CN110735624B - 一种全通径管道式除砂器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全通径管道式除砂器。包括入口三通管、全通径清管阀、螺旋除砂段、流向调整出口、旁通接管、全通径球阀和储砂室，入口三通管由三通主管和三通支管组成，螺旋除砂段为螺旋除砂段内筒与螺旋除砂段外筒相互嵌套形成，流向调整出口为流向调整内筒与流向调整外筒相互嵌套形成，三通主管与螺旋除砂段内筒连通，螺旋除砂段内筒与流向调整内筒连通，螺旋除砂段外筒与流向调整外筒连通，旁通接管连通三通支管和支管进口，旋流除砂段外筒和旋流除砂段内筒之间的环形空间内设置螺旋叶片，旋流除砂段外筒底部于螺旋叶片下方设置一排排砂口，排砂口作为固液杂质进入储砂室的开口。使用本发明可在高效分离出油气中固体杂质的同时，清理砂过程中不影管道的正常输送。

Description

一种全通径管道式除砂器

技术领域

本发明属于离心分离与流动保障技术领域，涉及一种全通径管道式除砂器。

背景技术

天然气的特性决定了天然气管输较之其他输送方式更加经济可靠，是目前陆上天然气输送的主要方式。天然气输送***中的液体和固体杂质主要来源包括：采气时井下带来的凝析油、凝析水、岩屑粉尘；管道施工时留下的脏物和残渣；管内的铁屑和腐蚀产物。

砂和铁锈等尘粒随高速气流运动会对管道内壁造成强烈磨蚀，压缩机作为输气过程中的主要动力设备其叶轮高速旋转过程中对固体杂质的含量要求高度严苛，其余计量仪表也往往容易因固体颗粒的磨损造成仪表计量不准甚至失效。一般在集气站、压气站、配气站、调压计量站等处设分离器、除尘器以及过滤器用于脱出天然气中携带的各类固（液）杂质，其中重力式分离器和旋风分离器得到了较广泛的应用。

站场除砂流程复杂、占地面积大，需要各种配套设施来保证分离除尘过程的顺利进行；对于长输管道而言站场与站场之间的管道往往多达几十公里甚至更长，这期间支管道携带而来以及管道自身产生的腐蚀产物等固体杂质难以及时得到处理。

利用螺旋结构进行除砂的相关装置已有先例，如申请号为96118733.6的中国专利，公开了一种原油井口管流除砂器，其包括一螺旋管线，螺旋管线的端口配置一出砂口，管线与出砂口的交汇处配置一楔片，能够借助油井剩余能量而无需外加驱动力从管道中直接除砂。申请号为201410815080.6的中国专利，公开了一种螺旋除砂器，其包括螺旋分离管、出砂口短节、置换储砂罐和螺旋分离管安装架，螺旋分离管下端进料口与井底返排液管路连接，上端出液口与地面集水管路连接，所述螺旋分离管外周面上开设有若干个阻挡式出砂口，各出砂口通过管路与密闭式置换储砂罐连通，置换储砂罐底部开设有排砂口；井底含砂反排液从螺旋分离管下端进料口进入，顺着螺旋分离管高速盘旋向上流动，离心力作用下，反排液中的砂粒被甩向螺旋分离管内壁外周面，从出砂口排入置换储砂罐，螺旋分离管与置换储砂罐密闭连通，压力平衡，借助离心力将砂粒排入置换储砂罐置换出其中的液体，液体部分从螺旋分离管上端出口排入地面集水管路，实现砂液分离。但这些技术虽然利用了螺旋管的旋流场对固体杂质的分离能力，但结构过于粗糙，形式不够合理，安装过于复杂，尤其是砂的分出段采用在螺旋管上开孔形式，首先这种方式的开口数量受到很大的限制，其次开孔位置对砂的分离同样有很大的影响，分离效果不好。

发明内容

本发明是针对现有技术安装复杂和分离效果差等缺点而提供一种全通径管道式除砂器，使用本发明技术可高效分离出天然气中固体杂质的同时，方便清管过程中清管器的通过。

本发明提供一种全通径管道式除砂器，包括储砂室，其特征在于：该全通径管道式除砂器包括入口三通管、全通径清管阀、螺旋除砂段、流向调整出口、旁通接管和全通径球阀，所述入口三通管由三通主管和三通支管组成，螺旋除砂段为螺旋除砂段内筒与螺旋除砂段外筒相互嵌套形成的结构，螺旋除砂段内筒与螺旋除砂段外筒同轴心布置，螺旋除砂段内筒的入口端为干管进口，螺旋除砂段外筒一端为螺旋除砂段内筒的安装口，另一端为螺旋除砂段出口，螺旋除砂段外筒的侧面设置支管进口，支管进口位于干气进口一侧，支管进口直径和三通支管直径相同，两者朝向皆为水平方向，流向调整出口为流向调整内筒与流向调整外筒相互嵌套形成的结构，流向调整内筒与流向调整外筒同轴心布置，流向调整内筒的出口端为天然气出口，另一端为流向调整出口的天然气进口，流向调整内筒伸入到流向调整外筒内部的部分上均匀布满圆孔，三通主管与螺旋除砂段内筒连通，螺旋除砂段内筒与流向调整内筒连通，螺旋除砂段外筒与流向调整外筒连通，旁通接管连通三通支管和支管进口，旋流除砂段外筒和旋流除砂段内筒之间的环形空间内设置螺旋叶片，以形成螺旋流道，旋流除砂段外筒底部于螺旋叶片下方设置一排排砂口并布满螺旋叶片形成的螺旋流道，排砂口作为固液杂质进入储砂室的开口。

本发明进一步技术特征在于：所述排砂口个数为3～5个，每个排沙口的直径为旋流除砂段外筒直径的0.1～0.3倍。

本发明进一步技术特征在于：所述螺旋叶片为平板螺旋状旋转形成的结构，螺旋叶片的螺旋倾角在5°～15°之间。

本发明进一步技术特征在于：所述流向调整内筒伸入到流向调整外筒内部的部分上均匀布满圆孔，圆孔的开孔直径在10～50mm之间，开孔率在50%～60%之间，开孔面积之和为1～3倍流向调整内筒的截面面积。

本发明进一步技术特征在于：所述流向调整外筒一端固定于流向调整内筒的外壁，另一端为流向调整出口的天然气进口，天然气进口和螺旋除砂段出口相互配合。

本发明进一步技术特征在于：所述流向调整外筒一端采用焊接方式固定于流向调整内筒的外壁，天然气进口和螺旋除砂段出口采用法兰连接。

本发明进一步技术特征在于：所述储砂室为两端带有圆形封头的卧式筒体结构，其正上方安装有和排砂口一一对应的进砂口，每组排砂口和进砂口之间通过全通径球阀进行连接。

采用上述的全通径管道式除砂器对天然气进行除砂的方法是，正常除砂流程时含有固体杂质的天然气自入口三通管的三通支管经旁通接管跨越全通径清管阀，经支管进口进入螺旋除砂段，在螺旋除砂段内筒和螺旋除砂段外筒之间的螺旋叶片内做螺旋运动，在螺旋流道内天然气中的固体杂质由于离心力作用向螺旋除砂段外筒内壁面运移，运移到螺旋除砂段外筒内壁面的固体杂质经排砂口流出螺旋除砂段，然后经全通径球阀经进砂口进入储砂室进行储存，螺旋除砂之后不含有固体杂质的天然气经流向调整出口的流向调整内筒与流向调整外筒形成的环形空间内，经流向调整内筒上的圆孔通道进入流向调整内筒调整流向，之后流向天然气出口至除砂器下游。当进行固体杂质的清理时，关闭联通螺旋除砂段和储砂室的全通径球阀，打开储砂室两端的法兰封盖清理储砂室内的固体杂质后，将储砂室重新安装固定后打开全通径球阀。清管流程时打开全通径清管阀，清管器经入口三通管的三通主管、全通径球阀、旋流除砂段内筒、流向调整出口内筒通过除砂器流向下游，然后关闭全通径清管阀经清管流程转换为除砂流程。

本发明与现有技术相比具有的优点为：本发明技术采用螺旋流道离心分离的方式，分离方式高效，分离效率高；本发明技术的结构内部不采用任何过滤构件，可以永久性解除除砂器内部堵塞的困扰；本发明技术的安装方式与普通阀门相同，可水平或者竖直方向安装，不占用额外空间，不需要辅助设施；同时兼顾除砂工况与清管工况，使用更加方便。

下面将结合附图和具体实施方式对本发明的结构布局和运行流程等作进一步的详细说明，但并不限制本发明的范围。

附图说明

图1是本发明一种全通径管道式除砂器结构示意图。

图2是本发明一种全通径管道式除砂器三维视图。

图3是本发明一种全通径管道式除砂器的入口三通管简单结构图。

图4是本发明一种全通径管道式除砂器的螺旋除砂段简单结构图。

图5是本发明一种全通径管道式除砂器的旁通接管简单结构图。

图6是本发明一种全通径管道式除砂器的流向调整出口简单结构图。

图7是本发明一种全通径管道式除砂器的流向调整出口三维视图。

图8是本发明一种全通径管道式除砂器的储砂室简单结构图。

图1～8中相同附图标记表示相同的技术特征。

其中，图1～8中：1-入口三通管，1.1-三通主管，1.2-三通支管，2-全通径清管阀，3-旋流除砂段，3.1-干管进口，3.2-支管进口，3.3-旋流除砂段外筒，3.4-旋流除砂段内筒，3.5-螺旋叶片，3.6-旋流除砂段出口，3.7-排砂口，4-流向调整出口，4.1-天然气出口，4.2-流向调整出口内筒，4.3-流向调整出口外筒，4.4-天然气进口，5-全通径球阀，6-储砂室，6.1-储砂室筒体，6.2-进砂口，7-旁通接管。

具体实施方式

参见图1～8，本发明一种全通径管道式除砂器，包括入口三通管1、全通径清管阀2、螺旋除砂段3、流向调整出口4、旁通接管7、全通径球阀5和储砂室6，入口三通管1由三通主管1.1和三通支管1.2组成，螺旋除砂段3为螺旋除砂段内筒3.4与螺旋除砂段外筒3.3相互嵌套形成的结构，螺旋除砂段内筒3.4与螺旋除砂段外筒3.3同轴心布置，螺旋除砂段内筒3.4的入口端为干管进口3.1，螺旋除砂段外筒3.3一端为螺旋除砂段内筒3.4的安装口，另一端为螺旋除砂段出口3.6，螺旋除砂段外筒3.3的侧面设置支管进口3.2，支管进口3.2靠近干气进口3.1的一端，支管进口3.2直径和三通支管1.2直径相同，两者朝向皆为水平方向，流向调整出口4为流向调整内筒4.2与流向调整外筒4.3相互嵌套形成的结构，流向调整内筒4.2与流向调整外筒4.3同轴心布置，流向调整内筒4.2的出口端为天然气出口4.1，另一端为流向调整出口4的天然气进口4.4，流向调整内筒4.2伸入到流向调整外筒4.3内部的部分上均匀布满圆孔，三通主管1.1与螺旋除砂段内筒3.4连通，螺旋除砂段内筒3.4与流向调整内筒4.2连通，螺旋除砂段外筒3.3与流向调整外筒4.3连通，旁通接管7连通三通支管1.2和支管进口3.2，旋流除砂段外筒3.3和旋流除砂段内筒3.4之间的环形空间内设置螺旋叶片3.5，以形成螺旋流道，旋流除砂段外筒3.3底部于螺旋叶片3.5下方设置一排排砂口3.7并布满螺旋叶片3.5形成的螺旋流道，排砂口3.7作为固液杂质进入储砂室6的开口，排砂口3.7个数一般在3～5个左右，排沙口3.7的直径一般为旋流除砂段外筒3.3直径的0.1～0.3倍，以保证颗粒砂有足够的机会进入储砂室6。

螺旋叶片3.5为平板螺旋状旋转形成的结构，螺旋叶片3.5位于螺旋除砂段内筒3.4与螺旋除砂段外筒3.3之间的环形空间形成螺旋流道。螺旋倾角应在5°～15°之间，过小则流道狭窄，在相同的流通面积下增大了砂粒的运移距离，过大则在相同的螺旋圈数下增大了螺旋叶片3.5的空间长度。来流天然气在螺旋通道内流动过程中由于离心力场的作用将砂等杂质甩向螺旋除砂段外筒3.3内璧面。

流向调整内筒4.2的出口端为天然气出口4.1，流向调整内筒4.2伸入到流向调整外筒4.3内部的部分上均匀布满圆孔，为环形空间内的天然气流向流向调整内筒4.2的流道，开孔直径在10～50mm之间，开孔率在50%～60%之间，开孔面积之和不应小于流向调整内筒4.2的截面面积，开孔为流向调整内筒4.2内的天然气流向流向调整内筒4.2与流向调整外筒4.3形成环形空间的通道；流向调整外筒4.3一端固定于流向调整内筒4.1的外壁，采用焊接方式形成良好密封，另一端为流向调整出口4的天然气进口4.4，天然气进口4.4和螺旋除砂段出口3.6相互配合采用法兰连接。

除砂流程时天然气经流向调整内筒4.1与流向调整外筒4.3形成环形空间经圆孔通道进入流向调整内筒4.2，之后流向天然气出口4.1；清管流程时天然气直接经流向调整出口4的流向调整内筒4.2流向下游。

入口三通管1的尺寸采用三通标准件的通用尺寸，三通支管1.2的公称直径较之三通主管1.1的公称直径低1～2级。三通主管1.1为清管流程时清管器的通道，三通支管1.2为正常除砂流程时天然气流向螺旋除砂段3的通道。入口三通管1的三个开口皆采用法兰连接形式，方便拆卸。

储砂室6为两端带有圆形封头的卧式筒体结构，其正上方安装有和排砂口3.7一一对应的进砂口6.2，每组排砂口3.7和进砂口6.2之间通过全通径球阀5进行连接。储砂室6主要用于固体杂质的储存，在实际运行过程中为一个流动死区。其空间大小应适中，过小则处理周期太短，太大则使得整个除砂装置过于笨重，应控制处理周期在2～6个月左右。

本发明各部件的材料一般为不锈钢(例如304不锈钢)，部件之间的连接一般采用焊接。

如附图1所示，本发明的工作过程为：正常除砂流程时含有固体杂质的天然气自入口三通管1的三通支管1.2经旁通接管7跨越全通径清管阀2，经支管进口3.2进入螺旋除砂段3，在螺旋除砂段内筒3.4和螺旋除砂段外筒3.3之间的螺旋叶片3.5内做螺旋运动，在螺旋流道内天然气中的固体杂质由于离心力作用向螺旋除砂段外筒3.3内壁面运移，运移到螺旋除砂段外筒3.3内壁面的固体杂质经排砂口3.7流出螺旋除砂段3，然后经全通径球阀5经进砂口6.2进入储砂室6进行储存，螺旋除砂之后不含有固体杂质的天然气经流向调整出口4的流向调整内筒4.1与流向调整外筒4.3形成的环形空间内，经流向调整内筒4.2上的圆孔通道进入流向调整内筒4.2调整流向，之后流向天然气出口4.1至除砂器下游。当进行固体杂质的清理时，关闭联通螺旋除砂段3和储砂室6的全通径球阀5，打开储砂室6两端的法兰封盖清理储砂室6内的固体杂质后，将储砂室6重新安装固定后打开全通径球阀5。清管流程时打开全通径清管阀2，清管器经入口三通管1的三通主管1.1、全通径球阀2、旋流除砂段内筒3.4、流向调整出口内筒4.2通过除砂器流向下游，然后关闭全通径清管阀2经清管流程转换为除砂流程。

Claims (7)

1.一种全通径管道式除砂器，包括储砂室(6)，其特征在于：该全通径管道式除砂器包括入口三通管(1)、全通径清管阀(2)、螺旋除砂段(3)、流向调整出口(4)、旁通接管(7)和全通径球阀(5)，所述入口三通管(1)由三通主管(1.1)和三通支管(1.2)组成，螺旋除砂段(3)为螺旋除砂段内筒(3.4)与螺旋除砂段外筒(3.3)相互嵌套形成的结构，螺旋除砂段内筒(3.4)与螺旋除砂段外筒(3.3)同轴心布置，螺旋除砂段内筒(3.4)的入口端为干管进口(3.1)，螺旋除砂段外筒(3.3)一端为螺旋除砂段内筒(3.4)的安装口，另一端为螺旋除砂段出口(3.6)，螺旋除砂段外筒(3.3)的侧面设置支管进口(3.2)，支管进口(3.2)位于干气进口(3.1)一侧，支管进口(3.2)直径和三通支管(1.2)直径相同，两者朝向皆为水平方向，流向调整出口(4)为流向调整内筒(4.2)与流向调整外筒(4.3)相互嵌套形成的结构，流向调整内筒(4.2)与流向调整外筒(4.3)同轴心布置，流向调整内筒(4.2)的出口端为天然气出口(4.1)，另一端为流向调整出口(4)的天然气进口(4.4)，流向调整内筒(4.2)伸入到流向调整外筒(4.3)内部的部分上均匀布满圆孔，三通主管(1.1)与螺旋除砂段内筒(3.4)连通，螺旋除砂段内筒(3.4)与流向调整内筒(4.2)连通，螺旋除砂段外筒(3.3)与流向调整外筒(4.3)连通，旁通接管(7)连通三通支管(1.2)和支管进口(3.2)，旋流除砂段外筒(3.3)和旋流除砂段内筒(3.4)之间的环形空间内设置螺旋叶片(3.5)，以形成螺旋流道，旋流除砂段外筒(3.3)底部于螺旋叶片(3.5)下方设置一排排砂口(3.7)并布满螺旋叶片(3.5)形成的螺旋流道，排砂口(3.7)作为固液杂质进入储砂室(6)的开口，除砂流程时含有固体杂质的天然气自入口三通管(1)的三通支管(1.2)经旁通接管(7)跨越全通径清管阀(2)，经支管进口(3.2)进入螺旋除砂段(3)，在螺旋除砂段内筒(3.4)和螺旋除砂段外筒(3.3)之间的螺旋叶片(3.5)内做螺旋运动，在螺旋流道内天然气中的固体杂质由于离心力作用向螺旋除砂段外筒(3.3)内壁面运移，运移到螺旋除砂段外筒(3.3)内壁面的固体杂质经排砂口(3.7)流出螺旋除砂段(3)，然后经全通径球阀(5)经进入储砂室6进行储存，螺旋除砂之后不含有固体杂质的天然气经流向调整出口(4)的流向调整内筒(4.1)与流向调整外筒(4.3)形成的环形空间内，经流向调整内筒(4.2)进入流向调整内筒(4.2)调整流向，之后流向天然气出口(4.1)至除砂器下游，当进行固体杂质的清理时，关闭联通螺旋除砂段(3)和储砂室(6)的全通径球阀(5)，打开储砂室(6)两端的法兰封盖清理储砂室(6)内的固体杂质后，将储砂室(6)重新安装固定后打开全通径球阀(5)；清管流程时打开全通径清管阀(2)，清管器经入口三通管(1)的三通主管(1.1)、全通径清管阀(2)、旋流除砂段内筒(3.4)、流向调整出口内筒(4.2)通过除砂器流向下游，清管器通过后关闭全通径清管阀(2)经清管流程转换为除砂流程。

2.根据权利要求1所述的一种全通径管道式除砂器，其特征在于：所述排砂口(3.7)个数为3～5个，每个排沙口(3.7)的直径为旋流除砂段外筒(3.3)直径的0.1～0.3倍。

3.根据权利要求1所述的一种全通径管道式除砂器，其特征在于：所述螺旋叶片(3.5)为平板螺旋状旋转形成的结构，螺旋叶片(3.5)的螺旋倾角在5°～15°之间。

4.根据权利要求1所述的一种全通径管道式除砂器，其特征在于：所述流向调整内筒(4.2)伸入到流向调整外筒(4.3)内部的部分上均匀布满圆孔，圆孔的开孔直径在10～50mm之间，开孔率在50％～60％之间，开孔面积之和为1～3倍的流向调整内筒(4.2)的截面面积。

5.根据权利要求1或4所述的一种全通径管道式除砂器，其特征在于：所述流向调整外筒(4.3)一端固定于流向调整内筒(4.1)的外壁，另一端为流向调整出口(4)的天然气进口(4.4)，天然气进口(4.4)和螺旋除砂段出口(3.6)相互配合。

6.根据权利要求5所述的一种全通径管道式除砂器，其特征在于：所述流向调整外筒(4.3)一端采用焊接方式固定于流向调整内筒(4.1)的外壁，天然气进口(4.4)和螺旋除砂段出口(3.6)采用法兰连接。

7.根据权利要求1所述的一种全通径管道式除砂器，其特征在于：所述储砂室(6)为两端带有圆形封头的卧式筒体结构，其正上方安装有和排砂口(3.7)一一对应的进砂口(6.2)，每组排砂口(3.7)和进砂口(6.2)之间通过全通径球阀(5)进行连接。

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