CN114130550B - 一种中压旋流除砂器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种中压旋流除砂器，包括内设有向上开口空腔的筒体和设置于筒体内的多个旋流管，筒体顶部设有用于开合空腔的快开盲板，多个旋流管均可拆卸式的设置在内件上，内件可拆卸式的安装在空腔内，内件内设有用于分流的分流装置；筒体内侧的底部与内件的下端之间形成筒体下腔，筒体下腔的中上部设有用于对筒体下腔内上层液体进行导流的导流装置，用于解决除砂器内部不能拆卸清洗、旋流管堵塞或损坏后无法处理以及不能根据变化工况调整旋流管数量的问题，同时改善分砂效果，提高除砂效率，具有设置于筒体顶部的快开盲板可控制开合，便于取出可拆卸式安装在筒体内的内件，便于对内件上的旋流管进行清洗或更换的优点。

Description

一种中压旋流除砂器

技术领域

本发明涉及天然气除砂设备技术领域，具体涉及一种中压旋流除砂器。

背景技术

为了实现气田生产的安全可靠，节约开发投资，目前页岩气、致密气井口在推广中压集气方式，从而降低地面设备设计压力，简化地面流程，增大集输半径，降低安全风险，节约运行成本。井口核心设备之一为除砂器，防止砂对下游设备的刺坏，保证下游设备和管线安全。尽管旋流除砂器有一定的缺点（分离效果受工况稳定性影响较大），但结构紧凑、分离效率高，在相对稳定工况范围内，它仍为业界普遍使用的多相（液固/气固/气液固）分离设备。虽然除砂器的应用研究发展较为迅速，但目前国内外对旋流分离器的设计基本上仍处于半经验设计阶段，对旋流分离机理的深层次研究远未达到令人满意的结果，在许多方面仍是空白，这在一定程度上也严重制约了该技术的进一步发展。

因此，开展气-液-固水力旋流除砂器的研制，必将促进井口除砂技术水平的进一步提高，对提高下游集输设备的安全可靠性和寿命、降低天然气采出成本有着极其重要的意义。

目前四川地区在用除砂器普遍为过滤式除砂，经常发生除砂器被堵塞的事故，而少量应用的旋流除砂器也存在各种缺点，如不能适应现场的突变工况，导致旋流管磨损严重，旋流管内部不能拆卸清洗，旋流管堵塞或破损后无法处理，无法更换内件等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种中压旋流除砂器，解决除砂器内部不能拆卸清洗、旋流管堵塞或损坏后无法处理以及不能根据变化工况调整旋流管数量的问题，同时改善分砂效果，提高除砂效率。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种中压旋流除砂器，包括：内设有向上开口空腔的筒体和设置于筒体内的多个旋流管，筒体顶部设有用于开合空腔的快开盲板，多个旋流管均可拆卸式的设置在内件上，内件可拆卸式的安装在空腔内，内件内设有用于分流的分流装置；筒体内侧的底部与内件的下端之间形成筒体下腔，筒体下腔的中上部设有用于对筒体下腔内上层液体进行导流的导流装置。

进一步的技术方案是，多个旋流管沿筒体内的垂直中心线分散分布，多个旋流管上均设有旋流管入口，多个旋流管入口均朝向筒体内的垂直中心线，内件内形成封闭的筒体中腔，筒体的一侧设有与筒体中腔相连通的进气口，分流装置为防冲板，防冲板为从上至下朝向旋流管的一侧倾斜设置于筒体中腔内，防冲板靠近进气口处且用于防止进入筒体中腔内的混合物体对旋流管进行直接冲击，防冲板朝向旋流管的一侧设有加强筋。

进一步的技术方案是，导流装置为堰板，堰板设置于筒体下腔的中上部，堰板和筒体内壁围合呈具有向上开口的导流腔，导流腔的底部且在筒体的一侧形成导流口。

进一步的技术方案是，内件包括呈上下间隔设置的上支撑板和下支撑板以及用于连接上支撑板和下支撑板的连接杆组，上支撑板上设有多个竖向通透设置的安装孔，多个安装孔的下端均设有上限位圈，下支撑板上设有数量和位置均与上限位圈相对应的下限位圈，旋流管的上下两端分别设置于上限位圈和下限位圈内。

更进一步的技术方案是，旋流管的上端设有旋流管压板、设置于旋流管压板上的第一螺孔以及与第一螺孔螺纹连接的第一螺栓，上支撑板上设有大小与第一螺栓相适配的第二螺孔，第一螺栓的螺杆下端螺纹穿过第一螺孔并拧入第二螺孔内，以使旋流管压板与上支撑板连接。

更进一步的技术方案是，上支撑板上固定设有吊环。

更进一步的技术方案是，下限位圈的内侧设有两个呈上下间隔设置的环形安装槽，两个环形安装槽内分别设有呈上下设置的上蕾型密封圈和下蕾型密封圈。

更进一步的技术方案是，筒体的内壁设有呈上下间隔设置的上支撑圈和下支撑圈，上支撑板与设置在上支撑板下端面的上支撑圈通过第二螺栓连接，上支撑板与上支撑圈之间设有上密封圈，下支撑板的侧面为第一倾斜面，下支撑圈的内圈设有与第一倾斜面相适配的第二倾斜面，第二倾斜面上设有凹槽，凹槽内设有下密封圈，第一倾斜面与第二倾斜面紧密相贴。

更进一步的技术方案是，筒体的底部设有排砂口，内件的上端面与快开盲板之间形成筒体上腔，筒体的另一侧设有与筒体上腔相连通的出气口。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果之一：

1、设置于筒体顶部的快开盲板可控制开合，便于取出可拆卸式安装在筒体内的内件，便于对内件上的旋流管进行清洗或更换。

2、旋流管设置于内件上，便于先在筒体外侧将旋流管安装在内件上之间，再将内件安装在筒体内，使得旋流管的安装快捷且高效。

3、旋流管有多根，均可自由拆卸，当需要调节处理量时，可以拆卸部分旋流管并进行封堵，保证旋流管的负荷处于正常处理量。

4、导流口用于导流，少量的流量排入下游分离器，使筒体下腔液体能缓慢流动，有利于旋流管内砂更好的向下流动，提高除砂效率。

5、导流口入口设置堰板，进入导流口的为上部含砂极少的液体。

附图说明

图1为本发明一种中压旋流除砂器及其内件安装方法的结构示意图。

图2为图1中A处局部放大示意图。

图3为图1中B处局部放大示意图。

图4为本发明中内件的结构示意图。

图5为图4中C处局部放大示意图。

图6为本发明中上支撑板的俯视图。

图7为本发明中旋流管的结构示意图。

图8为本发明中紧固螺栓的结构示意图。

图标：1-筒体，2-旋流管，3-快开盲板，4-内件，5-筒体下腔，6-第一螺栓，7-旋流管入口，8-筒体中腔，9-进气口，10-上支撑圈，11-下支撑圈，12-第二螺栓，13-上密封圈，14-下密封圈，15-第一倾斜面，16-第二倾斜面，17-旋流管压板，18-堰板，19-导流口，20-导流腔，21-排砂口，22-出气口，23-旋流管出口，24-旋流管溢流口，25-紧固螺栓，401-上支撑板，402-下支撑板，403-连接杆组，405-上限位圈，406-下限位圈，407-吊环，408-防冲板，409-加强筋，410-上蕾型密封圈，411-下蕾型密封圈。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

图1-8示出了本发明一种中压旋流除砂器的一个较佳实施方式，本实施例中的除砂器具体包括内设有向上开口空腔的筒体1和设置于筒体1内的多个旋流管2，筒体1顶部设有用于开合空腔的快开盲板3，多个旋流管2均可拆卸式的设置在内件4上，内件4可拆卸式的安装在空腔内，内件4内设有用于分流的分流装置；筒体1内侧的底部与内件4的下端之间形成筒体下腔5，筒体下腔5的中上部设有用于对筒体下腔5内上层液体进行导流的导流装置。

多个旋流管2沿筒体1内的垂直中心线分散分布，多个旋流管2上均设有旋流管入口7，多个旋流管入口7均朝向筒体1内的垂直中心线，内件4内形成封闭的筒体中腔8，筒体1的一侧设有与筒体中腔8相连通的进气口9，分流装置为防冲板408，防冲板408为从上至下朝向旋流管2的一侧倾斜设置于筒体中腔8内，防冲板408靠近进气口9处且用于防止进入筒体中腔8内的混合物体对旋流管2进行直接冲击，旋流管入口7均朝向中心，在几乎不影响分配效果的前提下，防冲板408明显减少流体对旋流管2的冲刷，提高旋流管2使用寿命。

防冲板408朝向旋流管2的一侧设有加强筋409，防冲板408从上至下为朝向旋流管2的一侧倾斜设置，倾斜设置的防冲板408便于对高速的流体进行分流，并避免了高速的流体直接对旋流管2进行冲刷。

导流装置为堰板18，堰板18设置于筒体下腔5的中上部，堰板18和筒体1内壁围合呈具有向上开口的导流腔20，导流腔20的底部且在筒体1的一侧形成导流口19，仅有少量液体约5%至10%会从导流口19进入下游，绝大多数液体(90至95%)从旋流管出口23流出，正常工作时，筒体下腔5会充满液体，砂完全靠重力沉降，设置导流口19后，会有涓流带动砂向下沉降，提高除砂效果。

内件4包括呈上下间隔设置的上支撑板401和下支撑板402以及用于连接上支撑板401和下支撑板402的连接杆组403，连接杆组403由7根圆钢组成，其圆钢为上端直径大，下端直径小，圆钢用于将上支撑板401和下支撑板402组成整体的同时起到安装导向作用，有利于内件整体在筒体1内进行安装。

具体的，防冲板408设置于上支撑板401的下端靠近进气口9处。

上支撑板401上设有多个竖向通透设置的安装孔，多个安装孔的下端均设有上限位圈405，下支撑板402上设有数量和位置均与上限位圈405相对应的下限位圈406，旋流管2的上下两端分别设置于上限位圈405和下限位圈406内，安装孔、上限位圈405和下限位圈406的数量均与旋流管2的数量相对应，上限位圈405和下限位圈406在上下位置相对应。

旋流管2的上端设有旋流管压板17、设置于旋流管压板17上的第一螺孔以及设置于第一螺孔内的第一螺栓6，上支撑板401上设有大小与第一螺栓6相适配的第二螺孔，第一螺栓6的螺杆下端穿过第一螺孔并拧入第二螺孔内，以使旋流管压板17与上支撑板401连接，旋流管压板17上的第一螺孔为M20螺孔，上支撑板401上的第二螺孔为M16螺孔，安装时用M16的第一螺栓6将旋流管压板17压紧在上支撑板401上，为保证密封效果以及防止流体扰动对造成旋流管2的摆动，下蕾型密封圈411位置密封较紧，因此常规拆卸容易损坏陶瓷旋流管2，拆卸时用紧固螺栓25拧入M20螺孔，将旋流管压板17靠螺纹顶出来，保证不会损坏旋流管2，此处的紧固螺栓25为上端为吊环，中部为M20的螺杆，下端为能顺利通过M16的光杆，值得注意的是此处指出的第一螺孔为M20螺孔、第二螺孔为M16螺孔、M16的第一螺栓6、M20螺孔以及紧固螺栓25的尺寸规格仅为举例说明，并不对螺孔或螺栓的规格大小进行限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的对螺栓或螺孔的规格进行修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

上支撑板401上固定设有吊环407，吊环407通过焊接的方式固定设置于上支撑板401的上端面，吊环407便于起吊整个内件4结构，便于对内件4结构进行安装或从筒体1的内侧取出。

下限位圈406的内侧设有两个呈上下间隔设置的环形安装槽，两个环形安装槽内分别设有呈上下设置的上蕾型密封圈410和下蕾型密封圈411，上蕾型密封圈410采用软橡胶，起密封作用，下蕾型密封圈411采用硬橡胶，起定位作用。

筒体1的内壁设有呈上下间隔设置的上支撑圈10和下支撑圈11，上支撑板401与设置在上支撑板401下端面的上支撑圈10通过第二螺栓12连接，上支撑板401与上支撑圈10之间设有上密封圈13，下支撑板402的侧面为第一倾斜面15，下支撑圈11的内圈设有与第一倾斜面15相适配的第二倾斜面16，第二倾斜面16上设有凹槽，凹槽内设有下密封圈14，第一倾斜面15与第二倾斜面16紧密相贴，通过拆卸第二螺栓12，便于将整个内件4取出筒体1，第一倾斜面15与第二倾斜面16紧密相贴，使下支撑板402与下支撑圈11紧密相连。

筒体1的底部设有排砂口21，上支撑板401与快开盲板3之间形成筒体1上腔，筒体1的另一侧设有与筒体1上腔相连通的出气口22，含气、液、砂的页岩气或致密气进气口9进入筒体中腔8，再经旋流管入口7进入旋流管2进行旋风分离。分离后砂经旋流管出口23（设置于旋流管2底部）进入筒体下腔5，再经排砂口21进入下端沉砂筒；气、液经旋流管溢流口24（设置于旋流管2顶部）进入到筒体1内，再经出气口22进入下游管线计量后外输。

实施例2：

一种中压旋流除砂器的内件4安装在中压旋流除砂器内的安装方法，包括以下步骤：

步骤一、对内件4进行组装；步骤二、将下密封圈14进行定位，再将上支撑圈10和上密封圈13用第二螺栓12安装在上支撑板401上，再将其作为一个整体压紧在下支撑圈11上，并利用工装对内件4找平，将内件4找正；步骤三、再将上支撑圈10点焊在筒体1的内壁上，再拆卸第二螺栓12取出内件4后再在筒体1内焊牢上支撑圈10，然后焊接快开盲板3。

具体的，在对内件4进行组装的过程为，将旋流管2安装在上限位圈405和下限位圈406内，再将第一螺栓6拧紧，使上支撑板401与旋流管压板17紧密连接，再将整个内件4安装筒体1内，具体为将内件4向下压紧，再拧紧第二螺栓12，使上支撑板401与上支撑圈10紧密连接。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (8)

1.一种中压旋流除砂器，包括：内设有向上开口空腔的筒体（1）和设置于筒体（1）内的多个旋流管（2），其特征在于：所述筒体（1）顶部设有用于开合空腔的快开盲板（3），多个所述旋流管（2）均可拆卸式的设置在内件（4）上，所述内件（4）可拆卸式的安装在空腔内； 所述内件（4）内设有用于分流的分流装置； 所述筒体（1）内侧的底部与内件（4）的下端之间形成筒体下腔（5），所述筒体下腔（5）的中上部设有用于对筒体下腔（5）内上层液体进行导流的导流装置；多个所述旋流管（2）沿筒体（1）内的垂直中心线分散分布，多个所述旋流管（2）上均设有旋流管入口（7），多个所述旋流管入口（7）均朝向筒体（1）内的垂直中心线，所述内件（4）内形成封闭的筒体中腔（8），所述筒体（1）的一侧设有与筒体中腔（8）相连通的进气口（9），所述分流装置为防冲板（408），所述防冲板（408）为从上至下朝向旋流管（2）的一侧倾斜设置于筒体中腔（8）内，所述防冲板（408）靠近进气口（9）处且用于防止进入筒体中腔（8）内的混合物体对旋流管（2）进行直接冲击，所述防冲板（408）朝向旋流管（2）的一侧设有加强筋（409）。

2.根据权利要求1所述的一种中压旋流除砂器，其特征在于：所述导流装置为堰板（18），所述堰板（18）设置于筒体下腔（5）的中上部，所述堰板（18）和筒体（1）内壁围合呈具有向上开口的导流腔（20），所述导流腔（20）的底部且在筒体（1）的一侧形成导流口（19）。

3.根据权利要求1所述的一种中压旋流除砂器，其特征在于：所述内件（4）包括呈上下间隔设置的上支撑板（401）和下支撑板（402）以及用于连接上支撑板（401）和下支撑板（402）的连接杆组（403），所述上支撑板（401）上设有多个竖向通透设置的安装孔，多个所述安装孔的下端均设有上限位圈（405），所述下支撑板（402）上设有数量和位置均与上限位圈（405）相对应的下限位圈（406），所述旋流管（2）的上下两端分别设置于上限位圈（405）和下限位圈（406）内。

4.根据权利要求3所述的一种中压旋流除砂器，其特征在于：所述旋流管（2）的上端设有旋流管压板（17）、设置于旋流管压板（17）上的第一螺孔以及设置于第一螺孔内的第一螺栓（6），所述上支撑板（401）上设有大小与第一螺栓（6）相适配的第二螺孔，所述第一螺栓（6）的螺杆下端穿过第一螺孔并拧入第二螺孔内，以使所述旋流管压板（17）与上支撑板（401）连接。

5.根据权利要求3所述的一种中压旋流除砂器，其特征在于：所述上支撑板（401）上设固定设有吊环（407）。

6.根据权利要求3所述的一种中压旋流除砂器，其特征在于：所述下限位圈（406）的内侧设有两个呈上下间隔设置的环形安装槽，两个所述环形安装槽内分别设有呈上下设置的上蕾型密封圈（410）和下蕾型密封圈（411）。

7.根据权利要求3所述的一种中压旋流除砂器，其特征在于：所述筒体（1）的内壁设有呈上下间隔设置的上支撑圈（10）和下支撑圈（11），所述上支撑板（401）与设置在上支撑板（401）下端面的上支撑圈（10）通过第二螺栓（12）连接，所述上支撑板（401）与上支撑圈（10）之间设有上密封圈（13），所述下支撑板（402）的侧面为第一倾斜面（15），所述下支撑圈（11）的内圈设有与第一倾斜面（15）相适配的第二倾斜面（16），所述第二倾斜面（16）上设有凹槽，所述凹槽内设有下密封圈（14），所述第一倾斜面（15）与第二倾斜面（16）紧密相贴。

8.根据权利要求1所述的一种中压旋流除砂器，其特征在于：所述筒体（1）的底部设有排砂口（21），所述内件（4）的上端面与快开盲板（3）之间形成筒体（1）上腔，所述筒体（1）的另一侧设有与筒体（1）上腔相连通的出气口（22）。

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