CN112128180A - 输油管路低点自动排污结构 - Google Patents

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邵京
王彦奎
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Abstract

本发明提供一种输油管路低点自动排污结构，包括带有倾斜角度的连通管道的倾斜管道，和设置在倾斜管道最低点的内圆周壁面处的导流装置，导流装置包括沿倾斜管道长度方向分布的凹型导流结构或凸型导流结构，凹型导流结构为由倾斜管道的内壁面内凹以形成旋流场的内螺旋凹槽；述凸型导流结构为固定在倾斜管道的内壁面以形成旋流场的内螺旋导流板；固定导流片，分别安装在倾斜管道的两端，包括固定轴，及分别对称安装在固定轴外圆周表面的螺旋形叶片。本发明能够不依赖任何动力设备或人工干涉自动进行排污处理，可以将聚结的液相或固相污染物自动排净，避免因污染物长期积累造成管道有效截面积减小而影响输运管路系统的压降和输运性能。

Description

输油管路低点自动排污结构
技术领域
本发明涉及油气输送领域，特别涉及一种自动将输油管路沉降段中的沉积污染物排出的自动排污结构。
背景技术
在油气资源输运领域，管道输运是必不可少的技术途径，采用铺设在地下的输运管路及配套的泵等输运系统，对原油、航空煤油等成品油进行不同距离的输送。
由于原油或成品油中含有水相和固相污染物，长距离输送中由于重力作用会产生析出和聚结，因此，长输管道铺设中，国家标准SH/T 3012-2011《石油化工金属管道布置设计规范》中规定管道布置宜做到“步步高”或“步步低”，减少“气袋”和“液袋”，同时在管网的高点设置排气系统、低点设置排污系统来处理相应的“气袋”和“液袋”。
目前，原油和航空煤油等埋地长输管，依据工业设计标准，均设置一定的坡度，在管路的低点处设置排污系统，均采用外设泵组定期抽吸的方法，将低点聚集的游离水和固相污染物排出。但是，采用定期抽吸的方法，需停止运行输运管路，影响了输运系统的正常运行，同时增加了额外的投入和能源消耗。另一方面，输运管道穿越河流湖泊等特殊环境，不能够按照设计标准设置相应的低点排污系统，给输运系统的维护带来较大的问题。
例如，航空煤油埋地管路施工中，管路的低点处增设低点排污井，井内安装阀门和垂直的排污管道，管道的底端延伸至埋地管道低点的底部，采用移动罐车定期抽吸的方式，将聚结的游离水和固相污染物抽出排净。针对上述的输油管路低点污染物排净方式，由于成品油具有易燃易爆的特性，存在一定的安全隐患，且排污过程中需停止输运管路的运转，影响输运的效率，同时存在固相污染物无法排净的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种自动将输油管路沉降段中的沉积污染物排出的自动排污结构。
特别地，本发明提供一种输油管路低点自动排污结构，包括：
倾斜管道，为带有倾斜角度的连通管道，用于连接在输油管路输送路线的低凹处；
导流装置，设置在所述倾斜管道最低点的内圆周壁面处，包括沿所述倾斜管道长度方向分布的凹型导流结构或凸型导流结构，所述凹型导流结构为由所述倾斜管道的内壁面内凹以形成旋流场的内螺旋凹槽；所述凸型导流结构为固定在所述倾斜管道的内壁面以形成旋流场的内螺旋导流板；
固定导流片，分别安装在倾斜管道的两端，包括与倾斜管道的轴心线平行的固定轴，及分别对称安装在固定轴外圆周表面的螺旋形叶片。
本发明能够不依赖任何动力设备或人工干涉自动进行排污处理，可以将聚结的液相或固相污染物自动排净，避免因污染物长期积累造成管道有效截面积减小而影响输运管路系统的压降和输运性能，且提供的自动排污结构具有压降小、维护方便、能耗低等优势。
附图说明
图1是本发明一个实施方式的输油管路低点自动排污结构的内螺旋凹槽结构示意图；
图2是图1的径向剖视图；
图3是本发明一个实施方式的输油管路低点自动排污结构的内螺旋导流板结构示意图；
图4是图3的径向剖视图。
具体实施方式
如图1-4所示，本发明一个实施方式提供一种输油管路低点自动排污结构，其一般包括用于连接在输油管路的输送路线的低凹处的倾斜管道2，和设置在倾斜管道2最低点处内圆周壁面上的导流装置。
倾斜管道2作为一个独立的连接管，其本身的管道材质、内径等参数可完全与输油管路采用的输油管一致，其本身的倾斜角度也与当前输油管路的走向及安装位置处的倾斜角度对应，即其本身可以是一个与低点处(沉积点)形状对应的弧形弯曲结构。
固定导流片4分别安装在倾斜管道的两端，包括与倾斜管道的轴心线平行的固定轴，及分别对称安装在固定轴外圆周表面的螺旋形叶片。具体的螺旋形叶片的数量可为3～6个，整个固定导流片4可通过螺纹形叶片的外边缘与倾斜管道的内表面固定。固定导流片4可增强形成旋流场的强度，提升输运油相与污染物间的动量交换，进而达到排净沉积污染物的目标。
导流装置在倾斜管道2的内部沿其长度方向设置，一般包括两种导流结构：凹型导流结构3或凸型导流结构8，具体采用那种导流结构需要根据输送油品的密度差和流速进行选择，其中凹型导流结构3适用于沉积的污染物1与输运油品的密度差低且流速低的输油管路中，而凸型导流结构8适用于沉积的污染物1与输运油品的密度差大且流速快的输油管路中。
具体的凹型导流结构3为由倾斜管道2的内壁面内凹形成的内螺旋凹槽7，内螺旋凹槽7在倾斜管道2的内圆周上采用双螺旋或四螺旋的对称旋转布置方式；而凸型导流结构8为固定在倾斜管道2的内壁面且向中心轴心线方向凸出的内螺旋导流板9，同样的，内螺旋导流板9可以在倾斜管道2的内圆周上采用双螺旋或四螺旋的对称旋转布置方式。
在使用时，将倾斜管道2整体连接在输油管路的低点处位置，输油管路2内部输送的油品在一定的流速下进入导流装置，在导流装置处形成一个旋流场，将此处沉积的污染物1卷起随油品一同输送至后续管路中排出，完成污染物1在沉积处的自动排放处理。
本实施方式能够不依赖任何动力设备或人工干涉自动进行排污处理，可以将聚结的液相或固相污染物自动排净，避免因污染物长期积累造成管道有效截面积减小而影响输运管路系统的压降和输运性能，且提供的自动排污结构具有压降小、维护方便、能耗低等优势。
倾斜管道2的整体可以是弧形结构，且弧形的顶端位于地形的最低点处，在采用内螺旋凹槽7结构时，需要考虑倾斜管道2的壁厚，至少需要满足容纳凹槽深度的厚度。此外，内螺旋凹槽7和内螺旋导流板9都为连续不间断结构。
在本发明的一个实施方式中，导流装置的内螺旋凹槽7和内螺旋导流板9的截面都为矩形。
倾斜管道2采用内螺旋凹槽7结构时，需要其输送油品与污染物的密度差Δρ＜120kg/m3，且流速v＞1.6m/s；当倾斜管道2采用内螺旋导流板9时，需要其输送油品与污染物的密度差Δρ≥120kg/m3，且流速v≤1.6m/s。在该设定范围内，内螺旋凹槽7和内螺旋导流板9能够正常发挥各自的旋流场效果，避免污染物留存。
实际工作中，倾斜管道2中导流装置的长度L、螺旋角度α、凹槽和导流板的高度h、宽度w等结构参数，与输油管路的内径D、流速v、沉积污染物与输运油相的密度差△ρ、体积含率ε等参数密切相关。
其中，导流装置的长度L依据输油管道的内径D和低点沉积污染物的体积含率ε计算得到：
L＝100×ε×D,L≥5D
其中，输油管路内径D越大、污染物体积含率ε越高，导流装置的长度L越大。
导流装置的螺旋角度α根据低点污染物携带排净需要的旋流场强度ω，由输油管路的流速v、沉积污染物与输运油品的密度差△ρ计算得到，如下式：
Figure BDA0002722362540000041
α≥30°
其中，所需旋流场强度越大，导流装置的螺旋角度α越大。固定导流片的螺旋角度β与螺旋型导流装置的角度α相同。
内螺旋凹槽7和内螺旋导流板9的高度h和宽度w根据低点污染物1携带排净需要的旋流场强度ω，由输油管路的内径D、倾斜管道2的壁厚等规格计算选定，其中，输油管路内径D越大、所需旋流场强度ω越大，则内螺旋凹槽7和内螺旋导流板9的高度h和宽度w越大，计算方式如下：
内螺旋凹槽：h＝10～20mm,
Figure BDA0002722362540000042
内螺旋导流板：
Figure BDA0002722362540000043
w＝5～10mm。
以下以具体数据说明导流装置的类型及相关参数选择。
实施例一：
对于DN350规格航空煤油埋地输运系统，输油管路内径D为350mm，污染物体积含率为0.05时，导流装置的长度为1750mm；
设计流速v为1.8m/s，低点沉积水与航油的密度差为220kg/m3，此时导流结构采用内螺旋凹槽，内螺旋凹槽的螺旋角度α和固定导流片的螺旋角度选为45°；
倾斜管道的壁厚为20mm时，若选用内螺旋凹槽，则高度取15mm、宽度w为35mm；若选用内螺旋导流板，则高度为70mm、宽度取5mm。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (9)

1.输油管路低点自动排污结构，其特征在于，包括：
倾斜管道，为带有倾斜角度的连通管道，用于连接在输油管路输送路线的低凹处；
导流装置，设置在所述倾斜管道最低点的内圆周壁面处，包括沿所述倾斜管道长度方向分布的凹型导流结构或凸型导流结构，所述凹型导流结构为由所述倾斜管道的内壁面内凹以形成旋流场的内螺旋凹槽；所述凸型导流结构为固定在所述倾斜管道的内壁面以形成旋流场的内螺旋导流板；
固定导流片，分别安装在倾斜管道的两端，包括与倾斜管道的轴心线平行的固定轴，及分别对称安装在固定轴外圆周表面的螺旋形叶片。
2.根据权利要求1所述的输油管路低点自动排污结构，其特征在于，
所述凹型导流结构或凸型导流结构为四螺旋结构。
3.根据权利要求1所述的输油管路低点自动排污结构，其特征在于，
所述内螺旋凹槽和所述内螺旋导流板的截面为矩形，且所述内螺旋凹槽和所述内螺旋导流板为连续不间断结构。
4.根据权利要求1所述的输油管路低点自动排污结构，其特征在于，
所述螺旋形叶片的数量为3～6个，且螺纹形叶片的外边缘与所述倾斜管道的内表面固定。
5.根据权利要求1-4任一所述的输油管路低点自动排污结构，其特征在于，
所述倾斜管道根据输送油品的密度差和流速大小选择设置所述凹型导流结构或凸型导流结构；
当密度差Δρ＜120kg/m3，且流速v＞1.6m/s时采用凹型导流结构；当密度差Δρ≥120kg/m3，且流速v≤1.6m/s，选用凸型导流装置。
6.根据权利要求1-4任一所述的输油管路低点自动排污结构，其特征在于，
所述导流装置的长度L通过下式确定：
L＝100×ε×D,L≥5D
其中，ε为低点处沉积污染物的体积含率，D为所述输油管路的内径。
7.根据权利要求1-4任一所述的输油管路低点自动排污结构，其特征在于，
所述导流装置的螺旋角度α通过下式确定：
Figure FDA0002722362530000021
其中，D为所述输油管路的内径，v为所述输油管路的流速、Δρ为低点处污染物与输运油品的密度差。
8.根据权利要求1-4任一所述的输油管路低点自动排污结构，其特征在于，
所述内螺旋凹槽的高度h和宽度w通过下式确定：
h＝10～20mm,
Figure FDA0002722362530000022
D为所述输油管路的内径，其中，低点处污染物携带排净需要的旋流场强度ω和内径D越大，内螺旋凹槽的高度h和宽度w越大。
9.根据权利要求1-4任一所述的输油管路低点自动排污结构，其特征在于，
所述内螺旋导流板的高度h和宽度w通过下式确定：
Figure FDA0002722362530000023
w＝5～10mm
D为所述输油管路的内径，其中，低点处污染物携带排净需要的旋流场强度ω和内径D越大，内螺旋导流板的高度h和宽度w越大。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113586830A (zh) * 2021-08-05 2021-11-02 中海油安全技术服务有限公司 一种具有导流结构的三通接头

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