CN102179386A - 具有高梯度磁分离器的清管器收球装置及粉末分离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种具有高梯度磁分离器的收球装置及粉末分离方法，所述收球装置具有依次设置在输气管道上的清管器收球筒和高梯度磁分离器，其中，所述收球筒与生产阀前端的输气主管道相连接，一引流管的一端与所述收球筒相连接，另一端连接在所述生产阀的后端；至少一个高梯度磁分离器设置在所述引流管内。本发明不仅通过收球筒能够清理输气主管道内的污物和大粒径颗粒物，同时在高梯度磁分离器的外部产生一个高梯度的磁场区域，从而使那些即便是磁性很弱的顺磁性颗粒也会被磁力吸引而与载运流体分离，提高了对输气主管道的清理效果。本发明的分离效率高、维护简便、工作可靠，适用于高流速、高压天然气管道清管时的粉末分离，能够提高天然气气质与净化效果。
Description
技术领域
本发明涉及天然气管道领域，尤其是一种用于对天然气管道内黑色粉末进行分离的具有高梯度磁分离器的清管器收球装置及粉末分离方法。
背景技术
天然气管道内存在腐蚀性粉尘(粉末)、焊瘤及施工导致的铁屑和污物等，对管道进行清管可将硫化铁等腐蚀颗粒清扫至收球筒内被清除。《国外油田工程》2002年第2期，刘丹翻译Richard Baldwin论文《天然气管线内黑色粉末的特性及处理方法》提出黑色粉尘(粉末)(Black Powder)概念。粉末主要是由管道的腐蚀、弯头冲蚀而产生的颗粒，包括铁的硫化物和氧化物，另有钢刷清管器的断铁丝和铁屑。
黑色粉末是硫化铁和氧化铁的统称，产生于套管、生产井和长输气管线等，主要因含硫气体、水和微生物作用产生硫化铁及腐蚀性硫化铁被氧化或直接由钢管氧化。产生硫化铁等黑色粉末的原因主要有：①富含硫的天然气，②富气输送导致的积液和试压后干燥不彻底，③管道轧制和焊接时有轧制屑、微小裂纹和气孔缺陷等。因聚氨酯和钢刷清管器作业等因素，将使硫化铁剥离管壁进入天然气内而影响天然气气质。
长输气管道内粉末的主要危害有：
a)因粉末通常聚集在点蚀严重的管壁粗糙面，将干扰智能清管器对缺陷的检测精度；
b)粉末将磨损、破坏清管器的聚氨酯部件和天然气管道内涂层；也会使智能清管器有较高的摩阻，使其速度不均，易导致检测数据丢失和失效；
c)大量粉末沉降、淤积后易导致管输效率下降，导致清管器卡死；
d)管输天然气质量会受到污物污染，管道运营商可能面临用户起诉；
e)颗粒和液滴能使涡轮叶片、过滤器、流量计等工艺设备堵塞或磨损。
为保障管道清洁和流量稳定，需利用皮碗或钢刷式清管器、磁力清管器、凝胶和化学清洗，将粉末等污物清扫至收球筒并经净化站分离设备等，常见的分离设备有旋风分离器、循环分离器、过滤分离器、多管干式除尘器等。但粉末等污物也可能进入压气站导致二次污染，致流量计和压缩机叶片磨损等。
现有天然气管道的分离设备，主要存在以下问题：
1)旋风分离器用于流速快、压力高的天然气管道，对小粒径粉末的分离效果较差，因旋风分离器的分离机理是利用颗粒在高速旋转下的离心力作用，受其限制而对小于5μm的粉尘颗粒分离效率不高；
2)天然气长输管道目前已有的分离设备，当清管作业时对粉末的分离效率较低，会造成仪表受损、天然气二次污染等；
3)因输气管线气量波动范围大、压力高，目前对天然气管线中高压旋风分离器、过滤器尚无完整可靠的性能计算方法和评价标准，导致分离和过滤设备的选用有一定盲目性，也会影响阀门、仪表、压气站配件的安全。
有鉴于上述公知技术存在的缺陷，提出本发明的具有高梯度分离器的清管器收球装置及粉末分离方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种清管器收球装置，尤其是一种适用于对天然气管道内黑色粉末进行分离的具有高梯度磁分离器的清管器收球装置及粉末分离方法。本发明是通过在清管器收球装置上设置具有高梯度磁场的分离器，分离清管作业时天然气内的固体杂质，利用高梯度磁分离技术大大降低清管作业后压气站内粉末浓度，尤其是小粒径的粉末或杂质，以保障天然气气质和管道运营安全性。
为此，本发明提出一种具有高梯度磁分离器的清管器收球装置，该装置具有依次设置在输气管道上的清管器收球筒和高梯度磁分离器，其中，所述收球筒与生产阀前端的输气主管道相连接，一引流管的一端与所述收球筒相连接，另一端连接在所述生产阀的后端；至少一个高梯度磁分离器设置在所述引流管内。
如上所述的具有高梯度磁分离器的清管器收球装置，其中，所述高梯度磁分离器包括由非导磁材料制成的密封壳体，其内依次间隔设有永磁体和陶瓷磁极。
如上所述的具有高梯度磁分离器的清管器收球装置，其中，所述永磁体的磁性与陶瓷磁极的磁性相比，为强磁体，而所述陶瓷磁极为弱磁体。
如上所述的具有高梯度磁分离器的清管器收球装置，其中，所述壳体的一端设有安装座，通过所述安装座，将所述高梯度磁分离器能拆卸地固定在所述引流管内，且所述安装座上设有多个气体通道。
如上所述的具有高梯度磁分离器的清管器收球装置，其中，多个连接杆的一端与所述安装座固定连接，另一端与所述壳体的另一端固定连接，以提高高梯度磁分离器的结构强度。
如上所述的具有高梯度磁分离器的清管器收球装置，其中，所述引流管上设有控制流量的引流阀，至少一个所述高梯度磁分离器串设在所述引流阀的前端、后端或分设有其前、后两端。
如上所述的具有高梯度磁分离器的清管器收球装置，其中，所述高梯度磁分离器的密封壳体为中空的圆柱体或螺旋形柱状体，所述永磁体和陶瓷磁极的形状与密封壳体中空部的形状适配。
如上所述的具有高梯度磁分离器的清管器收球装置，其中，所述清管器为机械清管器、内检测器或管道机器人。所述清管器收球装置用于所述清管器的接收。
本发明还提出一种粉末分离方法，该方法至少包括：依次打开引流管上的引流阀、设置在收球筒前端的收球阀、设置在所述收球筒底部的排污阀，关闭输气主管道上的生产阀；由设置在所述引流管内的高梯度磁分离器吸附输气主管道内气体所携带的轻质小粒径磁性物质，而大粒径颗粒和大质量的污物同沉降在所述收球筒内，经排污阀排出；确定清管器进入收球筒后，依次打开输气主管道上的所述生产阀，并关闭所述收球阀、引流阀和排污阀。
如上所述的粉末分离方法，其中，所述粉末分离过程中，通过分别调节所述收球阀和引流阀来控制通过所述高梯度磁分离器的气体流量和流速，以提高所述高梯度磁分离器的吸附量。
本发明提出的具有高梯度磁分离器的清管器收球装置及粉末分离方法，用于输气管道清管作业时，可不改动已有天然气集输或长输管道及其附属设备，本发明中的高梯度磁分离器无运动部件，无电子元件的防爆问题，分离效率高、维护简便、工作可靠，适用于高流速、高压天然气管道清管时的粉末分离，能够提高天然气气质与净化效果。克服了公知技术中旋风分离器等设备对小粒径粉末分离效果差，而导致的天然气气质下降等缺陷。
本发明的高梯度磁场来源于永磁体(强磁钢)和陶瓷磁极依次间隔安装，在磁场中形成一个磁场强度分布不均匀的区域，即高梯度磁场区域，从而对处于这个区域的已经被磁化了的颗粒产生一个很强的磁场力，使那些即便是磁性很弱的顺磁性颗粒也会被磁力吸引而与载运流体分离。天然气内铁的硫化物和氧化物属于强磁性颗粒，即使粒径较小也易被分离。
另外，本发明通过安装在天然气管道收球筒上的高梯度磁分离器，可降低分离粉末时的天然气压降而降低能耗。因高梯度磁分离器安装于清管器收球筒上，所以不改动天然气管道或动火焊接、停输等，避免了天然气管道运营和安全输送的潜在风险因素。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，
图1是本发明具有高梯度磁分离器的清管器收球装置的工作流程示意图；
图2是本发明的高梯度磁分离器安装在引流管内的立体结构示意图；
图3是本发明的高梯度磁分离器的结构示意图。
附图标号说明：
1、生产阀 2、收球阀 3、旋风分离器 4、排污阀
5、快开盲板 6、引流阀 7、引流管 8、高梯度磁分离器
80、气流 81、安装座 810、气体通道 811、辐条
82、壳体 83、高梯度磁场 84、连接杆 85、连接盘
86、陶瓷磁极 87、永磁体 9、收球筒 10、过球指示仪
11、输气主管道
具体实施方式
本发明提出一种具有高梯度磁分离器的清管器收球装置，该装置具有依次设置在输气主管道上的清管器收球筒和高梯度磁分离器，其中，所述收球筒与生产阀前端的输气主管道相连接，一引流管的一端与所述收球筒相连接，另一端连接在所述生产阀的后端；至少一个高梯度磁分离器设置在所述引流管内。本发明通过将高梯磁分离器安装在输气主管道上的收球筒引流管内，以分离清管作业时所输送气体内的固体杂质，并利用高梯度磁分离技术大大降低清管作业后下游输气主管道内的粉末浓度，尤其是小粒径的粉末或杂质，以保障天然气气质和管道运营安全性。本发明的结构简单、效率高。
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下结合附图及较佳实施例，对本发明提出的具有高梯度分离器的清管器收球装置的具体实施方式、结构、特征及功效，详细说明如后。另外，通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入具体的了解，然而所附图仅是提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
图1是本发明具有高梯度磁分离器的清管器收球装置的工作流程示意图；图2是本发明的高梯度磁分离器安装在引流管内的立体结构示意图；图3是本发明的高梯度磁分离器的结构示意图。
如图1所示，本发明提出的具有高梯度磁分离器的清管器收球装置，包括依次设置在输气主管道11上的清管器和收球筒9，其中，所述收球筒9与生产阀1前端的输气主管道11相连接，一引流管7的一端与所述收球筒9相连接，另一端连接在所述生产阀1的后端。至少一个高梯度磁分离器8设置在所述引流管7内。
一个可选择的方案是，所述高梯度磁分离器8具有一壳体82，其内依次间隔设有永磁体87和陶瓷磁极86。所述壳体82优选由非导磁材料制成，并形成为一个密封壳体，将间隔排列的永磁体87和陶瓷磁极86封闭在该壳体82内。
其中，所述永磁体87为强磁体，其磁性较陶瓷磁极86的磁性强，通常将永磁体87称为强磁钢，而所述陶瓷磁极86为顺磁性材料，其磁性大大低于永磁体87，为弱磁体。进一步地，形成本发明所述高梯度磁分离器的高梯度磁场的永磁体87的磁感应强度为0.3-3T，所述永磁体87的磁感应强度数值大小与输气管道天然气压力相适配。
如图2所示，所述高梯度磁分离器8的壳体82的一端设有安装座81，通过所述安装座81，将所述高梯度磁分离器8能拆卸地固定在所述引流管7内，且所述安装座81上设有多个气体通道810。在一个具体实施例中，所述安装座81的中部为与高梯度磁分离器8的壳体82固定连接的固定部，安装座81的外周形成一能与引流管7相连接的连接部，所述连接部与固定部之间通过多个呈放射状的辐条811相连接，各辐条811之间构成所述气体通道810。
为了提高壳体82与安装座81的连接强度，多个连接杆84的一端与所述安装座81固定连接，另一端与所述壳体82的另一端固定连接，以提高高梯度磁分离器的强度。
上述所述安装座81与所述引流管7例如可以通过螺纹连接、螺栓连接等可拆卸的固定方式相互连接，在此以举例的方式加以说明，但其连接方式不限于此。如图2所述，可以在所述安装座81的外周设置外螺纹，在所述引流管7的内壁形成内螺纹，通过该内、外螺纹的连接将高梯度磁分离器8可拆卸地固定在引流管7内。或者，还可以在引流管7的内壁设置两个以上的凸台，通过螺栓将所述安装座81与凸台固定连接，从而将高梯度磁分离器8可拆卸地固定在引流管7内。
另一个可选择的方案是，如图3所示，在壳体82的另一端设置一连接盘85，所述连接杆84的一端与安装座81固定连接，另一端与连接盘85固定连接，从而提高了高梯度磁分离器壳体82与安装座81之间的连接强度。
另外，为了使高梯度磁分离器8能提高与引流管7的连接强度，抵抗气流的冲击，可以将连接盘85和安装座81的外径设置为引流管7的内径相配合，通过在引流管内设置内螺纹，在连接盘85和安装座81的外周设置对应的外内螺纹，通过螺纹连接将高梯度磁分离器8牢固地连接在引流管7内，且还能够方便地拆卸。
为了对流经收球筒9、高梯度磁分离器8的气体流速、流量进行控制，优选在所述引流管上设置控制流量的引流阀6。
在本发明的一个具体实施例中，仅示出了在引流管7上设置了一个高梯度磁分离器8，但并不限于此。为了提高清管作业时对粉末的清除效果，可以在引流管7内串联设置多个高梯度磁分离器8，该高梯度磁分离器8可以设在所述引流阀6的前端，也可以设置其后端，或在该引流阀6的前端、后端均设置高梯度磁分离器8。
本发明的具有高梯度磁分离器的清管器收球装置，其中所述清管器可以是机械清管器、内检测器或管道机器人。所述清管器收球装置用于所述清管器的接收。
本发明还提供一种粉末分离方法，至少包括：然后依次打开引流管7上的引流阀6、设置在收球筒9前端的收球阀2、设置在所述收球筒9底部的排污阀4，关闭输气主管道11上的生产阀1，并由设置在所述引流管7内的高梯度磁分离器8吸附输气主管道内气体所携带的轻质小粒径磁性物质，而大粒径颗粒和大质量的污物同沉降在所述收球筒内。确定清管器进入收球筒后，依次打开输气主管道11上的所述生产阀1，并关闭所述收球阀2、引流阀6和排污阀4，完成清管作业。本发明的粉末分离方法不仅通过收球筒9能够分离输气主管道11内的污物和大粒径颗粒物，同时在高梯度磁分离器的外部产生一个高梯度的磁场区域，从而对处于这个区域的已经被磁化了的颗粒产生一个很强的磁场力，使那些即便是磁性很弱的顺磁性颗粒也会被磁力吸引而与载运流体分离，提高了对输气主管道的清管效果，达到提高所输气体质量的目的。
做为可选择的方案，在所述粉末分离过程中，可以通过分别调节所述收球阀2和引流阀6来控制通过所述高梯度磁分离器8的气体流量和流速，以提高所述高梯度磁分离器8的吸附量，保障所输送气体的质量。
本发明的工作原理是：通过输气主管道上设置的清管器的收球筒9安装高梯度磁分离器8，具体是，可以通过打开收球筒9的快开盲板5，将高梯度磁分离器8通过安装座81与收球筒的引流管7之间以螺栓或螺纹固定联接。其中，由非导磁材料制成的密封壳体82按照不同的管道输送压力和清管工艺，设计为中空的圆柱体或螺旋形柱状体，内部安装的永磁体(强磁磁钢)87和陶瓷磁极86依次间隔安装可形成高梯度磁场83，由非导磁材料制成的壳体82能够便于将吸附的腐蚀性粉末颗粒与高梯度磁分离装置8的剥离和集中处理，以免永磁体87直接吸附粉末而不利于粉末的清理。
永磁体87为圆柱体，安装于壳体82内，且永磁体87的外形与壳体82中空部的形状适配。
陶瓷磁极86为圆柱形的顺磁性材料，与永磁体87依次间隔安装以形成所需的高梯度磁场。
当输气管道需要进行清管作业时，首先安装高梯度磁分离器8；当清管器发出后、收球作业完成之前，高梯度磁分离器8进入作业状态；当清管器收球作业完成后，将高梯度磁分离器8从收球筒9内取回并清洗，准备进行下一轮作业周期。
具体的粉末分离工作流程是：在输气主管道(干线)11传输过来的气体携清管器抵达清管器收球装置的过球指示仪10和收球筒9约半小时前，切断输气主管道11上的生产阀1，并依次打开清管器引流阀6、收球阀2、排污阀4等，使清管器将污物清扫至收球筒9内，污水和大粒径的颗粒等在排污阀4因重力而流至清管器收球装置站场内的污水池等。确定清管器进入收球筒后，依次打开输气主管道11上的生产阀1，并关闭清管器收球阀2、引流阀6、排污阀4，完成清管作业。
在清管作业过程中，输气主管道11内的粉尘和污物等被清管器清扫至收球筒9内后，大粒径颗粒和大质量的污物将沉降，轻质小粒径的粉尘将悬浮。该些粉尘主要是铁的化合物，为导磁粉末，在引流管7内的高梯度磁分离器8的壳体周围形成高梯度磁场区域，这样就会对处于这个区域的已经被磁化了的粉尘产生一个很强的磁场力，使那些即便是磁性很弱的顺磁性颗粒、粉尘也会被磁力吸引而与载运流体分离。如天然气内铁的硫化物和氧化物属于强磁性颗粒，即使粒径较小也易被分离。因此，当气流80通过安装在引流管7内的高梯度磁分离器8时，就能够将其携带的轻质小粒径的粉尘吸附在壳体82的外部，从而克服了公知技术中在引流管7内，硫、铁化合物等腐蚀性粉尘会随着气流而流至下游的输气主管道11、粉末分离设备及站内装置区，并由于输气主管道上设置的旋风分离器3等分离效果不佳而造成所输送气体的二次污染问题。
此外，所述高梯度磁分离器8并不限于安装图中所示位置，例如，也可以安装在引流阀6的任意一侧。为了提高对所输送气体携带的粉尘的分离效果，还可以在引流管7内连续设置多个高梯度磁分离器8。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，而是可根据实际需要与其它现有技术进行结合，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。
Claims (10)
1.一种具有高梯度磁分离器的清管器收球装置，其特征在于，所述清管器收球装置具有设置在输气管道上的清管器收球筒和高梯度磁分离器，其中，所述收球筒与生产阀前端的输气主管道相连接，一引流管的一端与所述收球筒相连接，另一端连接在所述生产阀的后端；至少一个高梯度磁分离器设置在所述引流管内。
2.如权利要求1所述的具有高梯度磁分离器的清管器收球装置，其特征在于，所述高梯度磁分离器包括由非导磁材料制成的密封壳体，其内依次间隔设有永磁体和陶瓷磁极。
3.如权利要求2所述的具有高梯度磁分离器的清管器收球装置，其特征在于，所述永磁体的磁性与陶瓷磁极的磁性相比，为强磁体，而所述陶瓷磁极为弱磁体。
4.如权利要求2所述的具有高梯度磁分离器的清管器收球装置，其特征在于，所述壳体的一端设有安装座，通过所述安装座，将所述高梯度磁分离器能拆卸地固定在所述引流管内，且所述安装座上设有多个气体通道。
5.如权利要求4所述的具有高梯度磁分离器的清管器收球装置，其特征在于，多个连接杆的一端与所述安装座固定连接，另一端与所述壳体的另一端固定连接，以提高高梯度磁分离器的结构强度。
6.如权利要求1所述的具有高梯度磁分离器的清管器收球装置，其特征在于，所述引流管上设有控制流量的引流阀，至少一个所述高梯度磁分离器串设在所述引流阀的前端、后端或分设有其前、后两端。
7.如权利要求2所述的具有高梯度磁分离器的清管器收球装置，其特征在于，所述密封壳体为中空的圆柱体或螺旋形柱状体，所述永磁体和陶瓷磁极的形状与密封壳体中空部的形状适配。
8.如权利要求1所述的具有高梯度磁分离器的清管器收球装置，其特征在于，所述清管器为机械清管器、内检测器或管道机器人；所述清管器收球装置用于所述清管器的接收。
9.一种粉末分离方法，其特征在于，一种利用如权利要求1至8所述的具有高梯度磁分离器的清管器收球装置对粉末进行分离的方法至少包括：
依次打开引流管上的引流阀、设置在收球筒前端的收球阀、设置在所述收球筒底部的排污阀；
关闭输气管道上的生产阀；
由设置在所述引流管内的高梯度磁分离器吸附输气主管道内气体所携带的轻质小粒径磁性物质，而大粒径颗粒和大质量的污物同沉降在所述收球筒内，经排污阀排出；
确定清管器进入收球筒后，依次打开输气主管道上的所述生产阀，并关闭所述收球阀、引流阀和排污阀。
10.如权利要求9所述的粉末分离方法，其特征在于，所述粉末分离过程中，通过分别调节所述收球阀和引流阀来控制通过所述高梯度磁分离器的气体流量和流速，以提高所述高梯度磁分离器的吸附量。
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