簇式高效旋流分离撬及其旋风分离元件的制作方法

本实用新型涉及簇式高效旋流分离撬及其旋风分离元件，属于分离器领域。

背景技术：

页岩气开采过程中，工业气流不可避免的夹带大量沙粒及碎屑，对后续工艺造成极大影响。

因此，国内不乏针对页岩气井口除沙的解决方案。现大量实际应用的除沙设备为捕沙器，该设备是在工业气流中设置过滤网，分级过滤以达到除沙目的。

该技术存在的缺陷如下：

1.分离效率较低：根据实际使用情况，大量沙粒被带入下游系统，粗算其实际分离效率约为97％；

2.运行维护麻烦：需要经常性清理过滤网，对滤网的选型要求较高；

3.适用范围狭窄：不同的使用环境需多次设计，资源浪费较大；

4.不易实现自动控制：过滤网的拆除清理需人工操作；排沙需手动进行，无实现自控可能性。

5.使用维护周期短、维护费用高：滤网易变性，从而降低过滤精度；且易受到流体压力而损坏，从而加大维护成本；

6.分离精度不高：容易受到人为操作影响，更换滤网时可能将部分沙粒及碎屑漏至下游系统；滤网变形更导致分离器效率降低。

技术实现要素：

为了克服上述缺陷，本实用新型的目的在于提供簇式高效旋流分离撬及其旋风分离元件，主要解决现有捕沙器存在效率低、精度不高、运行维护麻烦且费用高等诸多不便的问题。本实用新型主要原理是依靠核心分离组件，对流体中的沙粒及水分减速，依靠空气及沙粒、水分的密度差实现气、水、固三项分离。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

簇式高效旋流分离撬，包括容器，设于容器内的上隔板和下隔板，以及设于下隔板上的簇式的分离组件，所述下隔板将容器上端与下端隔开并在下端形成料仓，上隔板与下隔板之间的容器壁上设有进口，上隔板上方的容器壁上设有出口，料仓下端设有排污口；所述分离组件包括多个设于下隔板上的旋风分离元件，该旋风分离元件包括旋流筒，与旋流筒的下端部连为一体的异径管，和下端固定到旋流筒内并一直延伸至异径管与旋流筒内部连通、上端连接上隔板并与上隔板上部空间连通的中心管，旋流筒设有具有流体入口的螺旋流道，异径管延伸出下隔板并与料仓连通。

具体地，所述中心管下端位置低于旋流筒的下端。

进一步地，所述异径管的上端直径大于下端直径。

更进一步地，所述螺旋流道为双入口螺旋流道，具有两个流体入口和分别与之对应的螺旋流道，且两个螺旋流道的位置对称。

再进一步地，所述上隔板设有多个与中心管位置对应的通孔。

再进一步地，所述料仓的下端呈漏斗状，排污口设于该料仓的底部，排污口连接有排污管道，排污管道上还设有篮式过滤器。还包括支座，料仓的下端嵌入到支座当中，排污管道从支座的侧壁伸出支座外。

在实际情况中，所述支座侧壁上还设有检查口。

为了实现智能化控制，料仓壁上设有液位计接口，液位计接口连接液位计；排污口处设有气动切断阀，该气动切断阀与液位计连锁。

另外，上隔板上方的容器壁上设有安全阀接口，安全阀接口接安全阀。

一种旋风分离元件，包括旋流筒，与旋流筒的下端部连为一体的异径管，和下端固定到旋流筒内并一直延伸至异径管与旋流筒内部连通的中心管，旋流筒设有具有流体入口的螺旋流道，中心管上端设有第一出口，异径管下端设有第二出口。

具体地，所述中心管下端位置低于旋流筒的下端。

进一步地，所述异径管的上端直径大于下端直径。

作为优选，所述螺旋流道为双入口螺旋流道，具有两个流体入口和分别与之对应的螺旋流道，且两个螺旋流道的位置对称。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型分离效率高：通过相关流体模型模拟，本实用新型对蒸汽水分及固体的分离效率达99.5％。

(2)本实用新型运行维护方便：应核心分离装置无需经常性拆装或检修、更换，故无需采用大量的维护措施。

(3)本实用新型工艺适用性大、适用范围宽：允许适用的压力范围广，允许产量波动大，对于气流流量波动在正常工况条件的33％～120％以内，均能够适应；设备尺寸亦不需变化，从而加大设备的应用范围。

(4)本实用新型易实现自动控制：可以与相应的水封容器、泵、分离器等配合使用，通过水封容器内的液位平衡达到自动控制目的。

(5)本实用新型使用周期长：无需经常更换或清理内部件，故增加使用维护周期，理论上可达30年。

(6)本实用新型分离精度高：无人为操作影响，内件损坏可能性小。

(7)本实用新型系统压降小。

附图说明

图1为本实用新型-实施例的结构示意图。

图2为本实用新型-实施例的俯视图。

图3为本实用新型-实施例簇式的分离组件的结构示意图。

图4为本实用新型-实施例簇式的分离组件的俯视图。

图5为本实用新型-实施例旋风分离元件的俯视图。

其中，附图标记所对应的名称：

1-容器，2-上隔板，201-通孔，3-下隔板，4-旋风分离元件，401-旋流筒，402-异径管，403-中心管，404-流体入口，405-防磨板，406-第一出口，407-第二出口，5-进口，6-出口，7-手孔，8-排污口，9-排污管道，10-安全阀接口，11-液位计接口，12-支座，13-检查口，14-吊耳。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明，本实用新型的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例1

如图1、2、3所示，簇式高效旋流分离撬，包括容器1、上隔板2、下隔板3、旋风分离元件4、进口5、出口6、手孔7、排污口8、排污管道9、安全阀接口10、液位计接口11、支座12、检查口13。

在本实施例中，上隔板2、下隔板3分别设于容器1内中上端和中下端，下隔板3将容器1上端与下端隔开并在下端形成料仓，进口5设于上隔板2和下隔板3之间的容器1壁上，出口6设于上隔板2上方的容器1壁上。

本实施例的旋风分离元件4为多个，均匀安装于下隔板上，多个旋风分离元件4组成簇式的分离组件。旋风分离元件4包括旋流筒401，与旋流筒401的下端部连为一体的异径管402，和下端固定到旋流筒401内并一直延伸至异径管402与旋流筒401内部连通、上端连接上隔板2并与上隔板2上部空间连通的中心管403，上隔板2则设有多个与中心管14位置对应的通孔201，旋流筒401设有具有流体入口404的螺旋流道，流体入口404位于上隔板2和下隔板3之间，异径管402延伸出下隔板3并与料仓连通，位于边缘的旋风分离元件4的中心管403外壁上还设有防磨板405。

簇式即多个旋风分离元件401按一定的排列规则形成的一簇具有多个螺旋流道的分离组件，该簇式的分离组件增加折流实现对固体和液体减速。

在本实施例中，中心管403下端位置低于旋流筒401的下端，螺旋流道为双入口螺旋流道，具有两个流体入口和分别与之对应的螺旋流道，且两个螺旋流道的位置对称。异径管的上端直径大于下端直径。气流从螺旋流道的流体入口进入形成气旋(外旋)，到螺旋流道收口的部位，固体、液体与气体分离，气体在中心筒内成螺旋(内旋)上升，从中心筒上端出口排除。

料仓的下端呈漏斗状，排污口8设于该料仓底部，排污口8连接排污管道9，排污管道上还设有篮式过滤器。料仓的下端嵌入到支座当中排污管道9从支座12的侧壁伸出支座12外，检查口13设于支座侧壁上，通过该检查口可穿过支座侧壁观察容器1下端情况。

手孔7设于料仓壁上端，安全阀接口10设于上隔板2上方的容器1壁上，安全阀接口设安全阀。本实施例的液位计接口11为两个，一上一下分别设于下隔板3与下端呈漏斗状的料仓之间的壁上。液位计接口11连接液位计。为了实现自动化的目的，排污口8处设有气动切断阀，该气动切断阀与液位计连锁。

在本实施例中，容器壁外侧还设有多个用于吊装用的吊耳14。容器1由Q245R钢制成。

容器1的顶部设有顶盖，支座12下端侧壁设有加筋板。

本实用新型的工作过程如下：

1.当携沙流体通过进口进入容器时，气流速度减小，沙粒受重力影响开始下降。

2.携沙流体向旋风分离元件内流动(由流体入口进入)，同时带动沙粒进入旋风分离元件，气流速度加大，方向呈螺旋形下降。沙粒受到离心力撞击旋流筒内壁使得沿旋流筒内壁切线方向的动能减小，速度减小，同时受到气流向下的动能及重力影响，向下动能增大。

3.气体及沙粒下降至旋风分离元件的异径管底部时，气体夹带沙粒流出旋风分离元件向料仓底部流动，一部分气体向上通过旋风分离元件的中心管上升，由于沙粒在气体向下势能及重力作用，且空气密度相对于沙粒密度可忽略不计，故沙粒向下动能远大于向上动能，由此沙粒下落，流动的气体上升，一部分气体(少量)进入料仓底部。

4.已分离的固体及液体沉积在容器底部、通过后续排沙流程排走。

本实施例的工作压力范围为3MPa-5.6MPa，气流量波动范围为100万m³至360万m³，设计气流量300万m³，工艺波动适应范围33％-120％。

相对于其他旋风分离设备，本实施例最大的特点是对工艺波动的适应性，适用压力波动较大的生产工艺。

实施例2

如图3、4、5所示，一种旋风分离元件包括旋流筒401，与旋流筒401的下端部连为一体的异径管402，和下端固定到旋流筒401内并一直延伸至异径管402与旋流筒401内部连通的中心管403，旋流筒401设有具有流体入口404的螺旋流道，中心管403上端设有第一出口406，异径管下端设有第二出口407。

在本实施例中，中心管403下端位置低于旋流筒401的下端。

在本实施例中，异径管402的上端直径大于下端直径。

在本实施例中，螺旋流道为双入口螺旋流道，具有两个流体入口和分别与之对应的螺旋流道，且两个螺旋流道的位置对称。

按照上述实施例，便可很好地实现本实用新型。值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本实用新型上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本实用新型一样，故其也应当在本实用新型的保护范围内。