[发明专利]簇式高效旋流分离撬及其旋风分离元件

说明书

技术领域

本发明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。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明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。本发明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，本发明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，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明分离效率高：通过相关流体模型模拟，本发明对蒸汽水分及固体的分离效率达99.5％。

(2)本发明运行维护方便：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)本发明工艺适用性大、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)本发明易实现自动控制：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)本发明使用周期长：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)本发明分离精度高：无人为操作影响，内件损坏可能性小。

(7)本发明系统压降小。