CN108057693A - 沉积物去除装置和方法，沉积物去除系统 - Google Patents

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Abstract

一种沉积物去除装置包括可在管道内滑动的清管器、轴向驱动器及旋转驱动器。所述清管器用于去除附着在所述管道内表面上的沉积物。所述轴向驱动器设置用于驱动所述清管器沿所述管道的纵轴方向移动；其中，所述轴向驱动器包括若干沿所述纵轴方向排布的加速器，该若干加速器分别对应于若干所述管道的加速段，每个加速器设置用于使所述清管器在其对应的加速段内加速，所述若干加速段沿所述纵轴方向互相间隔设置。所述旋转驱动器设置用于驱动所述清管器绕所述管道的纵轴旋转。

Description

沉积物去除装置和方法，沉积物去除系统
技术领域
本发明公开的具体实施例涉及用于去除管道内沉积物的沉积物去除装置和方法，还涉及沉积物去除系统。
背景技术
在海底碳氢化合物的开采和运输过程中，当管道与较冷的环境接触后，会在管道的内壁上形成沉积物。所述沉积物可能包括水合物、蜡状物、沥青质、有机盐、无机盐，或者它们的组合。随着沉积物在管道内壁上越积越多，管道的流量可能会逐渐减小，因此会降低管道内流体的传输效率。目前，管道内沉积物去除问题是海底石油开采和运输领域面临的主要挑战。
在现有技术中，将一个机械清管器放置到管道中，清管器在管道中行进的过程中可以去除管道内壁上的沉积物。通常，所述清管器是由流经所述管道的产出流体驱动的。这样，所述清管器的移动速度和移动方向就分别由产出流体的流速和流向决定。然而，产出流体的流速和流向是很难控制的，因此，这种方法无法对清管器进行有效的控制，从而无法达到理想的去除效果。
因此，需要提供一种新的用于去除管道内沉积物的沉积物去除装置和方法及新的沉积物去除系统，来解决至少一个上述的问题。
发明内容
一种沉积物去除装置包括可在管道内滑动的清管器、轴向驱动器及旋转驱动器。所述清管器设置用于去除附着在所述管道内表面上的沉积物。所述轴向驱动器设置用于驱动所述清管器沿所述管道的纵轴方向移动；其中，所述轴向驱动器包括若干沿所述纵轴方向排布的加速器，该若干加速器分别对应于若干所述管道的加速段，每个加速器设置用于使所述清管器在其对应的加速段内加速，所述若干加速段沿所述纵轴方向互相间隔设置。所述旋转驱动器设置用于驱动所述清管器绕所述管道的纵轴旋转。
一种沉积物去除方法包括驱动清管器在管道内滑动，以去除附着在所述管道内表面上的沉积物。所述驱动清管器的步骤包括驱动所述清管器沿所述管道的纵轴方向移动及用旋转驱动器来驱动所述清管器绕所述管道的纵轴旋转。其中，所述驱动所述清管器沿所述管道的纵轴方向移动的步骤包括在所述管道的若干加速段内使清管器加速，其中，所述若干加速段沿所述纵轴方向互相间隔设置。
一种耦合于上游管道和下游管道之间的沉积物去除系统包括冷却单元、清管器、轴向驱动器和旋转驱动器。所述冷却单元包括浸没在冷却介质中的导热管道，所述导热管道用于耦合在所述上游管道和所述下游管道之间，所述导热管道设置用于从流经其内的流体传导热量。所述清管器可在所述导热管道内滑动，其设置用于去除附着在所述导热管道内表面上的沉积物。所述轴向驱动器设置用于驱动所述清管器沿所述导热管道的纵轴方向移动，其中，所述轴向驱动器包括若干沿所述纵轴方向排布的加速器，该若干加速器分别对应于若干所述导热管道的加速段，每个加速器设置用于使所述清管器在其对应的加速段内加速，所述若干加速段沿所述纵轴方向互相间隔设置。所述旋转驱动器设置用于驱动所述清管器绕所述导热管道的纵轴旋转。
附图说明
当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中设置用于表示相同的部件，其中：
图1是根据本发明的一具体实施例的沉积物去除装置的轴向剖面的示意图，其中，为了清楚起见，所述装置中的清管器用立体图表示；
图2是根据上述实施例的沉积物去除装置的径向剖面的示意图；
图3是根据本发明的一具体实施例的沉积物去除系统的示意图；及
图4是根据本发明的一具体实施例的沉积物去除方法的流程示意图。
具体实施方式
以下将描述本发明的一个或者多个具体实施方式。首先要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，或者为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本发明公开的内容不充分。
除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中使用的“第一”或者“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“或者”包括所列举的项目中的任意一者或者全部。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。
本发明的具体实施例一方面涉及可以广泛应用于管道中的一种沉积物去除装置。图1和图2显示了根据本发明一具体实施例的一种沉积物去除装置100。其中，图1为该沉积物去除装置100的轴向剖面的示意图，图2为该沉积物去除装置100的径向剖面的示意图。
参见图1和图2，沉积物去除装置100包括清管器110、轴向驱动器120和旋转驱动器140。
清管器110位于管道200中，其可在管道200中滑动，其设置用于去除附着在管道200内表面上的沉积物210。
轴向驱动器120设置用于驱动清管器110沿管道200的纵轴方向移动。轴向驱动器120包括若干沿纵轴方向排布的加速器121、122，其分别对应于若干管道的加速段221、222，每个加速器设置用于在与其相应的加速段内使清管器110加速，如图所示，该若干加速段221、222沿纵轴方向互相间隔设置。在一些实施例中，与所述加速段相对应地，该若干加速器沿所述纵轴方向也以一定间隔排布。
具体地，该若干加速器包括初始加速器121及至少一个中间加速器122。初始加速器121位于管道200纵向的第一端，其设置用于在初始加速段221内使清管器110加速。至少一个中间加速器122位于管道纵向的两端之间，其设置用于在相应的至少一个中间加速段222内使清管器110再加速。其中，初始加速段221和中间加速段222之间设有初始减速段231，其设置用于让所述清管器在该初始减速段内减速。具体地，该清管器在该初始减速段231内由于受到来自流体和沉积物的阻力而自然减速，靠惯性滑动，装置100在初始减速段231内不提供驱动力。
在一些实施例中，至少一个中间加速器包括若干个中间加速器122，其设置用于在相应的中间加速段222内使清管器110再加速，每两个相邻的中间加速段222之间设有中间减速段232，其设置用于让所述清管器在该中间减速段232内减速。具体地，该清管器110在该中间减速段232内由于受到来自流体和沉积物的阻力而自然减速，靠惯性滑动，装置100在中间减速段232内不提供驱动力。
在一些实施例中，沉积物去除装置100进一步包括末端减速器123，末端减速器123位于管道200纵向的第二端，其设置用于在管道的末端减速段223内使清管器110减速。在一些实施例中，末端减速器123使清管器110的速度减为零，清管器110在末端减速段223中停止。
在图1所示的实施例中，管道200被划分成初始加速段221、初始减速段231、若干中间加速段222、若干中间减速段232及末端减速段223。清管器110从管道200的纵向第一端出发先经过初始加速段221，在初始加速段221内被初始加速器121加速；再经过初始减速段231，在初始减速段231中自然减速，靠惯性向中间加速段222滑动。然后，清管器110滑入中间加速段222，其在中间加速段222中被中间加速器122再加速，接着，清管器110滑入中间减速段232，在中间减速段232中自然减速，靠惯性向下一个中间加速段222滑动，之后，依次类推，清管器110再若干次地经过个中间加速段和中间减速段。最后，清管器110进入末端减速段223，在末端减速段223中被末端减速器123减速。从上述描述中可以看出，装置100在初始加速段和中间加速段中对清管器提供驱动力，在初始减速段和中间减速段中装置100不提供驱动力，不消耗能量。
本发明的技术方案对加速器和加速段采用间隔排布的方式，从而使得清管器在管道中非连续地加速。与现有技术中在管道上连续布置驱动器以持续对清管器提供驱动力的方式相比，本发明的技术方案更加适用于长距离的管道，这是因为在长距离的管道中连续设置驱动器需要耗费巨大的成本，本发明采用的非连续方式就能够大大降低装置的制造成本。同时，由于清管器在初始减速段和若干中间减速段内靠惯性滑行，装置这些减速段内不消耗能量，这样能够大大降低能量的消耗，从而提高装置的对于沉积物的去除效率和能量密度。
在一些实施例中，可沿管道纵轴方向依次开启初始加速器和该多个中间加速器，并当清管器离开初始加速段和某个中间加速段后关闭相对应地初始加速器和中间加速器，这样能够使得在同一时刻仅有一个加速器处于开启状态，其他均处于关闭状态，从而进一步地减少能量的消耗。
在一些实施例中，清管器110包括磁体112，每个加速器包括沿所述纵轴方向排布的若干线圈，该若干线圈用于被依次通电来驱动所述磁体沿所述纵轴方向滑动。具体地，该若干线圈在通电时产生沿管道纵轴方向的磁场，磁体在所述磁场的作用下，沿管道纵轴方向运动，从而带动清管器滑动。
旋转驱动器140设置用于驱动清管器110绕管道200的纵轴旋转，这样能够增加清管器110上的各部分与管道周向各部分的接触机会，从而进一步提升沉积物的去除效果。在一些实施例中，清管器包括磁体112，旋转驱动器140包括若干沿所述管道周向排布的线圈141，该若干线圈设置用于沿所述管道的周向被依次通电来驱动所述磁体绕所述纵轴旋转。这里提到的“管道的周向”是指环绕着该管道的管道壁且大致与所述管道的纵轴方向垂直的方向。具体地，该若干线圈在通电时产生沿管道周向的磁场，磁体在所述磁场的作用下，绕管道的纵轴旋转，从而带动清管器110在管道200内旋转。
在一些实施例中，轴向驱动器120和旋转驱动器140同时工作，使得清管器110在沿纵轴方向滑动的同时，也绕纵轴旋转，以达到更好地沉积物去除效果。在其他实施例中，轴向驱动器120和旋转驱动器140也可以按照实际的需求轮流工作。
继续参见图2，清管器110设置有一个流道114，其用于使管道200中的流体通过。流道114可以为任意形状和尺寸。在一些实施例中，清管器110的外表面与管道200的内表面相匹配。这样可使清管器110和管道200之间的接触面积最大化，从而提高沉积物的去除效率。在图1、图2所示的实施例中，管道200的径向截面为圆环形，清管器110被配置成径向截面也为圆环形的空心圆柱体状，清管器110的外径与管道200的内径大致相等，这样，在使得清管器110和管道200之间的接触面积最大化的同时，也扩大了流道114的横截面积，从而能够在保证去除效率的同时，减少清管器110所承受的来自管道内流体的阻力，进而降低装置100的能量消耗。
参见图3，本发明的另一方面涉及一种耦合于上游管道410和下游管道420之间的设置用于去除沉积物的系统300，包括冷却单元340、清管器310、轴向驱动器(未示出)和旋转驱动器(未示出)。
冷却单元340包括浸没在冷却介质342中的导热管道341，导热管道341耦合在上游管道410和下游管道420之间，流体430从上游管道410经由导热管道341流向下游管道420，导热管道341设置用于从流经其内的流体430传导热量，从而冷却流体430。在这一冷却过程中，由于导热管道的管道中心到管壁存在温度梯度，在导热管道341的内表面上会形成沉积物。在一些具体实例中，流体包括烃类流体，用冷却单元将烃类流体430冷却至环境海水温度。这里提到的“环境海水温度”是指下游管道周围的海水温度。这样，当烃类流体430从冷却单元340中流出至下游管道420中时，烃类流体430的温度大致等于环境海水温度。因此，下游管道的管道中心至管壁间基本不存在温度梯度，由于从管道中心到管壁的温度梯度是沉积物的主要成因，所以当下游管道的管道中心至管壁间基本不存在温度梯度时，下游管道的内壁上不会再产生沉积物，在去除沉积物的同时，也起到了抑制沉积物生成的目的。
与图1、图2中所示的实施例相类似地，清管器310可在导热管道341内滑动，其设置用于去除附着在导热管道341内表面上的沉积物。轴向驱动器(未示出)设置用于驱动清管器沿所述导热管道的纵轴方向移动，其中，轴向驱动器包括若干沿所述纵轴方向排布的加速器，其分别对应于若干导热管道的加速段，每个加速器设置用于在相应的加速段内使清管器加速，该若干加速段沿所述纵轴方向互相间隔设置。旋转驱动器(未示出)设置用于驱动清管器绕所述导热管道的纵轴旋转。轴向驱动器和旋转驱动器的具体结构和功能与图1-2所示的实施例中的轴向驱动器120和旋转驱动器140相似，此处不再赘述。
本发明的实施例还涉及一种去除管道内沉积物的方法500，该方法通过驱动清管器在所述管道内滑动，以去除附着在所述管道内表面上的沉积物。具体地，驱动的步骤包括步骤510至步骤560，如图4所示。
步骤510至步骤550涉及沿所述管道的纵轴方向驱动所述清管器在所述管道内移动的步骤，具体涉及在所述管道的若干加速段内使清管器加速，其中，所述若干加速段沿所述纵轴方向互相间隔设置。
在步骤510中，用位于所述管道纵向第一端的初始加速器在所述管道的初始加速段内加速所述清管器。
在步骤520中，让所述清管器在初始减速段内减速，其中，所述初始减速段与所述初始加速段相邻且位于所述初始加速段的下游。
在步骤530中，用位于所述管道纵向两端之间的至少一个中间加速器，在所述管道相应的至少一个中间加速段内使所述清管器再加速，其中，所述至少一个中间加速段位于所述初始减速段的下游。
在步骤540中，让所述清管器在至少一个中间减速段内减速，其中，所述中间减速段位于两个相邻的所述中间加速段之间。
在步骤550中，用末端减速器使所述清管器在所述管道的末端减速段内减速。
在一些实施例中，所述清管器包括磁体，每个加速器包括沿所述纵轴方向排布的若干线圈；所述方法包括依次对所述若干线圈通电，以驱动所述磁体沿所述纵轴方向滑动。
步骤560涉及用旋转驱动器来驱动所述清管器绕所述管道的纵轴旋转的步骤。在一些实施例中，所述清管器包括磁体，所述旋转驱动器包括若干沿所述管道周向排布的线圈；所述方法包括沿所述管道的周向依次对所述若干线圈通电，以驱动所述磁体绕所述纵轴旋转。
所述方法的其他细节与上述沉积物去除装置的有关描述相类似，此处不再赘述。
虽然结合特定的具体实施方式对本发明进行了详细说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (11)

1.一种沉积物去除装置，包括：
可在管道内滑动的清管器，其设置用于去除附着在所述管道内表面上的沉积物；
轴向驱动器，其设置用于驱动所述清管器沿所述管道的纵轴方向移动，其中，所述轴向驱动器包括若干沿所述纵轴方向排布的加速器，该若干加速器分别对应于若干所述管道的加速段，每个加速器设置用于使所述清管器在其对应的加速段内加速，所述若干加速段沿所述纵轴方向互相间隔设置；及
旋转驱动器，其设置用于驱动所述清管器绕所述管道的纵轴旋转。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述若干加速器包括：
位于所述管道纵向第一端的初始加速器，其设置用于在初始加速段内使所述清管器加速；及
位于所述管道纵向两端之间的至少一个中间加速器，其设置用于在相应的至少一个中间加速段内使所述清管器再加速；
其中，所述初始加速段和所述中间加速段之间设有初始减速段，其设置用于让所述清管器在该初始减速段内减速。
3.如权利要求2所述的装置，其中，所述至少一个中间加速器包括若干个中间加速器，其设置用于在相应的中间加速段内使所述清管器再加速，每两个相邻的中间加速段之间设有中间减速段，其设置用于让所述清管器在该中间减速段内减速。
4.如权利要求1所述的装置，其中，所述清管器包括磁体，所述每个加速器包括沿所述纵轴方向排布的若干线圈，该若干线圈设置用于被依次通电来驱动所述磁体沿所述纵轴方向滑动。
5.如权利要求1所述的装置，其中，所述清管器包括磁体，所述旋转驱动器包括若干沿所述管道周向排布的线圈，该若干线圈设置用于沿所述管道的周向被依次通电来驱动所述磁体绕所述纵轴旋转。
6.一种沉积物去除方法，包括：
驱动清管器在管道内滑动，以去除附着在所述管道内表面上的沉积物，包括：
驱动所述清管器沿所述管道的纵轴方向移动，包括在所述管道的若干加速段内使清管器加速，其中，所述若干加速段沿所述纵轴方向互相间隔设置；及
用旋转驱动器来驱动所述清管器绕所述管道的纵轴旋转。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述驱动清管器沿所述纵轴方向移动的步骤包括：
用位于所述管道纵向第一端的初始加速器在所述管道的初始加速段内加速所述清管器；
让所述清管器在初始减速段内减速，其中，所述初始减速段与所述初始加速段相邻且位于所述初始加速段的下游；及
用位于所述管道纵向两端之间的至少一个中间加速器，在所述管道相应的至少一个中间加速段内使所述清管器再加速，其中，所述至少一个中间加速段位于所述初始减速段的下游。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述驱动清管器沿所述纵轴方向移动的步骤进一步包括：让所述清管器在至少一个中间减速段内减速，其中，所述中间减速段位于两个相邻的所述中间加速段之间。
9.如权利要求7所述的方法，其中，所述清管器包括磁体，每个加速器包括沿所述纵轴方向排布的若干线圈，所述方法包括依次对所述若干线圈通电，以驱动所述磁体沿所述纵轴方向滑动。
10.如权利要求6所述的方法，其中，所述清管器包括磁体，所述旋转驱动器包括若干沿所述管道周向排布的线圈，所述方法包括沿所述管道的周向依次对所述若干线圈通电，以驱动所述磁体绕所述纵轴旋转。
11.一种耦合于上游管道和下游管道之间的沉积物去除系统，包括：
冷却单元，其包括浸没在冷却介质中的导热管道，所述导热管道用于耦合在所述上游管道和所述下游管道之间，所述导热管道设置用于从流经其内的流体传导热量；及
可在所述导热管道内滑动的清管器，其设置用于去除附着在所述导热管道内表面上的沉积物；
轴向驱动器，其设置用于驱动所述清管器沿所述导热管道的纵轴方向移动，其中，所述轴向驱动器包括若干沿所述纵轴方向排布的加速器，该若干加速器分别对应于若干所述导热管道的加速段，每个加速器设置用于使所述清管器在其对应的加速段内加速，所述若干加速段沿所述纵轴方向互相间隔设置；及
旋转驱动器，其设置用于驱动所述清管器绕所述导热管道的纵轴旋转。
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