三合一立式除砂器的制作方法

本实用新型涉及一种三合一立式除砂器。

背景技术：

页岩气开采目前普遍采用的是水力压裂法，开采时需将大量水混合泥砂和少量化学物质注入井中，泥砂的主要成分为30～100目陶粒，该陶粒数量大，硬度高，单井加砂量较大，如不把此部分陶粒和泥砂进行分离，将对下游的设备和管线产生严重的冲蚀，影响系统的安全平稳运行，因此进行有效的除砂至关重要。

现有除砂器为卧式过滤结构，含水和砂的页岩气沿着介质进口进入除砂器，砂粒沉积在筛管内，气、水和部分砂穿过筛管至下游管道。砂粒通过除砂器下游管道和阀门时，会冲刷管道和阀门内壁，导致阀门和管道的损坏和事故的发生。砂粒在筛管内沉积到一定量时，就需要打开除砂器的快开盲板，取出筛管清理其中的砂粒。打开快开盲板清理筛管内的砂粒工作量较为繁琐，且前期操作频率高，筛管一般采用割缝筛管式，过滤精度在0.20mm左右。

根据现场实践发现，现有除砂器存在以下几点不足：

第一，除砂器和筛管的连接采用的过盈连接，这种连接的好处是没有缝隙，便于筛管的密封。不利的方面是筛管的拆卸不可避免，在拆卸的过程中，因为采用的是硬连接，端部极易发生损坏，多次拆卸难以保证其密封性能

第二，页岩气采用的陶粒一般都在0.1mm～0.5mm之间，采用割缝筛管式筛管的最小过滤直径是0.20mm，因此直径小于0.20mm的砂砾，该筛管无法分离，分离效率低。

第三，过滤后的砂砾沉积在筛管内，会阻塞筛管的流通面积，影响分离效率。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺点，本实用新型提供了一种三合一立式除砂器，将旋流、过滤、重力分离的技术相结合，提高了页岩气中砂砾的分离效率，有效的保护了下游的设备和管线的平稳运行，延长了系统检修维护周期，有极高的社会效益和经济效益。新型页岩气用三合一除砂器包括立式筒体和在立式筒体内设置的旋流导向装置和绕焊不锈钢筛管，在立式筒体上部和中部分别设置介质进口和介质出口，在立式筒体的底部设置有排砂出口。本实用新型的绕焊不锈钢筛管具有装卸简易、密封可靠、抗外压、可清洗的特点，提高了除砂器的分离效率，避免了绕焊不锈钢筛管发生外压破坏的情况，极大的保护了下游的设备和管线。

本实用新型所采用的技术方案是：一种三合一立式除砂器，包括快开盲板和立式筒体，在所述立式筒体上部设置介质进口，中部设置介质出口，下部设置反冲口，底部设置排砂口；在所述立式筒体内部设置筛管，所述筛管上部和立式筒体上部连接，筛管下部与介质出口连接；所述介质进口为切线进气的介质进口，在介质进口处设置旋流导向装置，在介质出口的下部设置储砂空间，在储砂空间下方设置锥形漏斗；在介质进口处设进口差压计，在介质出口处设出口差压计。

与现有技术相比，本实用新型的积极效果是：提高了除砂精度，减小了对下游设备正常运行的影响，通过差压监控排砂时间，确定排砂作业的时机，排砂操作方便，降低了操作难度。具体表现如下：

1、在立式筒体顶部，设置快开盲板，快开盲板在检修筛管时使用，可以做到快速拆卸，降低劳动强度。

2、在立式筒体上部，设置切线进气的介质进口，并在介质进口处设置旋流导向装置，保证介质进入设备后，可以利用介质自身的动能，形成旋流，将大小砂砾进行分离，大的砂砾由于重力的离心力的作用自然进入设备底部的储砂空间。

3、在立式筒体内部设置可拆卸的绕焊不锈钢筛管，筛管的一端设置楔形结构和o型密封圈，另一端设置盖板和支耳，保证筛管的拆卸方便和密封性能，中间设置绕焊不锈钢筛管，精度从0.05mm到0.25mm根据介质的特性和分离的要求进行调整，但绕焊不锈钢筛管的流通面积s筛应不小于ks进，其中s进为设备进口流通面积，k为经验系数。

4、在立式筒体的中部设置介质出口，保证介质中如果含水，则水可以通过筛管从设备中部流出，使水不堵塞筛管，保证筛管的流通面积。

5、在立式筒体的下部留有储砂空间，其大小可以根据工艺要求的排砂最小时间确定。

6、在立式筒体底部设置有反冲口和排砂口，在进行排砂作业时，反冲口从下游的分离器中接低压水对筒体下部储砂空间内的砂砾进行冲洗，冲洗后的砂砾由于重力从排砂口排出。

7、在立式筒体的进出口设置差压计，利用差压计判断筛管是否堵塞，确定排砂作业的时机。

8、立式除砂器采用两两并联设置，工作时，两台除砂器同时进行除砂作业，当一台设备差压计提醒需要排砂作业时，将本台除砂器的进口阀门关闭，另一台除砂器暂时同时处理2台设备的处理量。本台设备先放空，接入下游分离器的低压水对筒体下部的储砂空间进行反冲洗，冲洗完毕后，打开本台除砂器的进口阀门继续工作，恢复两台设备并联除砂，轮换排砂的功能，满足了工艺连续作业的需要。

而且本实用新型的绕焊不锈钢筛管具有装卸简便，密封可靠，抗外压，可清洗的特点，提到了除砂器的分离效率，极大的保护了下游的设备和管线，解决了现有绕焊不锈钢筛管操作性差，易损坏的问题。相比于直接采用绕焊不锈钢筛管，本实用新型的可拆卸除砂器筛管在顶部设置了连接螺栓和开启螺栓，方便安装和拆卸；在筛管底部设置了楔形连接件和o型密封圈，既便于安装，又保证密封；在筛管内部设置了三道加强圈，既增加了强度，又轻巧易安装；在筛管顶部中心设置了四个较大的螺栓孔，可以在工作时作为平衡口使用，也可以在清洗时作为反冲洗口使用。具体表现如下：

1、筛管顶部盖板为圆形，四周设有四个支耳，支耳上配钻四个较大的螺孔，在除砂器内部对应位置设四个支板，每个支板上钻一个较小的螺栓孔，并配有四个较小的内六角螺栓，在筛管和除砂器连接时作为固紧使用。

2、筛管顶部盖板上设置把手，方便拆卸。

3、筛管主体采用标准的绕焊不锈钢筛管，过滤精度在0.1mm到0.25mm之间，可以根据用户的需要进行调节。

4、筛管内上中下各衬一道加强环，每个加强环内设有一个十字支撑，保证筛管的抗外压能力，整个筛管的抗外压能力在2mpa左右。

5、筛管底部设置楔形连接件，楔形连接保证了筛管安装时的对中性，安装简易。

6、在楔形连接件上设置了一圈o型密封圈，保证了安装后筛管的密封性。

7、筛管顶部盖板中心处设置四个较大的螺栓孔，配有四个较大的内六角螺栓，除砂器水量较大时，可以不密封较大螺栓孔，避免内外压差太大，造成筛管损坏；除砂器运行平稳时，可以密封螺栓孔，提高分离效率；当通过压差计显示筛管内外压差较大时，说明筛管需要清洗，可以在螺栓孔处接入低压清水，对筛管进行反冲清洗。

8、筛管顶部盖板配的四个较大的内六角螺栓，可以作为筛管的开启螺栓使用，在筛管需要检查维修时，先开启固紧用的四个较小的内六角螺栓，然后用四个较大的内六角螺栓将筛管顶松，最后利用把手将筛管卸除。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本三合一立式除砂器的结构示意图；

图2为筛管的结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为拆卸工具的结构示意图；

图5为较小内六角螺栓的结构示意图；

图6为较大内六角螺栓的结构示意图。

具体实施方式

一种三合一立式除砂器，如图1所示，包括：快开盲板21、介质进口22、旋流导向装置23、介质出口24、储砂空间25、耳式支承26、锥形漏斗27、进口差压计28、排砂口29，封头30，反冲口31，出口差压计32、筒体33、筛管34、盖板支耳35，其中：

在新型页岩气用三合一立式除砂器筒体33顶部设置快开盲板21，上部设置介质进口22，中部设置介质出口24，下部设置反冲口31，底部设置排砂口29。在介质进口22处设置旋流导向装置23，筒体33内部设置筛管34，筛管34通过自身一端设置的楔形结构和o型密封圈，和另一端的盖板支耳35和筒体33进行连接安装，安装完成后，筛管34位于筒体33的中心，同时保证筛管34内外的密封隔绝，筛管34顶部设置有把手，方便拆卸。筛管34下部设置介质出口24，过滤后的介质从出口流出。介质出口24下部设置有储砂空间25，当差压计超过一定差压时，进行排砂作业，低压水从反冲口31流入储砂空间25，锥形漏斗27起到防止堵塞的作用，由于重力储砂空间25内的砂砾从排砂口29排出。介质进口22设置进口差压计28，介质出口24设置出口差压计32，用于监测差压，确定排砂作业的时间。

所述筛管为绕焊不锈钢筛管，其结构如图2至图6所示，包括：把手1、盖板2、支耳螺栓孔3、绕焊不锈钢筛管4、加强环5、楔形连接件6、o型密封圈7、中心螺栓孔8、拆卸工具9，较小内六角螺栓10，较大内六角螺栓11，其中：

在筛管的顶部有盖板2，盖板2上有把手1，盖板2四周有四个支耳，支耳上配钻四个较大的螺栓孔3，采用四个较小的内六角螺栓10将筛管固定在除砂器内。筛管主体部分采用绕焊不锈钢筛管4，内部设上中下三道加强环5，每道加强环5设有十字支撑。筛管底部有楔形连接件6，并设有o型密封圈7，保证和除砂器连接的密封性。在筛管的顶部盖板2中心有四个较大螺栓孔8，并配有四个较大内六角螺栓11，在除砂器工作时，可选择开闭作为平衡压差的平衡口使用，在除砂器检修时，较大的内六角螺栓11可作为开启螺栓使用。筛管配有专用工件9，为了方便使用，可将较大的内六角螺栓11盖的大小统一为较小的型号，配有一个较小的内六角专用装卸工具即可。

绕焊不锈钢筛管的工作原理是：新型可拆卸除砂器筛管安装在除砂器内，除砂器采用外进内出的方式，通过筛管过滤砂砾，并在进出口设置压差计，通过计量压差确定滤筒是否需要清洗。

本筛管安装时，用楔形连接件6对准除砂器内部的连接件，由于楔形结构的特性，筛管可以很好的对中，保证设备安装的牢固，在较大螺栓孔3处拧紧四个较小内六角螺栓，保证o型密封圈7的密封，安装完成。

本筛管使用时，介质从筛管外向筛管内流动，利用绕焊不锈钢筛管4的过滤性能，将介质中的砂砾分离，由于加强环5的存在，筛管可以承受较大的外压，约为2mpa。同时当除砂器内水量较大时，可以不密封较大螺栓孔8，避免内外压差太大，造成筛管损坏；除砂器运行平稳时，可以密封较大螺栓孔8，提高分离效率；当通过压差计显示筛管内外压差较大时，说明筛管需要清洗，可以在较大螺栓孔8处接入低压清水，对筛管进行反冲清洗。

本筛管拆卸时，利用专用工具9拧出盖板2中心较大螺栓孔8处四个较大内六角螺栓和盖板2四周支耳较大螺栓孔3处四个较小内六角螺栓，将四个较大内六角螺栓拧进盖板2四周支耳较大螺栓孔3处，利用螺栓将筛管顶松，再用把手1将筛管整体提出。

本实用新型的工作原理是：含砂和水的页岩气从介质进口沿切向方向进入筒体内部，通过设置的旋流导向装置形成旋流离心力，将砂砾进行初步的分离。

初步分离后的含砂和水的页岩气和筛管进行碰撞，筛管的分离精度为0.05mm到0.25mm可调，保证大于分离精度的砂砾不能进入筛管内部，同时筛管采用楔形结构，可避免砂砾的堵塞。

经过两次分离，分离出的砂和水利用重力进入储砂空间，利用重力分离，可提高分离效率。

设备采用立式结构，利用筛管将砂砾进行分离，利用重力将水进行分离，设备介质出口设置在筒体中部，多出的水可以从介质出口流出，避免筛管堵塞。

利用设备进出口设置的差压计判断筛管是否堵塞，两个差压计分别设置在除砂器进出口处，达到精确排砂时机的目的。

分离元件采用绕焊不锈钢筛管，精度在0.05mm到0.25mm可调，通过自身一端设置的楔形结构和o型密封圈，和另一端的螺栓连接装置设置在筒体内部，筛管顶部设置把手，方便筛管的安装。

本页岩气用新型三合一立式除砂器，将旋流、过滤、重力分离的技术相结合，提高了页岩气中砂砾的分离效率，有效的保护了下游的设备和管线的平稳运行，延长了系统检修维护周期，解决了现有设备分离效率低，操作性差，对下游管线和设备造成极大危害的问题，有极高的社会效益和经济效益。