CN110252607B - 一种高含硫湿气集输管线缓蚀剂涂膜清管器 - Google Patents

一种高含硫湿气集输管线缓蚀剂涂膜清管器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高含硫湿气集输管线缓蚀剂涂膜清管器，清管器主要由缓蚀剂储存及喷涂腔体、化学试剂储存及释放腔体和缓蚀剂涂膜圆形刷构成，集缓蚀剂雾化一级喷涂、圆形刷旋转二级涂膜、清管器前端固体杂质清除等多种功能为一体，实现管内壁全方位多角度缓蚀剂涂膜，提高涂膜质量；设计缓蚀剂储存及喷涂腔体，高压天然气带动活塞运动，挤压腔体内缓蚀剂并由小孔呈雾状喷出后附着在管内壁，实现一级缓蚀剂涂膜；设计缓蚀剂涂膜圆形刷，通过高压天然气带动圆形刷旋转，使管内沉积缓蚀剂均匀分散在管道内壁，实现缓蚀剂二级涂膜；设计化学试剂储存及释放腔体，通过化学试剂溶解清管器前端固体杂质，保证清管收球安全平稳。

Description

一种高含硫湿气集输管线缓蚀剂涂膜清管器
技术领域
本发明涉及一种高含硫湿气集输管线缓蚀剂涂膜清管器，属于油气管道完整性管理技术领域。
背景技术
高含硫气田采用湿气集输工艺，管线内硫沉积和潮湿环境易造成管内壁腐蚀，这种腐蚀一般为破坏性较大的局部腐蚀，给气田的安全生产带来相当大的威胁。
为了减缓管道内壁腐蚀，高含硫气田的通用作法是发射缓蚀剂涂膜清管器到管线中，通过高压天然气推动清管器在管线内运动，并伴随着清管器内缓蚀剂溶液呈雾状喷出，雾状缓蚀剂颗粒在管道内壁形成一层具有可持续缓蚀效果的保护膜，保证管道内壁的年腐蚀速率控制在标准规定范围之内，确保气田的安全、平稳生产。
目前，国内外已公开发表的管道清管器专利主要包括：
1.中国专利CN 102266838A、CN 103599874A、CN 105381933A均公开了针对高含硫湿气集输管道的缓蚀剂涂膜清管器，通过叶轮等设备的转动将清管器下部缓蚀剂携带至管道顶部，覆盖整个管道内壁，但是考虑到管道内地形变化，缓蚀剂溶液易聚积在低洼处，导致管道沿线缓蚀剂溶液分布不均，缓蚀剂保护膜厚度及涂膜质量难以保证。
2.美国专利US 6874193B2、US 7827646B2均提出了一种喷射型缓蚀剂涂膜装置，根据虹吸原理和局部真空原理，使沉积在管道下部的液体进入清管器喷嘴呈雾状喷出，对管内壁上部进行缓蚀剂涂膜保护，但是清管器在运动过程中由于皮碗磨损而不能和管道内壁紧密贴合，可能发生转动，从而导致清管器喷嘴发生偏转，易使缓蚀剂喷射方向发生变化，影响涂膜质量。
从以上公开专利检索结果可以看出已有缓蚀剂涂膜清管器存在的不足主要有：
1.国内外专利公开的缓蚀剂涂膜清管器进行涂膜的第一种主要方法是利用清管器上旋转的圆形刷使管道底部缓蚀剂溶液均匀分布在管道内壁，但是由于管道敷设地形的变化导致沿线的缓蚀剂容积并非均匀分布，因此，不同地段管道内缓蚀剂涂膜厚度不同，导致缓蚀剂对管内壁的保护周期缩短。
2.国内外专利公开的缓蚀剂涂膜清管器进行涂膜的第二种主要方法是利用虹吸真空原理使管道底部缓蚀剂溶液进入清管器内通过喷嘴呈雾状喷出，但是考虑到皮碗的磨损可能导致清管器的旋转，从而使喷嘴位置发生偏转，缓蚀剂喷射角度和路径均发生改变，易出现缓蚀剂保护膜不能完全覆盖管道内壁的情况，从而产生局部腐蚀，诱发安全风险。
3.高含硫气田缓蚀剂涂膜清管器进入收球筒后会在清管器前端积聚大量硫沉积固体等有害物质，对进行清管收球的操作人员安全健康产生威胁，目前国内外专利公开的缓蚀剂涂膜清管器尚未考虑如何有效清除清管器前端的有害固体杂质，以保证清管收球作业安全平稳。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高含硫湿气集输管线缓蚀剂涂膜清管器，通过设计包含缓蚀剂雾化涂膜单元、圆形刷涂膜单元、固体杂质溶解单元的清管器结构，提出合理的缓蚀剂涂膜及有害固体杂质清除方法，为确保缓蚀剂涂膜质量和安全平稳清管提供技术支撑。
本发明主要解决以下问题：
(1)设计缓蚀剂雾化涂膜腔体和缓蚀剂涂膜圆形刷，实现雾化缓蚀剂一级涂膜和圆形刷二级涂膜，解决了清管过程中清管器雾化喷嘴偏转和缓蚀剂在管道底部分布不均导致的管道沿线缓蚀剂涂膜厚度和涂膜质量下降问题。
(2)设计化学试剂储存腔体，当清管器运行至收球筒内，腔体前端可膨胀单元发生膨胀形变直至破裂，化学试剂储存腔体内化学试剂流出，溶解清管器前端固体杂质，溶解后的液相经排液阀门排出，保证清管器收球安全平稳。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种高含硫湿气集输管线缓蚀剂涂膜清管器，包括管道内壁1、缓蚀剂喷头2、喷头孔口3、缓蚀剂输送管道4、缓蚀剂储存腔体5、缓蚀剂输送管道入口6、第一密封皮碗支架7、可移动活塞8、活塞前端9、活塞杆10、活塞底座11、天然气流动方向12、第二密封皮碗支架13、第三密封皮碗支架14、可膨胀单元15、防爆通电线路16、防爆控制器17、第一支撑部件18、防爆电源19、第二支撑部件20、化学试剂储存腔体21、第一缓蚀剂涂膜圆形刷22、第二缓蚀剂涂膜圆形刷23、支撑骨架24、固定法兰25、缓蚀剂溶液26、液体杂质27、固体杂质28、排液阀门29、收球筒30、缓蚀剂涂膜圆形刷头221、叶片222。
固定法兰25与支撑骨架24连接，在支撑骨架24外侧连接有第一缓蚀剂涂膜圆形刷22和第二缓蚀剂涂膜圆形刷23，在第一缓蚀剂涂膜圆形刷22与第二缓蚀剂涂膜圆形刷23间为缓蚀剂溶液26，支撑骨架24与第三密封皮碗支架14相连，第三密封皮碗支架14连接活塞底座11，可移动活塞8位于缓蚀剂储存腔体5内，通过活塞杆10连接活塞底座11与活塞前端9，缓蚀剂储存腔体5与缓蚀剂输送管道4相连，缓蚀剂输送管道4包含缓蚀剂输送管道入口6、缓蚀剂喷头2、喷头孔口3，缓蚀剂储存腔体5与化学试剂储存腔体21连接，化学试剂储存腔体21内防爆电源19与第二支撑部件20相连，防爆控制器17与第一支撑部件18相连，由防爆通电线路16依次连接防爆电源19、防爆控制器17、可膨胀单元15，第二密封皮碗支架13与第一密封皮碗支架7支撑并固定缓蚀剂储存腔体5与化学试剂储存腔体21，第一密封皮碗支架7、第二密封皮碗支架13、第三密封皮碗支架14与管道内壁1紧密贴合，第一密封皮碗支架7前端为液体杂质27与固体杂质28。
所述的高含硫湿气集输管线缓蚀剂涂膜清管器，支撑骨架24采用Q345钢制成，适用天然气压力0.5MPa～12MPa，适用天然气温度-5℃～50℃。
所述的高含硫湿气集输管线缓蚀剂涂膜清管器，第一密封皮碗支架7、第二密封皮碗支架13、第三密封皮碗支架14中皮碗采用聚氨酯材料制成。
所述的高含硫湿气集输管线缓蚀剂涂膜清管器，防爆电源19内电池容量为25700mHA、输出电压为12V。
所述的高含硫湿气集输管线缓蚀剂涂膜清管器，叶片222厚度为1～2mm。
清管器采用的缓蚀剂涂膜和固体杂质清除方法：
a、缓蚀剂雾化一级喷涂：缓蚀剂涂膜清管器随着天然气流动方向12在管内运动，清管器前后压差为可移动活塞8在缓蚀剂储存腔体5内运动提供能量，可移动活塞8推动缓蚀剂溶液进入缓蚀剂输送管道4，通过缓蚀剂喷头2上的喷头孔口3呈雾状喷出，在管道内壁1上形成缓蚀剂保护膜。
b、圆形刷旋转二级涂膜：部分雾状缓蚀剂由于重力作用在管道内沉积形成缓蚀剂溶液26，高压天然气通过第一缓蚀剂涂膜圆形刷22、第二缓蚀剂涂膜圆形刷23内叶片时带动涂膜刷旋转，使得管道底部缓蚀剂溶液26均匀分布在管道内壁1上，形成缓蚀剂保护膜。
c、清管器前端固体杂质清除：当清管器运行至收球筒30内，可膨胀单元15发生膨胀形变直至破裂，化学试剂储存腔体21内化学试剂流出，溶解清管器前端固体杂质28，溶解后的液相经排液阀门29排出，保证清管器收球安全平稳。
该发明的有益效果：
高含硫湿气集输管线缓蚀剂涂膜清管器主要包含缓蚀剂储存腔体及喷头、缓蚀剂涂膜圆形刷、化学试剂储存腔体，集缓蚀剂雾化一级涂膜、圆形刷旋转二级涂膜、清管器前端有害固体杂质消除多种功能为一体，实现管道沿线缓蚀剂均匀喷涂，确保缓蚀剂保护膜的厚度和防腐效果，同时，在清管过程收球阶段实现收球筒内固体杂质的溶解和排出，保障清管过程安全平稳。
附图说明
图1是本发明实施例中高含硫湿气集输管线缓蚀剂涂膜清管器的结构示意图。
图2是本发明实施例中缓蚀剂雾化一级涂膜的示意图。
图3是本发明实施例中缓蚀剂涂膜圆形刷旋转二级涂膜的示意图。
图4是本发明实施例中缓蚀剂涂膜圆形刷的结构示意图。
图5是本发明实施例中收球筒内清除固体杂质的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本发明。
实施例
本实施例中，图1为高含硫湿气集输管线缓蚀剂涂膜清管器的结构示意图。包括管道内壁1、缓蚀剂喷头2、喷头孔口3、缓蚀剂输送管道4、缓蚀剂储存腔体5、缓蚀剂输送管道入口6、第一密封皮碗支架7、可移动活塞8、活塞前端9、活塞杆10、活塞底座11、天然气流动方向12、第二密封皮碗支架13、第三密封皮碗支架14、可膨胀单元15、防爆通电线路16、防爆控制器17、第一支撑部件18、防爆电源19、第二支撑部件20、化学试剂储存腔体21、第一缓蚀剂涂膜圆形刷22、第二缓蚀剂涂膜圆形刷23、支撑骨架24、固定法兰25、缓蚀剂溶液26、液体杂质27、固体杂质28、排液阀门29、收球筒30、缓蚀剂涂膜圆形刷头221、叶片222。
固定法兰25与支撑骨架24连接，在支撑骨架24外侧连接有第一缓蚀剂涂膜圆形刷22和第二缓蚀剂涂膜圆形刷23，在第一缓蚀剂涂膜圆形刷22与第二缓蚀剂涂膜圆形刷23间为缓蚀剂溶液26，支撑骨架24与第三密封皮碗支架14相连，第三密封皮碗支架14连接活塞底座11，可移动活塞8位于缓蚀剂储存腔体5内，通过活塞杆10连接活塞底座11与活塞前端9，缓蚀剂储存腔体5与缓蚀剂输送管道4相连，缓蚀剂输送管道4包含缓蚀剂输送管道入口6、缓蚀剂喷头2、喷头孔口3，缓蚀剂储存腔体5与化学试剂储存腔体21连接，化学试剂储存腔体21内防爆电源19与第二支撑部件20相连，防爆控制器17与第一支撑部件18相连，由防爆通电线路16依次连接防爆电源19、防爆控制器17、可膨胀单元15，第二密封皮碗支架13与第一密封皮碗支架7支撑并固定缓蚀剂储存腔体5与化学试剂储存腔体21，第一密封皮碗支架7、第二密封皮碗支架13、第三密封皮碗支架14与管道内壁1紧密贴合，第一密封皮碗支架7前端为液体杂质27与固体杂质28。
缓蚀剂涂膜清管器的支撑骨架24采用Q345钢制成，适用天然气压力0.5MPa～12MPa，适用天然气温度-5℃～50℃。第一密封皮碗支架7、第二密封皮碗支架13、第三密封皮碗支架14中皮碗采用聚氨酯材料制成。
图2为缓蚀剂雾化一级涂膜的示意图。通过清管器前后压差推动连接在第三密封皮碗支架14上的可移动活塞8在缓蚀剂储存腔体5内前进，压缩并推动缓蚀剂储存腔体5内的缓蚀剂溶液由缓蚀剂输送管道入口6进入缓蚀剂输送管道4，最终由缓蚀剂喷头2上的喷头孔口3呈雾状喷出，在管道内壁实现一级缓蚀剂涂膜。
管道横截面与第三密封皮碗支架14间的过盈量为0，减少了第三密封皮碗支架14与管道内壁1的摩擦力，并可实现缓蚀剂雾化量与清管器前后压差间自适应调节。
图3为缓蚀剂涂膜圆形刷旋转二级涂膜的示意图。考虑到清管器在管道内运行可能导致缓蚀剂喷头2发生偏转，从而使缓蚀剂雾化轨迹发生变化，易产生管道内壁上部无法被缓蚀剂全面覆盖的情况，为了解决这一问题，通过高压天然气带动第一缓蚀剂涂膜圆形刷22、第二缓蚀剂涂膜圆形刷23转动，携带缓释剂溶液26从管道底部运动至管道顶部，覆盖整个管道内壁1。
由于管道内部分雾化的缓蚀剂溶液沉积在管道底部，且第一密封皮碗支架7、第二密封皮碗支架13、第三密封皮碗支架14在管道内运动存在磨损，为管道底部缓蚀剂溶液向清管器后端运动提供缝隙通道，因此，随着清管器的向前运动，会伴随着管道底部缓蚀剂溶液向清管器后端运动，并在第一缓蚀剂涂膜圆形刷22、第二缓蚀剂涂膜圆形刷23间形成缓蚀剂溶液26。
图4为缓蚀剂涂膜圆形刷的结构示意图。高压天然气带动第一缓蚀剂涂膜圆形刷22内叶片222运动，使得缓蚀剂涂膜圆形刷头221运动，携带缓释剂溶液26从管道底部运动至管道顶部，实现缓蚀剂二级涂膜，叶片222厚度为1～2mm，第二缓蚀剂涂膜圆形刷23与第一缓蚀剂涂膜圆形刷22结构尺寸相同。
图5为收球筒内清除清管器前端固体杂质的示意图。当缓蚀剂涂膜清管器运动至收球筒30内，由现场操作人员使用遥控装置启动防爆电源19，由防爆控制器17调节电流大小并经防爆通电线路16传输至可膨胀单元15，在防爆条件下加热可膨胀单元15内氮气，随着可膨胀单元15体积逐渐增加并最终破裂，化学试剂储存腔体21内化学试剂流出并溶解清管器前端固体杂质28，溶解后的固体杂质28和液体杂质27通过排液阀门29排出后，操作人员打开收球筒30盲板取出缓蚀剂涂膜清管器。
以上所述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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高含硫湿气集输管线缓蚀剂涂膜清管器，其特征在于：包括管道内壁(1)、缓蚀剂喷头(2)、喷头孔口(3)、缓蚀剂输送管道(4)、缓蚀剂储存腔体(5)、缓蚀剂输送管道入口(6)、第一密封皮碗支架(7)、可移动活塞(8)、活塞前端(9)、活塞杆(10)、活塞底座(11)、第二密封皮碗支架(13)、第三密封皮碗支架(14)、可膨胀单元(15)、防爆通电线路(16)、防爆控制器(17)、第一支撑部件(18)、防爆电源(19)、第二支撑部件(20)、化学试剂储存腔体(21)、第一缓蚀剂涂膜圆形刷(22)、第二缓蚀剂涂膜圆形刷(23)、支撑骨架(24)、固定法兰(25)、缓蚀剂溶液(26)、液体杂质(27)、固体杂质(28)、排液阀门(29)、收球筒(30)、缓蚀剂涂膜圆形刷头(221)、叶片(222)；
固定法兰(25)与支撑骨架(24)连接，在支撑骨架(24)外侧连接有第一缓蚀剂涂膜圆形刷(22)和第二缓蚀剂涂膜圆形刷(23)，在第一缓蚀剂涂膜圆形刷(22)与第二缓蚀剂涂膜圆形刷(23)间为缓蚀剂溶液(26)，支撑骨架(24)与第三密封皮碗支架(14)相连，第三密封皮碗支架(14)连接活塞底座(11)，可移动活塞(8)位于缓蚀剂储存腔体(5)内，通过活塞杆(10)连接活塞底座(11)与活塞前端(9)，缓蚀剂储存腔体(5)与缓蚀剂输送管道(4)相连，缓蚀剂输送管道(4)包含缓蚀剂输送管道入口(6)、缓蚀剂喷头(2)、喷头孔口(3)，缓蚀剂储存腔体(5)与化学试剂储存腔体(21)连接，化学试剂储存腔体(21)内防爆电源(19)与第二支撑部件(20)相连，防爆控制器(17)与第一支撑部件(18)相连，由防爆通电线路(16)依次连接防爆电源(19)、防爆控制器(17)、可膨胀单元(15)，第二密封皮碗支架(13)与第一密封皮碗支架(7)支撑并固定缓蚀剂储存腔体(5)与化学试剂储存腔体(21)，第一密封皮碗支架(7)、第二密封皮碗支架(13)、第三密封皮碗支架(14)与管道内壁(1)紧密贴合，第一密封皮碗支架(7)前端为液体杂质(27)与固体杂质(28)，天然气沿管道轴向流动。
2.根据权利要求1所述的高含硫湿气集输管线缓蚀剂涂膜清管器，其特征在于：支撑骨架(24)采用Q345钢制成，适用天然气压力0.5MPa～12MPa，适用天然气温度-5℃～50℃。
3.根据权利要求1所述的高含硫湿气集输管线缓蚀剂涂膜清管器，其特征在于：第一密封皮碗支架(7)、第二密封皮碗支架(13)、第三密封皮碗支架(14)中的皮碗采用聚氨酯材料制成。
4.根据权利要求1所述的高含硫湿气集输管线缓蚀剂涂膜清管器，其特征在于：防爆电源(19)内电池容量为25700mHA、输出电压为12V。
5.根据权利要求1所述的高含硫湿气集输管线缓蚀剂涂膜清管器，其特征在于：叶片(222)厚度为1～2mm。
6.根据权利要求1所述的高含硫湿气集输管线缓蚀剂涂膜清管器，其特征在于：清管器采用的缓蚀剂涂膜和固体杂质清除方法：
a、缓蚀剂雾化一级喷涂：缓蚀剂涂膜清管器随着天然气流动方向在管内运动，清管器前后压差为可移动活塞(8)在缓蚀剂储存腔体(5)内运动提供动力，可移动活塞(8)推动缓蚀剂溶液进入缓蚀剂输送管道(4)，通过缓蚀剂喷头(2)上的喷头孔口(3)呈雾状喷出，在管道内壁(1)上形成缓蚀剂保护膜；
b、圆形刷旋转二级涂膜：部分雾状缓蚀剂由于重力作用在管道底部沉积形成缓蚀剂溶液(26)，高压天然气通过第一缓蚀剂涂膜圆形刷(22)、第二缓蚀剂涂膜圆形刷(23)内叶片，叶片旋转带动涂膜圆形刷旋转，使得管道底部缓蚀剂溶液(26)均匀分布在管道内壁(1)上，形成缓蚀剂保护膜；
c、清管器前端固体杂质清除：当清管器运行至收球筒(30)时，可膨胀单元(15)发生膨胀形变直至破裂，化学试剂储存腔体(21)内化学试剂流出，溶解清管器前端固体杂质(28)，溶解后的液相经排液阀门(29)排出，保证清管收球安全平稳。
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