CN109442223A - 一种应用于循环管路流动安全的注入与排放回收系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于循环管路流动安全的注入与排放回收系统，属于管道流动安全控制技术领域，包括注液系统、稳压注气系统、背压控制系统、分离收集系统和循环系统，所述注液系统、稳压注气系统、背压控制系统分别通过管道与循环系统连接，所述稳压注气系统和背压控制系统还分别通过管道与分离收集系统连接；本发明不仅能够实现液相的多相注入，气相的稳压注入和自动恒压补气，同时还能够实现排放过程中的气液分离，气相的回收再利用与环保处理。

Description

一种应用于循环管路流动安全的注入与排放回收系统

技术领域

本发明涉及管道流动安全控制技术领域，具体涉及一种应用于循环管路流动安全的注入与排放回收系统。

背景技术

随着海洋油气田的开发向深水领域发展，油气输运管道的铺设至关重要。而在深水的低温高压环境中，管道中极易生成天然气水合物从而造成管道堵塞，因此通过实验来采集分析各个数据成为解决此种问题的基础。目前现有的循环管路所配套的注入与排放系统只能实现小程度的气液多相注入，而且在实验气体和液体的回收利用与环境保护方面做的不够。

发明内容

为解决现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种应用于循环管路流动安全的注入与排放回收系统，不仅能够实现液相的多相注入，气相的稳压注入和自动恒压补气，同时还能够实现排放过程中的气液分离，气相的回收再利用与环保处理。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种应用于循环管路流动安全的注入与排放回收系统，包括注液系统、稳压注气系统、背压控制系统、分离收集系统和循环系统，所述注液系统、稳压注气系统、背压控制系统分别通过管道与循环系统连接，所述稳压注气系统和背压控制系统还分别通过管道与分离收集系统连接。

进一步的，所述注液系统包括溶液罐A和溶液罐B，所述溶液罐A和溶液罐B均通过管道连接有往复泵，两个往复泵所在管路相连通，且与溶液罐A连接的往复泵所在管路上设置有液体流量计，溶液罐B通过管道与循环系统连接。

进一步的，所述稳压注气系统包括自左向右依次设置并连接的止回阀、气体过滤器、气动阀、缓冲稳压罐、气体增压泵和实验气瓶组，所述止回阀还通过管道与循环系统连接，所述实验气瓶组还通过管道与分离收集系统连接；所述气体增压泵上还连接有空气压缩机。

进一步的，所述背压控制系统包括并联连通的两条管道，其中一条管道自左向右依次设置有阀门、压力传感器和背压调节阀，另一条管道上设置有两个阀门，这两个阀门所在管道还并联有一条包含一个阀门的管道。

进一步的，所述分离收集系统包括自左向右依次设置并连接的点火器、燃烧器、压力调节阀、两个手动截止阀、气液分离器和气体增压泵，所述两个手动截止阀连接有天然气收集罐；天然气收集罐一端连接天然气浓度传感器，另一端通过管道与背压控制系统连接；气体增压泵还通过管道与稳压注气系统连接，此条管道上设置有压力传感器。

进一步的，所述循环系统包括循环管路和单螺杆泵，循环管路和单螺杆泵相互连接构成回路。

进一步的，所述注液系统还包括真空泵，其通过管道与循环系统连接。

进一步的，稳压注气系统中气体过滤器和气动阀的连接结构的两端并联有另一个气体过滤器和气动阀的连接结构，且两个气体过滤器上均设置有气体流量计。

进一步的，本申请还包括用于采集和分析数据的数据采集系统，其与注液系统、稳压注气系统、背压控制系统、分离收集系统、循环系统之间通过防爆管线通讯。

本发明的有益效果是：采用两个溶液罐，也就是两套注液系统，可实现两种溶液的混合定量注入；通过缓冲稳压罐和气动阀的协调配合，使得天然气可以稳定恒压注入实验系统，并且可以通过实验系统反馈的压力数据自动恒压补气；通过天然气收集罐可以实现实验气体排出后的再收集，并且可以通过气体增压泵实现气体的再利用或者通过燃烧器将实验废气烧掉以防止温室气体排入大气。因此，该系统能够更加高效、稳定、环保地为流动安全循环管路实验系统提供多相流体注入，能够进一步地为深海油气管道输运过程中的流动安全保障问题提供技术和数据支持。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的原理框图。

图中附图标记如下：1、单螺杆泵；2、往复泵；3、真空泵；4、空气压缩机；5、溶液罐A；6、溶液罐B；7、缓冲稳压罐；8、实验气瓶组；9、天然气收集罐；10、压力调节阀；11、手动截止阀；12、气动阀；13、止回阀；14、背压调节阀；15、压力传感器；16、液体流量计；17、气体流量计；18、气体增压泵；19、气液分离器；20、燃烧器；21、天然气浓度传感器；22、点火器；23、气体过滤器；24、数据采集系统；25、循环管路。

具体实施方式

下面结合附图1-2对本发明做进一步说明。

一种应用于循环管路流动安全的注入与排放回收系统，包括注液系统、稳压注气系统、背压控制系统、分离收集系统、循环系统和数据采集系统24；注液系统可为循环系统提供两种溶液的混合稳定注入；稳压注气系统可为循环系统提供稳压注气并可以实现自动恒压补气功能；背压控制系统可解决实验系统出口流动状态不稳定的问题；分离收集系统可将循环系统排出的多相流体进行气液分离，并将气体进行回收再利用或者烧掉废气以防止温室气体排入大气；数据采集系统24可对其他系统的传感器数据进行收集分析，并进行实时反馈以控制整套系统顺利运行。

本发明的工作流程为：将实验所需的配置溶液通过注液系统注入循环系统中，待系统稳定后通过稳压注气系统计量注入天然气，系统稳定运行过程中消耗的气体通过稳压注气系统实现自动恒压补气；循环系统内天然气水合物生成后通过背压控制系统进行水合物分解，并通过分离收集系统实现天然气的回收再利用与后处理，所有系统监测的压力与流量等数据参数通过数据采集系统进行实时收集与反馈。

所述注液系统包括两个溶液罐：溶液罐A5和溶液罐B6，二者通过手动截止阀后分别接有往复泵2，往复泵2后均接有压力传感器，接在溶液罐A5后的往复泵2后还接有液体流量计16；输液管路通过三通接头接在循环系统的单螺杆泵1上；此外，注液系统拥有一个真空泵3，以在注液前将系统进行抽真空。溶液罐A5为水溶液罐，采用不锈钢材质；溶液罐B6为化学剂、腐蚀类液体溶液罐，采用玻璃钢材质。

注液系统工作过程为：首先启动真空泵3将循环系统内部抽真空，然后将实验配置溶液分别注入溶液罐A5、溶液罐B6中，开启两个溶液罐分别连接的往复泵2，打开手动截止阀将实验溶液泵入循环系统中，连接在截止阀后的压力传感器和流量计16实时反映泵入循环系统的实验溶液剂量并通过数据采集系统24进行反馈；当泵入循环系统的实验溶液达到所需压力和实验剂量时，关闭手动截止阀并关闭往复泵2，停止溶液注入过程。

所述稳压注气系统包括一组实验气瓶组8，气瓶组通过手动截止阀和压力调节阀后接在空气压缩机4所连接的气体增压泵18上；气体增压泵18后接在缓冲稳压罐7上，缓冲稳压罐7连接有两套由气体流量计17、气体过滤器23和气动阀12组成的稳压注气装置，最后连接在止回阀13上以防止气体回流；实验气瓶组8选用40L碳纤维缠绕甲烷气瓶，标准压力13.5MPa，且连接方式为串联连接，共用一个减压阀；缓冲稳压罐7容积设计为100L，可在20MPa压力下满足一次实验供气需要，罐体采用高强度钢材质。

稳压注气系统工作过程为：当注液系统完成实验溶液注入过程后，打开实验气瓶组8连接的手动截止阀，天然气输送至空气压缩机4所连接的气体增压泵18中，待天然气经过增压过程后，将增压后的气体泵入缓冲稳压罐7中进行存储。当实验需要为循环系统进行供气时，通过数据采集系统24调节实验所需的进气压力和进气量后通过气动阀12进行实时进气调节，进气流量和压力信息通过气动阀12两端连接的气体流量计17和压力传感器进行实时反馈。在循环系统运行过程中，当天然气由于水合物的生成有所消耗时，数据采集系统24可通过实时反馈的压力数据自动调节气动阀12，保证天然气的自动恒压补充，止回阀13可以防止气体的回流。

所述背压控制系统包括背压调节阀14和其配套连接的压力传感器以及手动截止阀，所选用的背压调节阀14耐压25MPa,压力调节范围为0～10MPa，控制精度为0.1MPa。背压控制系统工作过程为：当实验系统需要稳定的出口流动状态时，打开背压调节阀14前连接的手动截止阀，设备系统压力通过连接的压力传感器和数据采集系统24进行终端调节，可以根据实验要求进行设定。

所述分离收集系统包括天然气收集罐9，天然气收集罐9通过三通接头分为两种输送管路：输送管路①接有手动截止阀11和气液分离器19，并在气液分离器后接有气体增压泵18；输送管路②通过压力调节阀10后接在燃烧器20上，燃烧器20通过与其连接的点火器22控制；其中所选用的气液分离器19可实现精度≤10μm水颗粒的气液分离。

分离收集系统工作过程为：当实验系统内排出的气体经过背压控制系统后，将排出的气体导入天然气收集罐9中，通过连接的气体流量计、压力传感器15和天然气浓度传感器21实时反映天然气收集罐9中的气体含量信息。当天然气收集罐9中的气体达到一定含量时可以：①打开手动截止阀11，通过气液分离器19并经过气体增压泵18增压后重新泵入稳压注气系统；②打开压力调节阀10前的手动截止阀，并启动点火器22，将多余的天然气通过燃烧器20烧掉以防止天然气排入大气层中引发温室效应。

所述循环系统包括单螺杆泵1和循环管路25，其工作过程为：当循环管路25完成了液体和气体的注入过程后，启动单螺杆泵1使系统进行稳定的流动循环过程，以完成对输气管道流动安全问题的相关实验研究。

所述数据采集系统24集中采集分析连接于管路各处的多个压力传感器15、液体流量计16、气体流量计17和天然气浓度传感器21的数据。数据采集系统24工作过程为：整合其他所有系统中所连接的传感器信息并进行实时反馈，以保证所有系统合理协调运行。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种应用于循环管路流动安全的注入与排放回收系统，其特征在于，包括注液系统、稳压注气系统、背压控制系统、分离收集系统和循环系统，所述注液系统、稳压注气系统、背压控制系统分别通过管道与循环系统连接，所述稳压注气系统和背压控制系统还分别通过管道与分离收集系统连接。

2.根据权利要求1所述的一种应用于循环管路流动安全的注入与排放回收系统，其特征在于，所述注液系统包括溶液罐A(5)和溶液罐B(6)，所述溶液罐A(5)和溶液罐B(6)均通过管道连接有往复泵(2)，两个往复泵(2)所在管路相连通，且与溶液罐A(5)连接的往复泵(2)所在管路上设置有液体流量计(16)，溶液罐B(6)通过管道与循环系统连接。

3.根据权利要求1所述的一种应用于循环管路流动安全的注入与排放回收系统，其特征在于，所述稳压注气系统包括自左向右依次设置并连接的止回阀(13)、气体过滤器(23)、气动阀(12)、缓冲稳压罐(7)、气体增压泵(18)和实验气瓶组(8)，所述止回阀(13)还通过管道与循环系统连接，所述实验气瓶组(8)还通过管道与分离收集系统连接；所述气体增压泵(18)上还连接有空气压缩机(4)。

4.根据权利要求1所述的一种应用于循环管路流动安全的注入与排放回收系统，其特征在于，所述背压控制系统包括并联连通的两条管道，其中一条管道自左向右依次设置有阀门、压力传感器和背压调节阀(14)，另一条管道上设置有两个阀门，这两个阀门所在管道还并联有一条包含一个阀门的管道。

5.根据权利要求1所述的一种应用于循环管路流动安全的注入与排放回收系统，其特征在于，所述分离收集系统包括自左向右依次设置并连接的点火器(22)、燃烧器(20)、压力调节阀(10)、两个手动截止阀(11)、气液分离器(19)和气体增压泵(18)，所述两个手动截止阀(11)连接有天然气收集罐(9)；天然气收集罐(9)一端连接天然气浓度传感器(21)，另一端通过管道与背压控制系统连接；气体增压泵(18)还通过管道与稳压注气系统连接，此条管道上设置有压力传感器(15)。

6.根据权利要求1所述的一种应用于循环管路流动安全的注入与排放回收系统，其特征在于，所述循环系统包括循环管路(25)和单螺杆泵(1)，循环管路(25)和单螺杆泵(1)相互连接构成回路。

7.根据权利要求2所述的一种应用于循环管路流动安全的注入与排放回收系统，其特征在于，所述注液系统还包括真空泵(3)，其通过管道与循环系统连接。

8.根据权利要求3所述的一种应用于循环管路流动安全的注入与排放回收系统，其特征在于，稳压注气系统中气体过滤器(23)和气动阀(12)的连接结构的两端并联有另一个气体过滤器(23)和气动阀(12)的连接结构，且两个气体过滤器(23)上均设置有气体流量计(17)。

9.根据权利要求1所述的一种应用于循环管路流动安全的注入与排放回收系统，其特征在于，本申请还包括用于采集和分析数据的数据采集系统(24)，其与注液系统、稳压注气系统、背压控制系统、分离收集系统、循环系统之间通过防爆管线通讯。