CN105757066A - 一种多功能积液控制阀 - Google Patents

Abstract

一种多功能积液控制阀，主要由上游管接头、外壳、旋转手轮、螺杆、轴承、涡旋流发生器组、下游管接头以及定位开关等组成。其积液控制方法是：气流通过涡旋流发生器时，产生涡旋运动，提高气体携液能力，从而减少管道积液量。涡旋流发生器组由三根不同螺旋间距的涡旋流管和一根光管组成，利用螺杆机构可实现涡旋流发生器的快速切换，并特设置了定位开关提高旋流发生器的定位精度。本发明具有体积小、结构紧凑、无需额外动力，不影响正常清管，安全可靠等优点，可广泛应用于多起伏地形条件下湿气集输管道中的积液控制。

Description

一种多功能积液控制阀

技术领域:

本发明公开一种多功能积液控制阀，特别是一种用于减少多起伏地形湿气集输管道内积液的多功能积液控制阀。

背景技术:

在湿气管道集输过程中，由于操作压力和温度不断下降，原料气的露点也不断上升，从而析出冷凝水，同时，随着气田不断开发，地层边底水将陆续采出，导致集输管线中产生液相。在复杂山地集输管道中，液体聚积在管线的低点处，形成积液。积液存在会引起如下问题：

(1)降低了气体的有效输送截面积，导致管输效率降低；

(2)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)产生地形诱导段塞流，导致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等酸性气体时，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，井口产液量必然越来越多，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捕集器时，末端液体流量会急剧变大，超过段塞流捕集器的处理能力，引起液位快速上升，导致段塞流捕集器溢流，甚至导致下游短时间供气中断，影响油气田的稳定生产。

本发明提出一种多功能积液控制阀，通过产生涡旋流来控制管道积液。涡旋流在流体力学上定义为同时具有周向和轴向速度分量的漩涡流动。涡旋流在自然界中十分常见，例如龙卷风等，它属于湍流中一种特殊而规则的涡旋运动。多功能旋流阀的工作机理是气体通过阀体内置的涡旋流发生装置，迫使天然气发生强烈的涡旋流，在涡旋流切向力的作用下，管道内的水被向上拖曳，从而提供额外的拖曳力，该拖曳力能有效降低临界携液流速。沉积在管道底部液体在旋转气流作用下，沿着管壁旋流的同时向上爬升，最终将积液从管道低点携带出管道。

发明专利(申请号：201220475592.9)公开了一种用于天然气开采的涡旋流排水采气装置，由进气段、收缩段、平直段以及扩散段组成，通过产生涡旋流，提高天然气的携液能力，达到气井排水采气的目的。但其结构固定，难以实现对涡旋流发生器的快速调节。事实上，携液效果与管道气液相流量和旋流结构密切相关。在气田开采初期，产量较高，气相流速较大，可以采用叶片数目较少的旋流装置。而到了气田开发中后期，产气量减少，则需要增加旋流叶片数目以增加旋流强度，提高携液效果。然而，当前的旋流装置无法根据产气量的变化进行在线调节。另外，由于旋流装置的存在，会阻碍清管器，无法正常清管。

为了克服现有技术的缺陷，本发明提出一种能够在管线不停输的前提下，自由切换不同类型涡旋流发生器的装置。本发明将几种不同结构的涡旋流发生器集成在同一个阀体内，并利用螺杆机构进行不同涡旋流发生器之间的切换，不影响清管器的正常运行。此外本发明具有体积小、结构紧凑、安全可靠等优点。

发明内容：

本发明涉及一种多功能积液控制阀，主要包括上游管接头、外壳、旋转手轮、螺杆、轴承、涡旋流发生器组、下游管接头以及定位开关，涡旋流发生器组位于外壳所包围的空间内部，可通过定位开关与上游管接头和下游管接头保持连通，上游管接头和下游管接头的内径与集输管道内径相同，且分别通过法兰和上、下游集输管路相连；涡旋流发生器组的顶部中央安装有螺杆，螺杆与外壳贯穿处安装有轴承，轴承上端面安装有旋转手轮，旋转手轮中心孔内部有螺纹，并与螺杆的外螺纹相啮合，外壳的底部安装有排污口。

涡旋流发生器组由三根不同螺旋间距的涡旋流管和一根光管组成，其内径和上游管接头以及下游管接头的内径均保持一致，涡旋流管和光管从上向下依次排列，并用连接短管等间距相连，涡旋流发生器组的两侧端面安装有端面连接盘。

螺杆的内螺纹上间隔一定距离刻有一圈指示刻度，用于显示当前工作的涡旋流发生器。

端面连接盘为两头呈圆弧的钢制盘，端面连接盘上每根管子轴线两侧对称分布有两个卡位点凹槽，同一侧的卡位点凹槽用导轨槽连接，导轨槽的宽度约为卡位点凹槽直径的一半。

定位开关有两组，对称布置在上、下游管接头位于外壳内的端面上；定位开关由导向槽、顶球、弹簧、压盖组成，压盖为一端封闭的圆筒，固定于上游管接头的法兰盘上，顶球为表面光滑的钢球，位于导向槽末端；弹簧一端与顶球相连，另一端固定在压盖的底部壁面上。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)将多种不同类型的涡旋流发生器整合，功能多样，适用性强，使用方便；

(2)可以在管线不停输前提下进行涡旋流发生器的自由切换，节省人力、物力、费用和时间；

(3)装置组成简单，具有生产和运行成本低、操作方便等优点。

附图说明：

图1为本发明总体结构示意图；

图2为本发明螺杆上定位刻度的局部放大图；

图3为本发明端面连接盘结构示意图；

图4为本发明定位开关结构图；

图5为本发明定位开关在切换过程的动作示意图；

图6为本发明管道流体经过涡旋流管前后的对比图；

图7为本发明切换至不同涡旋流管的示意图；

图8为本发明改变管道积液流型过程的示意图。

具体实施方式:

如图1所示，本发明涉及一种多功能积液控制阀，主要包括上游管接头1、外壳2、旋转手轮3、螺杆4、轴承5、涡旋流发生器组6、下游管接头7、定位开关18，涡旋流发生器组6位于外壳2所包围的空间内部，可通过定位开关18与上游管接头1和下游管接头7保持连通，上游管接头1和下游管接头7的内径与集输管道内径相同，且分别通过法兰和上、下游集输管路相连；涡旋流发生器组6的顶部中央安装有螺杆4，螺杆4与外壳2贯穿处安装有轴承5，轴承5上端面安装有旋转手轮3，旋转手轮3中心孔内部有螺纹，并与螺杆4的外螺纹相啮合，外壳2的底部安装有排污口。

如图1所示，涡旋流发生器组6由三根不同螺旋间距的涡旋流管8、10、11和一根光管9组成，其内径和上游管接头1以及下游管接头7的内径均保持一致，涡旋流管8、10、11和光管9从上向下依次排列，并用连接短管13等间距相连，涡旋流发生器组6的两侧端面安装有端面连接盘12。

如图2中II所示，螺杆4的内螺纹上间隔一定距离刻有一圈指示刻度，用于显示当前工作的涡旋流发生器。

如图3所示，端面连接盘12为两头呈圆弧的钢制盘，端面连接盘12上每根管子轴线两侧对称分布有两个卡位点凹槽19，同一侧的卡位点凹槽19用导轨槽20连接，导轨槽20的宽度约为卡位点凹槽19直径的一半。

如图4所示，定位开关18有两组，对称布置在上、下游管接头1、7位于外壳2内的端面上；定位开关18由导向槽14、顶球15、弹簧16、压盖17组成，压盖17为一端封闭的圆筒，固定于上游管接头1的法兰盘上，顶球15为表面光滑的钢球，位于导向槽14末端；弹簧16一端与顶球15相连，另一端固定在压盖17的底部壁面上。

本发明工作原理说明如下：

如图1所示，在进行不同类型涡旋流发生器的切换作业时，通过转动旋转手轮3，将旋转手轮3的旋转运动转化为螺杆4的上下运动，螺杆4带动其下方的涡旋流发生器组6上下运动，通过调节不同的螺杆4的伸出长度，使不同类型涡旋流发生器8、10、11和光管9与上、下游管接头1、7配合，达到切换的目的。

如图2中II所示，螺杆4的内螺纹上每隔一段距离刻有一圈定位刻度，且相邻两圈刻度之间的间距与两个相邻螺旋发生器轴线之间的距离相等；如图2中I所示，当旋转手轮3旋转到合适的位置时，螺杆4内螺纹上的刻度数字会露出来，操作人员即可判断要切换的管子将要到达指定位置。

如图5所示，为了进一步提高涡旋流发生器的定位精度，特别设置了定位开关18；当装置从一个涡旋流发生器向另一个涡旋流发生器切换时，导轨槽20的深度小于卡位点凹槽19的深度，此时，导轨槽20会将顶球15向定位开关18内部挤压；当所要切换的涡旋流发生器到达指定位置时，卡位点凹槽19恰好到达顶球15正前方，顶球15在定位开关18内的弹簧16的弹力作用下被弹出，恰好能卡在卡位点凹槽19中，发出“咔哒”的声响，操作人员即可判断涡旋流发生器的切换工作已经完成。

如图6所示，当没有涡旋流发生器时，若气体流速较低，携液能力差，较重的液相沉积在管道底部，形成分层流；而当存在涡旋发生器时，流体产生涡旋运动，底部液体在涡旋流发生器作用下产生切向速度，形成环状流，携液能力增强。

如图7所示，为本发明在切换到涡旋流发生器10时的状态图；在实际管道作业时，可以根据需要切换涡流发生器；当管道气体流速较高时，为了减少压降可以选择螺旋间距较大的涡旋流管；而当气体流速较低时，为了提高携液能力，可以选择螺旋间距较小的涡旋流管。

在管道清管时，本发明可切换到光管9，由于光管9内没有涡旋流装置，可以保证清管器顺利通过。

如图8所示，为本发明在管道中运行示意图。本发明直接和气体集输管路的上下游管道相连；在本发明作用下，来流产生涡旋流，气体携液能力增强，沉积在管道底部的积液被携带出爬坡段，进而排出管道。

本发明下端的排污口可将操作过程中产生的污物排出。

本发明可以实现涡旋流管之间的快速切换，并且具有结构简单，操作方便，安全高效的优点。

Claims (5)

1.一种多功能积液控制阀，其特征在于：主要包括上游管接头(1)、外壳(2)、旋转手轮(3)、螺杆(4)、轴承(5)、涡旋流发生器组(6)、下游管接头(7)以及定位开关(18)，涡旋流发生器组(6)位于外壳(2)所包围的空间内部，可通过定位开关(18)与上游管接头(1)和下游管接头(7)保持连通，上游管接头(1)和下游管接头(7)的内径与集输管道内径相同，且分别通过法兰和上、下游集输管路相连；涡旋流发生器组(6)的顶部中央安装有螺杆(4)，螺杆(4)与外壳(2)贯穿处安装有轴承(5)，轴承(5)上端面安装有旋转手轮(3)，旋转手轮(3)中心孔内部有螺纹，并与螺杆(4)的外螺纹相啮合，外壳(2)的底部安装有排污口。

2.根据权利要求1所述的一种多功能积液控制阀，其特征在于：所述的涡旋流发生器组(6)由三根不同螺旋间距的涡旋流管(8)、(10)、(11)和一根光管(9)组成，其内径和上游管接头(1)以及下游管接头(7)的内径均保持一致，涡旋流管(8)、(10)、(11)和一根光管(9)从上向下依次排列，并用连接短管(13)等间距相连，涡旋流发生器组(6)的两侧端面安装有端面连接盘(12)。

3.根据权利要求1所述的一种多功能积液控制阀，其特征在于：所述的螺杆(4)的内螺纹上间隔一定距离刻有一圈指示刻度，用于显示当前工作的涡旋流发生器。

4.根据权利要求1所述的一种多功能积液控制阀，其特征在于：所述的端面连接盘(12)为两头呈圆弧的钢制盘，端面连接盘(12)上每根管子轴线两侧对称分布有两个卡位点凹槽(19)，同一侧的卡位点凹槽(19)用导轨槽(20)连接，导轨槽(20)的宽度约为卡位点凹槽(19)直径的一半。

5.根据权利要求1所述的一种多功能积液控制阀，其特征在于：所述的定位开关(18)有两组，对称布置在上、下游管接头(1)、(7)位于外壳(2)内的端面上；定位开关(18)由导向槽(14)、顶球(15)、弹簧(16)、压盖(17)组成，压盖(17)为一端封闭的圆筒，固定于上游管接头(1)的法兰盘上，顶球(15)为表面光滑的钢球，位于导向槽(14)末端；弹簧(16)一端与顶球(15)相连，另一端固定在压盖(17)的底部壁面上。