70MPa旋流过滤式天然气除砂器研制

摘要

在压裂井或地层出砂井所采出的天然气中，一般会携带大量的砂粒，而这些高速流动的砂粒则会给地面集气系统造成很大的危害，甚至出现严重的安全事故。针对这种情形，同时又结合气田现场特殊的工况，本文设计了70Mpa旋流过滤式天然气除砂器。该除砂装置采用两个除砂罐并联的方式，即一个工作，另一个备用。在除砂器缸体内部安装有过滤筒，进气管线切向进入到缸体，进气管线与出气管线在缸体两边布置，并且进气管线的进口位置低于出气管线的出口位置。其除砂的工作原理为：气体切向进入除砂器缸体后，一方面通过旋流产生的离心力使砂粒沉降，另一方面则是通过过滤筒的过滤作用，将砂粒阻挡在过滤筒之外，继而砂粒掉落到排砂口，通过两方面除砂效果的叠加，来完成整个除砂过程。 该除砂器主要结构还包括：提升装置、框架、反冲洗系统、高压液位计、报警系统等。在确定完整个方案之后，又对除砂器关键零部件进行了详细的计算设计，并利用有限元分析软件对部分承压、承重结构进行强度校核，以确保装置能够正常可靠地运行。 利用流体分析软件对除砂器缸体内部流场进行数值模拟计算，得出了速度分布图像和压力分布图像，并针对除砂效率，对图像进行了细致分析。 最后，根据所绘制的工程图纸，完成了整机装配，总结了具体装配过程中出现的实际问题并及时提出解决方案加以解决。通过室内水压试验，检验了样机的承压能力完全能够满足正常工作需求。编写操作规范，并对除砂器的日常维护保养以及安全问题作了详细说明。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究目的与意义

1.2 除砂器发展概况

1.2.1 国外除砂器研究概况

1.2.2 国内除砂器研究概况

1.3 课题研究目标、研究内容、拟解决的关键问题

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容

1.3.3 拟解决的关键问题

第二章 70Mpa旋流过滤式天然气除砂器方案设计

2.1 除砂器主体部分方案设计

2.1.1 除砂器主体部分的结构

2.1.2 塞帽结构设计

2.1.3 过滤筒结构设计

2.1.4 防磨套筒结构设计

2.1.5 底座法兰与排砂三通的结构设计

2.1.6除砂原理分析

2.2 除砂器提升装置部分方案设计

2.3 除砂器架子部分方案设计

2.4 除砂器辅助系统方案设计

2.5 除砂器结构建模

2.6 本章小结

第三章 除砂器关键结构的设计计算及强度校核

3.1 缸体壁厚的确定

3.1.1 公式法计算缸体壁厚

3.1.2 有限元分析校核缸体强度

3.2 气体管件的设计与校核

3.3 螺帽及螺纹的设计与校核

3.3.1 螺帽的设计

3.3.2 螺帽螺牙强度校核

3.4 提升装置的设计计算与校核

3.4.1 耐磨性的计算

3.4.2 螺杆强度的校核

3.4.3 螺母螺牙强度的校核

3.4.4 所需人力的计算及自锁条件的验证

3.4.5 提升部分的有限元分析

3.5 整体架子的强度校核

3.6 本章小结

第四章 除砂器缸体内部流场的数值模拟与分析

4.1 流体流动的控制方程和湍流模型

4.1.1 流体流动的控制方程

4.1.2 湍流模型

4.2 除砂器缸体内部流场的数值模拟

4.2.1 气体流域模型的构建

4.2.2 模型的网格划分

4.2.3 边界条件的设定与计算求解

4.2.4 流场结果分析

4.3 本章小结

第五章 除砂器样机加工、室内试验及维护

5.1 整机加工制造

5.1.1 主要零部件加工

5.1.2 整机装配

5.2 室内压力试验

5.3 除砂器操作流程

5.4 除砂器的维护、拆装及安全须知

5.4.1 设备的维护

5.4.2 过滤筒的拆装

5.4.3 安全须知

结论及展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果

致谢