CN104624580A - 非接触式管壁结蜡清除装置及管壁结蜡清除系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及原油管道清理技术领域，尤其涉及一种非接触式管壁结蜡清除装置及管壁结蜡清除系统。该非接触式管壁结蜡清除装置包括磁性叶轮、中心转动轴及至少两组卡位滑轮组件，所述卡位滑轮组件包括滑轮架和固定在滑轮架边缘上的多个卡位滑轮，通过卡位滑轮与管壁相贴合，在清除装置运行时，不会对油管内壁造成损伤，管内的原油流体穿过滑轮架后冲击磁性叶轮，磁性叶轮则在流体压力的作用下随着中心转动轴转动，从而在管内形成交变磁场，在管壁上形成感应涡电流，管壁自身发热，使得结蜡脱落和裂解，清蜡效果好，且本发明结构简单，在磁电转换的过程中，也不需要外加电源，具有能耗低的优点。

Description

非接触式管壁结蜡清除装置及管壁结蜡清除系统

技术领域

本发明涉及原油管道清理技术领域，尤其涉及一种非接触式管壁结蜡清除装置及管壁结蜡清除系统。

背景技术

目前，我国生产的原油大部分为含蜡量高、凝点高、粘度高的“三高原油”，含蜡原油常采用加热方式进行管输。由于管线环境温度低于油品的析蜡点，原油中的蜡析出并沉积到管壁上。

原油管道经过一段时间的使用之后，管壁结蜡层的厚度会达到一定的厚度，从而减少管道内径，导致管道输送能力的降低或离心泵输油能耗的增加。此外，热含蜡原油管道的输量也是影响其温度分布的重要因素。若输量低于临界值，则会导致管道进入不稳定工况区，甚至“凝管”，从而造成重大经济损失。因此，有必要定期清除管道内壁的石蜡沉积，以保障热含蜡原油管道的安全经济运营。

现有的原油管道清理技术中，公开号分别为CN2804379Y和CN101585040A中国专利申请主要是通过旋转方式直接刮擦管道内壁，达到清管目的，然而，这种直接刮擦的接触式清蜡装置首先容易损伤管壁内涂层，致使管壁腐蚀加剧，或致使管壁粗糙度增加，从而增大水力摩阻系数，也即增加管道的日常运营成本；其次，在管壁结蜡较多的情况下，直接刮擦式除蜡装置容易造成堵塞。

通过加热的方式清除管壁结蜡可以避免对管壁的损伤，公开号为CN 101469605 A的中国专利通过在外罩内设置水平线圈和垂直线圈，产生磁场对蜡分子的磁化，阻止蜡结晶体的聚集，其主要是预防结蜡，且其结构复杂，还需要提供外部电源；公开号为CN 1689717 A的中国专利是通过内置电池组供电，但主要是利用脉冲等离子体装置发出的冲击波实现解堵，且也需要外加电源，电池电量的使用也有限。

另外，其它的油管清蜡技术中也有通过电磁和磁电转换产生感应电流的方式对管壁进行电加热清蜡，如公开号为CN 2299150Y的中国专利和期刊《中国石油和化工标准与质量》中的《油套管井筒电加热装置技术》中所述。但是，其需要通过地上供电，井下清蜡部分结构也较为复杂，能耗较高。

因此，针对以上不足，本发明提供了一种非接触式管壁结蜡清除装置及管壁结蜡清除系统。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种非接触式管壁结蜡清除装置及管壁结蜡清除系统以克服现有的油管清蜡技术存在的结构复杂、易损坏管壁、需要外加电源和能耗高的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明一方面提供了一种非接触式管壁结蜡清除装置，其包括磁性叶轮、中心转动轴及至少两组卡位滑轮组件，所述卡位滑轮组件包括滑轮架和固定在滑轮架边缘上的多个卡位滑轮，所述卡位滑轮与管壁相贴合，各组卡位滑轮组件的滑轮架之间通过中心转动轴连接，磁性叶轮固定在中心转动轴上。

其中，所述中心转动轴与滑轮架通过轴承连接。

其中，所述磁性叶轮包括依次设置在中心转动轴上的正转磁性叶轮和反转磁性叶轮。

其中，所述正转磁性叶轮和反转磁性叶轮之间设置有平整紊流的整流器，所述整流器通过轴承设置在中心转动轴上。

其中，其中一个滑轮架靠近磁性叶轮的一侧设置一微型发电机，该微型发电机的磁性转子固定在中心转动轴上，线圈定子固定在该滑轮架上。

其中，所述滑轮架远离磁性叶轮的一侧设置有一个蓄电池单元，所述蓄电池单元与所述微型发电机电连接。

其中，所述蓄电池单元上还连接有微型电动机，所述微型电动机的转轴上连接有螺旋桨。

其中，还包括一控制器，所述蓄电池单元和所述微型电动机均与所述控制器连接，所述控制器还连接一磁性传感器，所述磁性传感器设置在所述微型发电机上。

其中，所述滑轮架包括多个呈放射状布置的支腿，所述多个卡位滑轮分别通过一缓冲伸缩件安装在各支腿的端部。

其中，所述缓冲伸缩件为由各边框依次铰接在一起的菱形框架，菱形框架水平方向的一对菱角之间连接一弹性连接件。

本发明另一方面还提供了一种管壁结蜡清除系统，其包括多个上述的非接触式管壁结蜡清除装置，多个所述非接触式管壁结蜡清除装置之间通过柔性连接件连接，所述柔性连接件包括弹簧和连接在弹簧两端的两个连接件，两个连接件分别连接在相邻的两个非接触式管壁结蜡清除装置的滑轮架的外侧。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的非接触式管壁结蜡清除装置及管壁结蜡清除系统中，通过卡位滑轮与管壁相贴合，在清除装置运行时，不会对油管内壁造成损伤，管内的原油流体穿过滑轮架后冲击磁性叶轮，磁性叶轮则在流体压力的作用下随着中心转动轴转动，从而在管内形成交变磁场，在管壁上形成感应涡电流，管壁自身发热，使得结蜡脱落和裂解，清蜡效果好，且本发明结构简单，在磁电转换的过程中，也不需要外加电源，具有能耗低的优点。

附图说明

图1是本发明实施例非接触式管壁结蜡清除装置的结构示意图；

图2是本发明实施例非接触式管壁结蜡清除装置在管内产生感应电流的原理图；

图3是本发明实施例非接触式管壁结蜡清除装置的卡位滑轮与缓冲伸缩件的连接关系示意图；

图4是本发明实施例管壁结蜡清除系统中柔性连接件的结构示意图。

图中，1：蓄电池单元；2：螺旋桨；3：控制器；4：线圈定子；5：磁性转子；6：正转磁性叶轮；7：整流器轴承；8：整流器；9：反转磁性叶轮；10：卡位滑轮；11：柔性连接件；12：管壁；13：缓冲伸缩件；14：弹簧；15：U型件；16：螺栓组件；17：菱形框架；18：弹性连接件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明提供的非接触式管壁结蜡清除装置包括磁性叶轮、中心转动轴及至少两组卡位滑轮10组件，卡位滑轮10组件包括滑轮架和固定在滑轮架边缘上的多个卡位滑轮10，卡位滑轮10与管壁12相贴合，各组卡位滑轮10组件的滑轮架之间通过中心转动轴连接，磁性叶轮固定在中心转动轴上，

具体地，中心转动轴与滑轮架通过轴承连接；磁性叶轮包括依次设置在中心转动轴上的正转磁性叶轮6和反转磁性叶轮9；正转磁性叶轮6和反转磁性叶轮9之间设置有平整紊流的整流器8，整流器8通过整流器轴承7设置在中心转动轴上，整流器8一般为一圆框，其中设置放射状长条杆。

上述技术方案中，非接触式管壁结蜡清除装置通过固定在滑轮架边缘上的多个卡位滑轮10在管体内顺畅移动，避免与管壁12的刮擦，管内的原油流体穿过滑轮架后冲击磁性叶轮，磁性叶轮则在流体压力的作用下随着中心转动轴转动，磁性叶轮在转动的过程中形成交变磁场，如图2所示，磁感应线穿过管体，管壁12在交变磁场的作用下产生感应涡电流，在管壁12涡电流的作用下，管壁12自身发热，管壁12上的结蜡被加热和脱落，同时，脱落的蜡块被高速旋转的叶轮瓦解，从而防止了蜡堵。

其中，在中心转动轴上的正转磁性叶轮6和反转磁性叶轮9，两磁性叶轮转向相反，可互相抵消各自产生的扭矩，最终使装置保持稳定，并使各自旋转速度加快；的整流器8的作用是平整经过上游磁性叶轮后流体的紊动，使流体平稳的流向下游磁性叶轮。

其中，一个滑轮架靠近磁性叶轮的一侧设置一微型发电机，该微型发电机的磁性转子5固定在中心转动轴上，线圈定子4固定在该滑轮架上；滑轮架远离磁性叶轮的一侧设置有一个蓄电池单元1，蓄电池单元1包括蓄电池电路，蓄电池单元1与微型发电机电连接。在流体的压力作用下，磁性叶轮转动，进而带动中心转动轴转动，中心转动轴带来磁性转子5转动。的磁性转子5与线圈构成微型发电机，可将流体的压力能转化为电能，并使蓄电池单元1充电。

进一步地，蓄电池单元1上还连接有一微型电动机，微型电动机的转轴上设置一螺旋桨2；本发明还包括一控制器3，蓄电池单元1和微型电动机均与控制器3连接，控制器3还连接一磁性传感器，磁性传感器设置在微型发电机上。螺旋桨2在蓄电池单元1供电的情况下，通过微型电动机的驱动，可正反两个方向转动，进而驱动整个装置前进或倒车。

其中，磁性传感器可测量磁性转子5的旋转速度并将该速度值传递给控制器3，控制器3根据该速度控制蓄电池电路的开关，实现蓄电池单元1的充电与放电功能；所述的蓄电池单元1要求电量充足，具有较高的充放电功率及双向放电电路，可带动螺旋桨2的正向与反向旋转；所述的螺旋桨2应有两个，型号相同，以管道中心为对称中心对称布置且转向相反，以相互相抵消各自产生的扭矩，在推动装置前进或倒车的同时，使装置保持稳定。

具体地，滑轮架包括三个呈放射状布置的支腿，各支腿沿圆周方向呈120°分布，多个卡位滑轮10分别通过一缓冲伸缩件13安装在各支腿的端部。如图3所示，缓冲伸缩件13为由各边框依次铰接在一起的菱形框架17，菱形框架17水平方向的一对菱角之间连接一弹性连接件18。这样卡位滑轮10具有自动伸缩功能，确保整个装置能够始终紧抵管道内壁，防止装置与管道放生碰撞，同时可减小装置行进过程中的摩擦阻力。

本发明另一方法提供了管壁结蜡清除系统，其包括上述的非接触式管壁结蜡清除装置，多个非接触式管壁结蜡清除装置之间通过柔性连接件11连接，如图4所示，柔性连接件11包括弹簧14和连接在弹簧14两端的两个连接件，两个连接件分别连接在相邻的两个非接触式管壁结蜡清除装置的滑轮架的外侧。连接件包括一U型件15和连接U型件15两端的螺栓组件16，弹簧14的一端连接在螺栓组件16的螺柱上。在单个非接触式管壁结蜡清除装置作业效率不足时，可通过管壁结蜡清除系统实现多节非接触式管壁结蜡清除装置的协同作业。经过弯管时弹簧14可发生一定变形，以适应弯管弯度，辅助管壁结蜡清除系统作业时顺利通过弯管。

本发明管壁结蜡清除系统在进行管壁12清蜡作业时，首先根据管径选择卡位滑轮10及磁性叶轮的尺寸，而后计算所需的非接触式管壁结蜡清除装置的节数，并用柔性连接件11连接各节管壁12结蜡清除装置，最后通过清管器发射筒将连接后的装置送入管道。

本发明非接触式管壁结蜡清除装置在作业时工作原理如下：

1、在管内油品的流动冲击作用下，非接触式管壁结蜡清除装置开始向管道下游移动，并且磁性叶轮开始正向旋转，磁性叶轮的旋转会周期性的改变管壁12的磁场强度，于是管壁12产生感应电流而发热，使其表面的结蜡成块脱落。脱落的蜡块又在磁性叶轮的剧烈搅拌作用下裂解成小碎片，随油品流走。同时，磁性叶轮又带动了磁性转子5的旋转，线圈定子4中产生感应电流，并使蓄电池单元1充电。

2、流体经过整流器8后，流动恢复稳定，而后冲击反转磁性叶轮9，反转磁性叶轮9开始反向旋转，周期性的改变管壁12的磁场强度，效果如同正转磁性叶轮6。

3、当经过结蜡层较厚的位置时(如管道架空段或湖泊河流穿越段等)，管壁12结蜡清除装置前进速度减小或被完全卡堵。此时，由于管壁12结蜡清除装置前进速度的减小，正转磁性叶轮6与反转磁性叶轮9的转速会加快，管壁12局部产热效率提高，因而除蜡效率得以提高。

4、此外，控制器3感应到磁性转子5的转速的提高后，控制蓄电池单元1放电，螺旋桨2开始旋转，产生正向推力，推动管壁12结蜡清除装置向管道下游前进。若经过较长时间仍然推进无效，则控制器3接通反向电路，使螺旋桨2反转，装置倒车，而后重新开始正向推进，最终使装置通过卡堵位置。装置经过卡堵位置后，蓄电池单元1开始充电。

5、当经过弯管位置时，柔性连接件11的弹簧14弯曲，以适应管道弯度。

综上所述，本发明提供的非接触式管壁结蜡清除装置及管壁结蜡清除系统中，通过卡位滑轮10与管壁12相贴合，在清除装置运行时，不会对油管内壁造成损伤；管内的原油流体穿过滑轮架后冲击磁性叶轮，磁性叶轮则在流体压力的作用下随着中心转动轴转动，从而在管内形成交变磁场，在管壁12上形成感应涡电流，管壁12自身发热，使得结蜡脱落和裂解，清蜡效果好；本发明管壁12结蜡清除装置经过之处，管道的局部流通面积减小，管内流体的流动得以加速，在叶轮的搅拌作用下可以有效冲刷管壁12结蜡，并将结蜡裂解成小碎片，以防管道堵塞；另外，一个滑轮架靠近磁性叶轮的一侧设置一微型发电机，另一侧设置蓄电池单元1，蓄电池单元1上还连接有一微型电动机，微型电动机的转轴上设置一螺旋桨2，通过微型发电机发电，实现对蓄电池单元1的充电，蓄电池单元1为微型电动机提供电源，使微型电动机带动螺旋桨2转动，进而可实现整个装置在卡堵时产生前进推力或者反向倒车，从而顺利通过卡堵位置，且本发明装置结构简单、不需要外加电源，能耗较低。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种非接触式管壁结蜡清除装置，其特征在于：其包括磁性叶轮、中心转动轴及至少两组卡位滑轮组件，所述卡位滑轮组件包括滑轮架和固定在滑轮架边缘上的多个卡位滑轮，所述卡位滑轮与管壁相贴合，各组卡位滑轮组件的滑轮架之间通过中心转动轴连接，磁性叶轮固定在中心转动轴上。

2.根据权利要求1所述的非接触式管壁结蜡清除装置，其特征在于：所述中心转动轴与滑轮架通过轴承连接。

3.根据权利要求1所述的非接触式管壁结蜡清除装置，其特征在于：所述磁性叶轮包括依次设置在中心转动轴上的正转磁性叶轮和反转磁性叶轮。

4.根据权利要求3所述的非接触式管壁结蜡清除装置，其特征在于：所述正转磁性叶轮和反转磁性叶轮之间设置有平整紊流的整流器，所述整流器通过轴承设置在中心转动轴上。

5.根据权利要求1所述的非接触式管壁结蜡清除装置，其特征在于：其中一个滑轮架靠近磁性叶轮的一侧设置一微型发电机，该微型发电机的磁性转子固定在中心转动轴上，线圈定子固定在该滑轮架上。

6.根据权利要求5所述的非接触式管壁结蜡清除装置，其特征在于：所述滑轮架远离磁性叶轮的一侧设置有一个蓄电池单元，所述蓄电池单元与所述微型发电机电连接。

7.根据权利要求6所述的非接触式管壁结蜡清除装置，其特征在于：所述蓄电池单元上还连接有微型电动机，所述微型电动机的转轴上连接有螺旋桨。

8.根据权利要求7所述的非接触式管壁结蜡清除装置，其特征在于：还包括一控制器，所述蓄电池单元和所述微型电动机均与所述控制器连接，所述控制器还连接一磁性传感器，所述磁性传感器设置在所述微型发电机上。

9.根据权利要求1所述的非接触式管壁结蜡清除装置，其特征在于：所述滑轮架包括多个呈放射状布置的支腿，所述多个卡位滑轮分别通过一缓冲伸缩件安装在各支腿的端部。

10.根据权利要求9所述的非接触式管壁结蜡清除装置，其特征在于：所述缓冲伸缩件为由各边框依次铰接在一起的菱形框架，菱形框架水平方向的一对菱角之间连接一弹性连接件。

11.一种管壁结蜡清除系统，其特征在于：其包括多个权利要求1～10所述的非接触式管壁结蜡清除装置，多个所述非接触式管壁结蜡清除装置之间通过柔性连接件连接，所述柔性连接件包括弹簧和连接在弹簧两端的两个连接件，两个连接件分别连接在相邻的两个非接触式管壁结蜡清除装置的滑轮架的外侧。