利于有分支管道管线清管的三通球阀及清管方法

摘要

本发明公开了一种利于有分支管道管线清管的三通球阀及清管方法，包括：阀体，在所述阀体上开设有主管上游管线连接通道、主管下游管线连接通道、分支管线连接通道及推动装置连接通道；球体，能转动地设置于内腔中，在球体内贯通设有呈交叉状的主管线清管通道和分支管线清管通道；推送装置，能通过推送装置连接通道延伸至分支管线清管通道及分支管线连接通道；清管器组件，包括能分离的连接在一起的主管线清管器和分管线清管器。本发明可以在不借助清管站的情况下同步对有分支管道的主管线及分支管线进行清管作业，本发明还可以极大的节省清管作业成本，同时减少发球次数，降低由发球引发的安全风险。

说明书

技术领域

本发明涉及油气输送管线的清管设备和清管工艺技术领域，尤其涉及一种能够实现对有分支管道管线及主管线同步清管作业的利于有分支管道管线清管的三通球阀及清管方法。

背景技术

油气输送管线在役期间，由于输送油气中含有的石蜡、水合物等物质的析出凝结以及管道中含有的污垢物质的积累，将严重影响油气管线的输送能力，甚至造成管道报废或酿成事故。因此，对油气输送管线进行定期清管作业是维护油气输送管线正常运营的关键技术，而油气输送管线中的有分支管道(主要用于油气分输、下载)的清管作业一直是清管工艺技术发展的一个难点。有分支管道管线清管的重要技术难点是分支管线与主管线以一定角度交汇，分支管线直径小于主管线直径，清管器从发球装置进入主管线进行清管作业，当清管器经过分支交汇处时无法控制清管器有选择的进入分支管线，只能保证清管器在主管线中作业，无法实现对分支管线的清管，同时还有可能将主管线清除的污垢带入分支管线交汇处造成分支管线输送能力的下降。

要解决上述技术困难，对于陆上有分支管道管线一般采用在分支管线处建设清管站的方法，利用清管站对分支管线进行清管作业，但是一方面这种方法需要建设专用的清管站，建设成本较高；另一方面该方法只能清理清管站发球装置接入点以后的分支管线，对于接入点之前的与主管线交汇的分支管段无法进行清管作业，对分支管线的油气输运仍然存在一定的影响。

更进一步的是，随着目前海底管道建设项目的增加，为了节省铺设管道的成本，一部分分支管道选择在海底铺设，在海底建设用于有分支管道管线清管的清管站的难度远高于陆上，现有方法将严重制约海底分支管道的清管作业需求。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述有分支管道管线清管技术上的难点及不足之处，提供一种可以在不借助清管站的情况下同步对有分支管道的主管线及分支管线进行清管作业的利于有分支管道管线清管的三通球阀，该三通球阀组件可以极大的节省清管作业成本，同时又保证分支管线的安全运营。

本发明的另一目的是提供一种使用上述三通球阀组件进行油气输送管线的主管线及分支管道同步清管作业的三通球阀组件的清管方法。

为达到上述目的，本发明提出一种利于有分支管道管线清管的三通球阀，包括：阀体，具有球形的内腔，在所述阀体上开设有贯通至所述内腔的主管上游管线连接通道、主管下游管线连接通道、分支管线连接通道及推动装置连接通道，所述主管上游管线连接通道与所述主管下游管线连接通道的中心线位于第一中心线上，而所述分支管线连接通道与所述推送装置连接通道的中心线位于第二中心线上，所述第一中心线与所述第二中心线在所述阀体的中心处相交；球体，能转动地设置于所述内腔中，在所述球体内贯通设有呈交叉状的主管线清管通道和分支管线清管通道；推送装置，设置在所述推送装置连接通道内，并能通过所述推送装置连接通道延伸至所述分支管线清管通道及所述分支管线连接通道；清管器组件，包括能分离的连接在一起的主管线清管器和分管线清管器；通过所述球体在所述的阀体内转动，使得所述分支管线清管通道和所述主管线清管通道依次与所述主管上游管线连接通道和主管下游管线连接通道相连通；从而使得所述分管线清管器通过所述主管上游管线连接通道进入所述分支管线清管通道，所述分管线清管器随所述球体转动预定角度后，使得所述分管线清管器与所述分支管线连接通道和所述推动装置连接通道相连通，所述分管线清管器在所述推送装置驱动下推送至所述分支管线连接通道；并且随着所述球体转动至预定位置，使得所述主管线清管器通过所述主管上游管线连接通道和所述主管线清管通道进入至所述主管下游管线连接通道。

如上所述的利于有分支管道管线清管的三通球阀，其中，所述第一中心线与所述第二中心线相交呈一夹角α1，所述主管线清管通道与分支管线清管通道相交呈一夹角α2，α1＝α2且方向相同，使得当所述分支管线清管通道与所述分支管线连接通道和所述推送装置连接通道沿第二中心线相连通时，所述主管线清管通道恰好与所述主管上游管线连接通道和所述主管下游管线连接通道沿第一中心线相连通。

如上所述的利于有分支管道管线清管的三通球阀，其中，所述分支管线清管通道的一端呈缩径的台阶状。

如上所述的利于有分支管道管线清管的三通球阀，其中，在所述主管线清管通道的一侧端设有单向挡块，当所述分支管线清管通道的台阶状端部与所述推送装置连接通道相接时，所述单向挡块止挡于所述主管上游管线连接通道的前端。

如上所述的利于有分支管道管线清管的三通球阀，其中，所述夹角α1、α2的值域均为大于或等于30度且小于或等于90度。

如上所述的利于有分支管道管线清管的三通球阀，其中，所述主管线清管通道的内径与连接于所述主管上游管线连接通道和主管下游管线连接通道的输油气主管线的内径相等；所述分支管线清管通道的内径为连接于所述分支管线连接通道的输油气分支管线内径的105％～110％。

如上所述的利于有分支管道管线清管的三通球阀，其中，在所述阀体上设有驱动所述球体转动的球阀旋转装置。

如上所述的利于有分支管道管线清管的三通球阀，其中，所述清管器组件的主管线清管器与分管线清管器通过连接机构能拆装的相连接，所述连接机构包括：

滚珠丝杠，设置在所述主管线清管器内；

连杆，连接于所述滚珠丝杠的一侧，并在所述滚珠丝杠的驱动下，所述连杆朝向所述分管线清管器伸缩；

驱动部件，连接于所述滚珠丝杠的另一侧，用于驱动所述滚珠丝杠；

膨胀锁套，设于所述分管线清管器朝向所述主管线清管器的一侧，且所述膨胀锁套与所述连杆能分离的卡接在一起。

如上所述的利于有分支管道管线清管的三通球阀，其中，所述清管器组件的主管线清管器与分管线清管器通过剪切销相连接。

本发明还提供了一种清管方法，使用如上所述的利于有分支管道管线清管的三通球阀，其特征在于，所述清管方法包括以下步骤：

首先，将输油气主管线通过法兰安装在主管上游管线连接通道及主管下游管线连接通道上，将输油气分支管线通过法兰安装在分支管线连接通道上；此时，球体的主管线清管通道与所述主管上游管线连接通道及所述主管下游管线连接通道相连通；

清管器组件通过输油气主管线进入至主管上游管线连接通道，将球体顺时针旋转角度α1，使得分支管线清管通道与主管上游管线连接通道相连通，且所述分支管线清管通道的台阶状端部靠近主管下游管线连接通道，以使得清管器组件的分管线清管器移动至分支管线清管通道内且受到台阶状端部的阻挡；

将分管线清管器与主管线清管器相分离，两者脱离完成后，将球体顺时针旋转180°-α1，使得分支管线清管通道与分支管线连接通道和推送装置连接通道相连通的同时，主管线清管通道与主管上游管线连接通道及主管下游管线连接通道相连通，且所述单向挡块止挡于所述主管上游管线连接通道的前端，防止主管线清管器进入主管线清管通道；

推送装置通过推送装置连接通道将分支管线清管通道内的分管线清管器经由分支管线连接通道推送至输油气分支管线，使得分管线清管器进入输油气分支管线进行清管作业；

再将球体顺时针旋转180°，此时主管线清管通道与主管上游管线连接通道及主管下游管线连接通道相连通，主管上游管线连接通道内的主管线清管器经由主管线清管通道及主管下游管线连接通道进入输油气主管线进行清管作业，从而实现对输油气主管线和输油气分支管线同步清管作业。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：

1、本发明可保证在油气输运期间主管线及分支管线内油气正常输运，在清管作业期间可以对主管线及分支管线施行同步清管作业。

2、在主分支管线交汇处应用本发明三通球阀后，可以无需在交汇处另建清管站，通过向主管线发射清管器组件后即可利用该球阀调节清管器行进路线，实现对主管线及分支管线的同步清管作业。

3、本发明节约了分支管线清管站建设成本，又减少了发球次数，降低了由发球引发的安全风险，尤为重要的是针对海底分支管道等难以建设清管站的有分支管道。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明利于有分支管道管线清管的三通球阀的立体结构示意图；

图2为本发明利于有分支管道管线清管的三通球阀的剖面结构示意图；

图3为本发明的清管器组件的剖面结构示意图；

图4为本发明的清管器组件的连接机构的剖面结构示意图；

图5～图10为本发明利于有分支管道管线清管的三通球阀使用中各步骤的结构示意图。

附图标记说明：

1-阀体；11-主管上游管线连接通道；12-主管下游管线连接通道；13-分支管线连接通道；14-推动装置连接通道；10-输油气主管线上游管线；20-输油气主管线下游管线；30-输油气分支管线；2-球体；21-主管线清管通道；22-分支管线清管通道；23-台阶状端部；24-单向挡块；3-推送装置；4-清管器组件；41-主管线清管器；42-分管线清管器；5-球阀旋转装置；6-连接机构；61-滚珠丝杠；62-连杆；63-驱动部件；64-膨胀锁套；L1-第一中心线；L2-第二中心线。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。

请参考图1、图2，分别为本发明利于有分支管道管线清管的三通球阀的立体结构示意图和剖面结构示意图。如图所示，本发明提出的利于有分支管道管线清管的三通球阀，对输油气分支管道管线及主管线同步清管作业，该三通球阀组件包括：阀体1、球体2、推送装置3和清管器组件4，其中：阀体1为空心圆柱体，具有球形的内腔，在阀体1上开设有贯通至内腔的主管上游管线连接通道11、主管下游管线连接通道12、分支管线连接通道13及推动装置连接通道14，主管上游管线连接通道11与主管下游管线连接通道12的中心线共线即两者位于第一中心线L1上，而分支管线连接通道13与推送装置连接通道14的中心线共线即两者位于第二中心线L2上，第一中心线L1与所述第二中心线L2在阀体1的中心处相交。主管上游管线连接通道11与输油气主管线上游管线10相接，主管下游管线连接通道12与输油气主管线下游管线20相接，分支管线连接通道13与输油气分支管线30相接，从而构成连通输油气主管线和分支管线的Y型管线。球体2能转动地设置于阀体1的内腔中，在球体2内贯通设有呈交叉状的主管线清管通道21和分支管线清管通道22，主管线清管通道21起到连通主管上游管线连接通道11和主管下游管线连接通道12的作用；而分支管线清管通道22起到连通分支管线连接通道13和推动装置连接通道14的作用。推送装置3设置在推送装置连接通道14内，并能通过推送装置连接通道14延伸至分支管线清管通道22及分支管线连接通道13。该推送装置3可以但不仅限于采用液压活塞往复式结构，可以为容纳于球体2的分支管线清管通道22内的分支管线清管器42提供进入分支管线的动力。推动装置3设计有行程限位开关，当活塞推杆推进分支管线清管器42完全进入到分支管线连接通道13时达到最大推进行程限位，此时控制柜控制液压缸回退，当活塞推杆完全退出球体达到最小推进行程限位时，控制柜才可以控制球阀旋转装置5旋转。清管器组件4包括能分离的连接在一起的主管线清管器41和分管线清管器42，主管线清管器41与分管线清管器42之间的连接结构在下文中会予以详细说明。本发明在使用时，通过球体2在阀体1内转动，使得分支管线清管通道22和主管线清管通道21依次与主管上游管线连接通道11和主管下游管线连接通道12相连通；从而使得分管线清管器42通过主管上游管线连接通道11进入分支管线清管通道22，分管线清管器42随球体2转动预定角度后，使得分管线清管器42与分支管线连接通道13和推动装置连接通道14相连通，分管线清管器42在推送装置3驱动下推送至分支管线连接通道13，进而推送至输油气分支管线30，实现对输油气分支管线的清洗作业；并且随着球体2转动至预定位置(即主管线清管通道21与主管上游管线连接通道11和主管下游管线连接通道12相连通的位置)，使得主管线清管器41通过主管上游管线连接通道11和主管线清管通道21进入至主管下游管线连接通道12，进而主管线清管器41进入至输油气主管线下游管线20，实现对输油气主管线的清洗作业。

在本发明中，如图2所示，第一中心线L1与第二中心线L2相交呈一夹角α1，而主管线清管通道21与分支管线清管通道22相交呈一夹角α2，α1＝α2且方向相同，这样使得当分支管线清管通道22与分支管线连接通道13和推送装置连接通道14沿第二中心线L2相连通时，主管线清管通道21恰好与主管上游管线连接通道11和主管下游管线连接通道12沿第一中心线L1相连通，以便于操作。其中，夹角α1、α2的值域均为大于或等于30度且小于或等于90度，优选的，夹角α1、α2取值为30度。

进一步的，如图2所示，分支管线清管通道22的一端呈缩径的台阶状，当分支管线清管通道22与主管上游管线连接通道11相连通时，台阶状端部23靠近主管下游管线连接通道12，以使得清管器组件的分管线清管器42移动至分支管线清管通道22内且受到台阶状端部23的阻挡，防止分管线清管器42进入主管下游管线连接通道12。安装在主管上游管线连接通道11附近的接近开关可以检测到清管器组件4是否到达指定位置，通过控制柜控制球阀旋转装置旋转至工作位置。进一步的，如图2所示，在主管线清管通道21的一侧端设有单向挡块24，单向挡块24只允许主管线清管器41从特定方向通过主管线清管通道21，可以保证在分支清管器42准备进入分支管线状态时阻挡主管道清管器42进入主管线清管通道21。单向挡块24的具体结构为已有技术，在此不再详细描述。当分支管线清管通道22的台阶状端部23与推送装置连接通道14相接时，该单向挡块24恰好止挡于主管上游管线连接通道11的前端，从而防止主管上游管线连接通道11中的主管线清管器41进入至主管线清管通道21内；而当球体旋转180度后，单向挡块24的开启侧恰好与主管线清管器41相对，使得主管线清管器41能够推开单向挡块24进入至主管下游管线连接通道12。

进一步的，主管线清管通道21的内径与连接于主管上游管线连接通道11和主管下游管线连接通道12的输油气主管线10、20的内径相等；分支管线清管通道22的内径为连接于分支管线连接通道13的输油气分支管线30内径的105％～110％。与分支管线清管通道22入口端采用内锥面设计，分管线清管器42进入输油气分支管线30。

在本发明中，在阀体1上设有驱动球体2转动的球阀旋转装置5。球阀旋转装置5中旋转电机选用伺服电机或带有码盘装置，可以实现旋转角度的精确控制。在清管过程中，球阀旋转装置5可以控制球体在三个固定位置停留，分别对应正常输运状态、容纳分支清管器状态、分支清管器准备进入分支管线状态，停留角度根据分支管线与主管线设计相交角度确定，本发明以相交角30度为例，三个停留位置角度分别为0度、30度与180度。

作为本发明一种可选的实施例，请参考图3、图4，分别为本发明的清管器组件的剖面结构示意图和连接机构的剖面结构示意图。如图3、图4所示，清管器组件4的主管线清管器41与分管线清管器42通过连接机构6能拆装的相连接，该连接机构6包括：滚珠丝杠61、连杆62、驱动部件63和膨胀锁套64，滚珠丝杠61设置在主管线清管器41内；连杆62连接于滚珠丝杠61的一侧，并在滚珠丝杠61的驱动下，连杆62朝向分管线清管器42伸缩；驱动部件63连接于滚珠丝杠61的另一侧，用于驱动滚珠丝杠61；膨胀锁套64设于分管线清管器42朝向主管线清管器41的一侧，且膨胀锁套64与连杆62能分离的卡接在一起，从而将主管线清管器41与分管线清管器42可分离的连接在一起。驱动部件63(电机及电池)固定安装于主管线清管器41内部，可通过但不限于滚珠丝杠61带动连杆62前后移动，连杆62前端装有膨胀锁套64，清管器组件4组装时驱动部件63带动连杆62前推进入分支管线清管器42头部端固定孔，通过顶开膨胀锁套64完成主、分支管线清管器的连接。当清管器组件4进入到如图6所示的工作位置时，驱动部件63带动连杆62后撤，通过对膨胀锁套64的倒钩强度设计，当后撤力超过其抗剪强度时，膨胀锁套64失效，连杆62退回主管线清管器41内部，可实现主管道清管器41与分支管道清管器42的脱开。

作为本发明另一种可选的实施例，清管器组件4的主管线清管器41与分管线清管器42通过剪切销相连接。当球体2旋转时，提供的扭矩大于剪切销抗剪强度时，剪切销断开，从而实现主管线清管器41与分管线清管器42脱离。当然，本发明也可采用其他的可脱离的连接结构，只要可以保证在分支管线清管器42到位后实现主、分支管线清管器的有效脱开，并不影响球体2的下一步旋转动作即可。

本发明还提供了一种清管方法，使用如上所述的利于有分支管道管线清管的三通球阀，请一并参考图5～图10为本发明利于有分支管道管线清管的三通球阀使用中各步骤的结构示意图。如图所示，该方法包括以下步骤：

如图2所示，首先，将输油气主管线10、20通过法兰安装在主管上游管线连接通道11及主管下游管线连接通道12上，将输油气分支管线30通过法兰安装在分支管线连接通道13上；此时，球体2的主管线清管通道21与主管上游管线连接通道11及主管下游管线连接通道12相连通，球阀位于初始位置；

如图5所示，清管器组件4通过输油气主管线上游管线10进入至主管上游管线连接通道11，当监测到清管器组件4位置接近阀体1时，控制柜控制球体2旋转，球体2顺时针旋转角度α1(例如30度)，使得分支管线清管通道22与主管上游管线连接通道11相连通，且分支管线清管通道22的台阶状端部23靠近主管下游管线连接通道12，以使得清管器组件4的分管线清管器42移动至分支管线清管通道22内且受到台阶状端部23的阻挡(如图6所示)；

将分管线清管器42与主管线清管器41相分离，两者脱离完成后，如图7所示，将球体2顺时针旋转180°-α1(例如150度)，使得分支管线清管通道22与分支管线连接通道13和推送装置连接通道14相连通的同时，主管线清管通道21与主管上游管线连接通道11及主管下游管线连接通道12相连通，且单向挡块24止挡于主管上游管线连接通道11的前端，以防止主管线清管器41进入主管线清管通道21；

如图8所示，推送装置3在一个可选的实施例中推送装置3为液压缸，在另外可选的实施例中推送装置3也可以是蜗轮蜗杆或齿轮齿条或丝杠系统，推送装置3通过推送装置连接通道14将分支管线清管通道22内的分管线清管器42经由分支管线连接通道13推送至输油气分支管线30，使得分管线清管器42进入输油气分支管线30进行清管作业；当分支管道清管器42完全进入输油气分支管线30后，如图9所示，触发推进行程限位开关，控制柜控制推送装置3的伸缩杆收回完全退出球体2；行程限位开关可以在为分支管线清管器42提供进入分支管线的动力同时判断分支管线清管器42在球体2内的位置，为控制推送装置3的推进与回收动作提供判断依据。

如图10所示，再将球体2顺时针旋转180°，此时主管线清管通道21与主管上游管线连接通道11及主管下游管线连接通道12相连通，与初始输运状态一致，单向挡块24处于允许通过状态，主清管器正常通过。主管上游管线连接通道11内的主管线清管器41经由主管线清管通道21及主管下游管线连接通道12进入输油气主管线下游管线20进行清管作业，之后可以利用连接在主管线和分支管线上的辅助闸板阀的开闭分别控制清洗主管线及分支管线，从而实现对输油气主管线和输油气分支管线同步清管作业。

针对上述各实施方式的详细解释，其目的仅在于对本发明进行解释，以便于能够更好地理解本发明，但是，这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制，特别是，在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合，从而组成其他实施方式，除了有明确相反的描述，这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中，而并不仅局限于所描述的实施方式。