CN112145147A - 一种法向入口的超高压旋流器及自动排砂系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种法向入口的超高压旋流器及自动排砂系统，包括旋流筒，旋流筒的上端设有溢流口、下端敞口；旋流筒的上端设有进料口，进料口处安装有进料管和挡板，进料管沿旋流筒的法向延伸，挡板位于进料管出料口的一侧，用于封住进料管的出料口；旋流筒内的上部固定安装有导流板，导流板与进料管的出料口衔接。本发明的有益效果是由于进料口法向垂直进入旋流器，超高压旋流器外轮廓体积有效降低；由于挡板和导流板的作用，旋流流场更加稳定，切向速度较高，分离效率得以保证；另外，旋流器的下方还安装有自动排沙系统，可以消除回流，提高分离效率，具有在线排砂取代人工高强度排砂、降低排砂风险、加工容易、分离效率高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及分离器技术领域，具体涉及一种法向入口的超高压旋流器及自动排砂系统。
背景技术
在原油的开采作业中，由于岩层结构破坏和开采方式不当，导致开采出来的油气流体中混有一定量的砂砾，随着原油开采的不断加深，出砂问题日益严重，这些带有砂砾的原油流入下游管道会对地面设施、地面集输及处理系统等造成严重损坏，影响设备正常运行，严重时会导致油田停工停产、周围环境破坏，造成不可估量的损失。
在油田的开采环境中，原油往往处于超高压环境，因此需要在原油进入地面集输之前，对采出液进行必要的液固分离将固体颗粒在高压环境下尽可能的分离出去。目前，油田上使用的旋流除砂装置工作环境大多处于常压环境，工作压力较低，其进口方式为切向入口，由于其进口管路位于圆柱切向位置，承压设备直径和内压受力较大，设备材料和制造成本更高；同时，由于常规除砂旋流器一般由单锥段组成，颗粒在旋流场中的分离时间较少导致分离效率和分离精度不高，且能量损耗也比较大，这些设备往往难以达到超高压下旋流除砂的分离要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种法向入口的超高压旋流器及自动排砂系统，旨在解决上述技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种法向入口的超高压旋流器，包括旋流筒，所述旋流筒的上端设有溢流口、下端敞口；所述旋流筒的上端设有进料口，所述进料口处安装有进料管和挡板，所述进料管沿所述旋流筒的法向延伸，所述挡板位于所述进料管出料口的一侧，用于封住所述进料管的出料口；所述旋流筒内的上部固定安装有导流板，所述导流板与所述进料管的出料口衔接。
本发明的有益效果是：进料管法向垂直于旋流筒，易于设备的加工制造；分离时，通过法向入口进入的流体被挡板阻拦，经过导流板和流体自身重力作用下产生足够的切向速度再进入旋流筒中；由于挡板和导流板的作用，使得固体受到的离心力大大增加，同时流体在重力作用下使切向速度大幅度提高，提高了设备分离精度，分离效率得到提高。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述旋流筒内的上部还竖直固定安装有增速筒，所述导流板位于所述增速筒和所述旋流筒之间；所述增速筒的内部还竖直固定安装有溢流管，所述溢流管的两端均敞口，其下端与所述增速筒的下端齐平，上端竖直向上延伸出所述旋流筒的上端。
采用上述进一步方案的有益效果是通过增速筒的设计减小物料流通的面积，从而增大物料流通的速率，进而提高物料分离的效果；物料流通过程中产生的气流从溢流管排出旋流筒外，避免气流对物料产生影响，保证物料分离的效果。
进一步，所述增速筒为呈两端细，中间粗的纺锤体结构的筒体。
采用上述进一步方案的有益效果是结构简单，设计合理，保证物料流通的速率，从而保证物料分离的效果。
进一步，所述导流板为呈螺旋板状结构的板体，其由上至下设置在所述增速筒上。
采用上述进一步方案的有益效果是结构简单，设计合理，延长物料流通的路径，从而增大物料流通的速率，进而保证物料分离的效果。
进一步，所述旋流筒包括从上至下依次固定连接的圆筒段、大锥段以及小锥段，所述大锥段的上端直径大于其下端直径，且其下端直径等于所述小锥段的上端直径，所述增速筒位于所述圆筒段内。
采用上述进一步方案的有益效果是结构简单，设计合理，旋流筒的下部由大锥段和小锥段组合而成，用来抑制旋流场中的循环流，提高切向速度和轴向速度，提升设备分离精度和分离效率。
进一步，所述旋流筒外包裹有集砂筒。
采用上述进一步方案的有益效果是通过集砂筒收集旋流器分离后的砂，以便后续处理。
一种自动排砂系统，包括如上所述的旋流器、集砂罐和箱体，所述箱体的顶部通过排砂管一与所述旋流器的底部连通，所述排砂管一上安装有排砂阀；所述箱体的底部与排砂管二的一端连通，其上部和下部分别与泄压管的一端和进水管的一端连通，所述泄压管上安装有泄压阀，所述进水管上安装有进水阀；所述集砂罐竖直固定安装在所述箱体内，其上部敞口并承接所述旋流器排出的砂，下端与所述排砂管二的一端连通。
采用上述进一步方案的有益效果是排砂时，排砂水从进水管依次进入箱体和集砂罐内，集砂罐内的砂从集砂罐的底部以及排砂管二排出，可以消除回流，提高分离效率，具有在线排砂取代人工高强度排砂、降低排砂风险、加工容易、分离效率高等优点；另外，当箱体内的压力过大时，可以通过泄压管进行泄压，保证安全生产。
进一步，所述进水管和所述排砂管二之间通过冲洗管连通，所述冲洗管的两端分别安装有三通阀；所述冲洗管上、所述进水管上以及所述排砂管二上分别安装有至少一个缓冲阀。
采用上述进一步方案的有益效果是集砂罐排砂前，排砂水依次通过进水管、冲洗管和排砂管二，排出排砂管二内的砂，以便集砂罐排砂的正常进行；另外，通过多个缓冲阀对对应的管路进行缓冲，避免管路出水压力过大，保证安全生产。
进一步，所述箱体与所述泄压管的一端连通的位置固定安装有防砂罩。
采用上述进一步方案的有益效果是通过防砂罩可防止箱体内的砂进入泄压管内而影响正常泄压，保证正常生产。
附图说明
图1为本发明旋流器的结构示意图；
图2为本发明中进料管、挡板和导流板配合的结构示意图；
图3为本发明排砂系统的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、进料管，2、挡板，3、导流板，4、增速筒，5、溢流管，6、圆筒段，7、大锥段，8、小锥段，9、集砂筒，10、集砂罐，11、箱体，12、排砂阀，13、泄压阀，14、进水阀，15、三通阀，16、缓冲阀，17、防砂罩。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1至图3所示，本发明提供一种法向入口的超高压旋流器，包括旋流筒，旋流筒的上端设有溢流口、下端敞口；旋流筒的上端设有进料口，进料口处安装有进料管1和挡板2，挡板2焊接在导流板3的上端，并与导流板3呈一定倾角；进料管1沿旋流筒的法向延伸，挡板2位于进料管2出料口的一侧，用于封住进料管1的出料口；旋流筒内的上部固定安装有导流板3，导流板3与进料管1的出料口衔接。进料管1法向垂直于旋流筒，易于设备的加工制造；分离时，通过法向入口进入的流体被挡板2阻拦，经过导流板3和流体自身重力作用下产生足够的切向速度再进入旋流筒中；由于挡板2和导流板3的作用，使得固体受到的离心力大大增加，同时流体在重力作用下使切向速度大幅度提高，提高了设备分离精度，分离效率得到提高。
传统技术中，旋流器的进料管1都是延伸旋流器的切线方向设置，那么整个旋流器所要承受的压力更大，那么旋流器的侧壁后续增加，对制作其的材料要求更高，成本上升，旋流器体积较大；而本申请中，进料管1沿旋流器的法向设置，减小了旋流器所受的力，对旋流器侧壁的厚度及制作材料的要求都降低。
上述导流板3为上下两端均敞口的槽状结构，即包括底板及两侧的隔板；挡板2竖直焊接在挡流板3的上端，其两端向导流板3的两侧延伸，用以封住导流板3的上端。
上述进料管1、挡板2、导流板3以及旋流筒各个部件之间均采用焊接的方式固定连接。
另外，进料管11可以为矩形管，也可以是方形管或圆形管或椭圆形管等。
实施例1
在上述结构的基础上，本实施例中，旋流筒内的上部还竖直固定安装有增速筒4，通常采用焊接或螺栓连接的方式，增速筒4的上下两端可以封闭，也可以均敞口，导流板3位于增速筒4和旋流筒之间；增速筒4的内部还竖直固定安装有溢流管5，通常采用焊接或螺栓连接的方式，溢流管5的两端均敞口，其下端与增速筒4的下端齐平，上端竖直向上延伸出旋流筒的上端。分离时，通过增速筒4的设计减小物料流通的面积，从而增大物料流通的速率，进而提高物料分离的效果；物料流通过程中产生的气流从溢流管3排出旋流筒外，避免气流对物料产生影响，保证物料分离的效果。
上述溢流管5优选采用直管；另外，导流板3至少绕溢流管5的1/2-3/4的圆周，其上端与水平进料口方向存在90°夹角。
需要说明的是，上述增速筒4的上端与旋流筒内顶壁焊接在一起，溢流管5的上部外壁与溢流口的侧壁焊接在一起。
实施例2
在实施例一的基础上，本实施例中，增速筒4为呈两端细，中间粗的纺锤体结构的的筒体，结构简单，设计合理，保证物料流通的速率，从而保证物料分离的效果。
上述增速筒4可以采用倒锥形结构的筒体，结构采用上部渐开型与下部渐缩型组合成的筒体，减小物料流通的面积，从而增大物料流通的速率，保证物料分离的效果。
实施例3
在实施例一的基础上，本实施例中，导流板3为呈螺旋板状结构的板体，其由上至下设置在增速筒4上，结构简单，设计合理，延长物料流通的路径，从而增大物料流通的速率，进而保证物料分离的效果。
上述导流板3可以采用弧形板，即中部凹进去；导流板3也可以为平板，此时其两侧焊接有挡板。
实施例4
在实施例一的基础上，本实施例中，旋流筒为包括从上至下依次固定连接的圆筒段6、大锥段7以及小锥段8，大锥段7的上端直径大于其下端直径，且其下端直径等于小锥段8的上端直径，增速筒4位于圆筒段6内，结构简单，设计合理，旋流筒的下部由大锥段7和小锥段8组合而成，大锥段7的锥角至少要比小锥段8的锥角大一倍以上，用来抑制旋流场中的循环流，提高切向速度和轴向速度，提升设备分离精度和分离效率。
上述圆筒段6、大锥段7和小锥段8一体成型，结构简单；另外，大锥段7的上端直径大于其下端直径，小锥段8的上端直径大于其下端直径，且大锥段7的下端直径等于小锥段8的上端直径。
实施例5
在上述结构的基础上，本实施例中，旋流筒外包裹有集砂筒9，集砂筒9的上端敞口并延伸至圆筒段4的下端外，二者焊接在一起；其下端设有排砂口。分离时，通过集砂筒9收集旋流器分离后的砂，以便后续处理。
优选地，本实施例中，集砂筒9的底部采用倒锥台结构，根据砂堆静止角设计，有利于流砂排出，降低冲洗水能耗。
实施例6
在上述结构的基础上，本发明还提供一种自动排砂系统，包括如上的旋流器、集砂罐10和箱体11，箱体11的顶部通过排砂管一与旋流器的底部连通，即集砂筒9底部的排砂口和箱体11顶部的入口分别与排砂管一的两端连通，排砂管一上安装有排砂阀12；箱体11的底部与排砂管二的一端连通，其上部和下部分别与泄压管的一端和进水管的一端连通，泄压管上安装有泄压阀13，进水管上安装有进水阀14；集砂罐10竖直固定安装在箱体11内，其上部敞口并承接旋流器排出的砂，下端与排砂管二的一端连通。排砂时，排砂水从进水管依次进入箱体11和集砂罐10内，集砂罐10内的砂从集砂罐10的底部以及排砂管二排出，可以消除回流，提高分离效率，具有在线排砂取代人工高强度排砂、降低排砂风险、加工容易、分离效率高等优点；另外，当箱体11内的压力过大时，可以通过泄压管进行泄压，保证安全生产。
需要说明的是，排砂管二的一端可以延伸至箱体11内后与集砂罐10的下端连通，也可以是集砂罐10的下端延伸至箱体11外后与排砂管二的一端连通，或者是箱体11的底部设有开口，排砂管二的一端和集砂罐10的下端均与开口连通。
实施例7
在实施例六的基础上，本实施例中，进水管和排砂管二之间通过冲洗管连通，冲洗管的两端分别安装有三通阀15；冲洗管上、进水管上以及排砂管二上分别安装有至少一个缓冲阀16。集砂罐10排砂前，排砂水依次通过进水管、冲洗管和排砂管二，排出排砂管二内的砂，即能在集砂罐10预留集砂空间将满之前将集砂罐10内砂排净，可实现持续排砂作业；另外，通过多个缓冲阀16对对应的管路进行缓冲，避免管路出水压力过大，保证安全生产。
为了精准检测集砂罐10内的压力，可以在箱体11上安装压力表或压力传感器，压力表或压力传感器的感应头延伸至与箱体11内。
上述每个管路上的缓冲阀16可以为一个，也可以为多个，根据工艺需求进行设计；另外，对上述各个阀门进行编号(参见图1)。
实施例8
在实施例六的基础上，本实施例中，箱体11与泄压管的一端连通的位置固定安装有防砂罩17，防砂罩17通过螺栓或焊接的方式进行固定安装。排砂过程中，通过防砂罩17可防止箱体11内的砂进入泄压管内而影响正常泄压，保证正常生产。
上述防砂罩17可以采用网状结构，也可以采用其他可行的结构，保证气体通过，但是可以防止砂通过。
上述排砂系统整体能承受高压、防H2S腐蚀，适用于井口作业，可确保除砂和排砂作业过程中的安全。
本发明的工作原理如下：
分离过程：待分离的物料通过本领域技术人员所能想到的方式从进料管1进入旋流筒内，在挡板2的作用下，物料沿导流板3螺旋式下降，配合特殊结构的增速筒4的作用，物料流通的速率不断增大，且产生的气流从溢流管3排出旋流筒外；经导流板3导流后的物料下落至大锥段7和小锥段8，大锥段7和小锥段8的特殊组合可以用来抑制旋流场中的循环流，提高切向速度和轴向速度，提升设备分离精度和分离效率；分离后的物料收集在集砂筒9内；
排砂过程：第一，开启阀门F1，关闭阀门F2和阀门F3，集砂筒9内收集的砂通过排砂管一进行集砂罐10内；第二，开启阀门F4、阀门A1的其中一个出口、阀门F5、阀门A2的其中一个入口、阀门F6和阀门F7，此时阀门A1的另一出口关闭，阀门A2的另一入口关闭，排砂水进入冲洗管和排砂管二内，排出排砂管二内的砂，以便后续顺利排砂；第三，开启阀门F4、阀门A1的另一个出口、阀门F3以及阀门A2的另一入口、阀门F6和阀门F7，此时阀门A1的其中一个出口关闭，阀门A2的其中一个入口关闭，排砂水依次进入箱体11和集砂罐10，从而将集砂罐10内的砂从排砂管二排出。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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之内。
Claims (9)
1.一种法向入口的超高压旋流器，其特征在于：包括旋流筒，所述旋流筒的上端设有溢流口、下端敞口；所述旋流筒的上端设有进料口，所述进料口处安装有进料管(1)和挡板(2)，所述进料管(1)沿所述旋流筒的法向延伸，所述挡板(2)位于所述进料管(1)出料口的一侧，用于封住所述进料管(1)的出料口；所述旋流筒内的上部固定安装有导流板(3)，所述导流板(3)与所述进料管(1)的出料口衔接。
2.根据权利要求1所述的法向入口的超高压旋流器，其特征在于：所述旋流筒内的上部还竖直固定安装有增速筒(4)，所述导流板(3)位于所述增速筒(4)和所述旋流筒之间；所述增速筒(4)的内部还竖直固定安装有溢流管(5)，所述溢流管(5)的两端均敞口，其下端与所述增速筒(4)的下端齐平，上端竖直向上延伸出所述旋流筒的上端。
3.根据权利要求2所述的法向入口的超高压旋流器，其特征在于：所述增速筒(4)为呈上下两端细、中间粗纺锤体结构的筒体。
4.根据权利要求2所述的法向入口的超高压旋流器，其特征在于：所述导流板(3)为呈螺旋板状结构的板体，其由上至下设置在所述增速筒(4)上。
5.根据权利要求2所述的法向入口的超高压旋流器，其特征在于：所述旋流筒包括从上至下依次固定连接的圆筒段(6)、大锥段(7)以及小锥段(8)，所述大锥段(7)的上端直径大于其下端直径，且其下端直径等于所述小锥段(8)的上端直径，所述增速筒(4)位于所述圆筒段(6)内。
6.根据权利要求1-5任一项所述的法向入口的超高压旋流器，其特征在于：所述旋流筒外包裹有集砂筒(9)。
7.一种自动排砂系统，其特征在于：包括如权利要求1-6任一项所述的旋流器、集砂罐(10)和箱体(11)，所述箱体(11)的顶部通过排砂管一与所述旋流器的底部连通，所述排砂管一上安装有排砂阀(12)；所述箱体(11)的底部与排砂管二的一端连通，其上部和下部分别与泄压管的一端和进水管的一端连通，所述泄压管上安装有泄压阀(13)，所述进水管上安装有进水阀(14)；所述集砂罐(10)竖直固定安装在所述箱体(11)内，其上部敞口并承接所述旋流器排出的砂，下端与所述排砂管二的一端连通。
8.根据权利要求7所述的自动排砂系统，其特征在于：所述进水管和所述排砂管二之间通过冲洗管连通，所述冲洗管的两端分别安装有三通阀(15)；所述冲洗管上、所述进水管上以及所述排砂管二上分别安装有至少一个缓冲阀(16)。
9.根据权利要求7所述的自动排砂系统，其特征在于：所述箱体(11)与所述泄压管的一端连通的位置固定安装有防砂罩(17)。
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