一种用于油气外输过滤器的导流叠瓦式内桶

王历红 王新亚 万金华 徐立东 欧永红

摘要：油气集输管道中，桶状过滤器的主要部件是由過滤桶和过滤网组成。现场中桶状过滤器其过滤性能常不理想，造成对集输下游的困扰，表现在：输油过程中油气中有细小砂粒突破过滤器的内桶过滤网，造成外输泵的机件磨损;原油流量计被油中杂质卡停;集输管道有不断涌来的细泥砂结垢，过流面减小，流阻增大，能耗增加。我们研制开发了导流叠瓦式内桶，该装置通过多现场试验，各项性能完全达到了设计要求。

关键词：自洁过滤;提升滤速;分选过滤;精细过滤

一、桶状过滤器的存在问题及分析

桶状过滤器是企业常用的设施，在油田集输工艺中，因桶状过滤器性能不佳常对下游的集输设施带来极大危害。我们对现场使用的过滤器运行情况进行调查，发现造成桶状过滤器过滤效果不好和过滤对象--原油中的杂质有关，原油中的杂质主要有胶质、蜡质、沥青质、泥沙，还包括：井上加盘根及地层上一些絮状物等。针对存在的问题我们尝试着把多个过滤器串联，虽有一定的效果，但又存在着弊端：过滤的路线拉长了，耗材多、占地多、成本高，每增加一个过滤器意味增加了2个静密封点，多了数个可能油气漏失风险点，即使这样，仍有一定杂质冲破过滤器的内桶，造成外输的油气质量下降，下游设施磨损;清理多个过滤器，工作量大。创新桶状过滤器桶的结构、提升桶状过滤器性能是我们努力的方向。

二、桶状过滤器设计思路及依据

让过滤器具备导流性能以提升过滤速度，且过滤过程有自洁功能，能把过滤后的杂质集在一起方便清理，过滤器内部设有三层的分级过滤，过滤效果逐级精细。安装拆卸方便，清理过滤器快捷。

依据-：三级过滤桶叠瓦式组合。过滤桶之间是包含关系，内桶拆解方便，根据现场实际可单独、可合成，阶段清洗方便。此过滤器实现了分选过滤，即一级、二级、三级分别过滤出“粗、中、细” 颗粒，油气流流动阻力小，有助过滤加速。同时实现了高效的精细过滤。

依据二：导流叶轮受油流冲击而旋转，使油流形成漩涡，形成“压力漏斗”效应，加速了对油气过滤的速度。同时达到自扫自洁过滤：叶轮旋转形成螺旋流，对过滤桶内壁形成旋转冲洗，把杂质冲击到过滤桶底部集中。

依据三：导流叠瓦式的设计，结构紧凑、占空间少、拆卸便利，过滤效率高;延长过滤器的清洗周期2倍以上。

三、方案实施

1.外型制作

根据设计思路，设计了整体效果图。（见图1）

其工作原理是：叶轮受来油压力和机泵的抽吸力的双作用力，使叶轮发生旋转，形成“压力漏斗”。并把来液中的杂质在旋转中打散打碎、清扫并集中，改变了以前过滤器过滤时杂质把整个过滤桶贴住的状态;液流经一级粗过滤后，进入第二级中过滤桶，进而再进入第三级细过滤内桶，实现精细过滤。

2.三级、二级、一级过滤内桶的制作

三级过滤内桶都是选用20#钢，公称直径选相应尺寸，然后钻取好密集导流孔，焊上一级连接瓦。连接瓦是提前用钢板冷压成型;三级导流孔采用：孔径5mm、孔距5mm，二级导流孔采用孔径10mm、孔距5mm;一级导流孔采用孔径15mm、孔距5mm。分别在过滤内桶布好过滤网，放好O卡簧，上好过滤网紧固螺栓。依次把二级过滤内桶套入三级过滤内桶里;把一级过滤内桶套入二级过滤内桶里;随后用叠瓦紧固螺栓分别固定对应的连接瓦上，形成了叠瓦式内桶。

3.导流叶轮与轴间角度、轴的制作

导流叶轮与轴间角度，结合现场中不同粘度、密度的油流对导流叶轮旋转速度的影响，经试验角度在28度为佳，这时的液流对导流叶轮的冲击力就大，水平方向分力也大，叶轮旋转快，形成涡流的“压力漏斗”效应最大，效果最好。导流叶轮轴设计参照轴的弯曲刚度计算公式和轴的扭转刚度计算，通过计算，轴选择60 CrMo钢，直径取20mm。

4.导流叶轮、轴承、扇叶、叠瓦和过滤桶的孔板、过滤网的材料选择

导流叶轮选302不锈钢：Cr18Ni19并含碳≤0.15，硅≤1.0，强度为536兆帕，条件屈服强度≥205Mpa，防腐蚀，表面光洁。

导流叶轮轴承选择抗20米/秒的流速的冲击力，故选全封闭轴承。其轴承含油且封密，最大特点是深沟球轴承抗较大液流冲击，转数变化适应性强，通过计算选取6303轴承为宜，该轴承的密封环选定不锈钢，抗腐性能强且韧性好。

叠瓦和过滤筒桶的孔板，选择Q235钢，选择依据是：该钢抗拉冲强度可达461兆帕。三级过滤桶的过滤网，虽然目数不一，做材料的以304不锈钢编织网，抗拉耐磨好，抗拉强度≥528兆帕，条件屈服强度≥205兆帕。

5.耐压、密封试验

该装置经充填了原油和水进行两种不同导压性质的介质进行密封耐压实验。经在低压和高压外输流程实验，在工作正常压力下叠瓦间密封耐压，各过滤层无串流，密封无刺漏。

四、应用效果

实施应用于华北油田各采油厂 15个地点，取得良好效果，通过现场验证，叠瓦导流式过滤器比单桶一级过滤器清洗周期延长了2倍以上。从清出的杂质重量看，同目数出口过滤两者相比，叠瓦导流式过滤器过滤效果是单桶过滤器的4倍，异目数出口过滤相比，叠瓦导流式过滤器比单桶过滤效果强8倍到15倍。

五、结束语

叠瓦导流过滤器创新点在于：

1.导流产生“压力漏斗”效应，使过滤加速，使过滤自洁，杂质集中，降低过滤阻力。

2.经过三个级的过滤，层层加细，级级把关，过滤效应明显。

3.过滤器清洗周期加长，减轻员工劳动强度，提高工作效率

参考文献：

[1]机械设计便览》天津科学技术出版社出版1990.12