CN105920924A - 立式旋流气相除砂器 - Google Patents

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胡建渝
杨远林
马伟强
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Sichuan Kehua Petro-Chemical Equipment & Engineering Co Ltd
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/12—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces
    • B01D45/14—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces generated by rotating vanes, discs, drums or brushes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
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Abstract

立式旋流气相除砂器，包括分离器本体，所述分离器本体内设置有分离腔，所述分离器本体的顶部设置有气体出口，底部设置有排砂口，侧面设置有气体进口，所述分离腔中设置有竖直放置的螺旋叶片，所述分离腔中，至少容置螺旋叶片的部分为圆柱形。采用本发明所述的立式旋流气相除砂器，以气流推动螺旋叶片旋转除砂，除砂效率高，针对性强，无须外接动力装置，节能高效，适合用于工地使用。本发明结构简单，除砂完成后清洗方便，大幅降低了清洗工作量。

Description

立式旋流气相除砂器
技术领域
本发明属于机械领域，涉及一种气相除砂器，具体涉及一种立式旋流气相除砂器。
背景技术
石油天然气开采过程中，地下直接开采出的气体通常裹挟有大量砂石及液相成分，需要先行将气体中的固体砂石除去。卧式除砂器分离出的泥砂不能及时排除，设备不能连续工作。运行一段时间后，必须通过后置的快开盲板打开，取出内部滤芯，倾倒内置分离元件内的泥砂等，操作不便。
在沙漠及盐碱地等干燥地区打出的气井且由于当地环境以沙粒为主体，沙粒硬度比较大，长时间的冲刷对分离器的安全作业产生极大隐患。大量的沙粒进入设备后，不易排除，使得每次设备连续运行时间比较短，需要花费大量的人力物力去清理分离器。
发明内容
为克服现有除砂塔存在的泥砂不能及时排除，排砂操作复杂的技术缺陷，的技术缺陷，本发明公开了一种立式旋流气相除砂器。
本发明所述立式旋流气相除砂器，包括分离器本体，所述分离器本体内设置有分离腔，所述分离器本体的顶部设置有气体出口，底部设置有排砂口，侧面设置有气体进口，所述分离腔中设置有竖直放置的螺旋叶片，所述分离腔中，至少容置螺旋叶片的部分为圆柱形。
优选的，所述气体进口设置高度与螺旋叶片的最高点相同。
优选的，所述气体出口位于螺旋叶片的中轴线上，气体出口处向分离腔内部设置有竖直延伸的延伸气管。
优选的，所述螺旋叶片通过固定装置固定在分离腔内壁上，所述固定装置包括固定在分离腔内壁上的侧板，以及固定在侧板上的横梁，所述螺旋叶片的中轴顶部固定在横梁上。
优选的，所述分离腔高于螺旋叶片的部分为圆柱形。
优选的，所述分离腔底部为锥形，锥形末端为排砂口。
优选的，所述分离腔中，容置螺旋叶片的圆柱部分的截面直径D为：
；
其中Q为气体通入流量，△p为分离腔内的气体压降， CD为水力阻力系数，ρg为分离器内的气体密度。
优选的，所述分离器本体上方设置有肩架。
优选的，所述气体进口的进气管方向为螺旋叶片截面圆形的切线方向。
采用本发明所述的立式旋流气相除砂器，以气流推动螺旋叶片旋转除砂，除砂效率高，针对性强，无须外接动力装置，节能高效，适合用于工地使用。本发明结构简单，除砂完成后清洗方便，大幅降低了清洗工作量。
附图说明
图1为本发明所述立式旋流气相除砂器的一种具体实施方式结构示意图，图中附图标记名称为1-分离腔，2-螺旋叶片，3-螺旋叶片中轴，4-气体进口，5-气体出口，6-排砂口，7-延伸气管，8-侧板，9-横梁，10-肩架。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明所述立式旋流气相除砂器，包括分离器本体，所述分离器本体内设置有分离腔1，所述分离器本体的顶部设置有气体出口5，底部设置有排砂口6，侧面设置有气体进口4，所述分离腔中设置有竖直放置的螺旋叶片2，所述分离腔1中，至少容置螺旋叶片的部分为圆柱形。
气体进口4的进气管方向优选为螺旋叶片截面圆形的切线方向，当气体从切向方向进入时，可以使气体作用力作用在螺旋叶片上的力矩最大，带动螺旋叶片快速转动。气流以切线方向进入分离腔之后，在其内部作回转运动。由于气体和内含固体颗粒的密度及质量不同，于是质量较重的固体颗粒在离心力的作用下被抛到螺旋叶片的最外圈，而质量较轻的气体则留在靠近螺旋叶片中轴的位置，使得固体颗粒与气体就被分离。被抛到螺旋叶片外缘的固体颗粒受到重力作用，与气流一道向下运动，到达分离器底部后通过排砂口排出，而气流则回转向上由气体出口流出。气体进口设置高度通常与螺旋叶片的最高点相同，从而获得最大的气体分离行程。
含砂气流由进口沿切线方向进入分离器后，被螺旋叶片阻挡并推动螺旋叶片转动，螺旋叶片转动后驱动气流沿器壁由上而下作旋转运动，这股旋转向下的气流称为外涡流，外涡旋到达锥体底部转而沿轴心向上旋转，最后经气体出口排出。这股向上旋转的气流称为内涡流。外涡旋和内涡旋的旋转方向相同，含砂气流作旋转运动时，砂砾在惯性离心力推动下移向外壁，到达外壁的尘粒在气流和重力共同作用下沿壁面落入设备底部。
分离腔的形状通常整体设置为圆柱形，至少在容置螺旋叶片的部分必须设置为圆柱形，以利于行程涡流对气体中含有的固体颗粒进行分离。分离腔底部为便于排砂，可以设置为锥形，锥形末端为排砂口6。
如前分析，由于砂砾等固体物质被分离在分离腔边缘，干净的气流则集中在螺旋叶片中轴，对于收集排气而言，气体出口优选应设置在位于螺旋叶片的中轴线上，并且气体出口处向分离腔内部设置有竖直延伸的延伸气管，以取得最佳的排气效果并得到干净的气体。
发明人分析认为，气体质点以相同的角速度作回转运动(如同固体作回转运动一样）。气体在分离器内回转时，中心的静压力最小，外圈的静压力最大。气压差取决于气体回转的速度，回转速度愈大。
由于油气井开采出的含气物质含有大量水分，与水阻力相比，气体阻力可以忽略，根据水利损失方程, 分离腔内的气体压降
及油气的量产公式,气体通入流量
，
其中CD为水力阻力系数，ρg为分离器内的气体密度，D为容置螺旋叶片的圆柱部分的截面直径D，g为重力加速度，v为气体在分离器内的平均速度。
联立求解可得到
图1所示的具体实施方式中，螺旋叶片通过固定装置固定在分离腔内壁上，所述固定装置包括固定在分离腔内壁上的侧板，以及固定在侧板上的横梁，所述螺旋叶片的中轴顶部固定在横梁上，以上结构可以使螺旋叶片的上下气流通路上均无阻挡，使气体无影响的通过，侧板的厚度通常为较薄的合金片，只需能固定在分离腔内壁即可。在分离器本体上方设置有肩架10，以便将分离器上方固定，避免受气体冲击发生摇摆，所述分离器本体下方可以设置多个支撑脚，使分离器能够稳定的竖直放置。
采用本发明所述的立式旋流气相除砂器，以气流推动螺旋叶片旋转除砂，除砂效率高，针对性强，无须外接动力装置，节能高效，适合用于工地使用。本发明结构简单，除砂完成后清洗方便，大幅降低了清洗工作量。
前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.立式旋流气相除砂器，包括分离器本体，所述分离器本体内设置有分离腔，其特征在于，所述分离器本体的顶部设置有气体出口，底部设置有排砂口，侧面设置有气体进口，所述分离腔中设置有竖直放置的螺旋叶片，所述分离腔中，至少容置螺旋叶片的部分为圆柱形。
2.如权利要求1所述的立式旋流气相除砂器，其特征在于，所述气体进口设置高度与螺旋叶片的最高点相同。
3.如权利要求1所述的立式旋流气相除砂器，其特征在于，所述气体出口位于螺旋叶片的中轴线上，气体出口处向分离腔内部设置有竖直延伸的延伸气管。
4.如权利要求1所述的立式旋流气相除砂器，其特征在于，所述螺旋叶片通过固定装置固定在分离腔内壁上，所述固定装置包括固定在分离腔内壁上的侧板，以及固定在侧板上的横梁，所述螺旋叶片的中轴顶部固定在横梁上。
5.如权利要求1所述的立式旋流气相除砂器，其特征在于，所述分离腔高于螺旋叶片的部分为圆柱形。
6.如权利要求1所述的立式旋流气相除砂器，其特征在于，所述分离腔底部为锥形，锥形末端为排砂口。
7.如权利要求1所述的立式旋流气相除砂器，其特征在于，所述分离腔中，容置螺旋叶片的圆柱部分的截面直径D为：
；
其中Q为气体通入流量，△p为分离腔内的气体压降， CD为水力阻力系数，ρg为分离器内的气体密度。
8.如权利要求1所述的立式旋流气相除砂器，其特征在于，所述分离器本体上方设置有肩架。
9.如权利要求1所述的立式旋流气相除砂器，其特征在于，所述气体进口的进气管方向为螺旋叶片截面圆形的切线方向。
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