本發(fā)明涉及簇式高效旋流分離撬及其旋風(fēng)分離元件，屬于分離器領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

頁(yè)巖氣開(kāi)采過(guò)程中，工業(yè)氣流不可避免的夾帶大量沙粒及碎屑，對(duì)后續(xù)工藝造成極大影響。

因此，國(guó)內(nèi)不乏針對(duì)頁(yè)巖氣井口除沙的解決方案?，F(xiàn)大量實(shí)際應(yīng)用的除沙設(shè)備為捕沙器，該設(shè)備是在工業(yè)氣流中設(shè)置過(guò)濾網(wǎng)，分級(jí)過(guò)濾以達(dá)到除沙目的。

該技術(shù)存在的缺陷如下：

1.分離效率較低：根據(jù)實(shí)際使用情況，大量沙粒被帶入下游系統(tǒng)，粗算其實(shí)際分離效率約為97％；

2.運(yùn)行維護(hù)麻煩：需要經(jīng)常性清理過(guò)濾網(wǎng)，對(duì)濾網(wǎng)的選型要求較高；

3.適用范圍狹窄：不同的使用環(huán)境需多次設(shè)計(jì)，資源浪費(fèi)較大；

4.不易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制：過(guò)濾網(wǎng)的拆除清理需人工操作；排沙需手動(dòng)進(jìn)行，無(wú)實(shí)現(xiàn)自控可能性；

5.使用維護(hù)周期短、維護(hù)費(fèi)用高：濾網(wǎng)易變性，從而降低過(guò)濾精度；且易受到流體壓力而損壞，從而加大維護(hù)成本；

6.分離精度不高：容易受到人為操作影響，更換濾網(wǎng)時(shí)可能將部分沙粒及碎屑漏至下游系統(tǒng)；濾網(wǎng)變形更導(dǎo)致分離器效率降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提供簇式高效旋流分離撬及其旋風(fēng)分離元件，主要解決現(xiàn)有捕沙器存在效率低、精度不高、運(yùn)行維護(hù)麻煩且費(fèi)用高等諸多不便的問(wèn)題。本發(fā)明主要原理是依靠核心分離組件，對(duì)流體中的沙粒及水分減速，依靠空氣及沙粒、水分的密度差實(shí)現(xiàn)氣、水、固三項(xiàng)分離。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

簇式高效旋流分離撬，包括容器，設(shè)于容器內(nèi)的上隔板和下隔板，以及設(shè)于下隔板上的簇式的分離組件，所述下隔板將容器上端與下端隔開(kāi)并在下端形成料倉(cāng)，上隔板與下隔板之間的容器壁上設(shè)有進(jìn)口，上隔板上方的容器壁上設(shè)有出口，料倉(cāng)下端設(shè)有排污口；所述分離組件包括多個(gè)設(shè)于下隔板上的旋風(fēng)分離元件，該旋風(fēng)分離元件包括旋流筒，與旋流筒的下端部連為一體的異徑管，和下端固定到旋流筒內(nèi)并一直延伸至異徑管與旋流筒內(nèi)部連通、上端連接上隔板并與上隔板上部空間連通的中心管，旋流筒設(shè)有具有流體入口的螺旋流道，異徑管延伸出下隔板并與料倉(cāng)連通。

具體地，所述中心管下端位置低于旋流筒的下端。

進(jìn)一步地，所述異徑管的上端直徑大于下端直徑。

更進(jìn)一步地，所述螺旋流道為雙入口螺旋流道，具有兩個(gè)流體入口和分別與之對(duì)應(yīng)的螺旋流道，且兩個(gè)螺旋流道的位置對(duì)稱(chēng)。

再進(jìn)一步地，所述上隔板設(shè)有多個(gè)與中心管位置對(duì)應(yīng)的通孔。

再進(jìn)一步地，所述料倉(cāng)的下端呈漏斗狀，排污口設(shè)于該料倉(cāng)的底部，排污口連接有排污管道，排污管道上還設(shè)有籃式過(guò)濾器。還包括支座，料倉(cāng)的下端嵌入到支座當(dāng)中，排污管道從支座的側(cè)壁伸出支座外。

在實(shí)際情況中，所述支座側(cè)壁上還設(shè)有檢查口。

為了實(shí)現(xiàn)智能化控制，料倉(cāng)壁上設(shè)有液位計(jì)接口，液位計(jì)接口連接液位計(jì)；排污口處設(shè)有氣動(dòng)切斷閥，該氣動(dòng)切斷閥與液位計(jì)連鎖。

另外，上隔板上方的容器壁上設(shè)有安全閥接口，安全閥接口接安全閥。

一種旋風(fēng)分離元件，包括旋流筒，與旋流筒的下端部連為一體的異徑管，和下端固定到旋流筒內(nèi)并一直延伸至異徑管與旋流筒內(nèi)部連通的中心管，旋流筒設(shè)有具有流體入口的螺旋流道，中心管上端設(shè)有第一出口，異徑管下端設(shè)有第二出口。

具體地，所述中心管下端位置低于旋流筒的下端。

進(jìn)一步地，所述異徑管的上端直徑大于下端直徑。

作為優(yōu)選，所述螺旋流道為雙入口螺旋流道，具有兩個(gè)流體入口和分別與之對(duì)應(yīng)的螺旋流道，且兩個(gè)螺旋流道的位置對(duì)稱(chēng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明分離效率高：通過(guò)相關(guān)流體模型模擬，本發(fā)明對(duì)蒸汽水分及固體的分離效率達(dá)99.5％。

(2)本發(fā)明運(yùn)行維護(hù)方便：應(yīng)核心分離裝置無(wú)需經(jīng)常性拆裝或檢修、更換，故無(wú)需采用大量的維護(hù)措施。

(3)本發(fā)明工藝適用性大、適用范圍寬：允許適用的壓力范圍廣，允許產(chǎn)量波動(dòng)大，對(duì)于氣流流量波動(dòng)在正常工況條件的33％～120％以?xún)?nèi)，均能夠適應(yīng)；設(shè)備尺寸亦不需變化，從而加大設(shè)備的應(yīng)用范圍。

(4)本發(fā)明易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制：可以與相應(yīng)的水封容器、泵、分離器等配合使用，通過(guò)水封容器內(nèi)的液位平衡達(dá)到自動(dòng)控制目的。

(5)本發(fā)明使用周期長(zhǎng)：無(wú)需經(jīng)常更換或清理內(nèi)部件，故增加使用維護(hù)周期，理論上可達(dá)30年。

(6)本發(fā)明分離精度高：無(wú)人為操作影響，內(nèi)件損壞可能性小。

(7)本發(fā)明系統(tǒng)壓降小。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明-實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明-實(shí)施例的俯視圖。

圖3為本發(fā)明-實(shí)施例簇式的分離組件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明-實(shí)施例簇式的分離組件的俯視圖。

圖5為本發(fā)明-實(shí)施例旋風(fēng)分離元件的俯視圖。

其中，附圖標(biāo)記所對(duì)應(yīng)的名稱(chēng)：

1-容器，2-上隔板，201-通孔，3-下隔板，4-旋風(fēng)分離元件，401-旋流筒，402-異徑管，403-中心管，404-流體入口，405-防磨板，406-第一出口，407-第二出口，5-進(jìn)口，6-出口，7-手孔，8-排污口，9-排污管道，10-安全閥接口，11-液位計(jì)接口，12-支座，13-檢查口，14-吊耳。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于下列實(shí)施例。

實(shí)施例1

如圖1、2、3所示，簇式高效旋流分離撬，包括容器1、上隔板2、下隔板3、旋風(fēng)分離元件4、進(jìn)口5、出口6、手孔7、排污口8、排污管道9、安全閥接口10、液位計(jì)接口11、支座12、檢查口13。

在本實(shí)施例中，上隔板2、下隔板3分別設(shè)于容器1內(nèi)中上端和中下端，下隔板3將容器1上端與下端隔開(kāi)并在下端形成料倉(cāng)，進(jìn)口5設(shè)于上隔板2和下隔板3之間的容器1壁上，出口6設(shè)于上隔板2上方的容器1壁上。

本實(shí)施例的旋風(fēng)分離元件4為多個(gè)，均勻安裝于下隔板上，多個(gè)旋風(fēng)分離元件4組成簇式的分離組件。旋風(fēng)分離元件4包括旋流筒401，與旋流筒401的下端部連為一體的異徑管402，和下端固定到旋流筒401內(nèi)并一直延伸至異徑管402與旋流筒401內(nèi)部連通、上端連接上隔板2并與上隔板2上部空間連通的中心管403，上隔板2則設(shè)有多個(gè)與中心管14位置對(duì)應(yīng)的通孔201，旋流筒401設(shè)有具有流體入口404的螺旋流道，流體入口404位于上隔板2和下隔板3之間，異徑管402延伸出下隔板3并與料倉(cāng)連通，位于邊緣的旋風(fēng)分離元件4的中心管403外壁上還設(shè)有防磨板405。

簇式即多個(gè)旋風(fēng)分離元件401按一定的排列規(guī)則形成的一簇具有多個(gè)螺旋流道的分離組件，該簇式的分離組件增加折流實(shí)現(xiàn)對(duì)固體和液體減速。

在本實(shí)施例中，中心管403下端位置低于旋流筒401的下端，螺旋流道為雙入口螺旋流道，具有兩個(gè)流體入口和分別與之對(duì)應(yīng)的螺旋流道，且兩個(gè)螺旋流道的位置對(duì)稱(chēng)。異徑管的上端直徑大于下端直徑。氣流從螺旋流道的流體入口進(jìn)入形成氣旋(外旋)，到螺旋流道收口的部位，固體、液體與氣體分離，氣體在中心筒內(nèi)成螺旋(內(nèi)旋)上升，從中心筒上端出口排除。

料倉(cāng)的下端呈漏斗狀，排污口8設(shè)于該料倉(cāng)底部，排污口8連接排污管道9，排污管道上還設(shè)有籃式過(guò)濾器。料倉(cāng)的下端嵌入到支座當(dāng)中排污管道9從支座12的側(cè)壁伸出支座12外，檢查口13設(shè)于支座側(cè)壁上，通過(guò)該檢查口可穿過(guò)支座側(cè)壁觀察容器1下端情況。

手孔7設(shè)于料倉(cāng)壁上端，安全閥接口10設(shè)于上隔板2上方的容器1壁上，安全閥接口設(shè)安全閥。本實(shí)施例的液位計(jì)接口11為兩個(gè)，一上一下分別設(shè)于下隔板3與下端呈漏斗狀的料倉(cāng)之間的壁上。液位計(jì)接口11連接液位計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的目的，排污口8處設(shè)有氣動(dòng)切斷閥，該氣動(dòng)切斷閥與液位計(jì)連鎖。

在本實(shí)施例中，容器壁外側(cè)還設(shè)有多個(gè)用于吊裝用的吊耳14。容器1由q245r鋼制成。

容器1的頂部設(shè)有頂蓋，支座12下端側(cè)壁設(shè)有加筋板。

本發(fā)明的工作過(guò)程如下：

1.當(dāng)攜沙流體通過(guò)進(jìn)口進(jìn)入容器時(shí)，氣流速度減小，沙粒受重力影響開(kāi)始下降。

2.攜沙流體向旋風(fēng)分離元件內(nèi)流動(dòng)(由流體入口進(jìn)入)，同時(shí)帶動(dòng)沙粒進(jìn)入旋風(fēng)分離元件，氣流速度加大，方向呈螺旋形下降。沙粒受到離心力撞擊旋流筒內(nèi)壁使得沿旋流筒內(nèi)壁切線方向的動(dòng)能減小，速度減小，同時(shí)受到氣流向下的動(dòng)能及重力影響，向下動(dòng)能增大。

3.氣體及沙粒下降至旋風(fēng)分離元件的異徑管底部時(shí)，氣體夾帶沙粒流出旋風(fēng)分離元件向料倉(cāng)底部流動(dòng)，一部分氣體向上通過(guò)旋風(fēng)分離元件的中心管上升，由于沙粒在氣體向下勢(shì)能及重力作用，且空氣密度相對(duì)于沙粒密度可忽略不計(jì)，故沙粒向下動(dòng)能遠(yuǎn)大于向上動(dòng)能，由此沙粒下落，流動(dòng)的氣體上升，一部分氣體(少量)進(jìn)入料倉(cāng)底部。

4.已分離的固體及液體沉積在容器底部、通過(guò)后續(xù)排沙流程排走。

本實(shí)施例的工作壓力范圍為3mpa-5.6mpa，氣流量波動(dòng)范圍為100萬(wàn)m³至360萬(wàn)m³，設(shè)計(jì)氣流量300萬(wàn)m³，工藝波動(dòng)適應(yīng)范圍33％-120％。

相對(duì)于其他旋風(fēng)分離設(shè)備，本實(shí)施例最大的特點(diǎn)是對(duì)工藝波動(dòng)的適應(yīng)性，適用壓力波動(dòng)較大的生產(chǎn)工藝。

實(shí)施例2

如圖3、4、5所示，一種旋風(fēng)分離元件，包括旋流筒401，與旋流筒401的下端部連為一體的異徑管402，和下端固定到旋流筒401內(nèi)并一直延伸至異徑管402與旋流筒401內(nèi)部連通的中心管403，旋流筒401設(shè)有具有流體入口404的螺旋流道，中心管403上端設(shè)有第一出口406，異徑管下端設(shè)有第二出口407。

在本實(shí)施例中，中心管403下端位置低于旋流筒401的下端。

在本實(shí)施例中，異徑管402的上端直徑大于下端直徑。

在本實(shí)施例中，螺旋流道為雙入口螺旋流道，具有兩個(gè)流體入口和分別與之對(duì)應(yīng)的螺旋流道，且兩個(gè)螺旋流道的位置對(duì)稱(chēng)。

按照上述實(shí)施例，便可很好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。值得說(shuō)明的是，基于上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提下，為解決同樣的技術(shù)問(wèn)題，即使在本發(fā)明上做出的一些無(wú)實(shí)質(zhì)性的改動(dòng)或潤(rùn)色，所采用的技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)仍然與本發(fā)明一樣，故其也應(yīng)當(dāng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。