CN101275710A - 一种减阻管道 - Google Patents

Abstract

一种减阻管道，涉及一种基于两相流技术的管道输送装置，用于输送高粘度的原油，油脂和化工原料，属于油气输送技术领域。包括供气(液)系统、传输系统，监测系统，固定系统。通过改变介质与壁面的摩擦性质，变液固摩擦为液固和气固混合摩擦，可以使得在管内输送原油、油脂和化工原料等高粘度流体时的摩擦阻力降低，效率大大提高；本发明装置原理易懂，结构简单，控制和操作简便，该装置可以降低介质在管道内部运输时所受到的壁面阻力，用于研究具有不同物性参数的原油、油脂和化工原料等高粘度介质的所受阻力的对比，可广泛应用于管道输送行业。

Description

一种减阻管道

技术领域

本发明涉及一种基于多相流技术的减阻管道，用于输送高粘度的原油，油脂和化工原料，属于油气输送技术领域。

背景技术

长输管道运输已经列入五大运输行业(铁路运输、公路运输、水路运输、航空运输及管道运输)之一。由于管道运输具有明显的优越性：运输量大、便于管理，易于实现自动化、能耗小、运费低、占地少、基本不受恶劣气候影响、安全密闭、蒸发损耗小，利于环保等等。在长距离的管道输送中，由于受到温度及本身组成的影响，原油尤其是高粘易凝原油在输送过程中会在管道内壁上发生蜡沉积随即导致管道输送阻力增大，而泵站的动力几乎全部用于克服表面摩擦阻力。因此降低管道内壁的阻力对增加油气的输送量，减少泵站的能量消耗，降低企业的运营成本等具有重大意义。

加热输送是世界上实施最早、应用最广的一种含蜡原油输送工艺通过热处理可促成原油中蜡晶形态结构的相应变化，从而达到改善原油低温流动性的目的。但加热过程的能耗太高，文献(油气田地面工程，2007，21(5)：111-112)介绍，输量200×104t/a的大庆原油管道，将设计原油出站温度为75℃降至65℃，每年可节约燃料油2594t，节约燃料费415×104元，经济效益显著。降温运行后，每年少排放CO2为396.7×104m3，每年少排放的SO2为1.8×104m3，环保效果显著。但现有技术尚未有效解决长输管道的阻力大的问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于多相流技术的减阻管道，可实现柱塞流，降低输送温度，改善流动状况，产生良好的节能效果。

本发明提出的基于两相流技术的减阻管道，包括供气或供液系统、传输系统，监测系统。所述的供气或供液系统包括空气压缩机或增压泵、导流管、导流孔，压缩空气或者高压低粘流体经过导流管和导流孔通入内管的外表面的槽内，所述的传输系统包括外管、内管、内管外表面环向沟槽和轴向沟槽，外管是用于套在内管外围的套管，外管内径等于内管直径，在管右端钻孔，内螺纹，用以固定内管，使其不发生轴向滑移，在外管一端，钻孔径为4-20mm的孔，内螺纹，用来接入供气或供液系统；内管是用来输送介质的载体，内管的外表面，利用数控铣床沿环向铣若干个槽，槽宽8-16mm，深2-4mm，并使得第一个槽与外管的孔相通；沿轴向铣出宽2-10mm，深2-4mm的槽，在截面上相隔45°分布，共八条。在与外管固定孔相对的位置，在内管的外表面钻相当于四分之一内壁厚的孔，孔径略大于外管定位孔的孔径，以便于固定螺栓固定内管，在内管外表面轴向槽内钻孔，钻孔位置在轴向与环向沟槽的相交的位置，孔径2-8mm，钻孔的方向与来流成一定角度，角度范围：30°-60°，安装时采用螺钉固定内管和外管，使得相对位置固定，不发生轴向和环向移动，使得内孔外表面沟槽与外管钻孔的方向一致。压缩空气或者高压低粘流体由导流孔进入内管外表面，由均布在内管外表面的环向和轴向的槽传输到各处，导气管由螺栓固定在外管进气口位置。所述的监测系统包括在外管的两端分别安装进口压力表、末端压力表，在外管的进口端还设有测量管内介质的压力表，测得开始端压力和末端压力，同时由压力表测得管内介质的压力，调节空气压缩机或者增压泵，使得管内介质压力小于压缩空气或者高压低粘流体的压力，一般比管内介质的压力高0.05～0.2Mpa，保证介质在任意处不倒流。由于有微气泡或者低粘度的其他流体的进入，原有的流动状态已经改变，介质与壁面的摩擦性质也已经改变。当来流速度一定时，摩擦阻力减少量随微气泡流量的增加而增多；当微气泡浓度不变时，摩擦阻力减少量随来流速度的增加而增加；而当微气泡的引入量一定时，摩擦阻力减少量随来流速度的增加而减少；表面摩擦系数最大减少量达80％。而当导入的是低粘性液体时，也呈现类似的性质。

本发明提出的基于两相流技术的管道输送装置，其优点是：

1、本发明装置结构简单，控制和操作简便。通过导入气泡或者低粘度液体，使得原有的高粘度介质与壁面的摩擦变为气泡与壁面的摩擦或者低粘度液体与壁面的摩擦，通过改变介质与壁面的摩擦性质，可以使得在管内输送原油、油脂和化工原料等高粘度流体时的摩擦阻力降低，输送能耗降低；

2、通过由导流孔进入内管的低粘度液体或气体，改善了流场状况，可实现柱塞流，可降低阻力80％以上；

3、本装置内管外表面沟槽，是实现气泵内的气体进入内管的关键，用数控铣床即可以加工，螺钉固定，安装方便；

4、由内管外表面沟槽通向管内的的气孔孔径较小，且与顺流向成一定角度：30°-60°，便于气泡的控制和加入；

5、该装置可以降低介质在管道内部运输时所受到的壁面阻力，用于研究具有不同物性参数的原油、油脂和化工原料等高粘度介质的所受阻力的对比，可广泛应用于石油、化工行业。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图

图2是本发明装置的内管结构示意图

图1和图2中，1是外管，2是固定螺钉，3是内管，4是末端压力表，5是环向沟槽，6是气孔，7是轴向沟槽，8是进口压力表，9是导流孔，10是测量管内介质的压力表，11是导流管，12是空气压缩机或增压泵

具体实施方式

本发明提出的基于两相流技术的管道输送装置，其结构示意图如图1所示。包括外管1、内管3，由连接螺钉2将两者固定。空气压缩机或增压泵12的出口端经导流管11、导流孔9相连到环向沟槽5，在外管1的两端分别安装进口压力表8、末端压力表4，在外管1的进口端还设有测量管内介质的压力表10，分别安装进口压力表进入轴向沟槽7和环向沟槽5的气体，由气孔6进入内管。

以下结合附图，介绍本发明装置的一个实施例的工作过程：空气或者低粘流体分别经空气压缩机或者增压泵12加压后，经过导流管11进入导流孔9，并经过轴向沟槽7和环向沟槽5，由气孔6进入内管，监控压力表8和4分别测得开始端压力和末端压力，同时由压力表10测得管内介质的压力，调节空气压缩机或者增压泵，使得压力表8、4的读数大于压力表10的读数，保证介质在任意处不倒流。介质在内管3内流动，流体因为粘性作用而受到壁面的粘滞，受到较大摩擦力，输送能耗增加。以导入气体为例：经过导流孔9的压缩空气进入内管3的外表面，再由轴向沟槽5和环向沟槽7，分布到各处。经气孔6进入内管3，沿管壁四周流动与管内介质形成泡状流，液体流量较大时，这些气泡离散分布，液体流量减小时，气泡流动速度度减慢，离散气泡聚集在一起向前流动，这时的流态形状具有对称性与相似性，是一种典型的分形几何特征。随着气孔6进入内管3的气体量的增加，气泡聚集在一起形成较细长的气体柱塞，与管内的流体形成柱塞流，能减少摩阻损失，柱塞运动速度大于短粗的柱塞或气泡运动速度。柱塞在运动过程中不断与前面运动的气泡或运动速度较慢的柱塞汇合，使其几何形状增大，直至达到某种平衡。从轴向截面图中可以判断柱塞在运动过程中是增长还是缩短。如果头部的位移大于尾部的位移，则柱塞长度在增加，反之则柱塞长度在减小。通过观察，在同样的气体流量下，如果液体流量增加，则相邻柱塞之间的间隔变短，高度变小，气体将趋向于集中在管线顶部流动。

Claims (4)

1、一种减阻管道，包括供气或供液系统、传输系统，监测系统，其特征是：所述管道减阻装置设置外部供气或液装置导入到内管的装置；所述的供气或供液系统包括空气压缩机或增压泵、导流管、导流孔，压缩空气或者高压低粘流体经过导流管和导流孔通入内管的外表面的槽内，所述的传输系统包括外管、内管、内管外表面环向沟槽和轴向沟槽，外管是用于套在内管外围的套管，外管内径等于内管直径；内管是用来输送介质的载体，内管的外表面，设有环向沟槽和轴向沟槽；所述的监测系统包括在外管的两端分别安装进口压力表、末端压力表，在外管的进口端还设有测量管内介质的压力表。

2、根据权利要求1所述的一种减阻管道，其特征是：所述的环向沟槽是利用数控铣床沿环向铣出的若干个槽，槽宽8-16mm，深2-4mm，并使得第一个槽与外管的孔相通。

3、根据权利要求1所述的一种减阻管道，其特征是：所述的轴向沟槽是沿轴向铣出宽2-10mm，深2-4mm的槽，在截面上相隔45°分布，共八条。

4、根据权利要求1所述的一种减阻管道，其特征是：在与外管固定孔相对的位置，在内管的外表面钻相当于四分之一内壁厚的孔，孔径略大于外管定位孔的孔径，在内管外表面轴向槽内钻孔，钻孔位置在轴向与环向沟槽的相交的位置，孔径2-8mm，钻孔的方向与来流成一定角度，角度范围：30°-60°。

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