CN107413085A - 一种油气管道在线除砂装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了石油化工领域的一种油气管道在线除砂装置，主要包括螺旋分离段、旋流分砂段、流动恢复段以及储砂室，其特征在于：所述螺旋分离段包括螺旋入口端面，轴对称双螺旋管以及螺旋出口；所述旋流分砂段位于螺旋分离段下游，螺旋分离段的螺旋出口插入旋流分砂段；在旋流分砂段下方设置有排沙孔，储砂室安装于排沙孔的下方；流动恢复段位于除砂装置的最末端。采用本发明一种油气管道在线除砂装置，通过采用螺旋分离与旋流分离相结合的方式，分离方式高效，分离效率高，适合于输油、输气或油气混输管道；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；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。
Description
技术领域
本发明属于石油化工领域，具体涉及一种油气管道的在线除砂装置。
背景技术
在油气开采过程中，不可避免地会有泥砂等固体杂质的携带，尤其随着水力压裂、聚合物驱油等新技术的应用这一现象日益严重。固体杂质的存在会对下游的油气处理设施如三相分离器的正常操作造成不良影响，对管道内壁的内防腐层造成强烈磨损，动力设施泵与压缩机的正常运行对固体杂质高度敏感，高效的固液、气固分离设施具有重要意义。
目前进行固体杂质分离的主要手段包括自然沉降与旋流分离，其中自然沉降分离耗时长，沉降罐占地面积大，旋流分离主要借助于离心力场进行固体杂质的分离，占地面积小，根据应用场合的不同发展出了各种不同的结构形式，各有优劣。
利用螺旋结构进行除砂的相关装置已有先例，中国专利CN96118733.6公开了一种原油井口管流除砂器；中国专利CN201410815080.6公开了一种螺旋除砂器；这两个专利中公开的除砂器虽然利用了螺旋管的旋流场对固体杂质的分离能力，但该装置结构过于粗糙，形式不够合理，安装过于复杂。尤其是在砂的分出段采用在螺旋管上开孔的形式，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，其分离效果严重存疑。
发明内容
本发明的目的是提供一种油气管道在线除砂装置，该装置可以直接安装在油气管道上，在高效分离出油气中固体杂质的同时，不改变管道内流体的正常流动，从而避免现有技术中除砂装置结构粗糙，形式不够合理，安装复杂，分离效果差的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种油气管道在线除砂装置，主要包括螺旋分离段、旋流分砂段、流动恢复段以及储砂室，其特征在于：所述螺旋分离段包括螺旋入口端面，轴对称双螺旋管以及螺旋出口；所述旋流分砂段位于螺旋分离段下游，螺旋分离段的螺旋出口插入旋流分砂段；在旋流分砂段下方设置有排沙孔，储砂室安装于排沙孔的下方；流动恢复段位于除砂装置的最末端。
本发明一种油气管道在线除砂装置，其进一步特征在于：所述在线除砂装置为柱状筒体结构，与安装位置处的管径一致。
本发明一种油气管道在线除砂装置，其进一步特征在于：所述螺旋分离段为轴对称双螺旋管结构，双螺旋管入口采用平齐截面且使螺旋管入口流动截面最大化；双螺旋管出口自然伸入到旋流分砂段约1/4～1/3圈。
本发明一种油气管道在线除砂装置，其进一步特征在于：所述双螺旋管螺旋角度的选取为5°～10°，双螺旋管的螺旋角度不但应避免过小造成的双螺旋管碰撞，还应避免过大使螺旋分离段的长度过长。
本发明一种油气管道在线除砂装置，其进一步特征在于：所述双螺旋管螺旋圈数为6～10圈，螺旋圈数的选取原则为保证固体杂质在双螺旋管内有足够的流动时间；螺旋管径的确定与螺旋圈数的选取应综合考虑。
本发明一种油气管道在线除砂装置，其进一步特征在于：在所述流动恢复段的末端设置有止旋肋板；所述止旋肋板均匀排列，止旋肋板能够促使流体的流动方向完全进入轴向状态，止旋肋板占流动恢复段长度的1/2～1/3。
本发明一种油气管道在线除砂装置，其进一步特征在于：在所述储砂室内设置有阻流板，所述阻流板沿除砂装置柱状筒体均匀排列，阻止储砂室底部的流场受旋流场的影响而发生内部涡流从而影响砂的沉积；储砂室底板采用可拆卸设计，以方便定期清理储砂室内部的沉积砂。
本发明一种油气管道在线除砂装置，其进一步特征在于：所述旋流分砂段采用倾向外壁的渐缩结构，缩放角度在3°～5°之间。缩放角度应维持在较低水平以减小对流体的过度剪切；逐渐加强的旋流场来促进固体杂质从流体中的分出效果；在旋流分砂段的底部开有大量均匀排列的排沙圆孔，旋流到壁面的固体杂质经此通道进入储砂室。
本发明一种油气管道在线除砂装置，其进一步特征在于：所述流动恢复段采用渐扩的流动空间，与旋流分砂段恰好相反，渐扩的结构用以逐渐削弱旋流场的强度；渐扩角度在10°～15°之间，使得旋流强度降低幅度不要过大。
本发明一种油气管道在线除砂装置，其进一步特征在于：所述储砂室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。储砂室上部紧密贴合主管道外壁，下部为方形结构。
本发明一种油气管道在线除砂装置，通过采用螺旋分离与旋流分离相结合的方式，分离方式高效，分离效率高，适合于输油、输气或油气混输管道；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；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。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但并不限制本发明的使用范围。
附图说明
图1是本发明一种油气管道在线除砂装置侧面剖视图；
图2是本发明一种油气管道在线除砂装置顶面剖视图；
图3是本发明一种油气管道在线除砂装置双螺旋结构视图；
图4是本发明一种油气管道在线除砂装置螺旋入口端面局部视图；
图5是本发明一种油气管道在线除砂装置螺旋出口局部视图。
图6是本发明一种油气管道在线除砂装置外观视图。
图中所示附图标记为：1-螺旋分离段，2-旋流分砂段，3-流动恢复段，4-储砂室，5-螺旋入口端面，6-螺旋出口，7-排沙圆孔，8-止旋肋板，9-阻流板，10-双螺旋管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种油气管道在线除砂装置作进一步说明：
如附图1到附图4所示，本发明一种油气管道在线除砂装置包括螺旋分离段1、旋流分砂段2、流动恢复段3以及储砂室4。
螺旋分离段1主体为轴对称双螺旋管结构，螺旋入口端面5采用平齐截面且使螺旋管入口流动截面最大化，其详细结构如附图5所示；双螺旋管10螺旋角度的选取为5°～10°，双螺旋管10的螺旋角度不但应避免过小造成的双螺旋管碰撞以，还应避免过大使螺旋分离段的长度过长；螺旋圈数为3～5圈，螺旋圈数的选取原则为保证固体杂质在双螺旋管内有足够的流动时间；螺旋管径的确定与螺旋圈数的选取应综合考虑；螺旋出口6如附图6所示，螺旋出口6自然伸入到旋流分砂段2约1/4圈。
旋流分砂段2流动空间采用倾向外壁的渐缩结构，缩放角度在3°～5°之间，防止过大角度造成强烈旋流场对流体的过度剪切，逐渐加强的旋流场来促进固体杂质从流体中的分出效果；在旋流分砂段2的底部开有大量均匀排列的排沙圆孔7，排砂圆孔7占约180°角度范围，采用多排设计且保持足够的排列密度，旋流到壁面的固体杂质经此通道进入储砂室4。
流动恢复段3渐扩的流动空间与旋流分砂段2恰好相反，渐扩角度在10°～15°之间使得旋流强度降低幅度不要过大，渐扩的结构用以逐渐削弱旋流场的强度；在流动恢复段3的尾端加有均匀排列的止旋肋板8，促使流体的流动方向完全进入轴向状态，止旋肋板8占流动恢复段3长度的1/2～1/3。
储砂室4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。在储砂室4内部采用均匀排布的阻流板9，阻止储砂室4底部的流场受流动恢复段3旋流场的影响而发生内部涡流从而影响砂的沉积；储砂室4底板采用可拆卸设计，以方便定期清理储砂室4内部的沉积砂。
本发明一种油气管道在线除砂装置的工作过程为：首先利用螺旋分离段1的双螺旋管造成螺旋管内的旋流场，使固体杂质向螺旋管外壁面运移；之后流体进入旋流分砂段2进行二次分离，运移到壁面的固体杂质经排砂圆孔进入储砂室4；分出固体杂质之后的流体进入流场恢复段3恢复正常的轴流向下游运动；储砂室4的固体杂质定期进行清理。
Claims (10)
1.一种油气管道在线除砂装置，主要包括螺旋分离段、旋流分砂段、流动恢复段以及储砂室，其特征在于：所述螺旋分离段包括螺旋入口端面，轴对称双螺旋管以及螺旋出口；所述旋流分砂段位于螺旋分离段下游，螺旋分离段的螺旋出口插入旋流分砂段；在旋流分砂段下方设置有排沙孔，储砂室安装于排沙孔的下方；流动恢复段位于除砂装置的最末端。
2.根据权利要求1所述的油气管道在线除砂装置，其特征在于：所述在线除砂装置为柱状筒体结构。
3.根据权利要求1所述的油气管道在线除砂装置，其特征在于：所述螺旋分离段为轴对称双螺旋管结构。
4.根据权利要求3所述的油气管道在线除砂装置，其特征在于：所述双螺旋管入口采用平齐截面且使螺旋管入口流动截面最大化；双螺旋管出口自然伸入到旋流分砂段约1/4～1/3圈。
5.根据权利要求3所述的油气管道在线除砂装置，其特征在于：所述双螺旋管螺旋角度的选取为5°～10°，所述双螺旋管螺旋圈数为6～10圈。
6.根据权利要求1所述的油气管道在线除砂装置，其特征在于：在所述流动恢复段的末端设置有止旋肋板。
7.根据权利要求6所述的油气管道在线除砂装置，其特征在于：所述止旋肋板均匀排列，止旋肋板占流动恢复段长度的1/2～1/3。
8.根据权利要求1所述的油气管道在线除砂装置，其特征在于：在所述储砂室内设置有阻流板，所述阻流板沿除砂装置柱状筒体均匀排列。
9.根据权利要求1所述的油气管道在线除砂装置，其特征在于：所述旋流分砂段采用倾向外壁的渐缩结构，缩放角度在3°～5°之间。
10.根据权利要求1所述的油气管道在线除砂装置，其特征在于：所述流动恢复段采用渐扩的流动空间，渐扩的结构用以逐渐削弱旋流场的强度；渐扩角度在10°～15°之间。
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