CN111271045A - 一种新型气液固三相旋流除砂装置 - Google Patents
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Abstract
一种新型气液固三相旋流除砂装置，包括旋流分离器，所述旋流分离器的顶端穿设有竖直的排气管和水平的进液管，所述旋流分离器中部穿设有水平的排液管，旋流分离器的底部端口通过关断阀与储砂罐相连通，旋流分离器与储砂罐之间共同穿设有旁通管；所述旁通管上设置有限流器；所述储砂罐底部端口设置有排砂阀，储砂罐上竖直的固定设置有物位计。本发明旨在提供一种可减少排砂中液态水含量，不需要外部提供额外冲砂水，能单台连续进行除砂作业的旋流除砂装置。
Description
技术领域
本发明涉及除砂装置技术领域，尤其涉及一种新型气液固三相旋流除砂装置。
背景技术
随着我国天然气田开采不断深入，部分区域气井，尤其是高产气井，出砂问题日趋严重，对地面集输及处理系统造成了很大危害。在天然气井口安装除砂器，有效地除去天然气中的砂砾，能很好地保护下游设备。但是由于井口压力高，介质复杂，流体多变，井口除砂比集气站、计量站、接转站除砂更困难。旋流分离技术由于其设备结构简单、占用空间较小、成本低、维护简单、能耗低且高效、环保，在工作过程中能够灵活、连续、可靠地完成分离任务，具备一定的自动性和稳定性而广泛应用。传统旋流除砂器通常只适用于气固、液固两相的分离，在处理含液天然气除砂任务时，排砂频率增加，造成工作量增加，排放的大量液态水的处理也是有待解决的问题。另外，单台传统旋流除砂器不能够进行连续除砂作业，为保证除砂工作连续进行，通常需要两台统旋流除砂器并联，在其中一台旋流除砂器排砂时，开启另外一台旋流除砂器进行除砂作业，工程建设成本较大。同时，传统旋流除砂器排砂启动时间需要根据天然气含水含砂率进行计算，在天然气含水含砂率波动较大时无法准确控制排砂启动时间，排砂过程需要引入外部高压水对储砂罐进行冲洗，排砂过程需要人工操作，排砂完成后，储砂罐内的空气与后续分离过程注入的天然气混合，造成安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，旨在提供一种可减少排砂中液态水含量，不需要外部提供额外冲砂水，能单台连续进行除砂作业的旋流除砂装置。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种新型气液固三相旋流除砂装置，包括旋流分离器，所述旋流分离器的顶端穿设有竖直的排气管和水平的进液管，所述旋流分离器中部穿设有水平的排液管，旋流分离器的底部端口通过关断阀与储砂罐相连通，旋流分离器与储砂罐之间共同穿设有旁通管；所述旁通管上设置有限流器；所述储砂罐底部端口设置有排砂阀，储砂罐上竖直的固定设置有物位计。
进一步的，所述旋流分离器的圆柱段高度为圆锥段高度的2倍。
进一步的，所述排液管穿设至旋流分离器的轴线位置，且插入端管口垂直向下。
进一步的，所述旁通管在所述旋流分离器的一端水平插入至轴线位置并延轴线向下折弯90°插入至旋流分离器的圆锥段，弯折后的垂直管段长度为旋流分离器圆锥段高度的2/3。
进一步的，所述关断阀和所述排砂阀均为防爆型电控气动球阀。
进一步的，所述限流器由单孔限流孔板构成。
进一步的，所述物位计由振动式物料密度计构成。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本发明能实现气液固三相介质同时分离，在保持常规旋流分离器先进性能的同时，旋流分离器与储砂管之间增设关断阀，能实现单台装置不停产的情况下带压排砂，降低工程建设成本。单台装置就能实现致密气气井在不停产、不减压的情况下连续除砂。
2、旋流分离器圆柱段设置有排液管，可及时将分离出的液体向外排放，降低排砂频率，延伸至旋流分离器轴线处的排液管设计降低了排放的液体中固体砂粒的含量，确保旋流除砂装置的除砂效率，液体提前排放使得排砂含液量减少，降低排放物处理难度及成本。
3、旋流分离器与储砂管之间连通有旁通管，在进行排砂作业时，引入旋流分离器中积存的液体对储砂罐进行冲洗，旁通管上设置有单孔限流孔板用于控制引入的冲砂水流量，保证装置运行稳定。使排砂过程不需外部额外提供冲洗水，降低工程建设成本，提高工作效率。除砂过程不需人工操作，减少人工作业量。
4、储砂罐上设置有物位计，用于检测储砂罐内介质物位，配合控制系统控制排砂过程的启停。排砂过程始终保持装置内部压力大于大气压力，确保外部空气无法进入旋流除砂装置内部，排除安全隐患。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的俯视结构示意图。
附图标记说明：
1-旋流分离器，2-储砂罐，3-关断阀，4-排砂阀，5-旁通管，6-限流器，7-物位计，11-进液管，12-排气管，13-排液管。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1和图2所示，一种新型气液固三相旋流除砂装置，包括旋流分离器1，所述旋流分离器1的顶端穿设有竖直的排气管12和水平的进液管11，旋流分离器1中部水平穿设有至旋流分离器1轴线位置的排液管13，排液管13插入端管口垂直向下，旋流分离器1的底部端口通过关断阀3与储砂罐2相连通，旋流分离器1与储砂罐2之间共同穿设有旁通管5，旋流分离器1的圆柱段高度为圆锥段高度的2倍；所述旁通管5上设置有限流器6，所述旁通管5在所述旋流分离器1的一端水平插入至轴线位置并延轴线向下折弯90°插入至旋流分离器1的圆锥段，弯折后的垂直管段长度为旋流分离器1圆锥段高度的2/3；所述储砂罐2底部端口设置有排砂阀4，储砂罐2上竖直的固定设置有物位计7，所述物位计7由振动式物料密度计构成；所述关断阀3和所述排砂阀4均为防爆型电控气动球阀；所述限流器6由单孔限流孔板构成。
本发明对含液天然气的工艺处理步骤为：打开关断阀3，关闭排砂阀4，旋流分离器1与储砂罐2由于内部联通，压力一致，让待处理的含液天然气由进液管11进入旋流分离器1中，使固体颗粒及液体在旋流分离器1中，通过离心力及重力的作用进行气液固的分离，使固体和少量液体由关断阀3沉降至储砂罐2中，使清洁的气体天然气由旋流分离器1顶端的排气管12排出，实现了气体的分相外输。沉降下来的固体和液体在储砂罐2中不断积累，固相在下液相在上，液位会逐步上升到旋流分离器1中部的排液管13中，使排液管13持续流出液相，实现了液体的分相外输。同时，由于排液管13起到了液位限制的作用，液位不会继续上升，保证了排液管13上部旋流分离器1的旋流流场空间不被占用，满足持续旋流分离的条件。
旋流除砂装置整体可由PLC系统配合物位计7进行控制，设置储砂罐2顶部圆锥段为高物位，设置储砂罐2底部圆锥段为低物位，来配合PLC控制系统实现排砂过程的自动启停，正常作业工况下，关断阀3开启，底部排砂阀4关闭，旋流分离器1与储砂罐2内部联通，压力一致，旋流出的固体和液体混合物沉降到储砂罐2内。当储砂罐2固体物位到达高设定点时，在线排砂工况启动，关断阀3关闭，排砂阀4开启，排砂阀4管线下游通常设置小型常压储罐，此时由于储砂罐2带压，而背压为大气压，形成了压力差，储砂罐2内的砂水混合物将向下游排放，实现了固相的分相外输。储砂罐2内压力随混合物排出而逐步降低，此时由于旋流分离器1与储砂罐2通过带有限流器6的旁通管5连通，旋流分离器1也会与储砂罐2形成持续的压力差，并且由于限流器6的限流作用，可形成持续的压力差。因此旋流分离器1内的液体可作为冲洗水，通过旁通管5不断流向储砂罐2。当储砂罐2固体物位到达低设定点时，在线排砂工况完成，关断阀3自动开启、排砂阀4自动关闭，设备恢复正常作业工况。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种新型气液固三相旋流除砂装置，包括旋流分离器，所述旋流分离器的顶端穿设有竖直的排气管和水平的进液管，其特征在于：所述旋流分离器中部穿设有水平的排液管，旋流分离器的底部端口通过关断阀与储砂罐相连通，旋流分离器与储砂罐之间共同穿设有旁通管；所述旁通管上设置有限流器；所述储砂罐底部端口设置有排砂阀，储砂罐上竖直的固定设置有物位计。
2.根据权利要求1所述的一种新型气液固三相旋流除砂装置，其特征在于：所述旋流分离器的圆柱段高度为圆锥段高度的2倍。
3.根据权利要求1所述的一种新型气液固三相旋流除砂装置，其特征在于：所述排液管穿设至旋流分离器的轴线位置，且插入端管口垂直向下。
4.根据权利要求1所述的一种新型气液固三相旋流除砂装置，其特征在于：所述旁通管在所述旋流分离器的一端水平插入至轴线位置并延轴线向下折弯90°插入至旋流分离器的圆锥段，弯折后的垂直管段长度为旋流分离器圆锥段高度的2/3。
5.根据权利要求1所述的一种新型气液固三相旋流除砂装置，其特征在于：所述关断阀和所述排砂阀均为防爆型电控气动球阀。
6.根据权利要求1所述的一种新型气液固三相旋流除砂装置，其特征在于：所述限流器由单孔限流孔板构成。
7.根据权利要求1所述的一种新型气液固三相旋流除砂装置，其特征在于：所述物位计由振动式物料密度计构成。
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