CN113375061A

CN113375061A - 药剂注入计量装置

Info

Publication number: CN113375061A
Application number: CN202110934610.9A
Authority: CN
Inventors: 潘艳芝; 文鹏荣; 李丰清; 陈小平
Original assignee: Haimo Technology Group Co ltd; Heimer Xinchen Underwater Technology Shanghai Co ltd
Current assignee: Haimo Technology Group Co ltd; Heimer Xinchen Underwater Technology Shanghai Co ltd
Priority date: 2021-08-16
Filing date: 2021-08-16
Publication date: 2021-09-10
Anticipated expiration: 2041-08-16
Also published as: CN113375061B

Abstract

本发明公开了一种流量可调的水下作业药剂注入计量装置，包括壳体，以及在该壳体内依次设置的连接部、调节部、测压部和电控部；连接部设有药剂入口和药剂出口；调节部包括控制阀，控制阀设有调节入口和调节出口，调节入口与药剂入口接通，调节出口与药剂出口接通；控制阀上游的药剂通过进口测压通道引至测压部，控制阀下游的药剂通过出口测压通道引至测压部；测压部的信号线连接至电控部。采用本发明的显著效果是：与水下机器人配合，在深水环境下辅助药剂注入管路，避免潜水员深水作业的风险；受钻井平台指示，能以可控的方式调节药剂注入速率、流量，防止水下管道结垢、堵塞等危险情况，保证流动安全；同时节约化学药剂注入量，节省成本。

Description

药剂注入计量装置

技术领域

本发明涉及一种石油工程用设备，具体涉及一种石油工程油气管线保障设备。

背景技术

油气的井口或输油管的工况恶劣，内部输送的油气成分复杂，会腐蚀油管，或造成油管内壁堆蜡；且由于油管布局有高有低，低处可能会被沉淀物堵塞。为保障输油管道的正常工作以及使用寿命，提高生产效率，需定期将含腐蚀抑制材料、泡沫抑制材料、防蜡材料和/或防冻剂的化学药剂在一段时间内以一种可控形式注入管道内。但海水深度可达数千米，水下情况复杂，在水深大于百米时，就几乎无法通过潜水员操作。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的首先是提供了一种流量可调的水下作业药剂注入计量装置，包括壳体，以及在该壳体内依次设置的连接部、调节部、测压部和电控部；

在所述连接部上设有药剂入口和药剂出口；

所述调节部包括控制阀，该控制阀设有调节入口和调节出口，所述调节入口与所述药剂入口接通，所述调节出口与所述药剂出口接通；

所述控制阀上游的药剂通过进口测压通道引至所述测压部，所述控制阀下游的药剂通过出口测压通道引至所述测压部；

所述测压部的信号线连接至所述电控部。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：与水下机器人配合，在深水环境下辅助药剂注入管路，避免潜水员深水作业的风险；受钻井平台指示，能以可控的方式调节药剂注入速率、流量，防止水下管道结垢、堵塞等危险情况，保证流动安全；同时节约化学药剂注入量，节省成本。

附图说明

图1为本发明的外观结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为图2的A-A`剖视图；

图4为图3中控制阀301部分的结构示意图；

图5为图1的左视图；

图6为图5的B-B`剖视图；

图7为图6中控制阀301部分的结构示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

如图1-7所示，一种药剂注入计量装置，包括壳体100，以及在该壳体100内依次设置的连接部200、调节部300、测压部400、电控部500和ROV操控把手；

在所述连接部200上设有药剂入口201和药剂出口202；

所述调节部300包括控制阀301和固定孔板302，该固定孔板302位于所述控制阀301上游；所述控制阀301设有调节入口和调节出口，所述药剂入口201通过所述固定孔板302上的孔道与调节入口接通，所述调节出口与所述药剂出口202接通；

所述固定孔板302上游的药剂通过进口测压通道901引至所述测压部400，所述固定孔板302和所述控制阀301之间的药剂通过中间测压通道903引至所述测压部400，所述控制阀301下游的药剂通过出口测压通道902引至所述测压部400；

所述测压部400的信号线连接至所述电控部500。

具体的：

所述壳体100呈圆筒状，所述连接部200包括连接座203，该连接座203固定嵌设于所述壳体100的一端，在该连接座203上固定插设有两个插头，两个所述插头朝向所述壳体100外端；

在两个所述插头上沿所述壳体100的轴向分别贯穿有对接孔，从而分别形成所述药剂入口201和药剂出口202。

在所述连接座203和所述控制阀301之间的所述壳体100内固定嵌设有孔板座303，该孔板座303与所述连接座203抵紧，在该孔板座303上轴向贯穿有固定调节孔303a，在该固定调节孔303a内固定有所述固定孔板302；

所述固定孔板302上游的所述固定调节孔303a通过所述进口测压通道901引至所述测压部400，所述固定孔板302下游的所述固定调节孔303a通过所述中间测压通道903引至所述测压部400；

在所述连接座203上贯穿有第一药剂流入通道203a，该第一药剂流入通道203a的一端与所述药剂入口201接通，该第一药剂流入通道203a的另一端与所述固定调节孔303a的上游端接通。

所述控制阀301包括阀座11和阀芯12，其中所述阀座11固定嵌设在所述壳体100内，所述阀座11与所述孔板座303抵靠，在阀座11上沿所述壳体100的轴向设有调节圆孔11a，所述阀芯12呈圆柱状，所述阀芯12轴向嵌设于所述调节圆孔11a内；

在所述阀芯12的外圆周面上绕其轴线螺旋开设有流道槽12a，所述流道槽12a的横截面为矩形，所述流道槽12a的一端开口于所述阀芯12的一个端面，所述流道槽12a的开口端朝向所述孔板座303，所述流道槽12a的另一端封闭，所述流道槽12a的槽宽处处相等，所述流道槽12a的深度从其封闭端向其开口端逐渐增大，所述流道槽12a的最大截面积大于等于所述固定孔板302的内孔截面积，所述流道槽12a的最小截面积小于所述固定孔板302的内孔截面积；

在所述阀座11上设有所述调节入口和调节出口，所述调节圆孔11a朝向孔板座303的一端延伸出所述阀座11，所述调节圆孔11a的伸出端形成所述调节入口，所述调节入口与所述固定调节孔303a的下游端接通；

在所述调节圆孔11a的内壁绕其孔心线设有环形中转槽11c，所述环形中转槽11c远离所述调节入口，所述调节出口位于所述环形中转槽11c的槽底并与所述调节圆孔11a的孔壁接通，所述环形中转槽11c的槽宽大于所述流道槽12a螺纹线的1倍螺距，所述环形中转槽11c的宽度小于所述流道槽12a螺纹线的2倍螺距。

在所述阀座11上设有第一药剂流出通道11e，在所述孔板座303上贯穿有第二药剂流出通道303b，在所述连接座203上贯穿有第三药剂流出通道203b，所述第一药剂流出通道11e的上游端与所述调节出口接通，所述第三药剂流出通道203b的下游端与所述药剂出口202接通，所述第二药剂流出通道303b的上游端与所述第一药剂流出通道11e的下游端接通，所述第二药剂流出通道303b的下游端与所述第三药剂流出通道203b的上游端接通；

所述第一药剂流出通道11e通过所述出口测压通道902连接至所述测压部400；

所述阀芯12的外壁与所述调节圆孔11a的孔壁贴合并轴向滑动配合；所述调节出口的截面积大于等于所述流道槽12a的最大截面积，药剂流过调节出口后向药剂出口202流出过程中，所经过的所有流道的截面积均大于等于调节出口的截面积。

以上所说的截面积均为垂直于药剂流动方向的通道的截面积。

所述阀芯12连接有轴向开关组件2，该轴向开关组件2推动所述阀芯12轴向移动，以调节所述流道槽12a和所述调节出口的接通位置。

所述轴向开关组件2包括电机21、丝杆22、导杆23、电机防护座24和电机隔离座25；

所述电机隔离座25固定嵌设于所述壳体100内，所述电机隔离座25位于所述阀座11和所述测压部400之间，所述电机隔离座25与所述阀座11抵紧，所述电机21安装在所述电机隔离座25背向所述阀座11的一侧，所述电机21的输出轴穿过所述电机隔离座25并伸入所述调节圆孔11a内，所述电机21的输出轴与电机隔离座25之间密封配合；

所述电机防护座24固定嵌设于所述测压部400和电机隔离座25之间的所述壳体100内，在所述电机防护座24上设有电机容置腔，所述电机21选用伺服电机，以期望更为精准的控制转动量，所述电机21位于所述电机容置腔内，所述电机防护座24与所述电机隔离座25抵紧；

所述丝杆22轴向穿设在阀芯12内并与其螺纹配合，所述丝杆22与所述电机21的输出轴同轴传动连接，所述导杆23轴向活动穿设在所述阀芯12内，所述导杆23的两端分别插设在所述孔板座303和所述电机隔离座25上。

所述测压部400包括测压座401，该测压座401固定嵌设于所述壳体100内，所述测压座401与所述电机防护座24抵紧，在所述测压座401内设有压力传感器组件402；

所述进口测压通道901依次穿过所述孔板座303、阀座11、电机隔离座25、电机防护座24、测压座401，并与所述压力传感器组件402的第一个压力测量端连接；

所述中间测压通道903依次穿过所述孔板座303、阀座11、电机隔离座25、电机防护座24、测压座401，并与所述压力传感器组件402的第二个压力测量端连接；

所述出口测压通道902依次穿过所述阀座11、电机隔离座25、电机防护座24、测压座401，并与所述压力传感器组件402的第三个压力测量端连接；

所述电控部500包括电控座501，该电控座501固定嵌设于所述壳体100内，该电控座501与所述测压座401抵紧，在所述电控座501上设有电路模块502，所述压力传感器组件402的信号传输端与所述电路模块502连接；当进行水下作业时，所述电路模块502信号输出选用有线连接的方式上传至位于海面的钻井平台。

所述ROV操控把手的结构以及使用方式为公知技术，在此不做赘述，其与所述电控座501固定连接。

所述连接座203、孔板座303、阀座11、电机隔离座25、电机防护座24、测压座401以及电控座501相互抵靠，为避免药剂外泄，在各自的贴合抵靠面上围绕相应孔道分别设有密封结构，所述密封结构一般选用端面密封结构或/和轴向密封结构，橡胶密封圈可以作为一种具体的密封形式。

在两个所述插头处还与其并排设有电插头，在所述电插头和所述电路模块502之间还设有过线孔，该过线孔依次贯穿所述连接座203、孔板座303、阀座11、电机隔离座25、电机防护座24、测压座401和电控座501。

使用时，药剂进入药剂入口201，经过固定孔板302后压力降低，对药剂的流速、压力进行粗调节；再经过流道槽12a进行二次调节，控制流量，最终经药剂出口202流出并注入管道。

通过测量所述进口测压通道901和中间测压通道903引出流体的压力，能得到流经所述固定孔板302前后流体的第一压差；通过测量所述中间测压通道903和出口测压通道902引出流体的压力，能得到流经所述流道槽12a前后流体的第二压差。当由药剂入口201注入流体的流量较大时，调节所述流道槽12a至最大开度（最大截面积），采用固定孔板及相应的第一压差来测算流量；而由药剂入口201注入流体的流量较小时，可调节所述流道槽12a的开度，采用所述流道槽12a相应位置的截面积及相应的第二压差来测算流量；从而拓宽了整个计量装置的量程，使其能在大流量范围和小流量范围间被选择使用。

所述流道槽12a的截面积关系到流量控制范围，需按照以下步骤加工：

步骤一、确定控制阀301的流量控制范围Q _m和工作压降范围ΔP，分别为：

Q _min≤Q _m≤Q _max；

其中：

Q _min为经过所述流道槽12a后，从所述调节出口流出的药剂的最小质量流量；

Q _max为经过所述流道槽12a后，从所述调节出口流出的药剂的最大质量流量；

ΔP=P _high-P _low；

ΔP _min≤ΔP≤ΔP _max；

其中：

P _high为药剂进入所述流道槽12a前的压力，即经所述中间测压通道903引出的药剂的压力；

P _low为药剂流经所述流道槽12a后的压力，即经所述出口测压通道902引出的药剂的压力；

ΔP _min为药剂流经所述流道槽12a前后的最小压力差；

ΔP _max为药剂流经所述流道槽12a前后的最大压力差；

流量控制范围Q _m和工作压降范围ΔP均是按照设计要求直接给定的；

步骤二、按照以下公式计算确定所述流道槽12a的加工深度h和槽宽w：

公式①：

；

公式②：2w=h _max；

其中：

C为流出系数，无量纲，采用赋值法给定；

ρ为注入药剂的密度；

D为所述调节圆孔11a的孔径；

β=h/D；

首先，将最大质量流量Q _max和最小压力差ΔP _min带入以上公式①，有：

；

联合公式②计算得到所述流道槽12a的最大加工深度h _max和槽宽w；

再将最小质量流量Q _min和最大压力差ΔP _max带入以上公式①，有：

；

计算得到所述流道槽12a的最小加工深度h _min；

步骤三、设定所述流道槽12a的螺纹线的螺距为d，d=h _max-h _min，采用数控铣床对所述流道槽12a进行铣加工。

一种具体的实施方式中，流道槽12a的尺寸计算如下：

控制阀301的设计流量控制范围Q _v（体积流量）为0.5L/h至90L/h；工作压降范围ΔP为1MPa至10MPa；注入药剂为甲醇，其密度ρ=791.8kg/m³；设定流出系数C为0.3；调节圆孔11a的孔径D为40mm；Q _m=Q _v*ρ；

则有：

Q _min=0.5L/h*791.8kg/m³；

Q _max=90L/h*791.8kg/m³；

ΔP _min=1MPa；

ΔP _max=10MPa；

将Q _max和ΔP _min带入以上公式①，计算得到h _max 和w，再将Q _min和ΔP _max带入以上公式①, 计算得到h _min。

Claims

1.一种药剂注入计量装置，其特征在于：包括壳体（100），以及在该壳体（100）内依次设置的连接部（200）、调节部（300）、测压部（400）和电控部（500）；

在所述连接部（200）上设有药剂入口（201）和药剂出口（202）；

所述调节部（300）包括控制阀（301），该控制阀（301）设有调节入口和调节出口，所述调节入口与所述药剂入口（201）接通，所述调节出口与所述药剂出口（202）接通；

所述控制阀（301）上游的药剂通过进口测压通道（901）引至所述测压部（400），所述控制阀（301）下游的药剂通过出口测压通道（902）引至所述测压部（400）；

所述测压部（400）的信号线连接至所述电控部（500）。

2.根据权利要求1所述的药剂注入计量装置，其特征在于：所述调节部（300）还包括固定孔板（302），该固定孔板（302）位于所述控制阀（301）上游，所述药剂入口（201）通过所述固定孔板（302）上的孔道与调节入口接通，所述固定孔板（302）上游的药剂通过所述进口测压通道（901）引至所述测压部（400）。

3.根据权利要求2所述的药剂注入计量装置，其特征在于：所述固定孔板（302）和所述控制阀（301）之间的药剂通过中间测压通道（903）引至所述测压部（400）。

4.根据权利要求3所述的药剂注入计量装置，其特征在于：所述壳体（100）呈圆筒状，所述连接部（200）包括连接座（203），该连接座（203）固定嵌设于所述壳体（100）的一端，在该连接座（203）上固定插设有两个插头，两个所述插头朝向所述壳体（100）外端；

在两个所述插头上沿所述壳体（100）的轴向分别贯穿有对接孔，从而分别形成所述药剂入口（201）和药剂出口（202）。

5.根据权利要求4所述的药剂注入计量装置，其特征在于：在所述连接座（203）和所述控制阀（301）之间的所述壳体（100）内固定嵌设有孔板座（303），该孔板座（303）与所述连接座（203）抵紧，在该孔板座（303）上轴向贯穿有固定调节孔（303a），在该固定调节孔（303a）内固定有所述固定孔板（302）；

所述固定孔板（302）上游的所述固定调节孔（303a）通过所述进口测压通道（901）引至所述测压部（400），所述固定孔板（302）下游的所述固定调节孔（303a）通过所述中间测压通道（903）引至所述测压部（400）；

在所述连接座（203）上贯穿有第一药剂流入通道（203a），该第一药剂流入通道（203a）的一端与所述药剂入口（201）接通，该第一药剂流入通道（203a）的另一端与所述固定调节孔（303a）的上游端接通。

6.根据权利要求5所述的药剂注入计量装置，其特征在于：所述控制阀（301）包括阀座（11）和阀芯（12），其中所述阀座（11）固定嵌设在所述壳体（100）内，所述阀座（11）与所述孔板座（303）抵靠，在阀座（11）上沿所述壳体（100）的轴向设有调节圆孔（11a），所述阀芯（12）呈圆柱状，所述阀芯（12）轴向嵌设于所述调节圆孔（11a）内；

在所述阀芯（12）的外圆周面上绕其轴线螺旋开设有流道槽（12a），所述流道槽（12a）的一端开口于所述阀芯（12）的一个端面，所述流道槽（12a）的开口端朝向所述孔板座（303），所述流道槽（12a）的另一端封闭；

在所述阀座（11）上设有所述调节入口和调节出口，所述调节圆孔（11a）朝向孔板座（303）的一端延伸出所述阀座（11），所述调节圆孔（11a）的伸出端形成所述调节入口，所述调节入口与所述固定调节孔（303a）的下游端接通；

所述调节出口位于所述调节圆孔（11a）的孔壁并与其接通，所述调节出口远离所述调节入口；

在所述阀座（11）上设有第一药剂流出通道（11e），在所述孔板座（303）上贯穿有第二药剂流出通道（303b），在所述连接座（203）上贯穿有第三药剂流出通道（203b），所述第一药剂流出通道（11e）的上游端与所述调节出口接通，所述第三药剂流出通道（203b）的下游端与所述药剂出口（202）接通，所述第二药剂流出通道（303b）将所述第一药剂流出通道（11e）和所述第三药剂流出通道（203b）接通；

所述第一药剂流出通道（11e）通过所述出口测压通道（902）连接至所述测压部（400）；

所述阀芯（12）的外壁与所述调节圆孔（11a）的孔壁贴合并轴向滑动配合；所述调节出口的截面积大于等于所述流道槽（12a）的最大截面积；

所述阀芯（12）连接有轴向开关组件（2），该轴向开关组件（2）推动所述阀芯（12）轴向移动，以调节所述流道槽（12a）和所述调节出口的接通位置。

7.根据权利要求6所述的药剂注入计量装置，其特征在于：所述流道槽（12a）的槽宽处处相等，所述流道槽（12a）的深度从其封闭端向其开口端逐渐增大；

在所述调节圆孔（11a）的内壁绕其孔心线设有环形中转槽（11c），所述调节出口位于所述环形中转槽（11c）的槽底。

8.根据权利要求6或7所述的药剂注入计量装置，其特征在于：所述轴向开关组件（2）包括电机（21）、丝杆（22）、导杆（23）和电机隔离座（25）；

所述电机隔离座（25）固定嵌设于所述壳体（100）内，所述电机隔离座（25）位于所述阀座（11）和所述测压部（400）之间，所述电机隔离座（25）与所述阀座（11）抵紧，所述电机（21）安装在所述电机隔离座（25）背向所述阀座（11）的一侧，所述电机（21）的输出轴穿过所述电机隔离座（25）并伸入所述调节圆孔（11a）内，所述电机（21）的输出轴与电机隔离座（25）之间密封配合；

所述丝杆（22）轴向穿设在阀芯（12）内并与其螺纹配合，所述丝杆（22）与所述电机（21）的输出轴同轴传动连接，所述导杆（23）轴向活动穿设在所述阀芯（12）内，所述导杆（23）的两端分别插设在所述孔板座（303）和所述电机隔离座（25）上。

9.根据权利要求8所述的药剂注入计量装置，其特征在于：所述测压部（400）包括测压座（401），该测压座（401）固定嵌设于所述壳体（100）内，在所述测压座（401）和电机隔离座（25）之间的壳体（100）内还固定嵌设有电机防护座（24），该电机防护座（24）上设有电机容置腔，所述电机（21）位于所述电机容置腔内，所述电机防护座（24）与所述电机隔离座（25）抵紧，所述测压座（401）与所述电机防护座（24）抵紧；

在所述测压座（401）内设有压力传感器组件（402）；

所述进口测压通道（901）和所述中间测压通道（903）依次穿过所述孔板座（303）、阀座（11）、电机隔离座（25）、电机防护座（24）、测压座（401），并与所述压力传感器组件（402）的压力测量端连接；

所述出口测压通道（902）依次穿过所述阀座（11）、电机隔离座（25）、电机防护座（24）、测压座（401），并与所述压力传感器组件（402）的压力测量端连接。

10.根据权利要求9所述的药剂注入计量装置，其特征在于：所述电控部（500）包括电控座（501），该电控座（501）固定嵌设于所述壳体（100）内，该电控座（501）与所述测压座（401）抵紧，在所述电控座（501）上设有电路模块（502），所述压力传感器组件（402）的信号传输端与所述电路模块（502）连接。