一种用于地面天然气输送管道的螺旋流排水装置的制作方法

本发明涉及石油天然气工业领域，具体是一种用于实际天然气输送管道的螺旋流排水装置。

背景技术：

在世界能源日益紧张的今天，具有洁净、安全、热值高等特点的天然气得到各国青睐。目前，管道输送是天然气运输的主要方式，但是在管道输送天然气的过程中，由于管壁和周围环境的换热，凝析液将可能会析出，同时，随着气田开采的进行，气田将会出水，从而导致管线中产生积液。管道积液的产生会引起如下问题：①液体聚积在管线的低点处，降低了气体的有效输送截面积，导致管输效率降低；②管线过流面积减小，输送阻力增加，导致单位长度管线压降增大，增加了动力消耗；③在一定温度条件下会形成水合物，造成冰堵事故；④由于积液的存在，起伏管道的末端还会形成段塞流，当液塞体积超过下游处理设备的容量时，给正常生产带来了困难，严重时会导致停产。段塞流的产生还会引起管线中较大的压力和流量波动，对管线造成冲击和振动，引起管线破坏。⑤积液的产生还会导致管线腐蚀加剧，降低管道的使用寿命。尤其是高含硫和二氧化碳的气体，积液的存在会加速管线的电化学腐蚀，易造成管线穿孔，给管道的正常运行带来极大的危险(刘勇.管道积液振动监测技术实验研究[d].中国石油大学(华东)，2010)。因此，对于出现的管道积液进行高效安全的清除，且不影响实际的天然气运输，对于保障我国的能源安全具有重要的意义。

目前，对于产生积液的输气管线，根据参数变化进行清管作业，但现有的清管器普遍存在清除积液效果不佳，对于大量积液管道易发生清管器卡堵等故障，极大地影响天然气输送管道的正常运营。专利(申请号：201320167273.6)中，针对输气管线积液现状及目前泡沫排水采气工艺，提出利用动力流体产生压差作动力推动使清管器在管道中向前推进。在清管器前端设置喷嘴，通过喷射气体的漩流，实现清管器前端流体的雾化和二次起泡，降低气液混合物密度，减少阻力损耗，以提高清管效率，减少清管器卡阻风险。但是，此装置也有缺陷：①设备复杂，运行和维修成本较高；②此装置也是采用类似清管器的方式在输气管道中作业，当遇到管道积液较大时，不可避免的出现卡堵现象。因此，目前急需找到一种积液清除效果好，不会发生卡堵，且不影响实际输气管道运营的积液携带方法。

本发明充分考虑螺旋流对积液的高效携带作用，在不影响实际输气管线运营和不发生管线卡堵的前提下，对管道积液进行高效排除，保障天然气管道的安全高效运输。

技术实现要素：

本发明的目的是针对目前利用管道输送天然气的过程中，由于管壁和周围环境的换热，凝析液将可能会析出，同时，随着气田开采的进行，气田将会出水，从而导致天然气输送管线中的低洼或者起伏段产生积液，影响天然气的输气效率，又会对管线造成腐蚀等影响管道安全输送的安全问题，而发明的一种新型的管道携液技术。要解决的技术问题是针对目前在地面天然气集输管道中的低洼或者起伏段经常出现管道积液，且目前并无高效的积液携带方法，从而在充分考虑多种管道携液方法后，提供一种具有高效管道携液效率、不发生管线卡堵且不影响天然气输送管道的实际运行的新型管道螺旋流排水装置。

总的说来，本发明的天然气输送管道积液携带装置，解决了以下几大难题：1.采用积液启动装置，通过变径管与螺旋流发生装置相结合的方式提高流速增加冲击力和螺旋流强度。使气流冲击管道低洼或者拐角处的积液，联合螺旋流和冲击力将积液卷起并携带，有效清除管道内的积液；2.采用液滴产生装置，液团通过挡板加速后撞击挡板和碎液孔使得其分散，形成小液滴更便于携带；3.在倾斜管段采用螺旋发生装置，产生了螺旋流，携带被分散的小液滴。更加有效地清除了管道内的积液；4.采用积液截流装置，阻挡液滴回流，并在截流片上布置微孔防止被截液滴在夹角处不断聚集，保证液滴的携带；5.在管道内一定距离上放置螺旋发生装置和积液截流装置，维持螺旋流，既能保证天然气管道的输气效率，又能有效清除管道内的积液；6.整体投资费用和运行费用较低。

一种用于地面天然气输送管道的螺旋流排水装置，包括积液启动装置、螺旋发生装置、液滴产生装置和积液截流装置，所述积液启动装置，主要包括单向阀、起液装置由法兰、变径管、叶片组成，一端由单向阀相连，另一端与单向阀相连；所述的液滴产生装置包括法兰、管道和液滴产生片以及其上的碎液孔组成，一端与单向阀相连，另一端与单向阀相连；所述的积液截流装置由截流片和溢流孔构成，一端与单向阀连接，另一端与单向阀相连；所述螺旋发生装置由法兰、管道和叶片组成，一端与单向阀连接，另一端与单向阀相连。

地面天然气进入管道，通过单向阀后进入起液装置，气体经过变径管加速后通过叶轮产生较强的螺旋流，利用高流速产生的冲击力和螺旋流的切向力将积液卷起并携带。有效的清除了管道低洼处的积液。起液装置变径管采用由上端收缩和放大的形式，这样可以使弯管连接处的积液不会处于下部气流无法冲击处。变径角度α1为45°～60°。变径管长度为1000～3000mm。叶轮主要是由耐腐蚀、耐高压和耐低温材料制作而成，叶轮安放位置在距离变径管出口处1.5～2d处。叶轮叶片个数为3～6个，叶轮角度α2为60～120°，叶轮的叶片径向长度为变径管小管段处半径的0.7～0.9倍。经变径管提高流速后产生强螺旋流后，联合螺旋流和冲击力将积液卷起并携带，有效清除管道低洼处的积液。由于携带起的积液体积较大，不利于输送，因此设置液滴产生装置，携带起的液团通过单向阀进入液滴产生装置，通过撞击液滴产生片和其上的碎液孔后使得液团分散，形成小液滴更便于携带。液滴产生装置如图3a所示，液滴产生片与管道流动方向的夹角α3范围为45～65°，在装置内分布3～6列，碎液孔有三种开孔方式分别为圆形开孔、三角形开孔和矩形开孔开孔处加入丝网，碎液孔数目为30～40个，分3～4行。液滴产生装置总长为1000～2000mm。在倾斜上升管道中，随着携带过程螺旋流的衰减，液滴将会逐渐趋于沉降，液滴沉积后由于重力作用会向下回流，因此在管道内设置积液截流装置阻挡液滴回流，其通过单向阀与液滴产生装置连接。积液截流装置中截流片与管道流动方向夹角α4为5～30°，为防止被截液滴在夹角处不断聚集，在截流片上布置溢流孔，使得液滴通过截流片后变得更小，然后再次被气流携带，溢流孔目数范围为20～30。起旋装置主要是由耐腐蚀、耐高压和耐低温材料制作而成的叶轮，叶轮叶片个数为3～6个，叶轮角度α5为60～120°，叶轮的叶片径向长度为输气管道半径的0.7～0.9倍，起旋装置总长为1000～3000mm。针对螺旋流沿程不断衰减问题，本发明采用每隔150～220m放置一个起旋装置和积液截流装置的方法，既能保证天然气管道的输气效率，又能有效清除管道内的积液。

本发明的显著优点在以下几个方面：

(1)采用积液启动装置，通过变径管与螺旋流发生装置相结合的方式提高流速增加冲击力和螺旋流强度。使气流冲击管道低洼或者拐角处的积液，联合螺旋流和冲击力将积液卷起并携带，有效清除管道内的积液；

(2)采用液滴产生装置，液团通过挡板加速后撞击挡板和碎液孔使得其分散，形成小液滴更便于携带；

(3)在倾斜管段采用螺旋发生装置，产生了螺旋流，携带被分散的小液滴。更加有效地清除了管道内的积液；

(4)采用积液截流装置，阻挡液滴回流，并在截流片上布置微孔防止被截液滴在夹角处不断聚集，保证液滴的携带；

(5)在管道内一定距离上放置螺旋发生装置和积液截流装置，维持螺旋流，既能保证天然气管道的输气效率，又能有效清除管道内的积液。

(6)整体投资费用和运行费用较低。

附图说明

图1螺旋流排水装置示意图；

图2积液启动装置示意图；

图3a为液滴产生装置示意图，图3b为液滴产生片示意图；

图4a积液截流装置示意图，图4b截流片示意图；

图5螺旋发生装置示意图；

其中1、3、5、7、9、11-单向阀；2-起液装置；4-液滴产生装置；6、10-积液截流装置；8、12-螺旋发生装置；

2-2为变径管；6-3为矩形开孔方式；2-1、4-1、8-1为法兰；4-2、8-2为管道；2-3、8-3为叶片；4-3为液滴产生片；4-4-1为圆形开孔方式；4-4-2为三角形开孔方式；6-1为截流片；6-2为溢流孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细的说明，下面即是一套装置的具体参数：

本发明包括积液启动装置、螺旋发生装置、液滴产生装置和积液截流装置。所述积液启动装置，主要包括单向阀(1)、起液装置(2)由法兰(2-1)、变径管(2-2)、叶片(2-3)组成，一端由单向阀(1)相连，另一端与单向阀(3)相连；所述的液滴产生装置(4)包括法兰(4-1)、管道(4-2)和液滴产生片(4-3)以及其上的碎液孔(4-4)组成，一端与单向阀(3)相连，另一端与单向阀(5)相连；所述的积液截流装置(6)由截流片(6-1)和溢流孔(6-2)构成，一端与单向阀(5)连接，另一端与单向阀(7)相连；所述螺旋发生装置(8)由法兰(8-1)、管道(8-2)和叶片(8-3)组成，一端与单向阀(7)连接，另一端与单向阀(9)相连；其余装置还包括积液截流装置(10)一端与单向阀(9)相连，另一端与单向阀(11)相连、螺旋发生装置(12)一端与单向阀(11)相连。

地面天然气进入管道，通过单向阀(1)后进入起液装置(2)，气体经过变径管(2-2)加速后通过叶轮(2-3)产生较强的螺旋流，利用高流速的冲击力和螺旋流的切向力将积液卷起并携带。有效的清除了管道低洼处的积液。起液装置如图2变径管(2-2)采用由上端收缩和放大的形式，这样可以使弯管连接处的积液不会处于下部气流无法冲击处。变径角度α1为45°。变径管长度为3000mm。叶轮(2-3)主要是由耐腐蚀、耐高压和耐低温材料制作而成，叶轮安放位置在距离变径管出口处1.5d处。叶轮叶片个数为3个，叶轮角度α2为120°，叶轮的叶片径向长度为变径管小管段处半径的0.8倍。经变径管提高流速后产生强螺旋流后，联合螺旋流和冲击力将积液卷起并携带，有效清除管道低洼处的积液。由于携带起的积液体积较大，不利于输送，因此设置液滴产生装置(4)，携带起的液团通过单向阀(3)进入液滴产生装置(4)，通过撞击液滴产生片(4-3)和其上的碎液孔(4-4)后使得液团分散，形成小液滴更便于携带。液滴产生装置(4)如图3所示，液滴产生片(10-3)与管道流动方向的夹角α3范围为45°，在装置内分布4行，每两行一组对称放置。其上设有碎液孔，开孔方式有三种如图(3)所示选用圆形碎液孔(4-4-1)并在开孔处加入丝网，每个液滴产生片上设有碎液孔3行，每行10个。液滴产生装置总长为1000mm。在倾斜上升管道中，随着携带过程螺旋流的衰减，液滴将会逐渐趋于沉降，液滴沉积后由于重力作用会向下回流，因此在管道内设置积液截流装置(6)阻挡液滴回流，其通过单向阀(5)与液滴产生装置(4)连接。积液截流装置(6)如图4所示，积液截流装置(6)中截流片(6-1)与管道流动方向夹角α4为15°，为防止被截液滴在夹角处不断聚集，在截流片上布置溢流孔(6-2)，使得液滴通过截流片后变得更小，然后再次被气流携带，溢流孔目数范围为30个。起旋装置(8)如图5所示，主要是由耐腐蚀、耐高压和耐低温材料制作而成的叶轮，叶轮叶片个数为3个，叶轮角度α5为120°，叶轮的叶片径向长度为输气管道半径的0.8倍，起旋装置总长为2000mm。针对螺旋流沿程不断衰减问题，本发明采用每隔200m放置一个起旋装置和积液截流装置的方法，既能保证天然气管道的输气效率，又能有效清除管道内的积液。