中的离心转子适于处理由油、水和悬浮其中的固体形成的混合物。该混合物将通过进口管9而供给到转子，并且从输入室6向前穿过通道8而抵达分离室7。通过由分离盘中的凹槽11形成的分配通道，该混合物被分配在分离盘10之间的各间隙之间，在该处，不同的混合物组分彼此分离开。因而，分离出的油径向向内流动并且进一步地通过输出室14和输出构件13b而流出转子，而分离出的固体和水通过喷嘴12而离开转子。如果通过喷嘴12和溢流/重相出口 19 (该出口由第二液位环20限定)而离开转子的水和油的量分别等于形成供给到转子的混合物的一部分的水和油的量，则出现平衡，其中分离出的油和分离出的水之间的界面层形成并且保持在分离室7中的径向液位21。在这种情况下，没有液体流出转子或者流入转子。在所述类型平衡的情况下，假定自由液体表面以某一径向液位而形成在转子的各个室和空间中。进一步假设分离出的固体在不会阻塞喷嘴的情况下通过喷嘴12离开转子，以用于溢流分离出的水。然而，因为喷嘴12的磨损和/或供给到转子的混合物中的水量和油量的变化，实际上不可能将分离室7中油和水之间的所述界面层保持在所述径向液位21处，或者在不使用特定控制设备的情况下甚至保持在该液位附近的预定径向范围内。如已经提及的，一种将界面层的径向位置稳固在预定范围内的已知方式在于供给补给水。
图I也示出了由第二液位环20限定的重相(即水)出口 19。在22处产生自由重相表面，其中，实际上离开重相出口 19的水由23标识。根据本发明，传感器24设置在重相出口处，其中传感器布置使得其被离开重相出口的水23击打。以这种方式，离开重相出口的水23的流量大小可被监测并且相应信号可被传送。该信号由一调整装置(未示出)接收，该调整装置响应于该信号而调整补给水的供给，该补给水经由例如由水进口接头25供给的水进口 26进行供给。如果离开重相出口 19的水23的流速降低到预定值以下，则相应信号被传送到调整装置，并且将通过水进口 26以相应流速添加水，以避免水密封的损坏。有益的是，将传感器布置得尽可能靠近重相出口，以便获得最精准的监测结果。根据本发明将传感器设置在离开重相出口的水23的路径中具有若干益处。首先，与现有技术相比，补给水的供给更加精确，这是因为直接响应于监测实际上离开重相出口的水23的传感器24信号进行该供给，这产生更好的分离结果。第二，没有浪费水。在现有技术中，补给水在没有关于实际上离开重相出口的水23的反馈信息的情况下进行供给，因而，不需要的水(以及因而不被接纳到喷嘴离心机中)被处理掉。根据本发明，并不发生水浪费，并且水消耗较小。这种使补给水进入量最小的结果是动力消耗较小而且腐蚀也较小。
从现有技术已知了合适的传感器，该合适的传感器包括可被离开转子的液体击打的扩音器(microphone)、桨片(paddle)、拉线等。在另一实施方式中，补给水并不通过喷嘴离心机底部处的水进口接头25的水进口 26供给，而是通过进口管9供给一例如经由连接到供给进口管9的单独水通道。因此，具有水进口 26的水进口接头25并不是必需的一但是，可保留用于收集排出的重相的底部室。在没有脱离本发明构思的情况下可进行各种其他改进。例如，如上所述的如环形帽13、输出构件13b以及输出室14的轻相输出装置对于本发明的功能而言并不是必要的，可以用不同的装置替换。
权利要求
1.一种用于监测和调整界面层在喷嘴离心机中的径向位置的设备，尤其是用于固定和稳固界面层在喷嘴离心机中的径向位置的设备，所述喷嘴离心机用于从混合物中分离出具有较低密度的轻相和具有较高密度的重相，所述混合物含有轻相和重相这两种液体和一种固体，所述喷嘴离心机包括 转子(1-3)，所述转子能绕着旋转轴线(R)旋转，并且形成用于所述混合物的进口(9); 分离室(7)，所述分离室与所述进口(9)连通，并且具有径向内部部分(7a)和径向外部部分(7b)； 喷嘴(12)，所述喷嘴在分离室处围绕所述旋转轴线(R)分布，用于抛出所述重相和所述固体； 用于排出所述轻相的出口(13a、13b、14)； 用于排放所述重相的溢流出口(19)，所述溢流出口由罩或液位环(20)径向限定；以及 用于将补给重相供给到所述喷嘴离心机的进口(9;25、26)； 其特征在于， 传感器(24)布置在离开所述喷嘴离心机的重相(23)的流动路径中，用于监测流量的大小并且传送相应信号，以使得响应于所述信号而调整经由所述进口(9;25、26)进行所述补给重相的供给，以将界面层的径向液位保持在预定范围内。
2.如权利要求I所述的设备，其特征在于，所述传感器(24)是扩音器。
3.如权利要求I所述的设备，其中所述传感器(24)是桨片。
4.如权利要求I所述的设备，其中所述传感器(24)是拉线。
5.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中，用于将所述补给重相供给到所述喷嘴离心机的进口是水进口接头(25)和位于喷嘴离心机底部处的水进口(26)。
6.如权利要求1-5中任一项所述的设备，其中所述补给重相经由进口管(9)供给到所述喷嘴离心机。
7.—种喷嘴离心机，所述喷嘴离心机包括根据前述权利要求中任一项所述的用于监测和调整界面层在喷嘴离心机中的径向位置的设备。
全文摘要
一种用于监测和调整界面层在喷嘴离心机中的径向位置的设备，尤其是用于固定和稳固界面层在喷嘴离心机中的径向位置的设备，该喷嘴离心机用于从含有两种液体和一种固体的混合物中分离出具有较低密度的轻相和具有较高密度的重相，该喷嘴离心机包括转子1-3，该转子可绕着旋转轴线R旋转，并且形成用于所述混合物的进口9；分离室7，所述分离室与所述进口9连通并具有径向内部部分7a和径向外部部分7b；喷嘴12，所述喷嘴在分离室处绕旋转轴线R分布，用于抛出重相和固体；用于排放轻相的出口13a、13b、14；用于排放重相的溢流出口19，所述溢流出口由罩或者液位环20径向限定；以及用于将补给重相供给到喷嘴离心机的进口9；25、26；其特征在于，传感器24布置在离开喷嘴离心机的重相23的流动路径中，用于监测流量的大小并且传送相应信号，以使得响应于该信号可调整经由进口9或进口25、26进行的该补给重相的供给。
文档编号G01F1/66GK102869450SQ201180021371
公开日2013年1月9日 申请日期2011年3月16日 优先权日2010年3月19日
发明者P·卡尔松 申请人:阿法拉伐股份公司
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