一種用于油氣外輸過濾器的導流疊瓦式內桶

王歷紅 王新亞 萬金華 徐立東 歐永紅

摘要：油氣集輸管道中，桶狀過濾器的主要部件是由過濾桶和過濾網(wǎng)組成?，F(xiàn)場中桶狀過濾器其過濾性能常不理想，造成對集輸下游的困擾，表現(xiàn)在：輸油過程中油氣中有細小砂粒突破過濾器的內桶過濾網(wǎng)，造成外輸泵的機件磨損;原油流量計被油中雜質卡停;集輸管道有不斷涌來的細泥砂結垢，過流面減小，流阻增大，能耗增加。我們研制開發(fā)了導流疊瓦式內桶，該裝置通過多現(xiàn)場試驗，各項性能完全達到了設計要求。

關鍵詞：自潔過濾;提升濾速;分選過濾;精細過濾

一、桶狀過濾器的存在問題及分析

桶狀過濾器是企業(yè)常用的設施，在油田集輸工藝中，因桶狀過濾器性能不佳常對下游的集輸設施帶來極大危害。我們對現(xiàn)場使用的過濾器運行情況進行調查，發(fā)現(xiàn)造成桶狀過濾器過濾效果不好和過濾對象--原油中的雜質有關，原油中的雜質主要有膠質、蠟質、瀝青質、泥沙，還包括：井上加盤根及地層上一些絮狀物等。針對存在的問題我們嘗試著把多個過濾器串聯(lián)，雖有一定的效果，但又存在著弊端：過濾的路線拉長了，耗材多、占地多、成本高，每增加一個過濾器意味增加了2個靜密封點，多了數(shù)個可能油氣漏失風險點，即使這樣，仍有一定雜質沖破過濾器的內桶，造成外輸?shù)挠蜌赓|量下降，下游設施磨損;清理多個過濾器，工作量大。創(chuàng)新桶狀過濾器桶的結構、提升桶狀過濾器性能是我們努力的方向。

二、桶狀過濾器設計思路及依據(jù)

讓過濾器具備導流性能以提升過濾速度，且過濾過程有自潔功能，能把過濾后的雜質集在一起方便清理，過濾器內部設有三層的分級過濾，過濾效果逐級精細。安裝拆卸方便，清理過濾器快捷。

依據(jù)-：三級過濾桶疊瓦式組合。過濾桶之間是包含關系，內桶拆解方便，根據(jù)現(xiàn)場實際可單獨、可合成，階段清洗方便。此過濾器實現(xiàn)了分選過濾，即一級、二級、三級分別過濾出“粗、中、細” 顆粒，油氣流流動阻力小，有助過濾加速。同時實現(xiàn)了高效的精細過濾。

依據(jù)二：導流葉輪受油流沖擊而旋轉，使油流形成漩渦，形成“壓力漏斗”效應，加速了對油氣過濾的速度。同時達到自掃自潔過濾：葉輪旋轉形成螺旋流，對過濾桶內壁形成旋轉沖洗，把雜質沖擊到過濾桶底部集中。

依據(jù)三：導流疊瓦式的設計，結構緊湊、占空間少、拆卸便利，過濾效率高;延長過濾器的清洗周期2倍以上。

三、方案實施

1.外型制作

根據(jù)設計思路，設計了整體效果圖。（見圖1）

其工作原理是：葉輪受來油壓力和機泵的抽吸力的雙作用力，使葉輪發(fā)生旋轉，形成“壓力漏斗”。并把來液中的雜質在旋轉中打散打碎、清掃并集中，改變了以前過濾器過濾時雜質把整個過濾桶貼住的狀態(tài);液流經(jīng)一級粗過濾后，進入第二級中過濾桶，進而再進入第三級細過濾內桶，實現(xiàn)精細過濾。

2.三級、二級、一級過濾內桶的制作

三級過濾內桶都是選用20#鋼，公稱直徑選相應尺寸，然后鉆取好密集導流孔，焊上一級連接瓦。連接瓦是提前用鋼板冷壓成型;三級導流孔采用：孔徑5mm、孔距5mm，二級導流孔采用孔徑10mm、孔距5mm;一級導流孔采用孔徑15mm、孔距5mm。分別在過濾內桶布好過濾網(wǎng)，放好O卡簧，上好過濾網(wǎng)緊固螺栓。依次把二級過濾內桶套入三級過濾內桶里;把一級過濾內桶套入二級過濾內桶里;隨后用疊瓦緊固螺栓分別固定對應的連接瓦上，形成了疊瓦式內桶。

3.導流葉輪與軸間角度、軸的制作

導流葉輪與軸間角度，結合現(xiàn)場中不同粘度、密度的油流對導流葉輪旋轉速度的影響，經(jīng)試驗角度在28度為佳，這時的液流對導流葉輪的沖擊力就大，水平方向分力也大，葉輪旋轉快，形成渦流的“壓力漏斗”效應最大，效果最好。導流葉輪軸設計參照軸的彎曲剛度計算公式和軸的扭轉剛度計算，通過計算，軸選擇60 CrMo鋼，直徑取20mm。

4.導流葉輪、軸承、扇葉、疊瓦和過濾桶的孔板、過濾網(wǎng)的材料選擇

導流葉輪選302不銹鋼：Cr18Ni19并含碳≤0.15，硅≤1.0，強度為536兆帕，條件屈服強度≥205Mpa，防腐蝕，表面光潔。

導流葉輪軸承選擇抗20米/秒的流速的沖擊力，故選全封閉軸承。其軸承含油且封密，最大特點是深溝球軸承抗較大液流沖擊，轉數(shù)變化適應性強，通過計算選取6303軸承為宜，該軸承的密封環(huán)選定不銹鋼，抗腐性能強且韌性好。

疊瓦和過濾筒桶的孔板，選擇Q235鋼，選擇依據(jù)是：該鋼抗拉沖強度可達461兆帕。三級過濾桶的過濾網(wǎng)，雖然目數(shù)不一，做材料的以304不銹鋼編織網(wǎng)，抗拉耐磨好，抗拉強度≥528兆帕，條件屈服強度≥205兆帕。

5.耐壓、密封試驗

該裝置經(jīng)充填了原油和水進行兩種不同導壓性質的介質進行密封耐壓實驗。經(jīng)在低壓和高壓外輸流程實驗，在工作正常壓力下疊瓦間密封耐壓，各過濾層無串流，密封無刺漏。

四、應用效果

實施應用于華北油田各采油廠 15個地點，取得良好效果，通過現(xiàn)場驗證，疊瓦導流式過濾器比單桶一級過濾器清洗周期延長了2倍以上。從清出的雜質重量看，同目數(shù)出口過濾兩者相比，疊瓦導流式過濾器過濾效果是單桶過濾器的4倍，異目數(shù)出口過濾相比，疊瓦導流式過濾器比單桶過濾效果強8倍到15倍。

五、結束語

疊瓦導流過濾器創(chuàng)新點在于：

1.導流產(chǎn)生“壓力漏斗”效應，使過濾加速，使過濾自潔，雜質集中，降低過濾阻力。

2.經(jīng)過三個級的過濾，層層加細，級級把關，過濾效應明顯。

3.過濾器清洗周期加長，減輕員工勞動強度，提高工作效率

參考文獻：

[1]機械設計便覽》天津科學技術出版社出版1990.12