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組成。現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，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。我們研制開發了導流疊瓦式內桶，該裝置通過多現場試驗，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。我們對現場使用的過濾器運行情況進行調查，發現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，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，造成外輸的油氣質量下降，下游設施磨損;清理多個過濾器，工作量大。創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

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-：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，根據現場實際可單獨、可合成，階段清洗方便。此過濾器實現了分選過濾，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。同時實現了高效的精細過濾。

依據二：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;液流經一級粗過濾后，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，放好O卡簧，上好過濾網緊固螺栓。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，結合現場中不同粘度、密度的油流對導流葉輪旋轉速度的影響，經試驗角度在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，轉數變化適應性強，通過計算選取6303軸承為宜，該軸承的密封環選定不銹鋼，抗腐性能強且韌性好。

疊瓦和過濾筒桶的孔板，選擇Q235鋼，選擇依據是：該鋼抗拉沖強度可達461兆帕。三級過濾桶的過濾網，雖然目數不一，做材料的以304不銹鋼編織網，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

疊瓦導流過濾器創新點在于：

1.導流產生“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