CN106195347B - 一种设有储液器的防冰堵的自动注液节流阀 - Google Patents

Abstract

本发明属于管输天然气水合物防治领域，这里特指一种设有储液器的防冰堵的自动注液节流阀。包括阀体、阀杆和阀瓣，阀体内设有阀腔，阀杆伸入到阀腔内，阀杆底端连接有阀瓣，阀杆顶端连接有手轮，其特征在于：阀腔内设有储液箱，储液箱的形状为环形柱状，储液箱内设有拉瓦尔喷管，阀杆的下端与拉瓦尔喷管连接，拉瓦尔喷管下端与阀瓣连接；节流阀进口引出高压软管，高压软管出口接有闸阀；高压软管末端的一端经球形接头与阀杆连接；另一端连接注液口。本发明利用文丘里原理，在气流急速变化的条件下将水合物抑制剂注入油气管道来阻止或延迟水合物的成核、生长与集聚的节流阀，从而可以防止管道发生冰堵，保证管道的安全运行。

Description

一种设有储液器的防冰堵的自动注液节流阀

技术领域

本发明属于管输天然气水合物防治领域，这里特指利用文丘里原理，在气流急速变化的条件下(如流经阀门、转弯时)将水合物抑制剂(包括热力学抑制剂、动力学抑制剂及防聚剂)注入油气管道来阻止或延迟水合物的成核、生长与集聚的节流阀。从而可以防止管道发生冰堵，保证管道的安全运行。

背景技术

在石油天然气工业中，天然气水合物不仅会造成管道、阀门的堵塞、停产，甚至会造成管道的破裂，导致严重的安全生产问题。

输气管道水合物冰堵的形成需要足够的游离水和充足的过冷度。文章“SLOAN ED,KOH C A,SUM A K.Natural gas hydrates in flow assurance[M].Oxford:GulfProfessional Publishing of Elsevier Taylor and Francis Group,2010.”提出水合物在输气管道积液区冰堵形成的机理：首先天然气以气泡形式在管道低洼地段的积液区形成，随后一旦输气运行温度满足过冷度要求，水合物便从气泡边缘开始形成壳体；随着被水合物壳体包裹气泡的不断聚集，气泡破裂、水合物聚并，从而形成水合物冰堵体。文章“史博会,全恺,乔国春,李天成,赵博渊,王莹,宫敬.榆济输气管道水合物冰堵防治措施[J].油气储运,2014,03:274-278.”指出在输气管道分输站场的弯头、阀门、调压器、孔板、节流装置、流动方向改变等位置，由于焦耳-汤姆逊效应，游离水易从天然气中析出而聚集，一旦运行条件满足水合物的形成条件，便有水合物形成，严重时形成冰堵体，导致设备损坏，输气管道停输，而节流阀的高压管段是堵塞的多发点。

天然气水合物防治的关键是减少甚至杜绝水合物的生成，目前采用的方法主要是脱水、加热法、降压法、添加化学抑制剂法(热力学抑制剂、动力学抑制剂与防聚剂)。文章“税碧垣.管道天然气水合物的防治技术[J].油气储运,2001,05:9-14+58-3.”和“黄安源.油气运输过程中水合物的抑制[D].中国石油大学,2011.”综述了以上三种物理防治方法的适用性及优缺点。除水法应用虽然比较广泛，但其成本高，而且自由水会吸附于粗糙壁面等地方，尽管液烃相中的水浓度很低，水合物也能在液烃相中生长，此外除水法不适用于海底输气，所以除水法有很大的局限性；加热法是通过对管线加热，使体系温度高于系统压力下的水合物生成温度，避免堵塞管线，但难点是很难确定水合物堵塞的位置，而一旦水合物堵塞后再进行加热，容易造成管线破裂和水合物喷发的危险，而且分解产生的水难以除去；降压法是通过控制管线压力，使操作压力在水合物生成压力以下，但为了保持一定的输送能力，管线的压力一般不能随意的降低，所以降压控制只是一种理论上可行的办法。热力学方法已被实践证明是防治天然气水合物的有效方法，已在世界范围内广泛应用。但这类抑制剂添加量大，体系中甲醇的有效质量分数一般为15％～50％，成本高，而且相应的储存、运输、注入成本也较高，另外抑制剂的损耗大，具有毒性，造成环境污染。相对于热力学抑制剂，KHIs因其具有用量少、环保和经济等优点而备受国内外研究机构和研究人员的重视。文章“徐勇军，杨晓西，丁静，等.气体水合物防聚剂研究[J].天然气工业,2004,24(12):135-138.”指出目前防聚剂的应用还较少，防聚剂虽然不能阻止管线中气体水合物的形成,但它可以使生成的气体水合物难以聚结成块，但是其不在油水相同时存在时才会产生效果。

总的来说，当前针对管输天然气水合物的防治并没有较为成熟的手段，然而，通过对当前众多管输天然气水合物堵塞的实际事故进行分析发现，最容易引起水合物堵塞的点往往集中在流速变化较大的节流阀处，基于此，亟需设计一种能耗低、经济效益高、针对性强的高效气体水合物防治装置。

发明内容

本发明的目的是针对天然气在管道中经节流阀节流后存在生成水合物堵塞管道的风险问题，通过利用文丘里原理，将复配型水合物抑制剂自动注入管道，开发出一种可以将水合物抑制剂自动注入管道的节流阀，其能够有效的防止管道发生冰堵而不影响正常生产。

本发明提供了一种采用水合物抑制剂防止节流后水合物生成的装置，其特征在于：本发明主要由球形接头、手轮、阀杆螺母、阀杆、拉瓦尔喷管、储液箱、阀瓣、闸阀、高压软管和阀体组成，阀门的密封采用填料密封，工作压力可介于0MPa-30MPa，适合高压、中压、低压管道。

一种可以将水合物抑制剂自动注入管道的节流阀，包括阀体、阀杆和阀瓣，阀体内设有阀腔，阀杆伸入到阀腔内，阀杆底端连接有阀瓣，阀杆顶端连接有手轮，其特征在于：阀腔内设有储液箱，储液箱的形状为环形柱状，储液箱内设有拉瓦尔喷管，阀杆的下端与拉瓦尔喷管连接，拉瓦尔喷管下端与阀瓣连接；节流阀进口引出高压软管，高压软管出口接有闸阀；高压软管末端的一端经球形接头与阀杆连接；另一端连接注液口。

进一步地，阀杆与阀瓣均为中空结构，它们中间连接有拉瓦尔喷管，连接方式均为无缝焊接。

进一步地，储液箱与拉瓦尔喷管及阀瓣之间也采用无缝焊接，其内抑制剂由注液口注入。

进一步地，注液口同样设有闸阀。

进一步地，拉瓦尔喷管由一个渐缩管和一个渐扩管组成，高压气体经其加速可以获得高速度。由射流原理可知，由拉瓦尔喷管喷出的高速气体可以将储液箱中的液体吸入并混合，然后一起射入阀腔并经过节流阀出口注入管道，如图中箭头所示。

进一步地，阀体顶端与阀杆连接处设置阀杆螺母。

进一步地，在阀腔的上方，阀杆与阀体之间设有填料密封，确保整个装置的气密性。

本发明的显著优点在以下几个方面：

(1)本发明根据管输天然气水合物经常在阀门节流处堵塞的技术难题，对阀门进行改造，有针对性的采取了水合物预防措施，具有很好的预防效果。

(2)本装置针对天然气流速急剧变化的特点利用了文丘里原理，实现了向高压天然气管道自动注液，可有效的防止水合物的生成。

(3)与传统的防治技术相比，本装置无需外加动力装置，结构简单，并且更具有针对性。

附图说明

图1是可自动注液节流阀结构示意图。

图2是拉瓦尔喷管和储液箱的结构示意图。

1注液口；2球形接头；3手轮；4阀杆螺母；5填料密封；6阀杆；7储液箱；8阀瓣；9拉瓦尔喷管；10闸阀；13闸阀；14高压软管；15阀体；16阀腔；17节流阀进口；18节流阀出口；11拉瓦尔管入口；12拉瓦尔管出口。

具体实施方式

如图2所示，节流阀主要由注液口1、球形接头2、手轮3、阀杆螺母4、填料密封5、阀杆6、储液箱7、阀瓣8、拉瓦尔喷管9、闸阀10、闸阀13、高压软管14、阀体15组成；本节流阀是按低进高出的方式进行设计的，其具体实施方案如下：

(1)向储液箱7中注入复配型水合物抑制剂，其操作步骤为首先将节流阀进口17引出的高压软管14上的闸阀10关闭，然后打开注液口的闸阀13，向储液箱7注液，注液结束后将注液口的闸阀13关闭。

(2)当需要对节流阀进行调节时，打开高压软管14上的闸阀10，然后通过转动手轮3，调节节流阀阀门的开度，由于节流效应，气流急速变化，由高压软管在节流阀进口17引入的高压气体经球形接头2、阀杆6，在拉瓦尔喷管9加速后获得高速度，从而在拉瓦尔喷管的出口处形成一个低压，所以储液箱7中的抑制剂液体可以被吸入，与高速气体混合后一起从节流阀出口18注入管道。

(3)当节流结束后，即节流效应消失，拉瓦尔喷管9前后的压差也随之消失，注液自动停止。

(4)在调节节流阀的过程中只要产生节流效应且气体流速产生急剧变化，节流阀将按步骤(2)、(3)自动注液。

(5)根据具体情况，定期向储液箱中注入复配型水合物抑制剂。

Claims (8)

1.一种设有储液器的防冰堵的自动注液节流阀，包括阀体、阀杆和阀瓣，阀体内设有阀腔，阀杆伸入到阀腔内，阀杆底端连接有阀瓣，阀杆顶端连接有手轮，其特征在于：阀腔内设有储液箱，储液箱的形状为环形柱状，储液箱内设有拉瓦尔喷管，阀杆的下端与拉瓦尔喷管连接，拉瓦尔喷管下端与阀瓣连接；节流阀进口引出高压软管，高压软管出口接有闸阀；高压软管末端的一端经球形接头与阀杆连接；另一端连接注液口；阀杆与阀瓣均为中空结构。

2.如权利要求1所述的一种设有储液器的防冰堵的自动注液节流阀，其特征在于：阀杆与阀瓣的中间连接有拉瓦尔喷管，连接方式均为无缝焊接。

3.如权利要求1所述的一种设有储液器的防冰堵的自动注液节流阀，其特征在于：储液箱与拉瓦尔喷管及阀瓣之间也采用无缝焊接，其内抑制剂由注液口注入。

4.如权利要求1所述的一种设有储液器的防冰堵的自动注液节流阀，其特征在于：注液口同样设有闸阀。

5.如权利要求1所述的一种设有储液器的防冰堵的自动注液节流阀，其特征在于：拉瓦尔喷管由一个渐缩管和一个渐扩管组成，高压气体经其加速获得高速气体；由拉瓦尔喷管喷出的高速气体将储液箱中的液体吸入并混合，然后一起射入阀腔并经过节流阀出口注入管道。

6.如权利要求1所述的一种设有储液器的防冰堵的自动注液节流阀，其特征在于：阀体顶端与阀杆连接处设置阀杆螺母。

7.如权利要求1所述的一种设有储液器的防冰堵的自动注液节流阀，其特征在于：在阀腔的上方，阀杆与阀体之间设有填料密封，确保整个装置的气密性。

8.如权利要求4所述的一种设有储液器的防冰堵的自动注液节流阀，其特征在于：

(1)向储液箱中注入复配型水合物抑制剂，其操作步骤为首先将节流阀进口引出的高压软管上的闸阀关闭，然后打开注液口的闸阀，向储液箱注液，注液结束后将注液口的闸阀关闭；

(2)当需要对节流阀进行调节时，打开高压软管上的闸阀，然后通过转动手轮，调节节流阀阀门的开度，由于节流效应，气流急速变化，由高压软管在节流阀进口引入的高压气体经球形接头、阀杆，在拉瓦尔喷管加速后获得高速气体，从而在拉瓦尔喷管的出口处形成一个低压，所以储液箱中的抑制剂液体被吸入，与高速气体混合后一起从节流阀出口注入管道；

(3)当节流结束后，即节流效应消失，拉瓦尔喷管前后的压差也随之消失，注液自动停止；

(4)在调节节流阀的过程中只要产生节流效应且气体流速产生急剧变化，节流阀将按步骤(2)、(3)自动注液；

(5)根据具体情况，定期向储液箱中注入复配型水合物抑制剂。