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自清洗过滤器装置的研制与应用
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Author:hanxin
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Published time: 2016-01-28
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聚合物自清洗过滤器装置的研制与应用
在聚合物现场应用过程中，传统的自清洗液过滤器存在缺陷。文章论述了孤东油田研制开发聚合物自清洗过滤装置的过程。实践表明，该装置完全克服了以往过滤器的不足，具有体积小、过滤面积大、压力损失小、检修清洗便利等诸多优点，完全适合现场注聚的运行要求。
孤东油田注聚自先导试验到工业化推广应用已经过了近20年的时间，先后投注10多个注聚单元。在注聚地面工艺中，自清洗过滤器具有不可替代的位置。自清洗过滤器安装在注聚泵进液流程前，对于过滤聚合物母液杂质，改善母液与污水混合效果，减少因母液杂质多造成的注聚泵液力端故障、提高注聚泵效率，降低聚合物粘度损失等诸方面发挥着重要的作用。但是传统的过滤器在现场生产过程中暴露出过滤压力损失大、易堵塞、检修清洗难度大等许多问题，最终导致无法正常运行。针对以上问题，经过研究论证，我们联合设备生产企业研制开发了聚合物自清洗过滤装置，用于注聚工艺流程中。通过现场试验和应用表明，该装置完全解决了以上问题，实现了聚合物母液的有效过滤，使注聚流程工艺流程得到进一步优化。
一、传统自清洗母液过滤器的作用与存在问题
（一）安装使用自清洗过滤器的作用
第一，过滤掉聚合物母液中的杂质。安装使用聚合物母液过滤器是为了过滤掉聚合物母液中的杂质，保证注聚泵的正常供液。如果不能及时过滤掉这些物质，它们进入注聚泵后将会卡在进排液阀组或进口管线内，造成注聚泵容积效率降低或无法工作而停运，导致注聚泵故障。
第二，平衡注聚泵供液系统。聚合物母液进入过滤器后，经历扩散→过滤→混合→外输的过程。在这一过程中，供液系统压力得到一定平衡，使得注聚泵供液更加平稳。
第三，提高聚合物母液与污水的混合效果。过滤过程本身也是一个混合的过程，经过过滤后，聚合物溶液的均匀性提高，溶液的性质更加趋向稳定，与污水的混合质量得到提高。
（二）传统过滤器存在的问题
第一，相对过滤面积小，导致压力损失较大。传统的聚合物母液过滤器为多滤芯结构设计，聚合物母液进入过滤器后分散进入各滤芯过滤后再混合输出。由于单体滤芯过滤面积较小，而且各滤芯间的相互叠加影响，造成整体过滤面积相对减小，造成聚合物溶液过滤阻力增加，导致较大的压力损失。统计正常工作期间的数据，平均单体过滤器压力损失大于0.15MPa。
第二，过滤器易堵塞，清洗工作量大。正常情况下过滤器压力损失大于0.1MPa时，必须及时进行清理，否则会因为供液压力过低影响注聚泵的正常工作。传统的过滤器由于本身结构原因，极易出现堵塞而导致过压。过滤器维修清洗必须打开端盖，拆卸掉30多条螺栓，抽出滤芯维修清洗，过程复杂，停运时间长。
第三，结构不合理体积较大。传统母液过滤器端盖和母体为螺栓连接，为多滤芯设计，受到过滤面积要求的局限，相对单体体积较大，给安装施工和日常维护带来较大困难。
二、聚合物自清洗滤垢装置的研制
（一）结构设计
针对以往现场应用母液过滤器的存在的诸多问题，我们在研制时对过滤器的结构做了较大改进：增加自动清洗结构，滤芯内设计内循环涡流冲洗结构，可以实现不用拆卸既可以自动清洗。采用单桶滤芯设计，过滤面积得到增大。端盖和母体连接采用平推式快开机构，便于拆卸维修。排污口设计为直排式，便于杂质的排放。配套自动开启电动阀，当过滤器瞬间高压时，自动开启旁通流程，防止过滤器和设备因高压而造成损坏。其工作原理如图1所示：
自清洗过滤装置工作原理示意图
（二）具备的优点第一，过滤面积大，过滤压力损失小。与传统使用同类产品相比，该装置为单滤芯全筒式结构设计，比传统产品过滤面积增大一倍，有效地将降低了过滤压力损失。经过试验，压力损失小于0.05MPa。
第二，体积较小，便于安装和维修。由于过滤面积的增大，相同工作条件下体积较小，便于施工和拆卸。
第三，具备自动清洗功能。采用液压环形技术，实现涡流自动清洗功能。在日常清洗滤芯时不需要拆卸，通过预置清洗阀门运用体外液流加压与环形技术配合既可以达到清洗目的。
第四，拆卸方便，便于维修清洗。由传统螺栓连接改为反扣自紧结构，需要拆卸时只需打开一个自紧螺母即可开启，省时省力。同时端盖采用弹簧式开启方式，移动端盖只需水平推动即可将弹起的端盖移到一边，不需要任何机械工具。
第五，具备直排式排放结构，实现自排功能。
第六，过滤效果好，聚合物母液粘度保留率高。
三、现场应用效果
该装置首先安装在孤东油田三四区注聚站进行现场应用试验，通过现场应用，该装置完全可以满足注聚工艺的要求，具备以下优点。
（一）过滤效果好，压力损失低
第一，经过检测，应用该装置可以有效的过滤掉聚合物母液中的杂质，母液质量得到保证。经过统计，相关100多台注聚泵未出现过因杂质堵塞而影响注入的情况，注聚泵容积效率和供液状况得到改善。
第二，工作压力损失小于0.02MPa。一般我们确定若压力损失大于0.1MPa必须及时组织清理过滤器，正常情况下每月定期组织清洗。在连续运行的几年时间里，在用母液过滤器均未出现过过压的情况，过滤面积大的优势得到充分发挥。
（二）维护清洗操作方便简单，省时省力，便于操作
第一，定期清洗不需要拆卸过滤器，利用反冲洗装置即可完成。操作时用手提式水泵，通过反冲洗接口高压注入清洗液既可以自动完成内部冲洗工作，通过直排口排出污物，整个过程不超过半小时，一个人既可以完成操作。
第二，拆卸维护清理也非常简单，拆开端盖一条索紧螺栓既可以移开端盖，便可以非常方便的取出滤芯，清洗检修滤芯和过滤器内部，两个人配合时间不超过一小时。
（三）过滤器对聚合物母液的粘度剪切小，经过过滤的溶液混合度得到提高
通过现场50多次取样化验表明，经过过滤器的过滤，聚合物母液的粘度未发生明显变化，部分样体粘度反而有所提高。说明经过过滤后聚合物溶液的混合均匀度提高了，取出部分杂质后溶液的质量得到改善。
特别是在二元复合驱注入流程中效果更是明显，通过取样肉眼即可以看出经过过滤器的溶液混合均匀度得到明显改善。
（四）有效的平衡注聚泵供液系统压力，实现平稳运行
由于注聚泵排量的瞬时变化，经常造成供液系统的压力波动，对注聚泵排量反过来造成不利影响。在系统中安装新型过滤器后，系统压力波动明显降低，说明过滤器的压力平衡作用得到发挥。
特别是在二元复合驱注入流程中，过滤器的应用有效平衡了二元驱药剂添加系统的压力变化，使得注聚泵排量变化较小，较少了对计量仪表的影响。
四、结论和认识
第一，通过现场应用表明，新研制的自清洗过滤装置完全可以使用到注聚地面工艺中，取代传统聚合物母液过滤器。
第二，新研制的自清洗过滤装置在现场应用中表现出过滤面积达、过滤效果好、压力损失小和日常维护方便等诸多优点，完全可以适合注聚开发。
第三，新研制的自清洗过滤装置在二元复合驱注入地面工艺中效果更为突出，对于药剂进一步混合、平稳注聚泵排量、降低计量仪表误差具有明显作用。
第四，过滤器滤芯的类型选择是今后需要研究的重点。
在聚合物现场应用过程中，传统的自清洗液过滤器存在缺陷。文章论述了孤东油田研制开发聚合物自清洗过滤装置的过程。实践表明，该装置完全克服了以往过滤器的不足，具有体积小、过滤面积大、压力损失小、检修清洗便利等诸多优点，完全适合现场注聚的运行要求。
孤东油田注聚自先导试验到工业化推广应用已经过了近20年的时间，先后投注10多个注聚单元。在注聚地面工艺中，自清洗过滤器具有不可替代的位置。自清洗过滤器安装在注聚泵进液流程前，对于过滤聚合物母液杂质，改善母液与污水混合效果，减少因母液杂质多造成的注聚泵液力端故障、提高注聚泵效率，降低聚合物粘度损失等诸方面发挥着重要的作用。但是传统的过滤器在现场生产过程中暴露出过滤压力损失大、易堵塞、检修清洗难度大等许多问题，最终导致无法正常运行。针对以上问题，经过研究论证，我们联合设备生产企业研制开发了聚合物自清洗过滤装置，用于注聚工艺流程中。通过现场试验和应用表明，该装置完全解决了以上问题，实现了聚合物母液的有效过滤，使注聚流程工艺流程得到进一步优化。
一、传统自清洗母液过滤器的作用与存在问题
（一）安装使用自清洗过滤器的作用
第一，过滤掉聚合物母液中的杂质。安装使用聚合物母液过滤器是为了过滤掉聚合物母液中的杂质，保证注聚泵的正常供液。如果不能及时过滤掉这些物质，它们进入注聚泵后将会卡在进排液阀组或进口管线内，造成注聚泵容积效率降低或无法工作而停运，导致注聚泵故障。
第二，平衡注聚泵供液系统。聚合物母液进入过滤器后，经历扩散→过滤→混合→外输的过程。在这一过程中，供液系统压力得到一定平衡，使得注聚泵供液更加平稳。
第三，提高聚合物母液与污水的混合效果。过滤过程本身也是一个混合的过程，经过过滤后，聚合物溶液的均匀性提高，溶液的性质更加趋向稳定，与污水的混合质量得到提高。
（二）传统过滤器存在的问题
第一，相对过滤面积小，导致压力损失较大。传统的聚合物母液过滤器为多滤芯结构设计，聚合物母液进入过滤器后分散进入各滤芯过滤后再混合输出。由于单体滤芯过滤面积较小，而且各滤芯间的相互叠加影响，造成整体过滤面积相对减小，造成聚合物溶液过滤阻力增加，导致较大的压力损失。统计正常工作期间的数据，平均单体过滤器压力损失大于0.15MPa。
第二，过滤器易堵塞，清洗工作量大。正常情况下过滤器压力损失大于0.1MPa时，必须及时进行清理，否则会因为供液压力过低影响注聚泵的正常工作。传统的过滤器由于本身结构原因，极易出现堵塞而导致过压。过滤器维修清洗必须打开端盖，拆卸掉30多条螺栓，抽出滤芯维修清洗，过程复杂，停运时间长。
第三，结构不合理体积较大。传统母液过滤器端盖和母体为螺栓连接，为多滤芯设计，受到过滤面积要求的局限，相对单体体积较大，给安装施工和日常维护带来较大困难。
二、聚合物自清洗滤垢装置的研制
（一）结构设计
针对以往现场应用母液过滤器的存在的诸多问题，我们在研制时对过滤器的结构做了较大改进：增加自动清洗结构，滤芯内设计内循环涡流冲洗结构，可以实现不用拆卸既可以自动清洗。采用单桶滤芯设计，过滤面积得到增大。端盖和母体连接采用平推式快开机构，便于拆卸维修。排污口设计为直排式，便于杂质的排放。配套自动开启电动阀，当过滤器瞬间高压时，自动开启旁通流程，防止过滤器和设备因高压而造成损坏。其工作原理如图1所示：
自清洗过滤装置工作原理示意图
（二）具备的优点第一，过滤面积大，过滤压力损失小。与传统使用同类产品相比，该装置为单滤芯全筒式结构设计，比传统产品过滤面积增大一倍，有效地将降低了过滤压力损失。经过试验，压力损失小于0.05MPa。
第二，体积较小，便于安装和维修。由于过滤面积的增大，相同工作条件下体积较小，便于施工和拆卸。
第三，具备自动清洗功能。采用液压环形技术，实现涡流自动清洗功能。在日常清洗滤芯时不需要拆卸，通过预置清洗阀门运用体外液流加压与环形技术配合既可以达到清洗目的。
第四，拆卸方便，便于维修清洗。由传统螺栓连接改为反扣自紧结构，需要拆卸时只需打开一个自紧螺母即可开启，省时省力。同时端盖采用弹簧式开启方式，移动端盖只需水平推动即可将弹起的端盖移到一边，不需要任何机械工具。
第五，具备直排式排放结构，实现自排功能。
第六，过滤效果好，聚合物母液粘度保留率高。
三、现场应用效果
该装置首先安装在孤东油田三四区注聚站进行现场应用试验，通过现场应用，该装置完全可以满足注聚工艺的要求，具备以下优点。
（一）过滤效果好，压力损失低
第一，经过检测，应用该装置可以有效的过滤掉聚合物母液中的杂质，母液质量得到保证。经过统计，相关100多台注聚泵未出现过因杂质堵塞而影响注入的情况，注聚泵容积效率和供液状况得到改善。
第二，工作压力损失小于0.02MPa。一般我们确定若压力损失大于0.1MPa必须及时组织清理过滤器，正常情况下每月定期组织清洗。在连续运行的几年时间里，在用母液过滤器均未出现过过压的情况，过滤面积大的优势得到充分发挥。
（二）维护清洗操作方便简单，省时省力，便于操作
第一，定期清洗不需要拆卸过滤器，利用反冲洗装置即可完成。操作时用手提式水泵，通过反冲洗接口高压注入清洗液既可以自动完成内部冲洗工作，通过直排口排出污物，整个过程不超过半小时，一个人既可以完成操作。
第二，拆卸维护清理也非常简单，拆开端盖一条索紧螺栓既可以移开端盖，便可以非常方便的取出滤芯，清洗检修滤芯和过滤器内部，两个人配合时间不超过一小时。
（三）过滤器对聚合物母液的粘度剪切小，经过过滤的溶液混合度得到提高
通过现场50多次取样化验表明，经过过滤器的过滤，聚合物母液的粘度未发生明显变化，部分样体粘度反而有所提高。说明经过过滤后聚合物溶液的混合均匀度提高了，取出部分杂质后溶液的质量得到改善。
特别是在二元复合驱注入流程中效果更是明显，通过取样肉眼即可以看出经过过滤器的溶液混合均匀度得到明显改善。
（四）有效的平衡注聚泵供液系统压力，实现平稳运行
由于注聚泵排量的瞬时变化，经常造成供液系统的压力波动，对注聚泵排量反过来造成不利影响。在系统中安装新型过滤器后，系统压力波动明显降低，说明过滤器的压力平衡作用得到发挥。
特别是在二元复合驱注入流程中，过滤器的应用有效平衡了二元驱药剂添加系统的压力变化，使得注聚泵排量变化较小，较少了对计量仪表的影响。
四、结论和认识
第一，通过现场应用表明，新研制的自清洗过滤装置完全可以使用到注聚地面工艺中，取代传统聚合物母液过滤器。
第二，新研制的自清洗过滤装置在现场应用中表现出过滤面积达、过滤效果好、压力损失小和日常维护方便等诸多优点，完全可以适合注聚开发。
第三，新研制的自清洗过滤装置在二元复合驱注入地面工艺中效果更为突出，对于药剂进一步混合、平稳注聚泵排量、降低计量仪表误差具有明显作用。
第四，过滤器滤芯的类型选择是今后需要研究的重点。
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