一种多起伏湿气集输管路积液及段塞控制装置

摘要

一种多起伏湿气集输管路积液及段塞控制装置，主要由止回阀、旋流发生器、直管段、上游法兰和下游法兰组成。其积液及段塞控制方法是：上游气液两相流在本发明装置前后压差作用下开启止回阀，通过旋流发生器将来流转变为螺旋流，利用螺旋流强携液能力将积液带离管道低洼处，止回阀的回流自锁功能可防止已被带走的积液重新在低处聚集。为提高积液和段塞流的控制效果，可采用多台本发明将湿气集输管路分隔成若干处理单元，进行分段控制。本发明具有结构简单，操作方便，安全高效的优点。

说明书

技术领域:

本发明公开一种积液及段塞控制装置，特别是一种用于减少多起伏湿气集输管道内积液以及控制管道中段塞流的装置。

背景技术:

在湿气管道集输过程中，随着集输系统操作压力和温度的不断下降，原料气的露点会不断上升，从而导致冷凝水的析出；同时，随着气田开发过程的进行，地层中的边水和底水陆续被采出，导致集输管线中液体逐渐增多。沿复杂山地敷设的集输管道系统中，由于重力作用，液体会聚积在起伏管线的低洼处形成积液。积液量不断增多会堵塞气体通道，从而使管道上坡段含液率大幅增加，产生地形起伏诱发的段塞流，积液和段塞流的存在会引起如下问题：

(1)降低了气体的有效输送截面积，导致集输系统输送效率的降低；

(2)积液的存在使得管线过流面积减小，输送阻力增加，导致单位长度管线压降增大，增加了能耗；

(3)在一定压力、温度条件下会形成水合物，造成冰堵事故；

(4)地形诱导段塞流会导致管线末端分离器压力和液位剧烈波动，将给正常生产带来困难，严重时会导致停产；

(5)当输送气体为高含硫和二氧化碳酸性气体时，积液的存在还会导致管线腐蚀加剧，增加泄漏风险。

随着气田持续开采，井口产液量逐年增多，定期清管是解决积液的最有效途径之一。但是，采用常规的清管器，清管过程中由于清管器下游积聚了大量的液体，将会在管道末端产生很长的液塞，引起终点压力的急剧波动。同时，由于终端段塞流捕集器容积有限，当清管过程中清管器前端长液塞进入段塞流捕集器时，末端液体流量会急剧增大，超过段塞流捕集器的处理能力，引起液位快速上升，造成段塞流捕集器溢流的风险，甚至导致下游短时间供气间断，影响油气田的稳定生产。

发明专利(申请号：201220475592.9)公开了一种用于天然气开采的螺旋流排水采气装置，由进气段、收缩段、平直段以及扩散段组成，通过产生螺旋流，提高天然气的携液能力，达到气井排水采气的目的。但产生的螺旋流持续距离有限，尤其是在气田开采后期，气井压力降低，气体流量变小，螺旋流持续距离变短，无法携带积液通过管道上升段，积液会在重力作用下回流至管道低洼处，从而无法从根本上解决积液清除及段塞流控制的问题。

发明内容：

为了克服现有技术的缺陷，本发明提出一种多起伏湿气集输管路积液及段塞控制装置，将止回阀和旋流发生器整合为一体，能够将管线中的积液带离低洼处并防止已被带离的积液重新返回低洼处。同时本发明还能显著降低液塞长度，减小段塞流危害。

如图1所示，本发明涉及一种多起伏湿气集输管路积液及段塞控制装置，主要包括止回阀、旋流发生器、直管段、上游法兰和下游法兰，止回阀和旋流发生器安装于直管段内部，且止回阀、旋流发生器、直管段三者位于同一轴线上，旋流发生器位于止回阀的下游，直管段进、出口分别设置有上游法兰和下游法兰。

所述的止回阀主要由环形导流基座、压盖、十字支撑架、导杆、橡胶圈和缓冲弹簧组成，环形导流基座为环状体，其外径与直管段内径相同，环形导流基座的入口为渐缩结构，出口为下宽上窄的楔形；压盖为有一定厚度的圆盘，圆盘的纵截面为上宽下窄的楔形，沿周向侧面安装有橡胶圈，与环形导流基座的楔形面能够紧密配合，压盖中心设有通孔；十字支撑架由两根交叉成十字的不锈钢棒构成，两根不锈钢棒端部焊接于直管段内壁上，其构成的平面与直管段轴线垂直，十字支撑架中心安装有导杆，导杆上安装有缓冲弹簧，导杆的自由端置于压盖中心通孔内，压盖可沿导杆做往复运动。

所述的旋流发生器主要由旋流叶片和中心轴组成，旋流叶片沿中心轴环绕布置，且旋流叶片外缘与直管段内壁紧密贴合，中心轴轴线与直管段的轴线重合，中心轴上游端面固定于十字支撑架的中心。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)将止回阀和旋流发生器整合为一体，有效控制了螺旋流排液过程中液体的回流；

(2)可消除地形起伏诱发的段塞流；

(3)本发明可水平、倾斜或竖直布置，可在管线不停输前提下完成排液，运行成本低，操作方便。

附图说明：

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明止回阀轴向视图；

图3为本发明排液过程示意图；

图4为本发明回流控制过程示意图；

图5为本发明工作效果示意图。

具体实施方式:

如图1所示，本发明涉及一种多起伏湿气集输管路积液及段塞控制装置，主要包括止回阀1、旋流发生器2、直管段9、上游法兰10和下游法兰11，止回阀1和旋流发生器2安装于直管段9内部，且止回阀1、旋流发生器2、直管段9三者位于同一轴线上，旋流发生器2位于止回阀1的下游，直管段9进、出口分别设置有上游法兰10和下游法兰11。

所述的止回阀1主要由环形导流基座3、压盖4、十字支撑架5、导杆6、橡胶圈7和缓冲弹簧8组成，环形导流基座3为环状体，其外径与直管段9内径相同，环形导流基座3的入口为渐缩结构，出口为下宽上窄的楔形；压盖4为有一定厚度的圆盘，圆盘的纵截面为上宽下窄的楔形，沿周向侧面安装有橡胶圈7，与环形导流基座3的楔形面能够紧密配合，压盖4中心设有通孔；十字支撑架5由两根交叉成十字的不锈钢棒构成，两根不锈钢棒端部焊接于直管段9内壁上，其构成的平面与直管段9轴线垂直，十字支撑架5中心安装有导杆6，导杆6上安装有缓冲弹簧8，导杆6的自由端置于压盖4中心通孔内，压盖4可沿导杆6做往复运动。

所述的旋流发生器2主要由旋流叶片12和中心轴13组成，旋流叶片12沿中心轴13环绕布置，且旋流叶片12外缘与直管段9内壁紧密贴合，中心轴13轴线与直管段9的轴线重合，中心轴13上游端面固定于十字支撑架5的中心。

本发明工作原理说明如下：

本发明通过上游法兰10与湿气集输管道相连，如图3所示，上游的气液两相流通过本发明时，压盖4在差压作用下沿导杆6向上运动，气液两相流通过压盖4和环形导流基座3之间的环形间隙流向下游。缓冲弹簧8的作用是防止在高入口气液流速下压盖4开启过快对十字支撑架5造成冲击损坏。由于旋流叶片12外缘与直管段9内壁紧密贴合，气液两相流在通过旋流叶片12时将产生离心运动，密度较大的液相会被甩向壁面，而密度较小的气相在管道中心流动，从而形成螺旋流。由于螺旋流存在较大的切向速度，在切向剪切力作用下，其携液能力增强，从而将上游积液不断携带进入下游。本发明的环形导流基座3入口流道为渐缩型结构，上游来流通过入口时流通面积减小，气液两相流流速增加，产生螺旋流能力增强，从而增大了携液距离。

若起伏管路爬坡段较长，或入口流体流量较小，液相在旋流叶片12的下游爬升一定距离后，螺旋流携液能力减弱，液相会在重力作用下重新返回管道低洼处，造成排液失效。本发明采用的止回阀1可有效防止液相回流，如图4所示，发生回流时，压盖4会在自重及回流液体的重力作用下沿导杆6下行，最终封闭环形导流基座3的出口，从而防止液相回流。压盖4上的橡胶圈7在此时起到密封的作用，防止液体通过压盖4和环形导流基座3之间的缝隙泄漏。流体通道封闭后，管道上游压力不断增加，达到临界值后将重新推开压盖4，此时上游高速来流会在本发明作用下重新形成螺旋流，将积液继续带入下游管路。

如图5所示，为本发明在管道内工作效果示意图。上游气液两相流经过本发明后，流型转变为螺旋流，携液能力增加，将液体逐渐带入下游管道，螺旋流强度随着管道长度增加而不断衰减直至消失，最终无法继续排液。为了增强对积液和段塞流的控制效果，可在管道内布置多台本发明，将管道分割为若干个处理单元，在螺旋流消失前通过本发明重新产生螺旋流，继续完成排液工作。由于通过止回阀1有效控制了回流，在后方来流的不断补充推动下，处理单元中的液体被一步步推向起伏管道顶端，最终被排出。

可见，本发明可实现在管线不停输的前提下将管线中的积液带离低洼处并防止已被带离的积液重新返回低洼处的功能，同时减小了段塞流液塞的长度，使集输过程更加平稳，并且本发明还具有结构简单，操作方便，安全高效的优点，具有广泛的应用前景。