CN114700331B - 一种天然气管道吸水射流清管器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种天然气管道吸水射流清管器，该装置包括清管装置、速度自适应射流装置和吸水装置；所述清管装置包括固定于清管器壳体外部的清洗刷、皮碗和导流盘，所述速度自适应射流装置包括旋转叶片、固定叶片和射流孔，所述吸水装置包括吸水管、吸水泵、积液箱和高吸水纤维，所述吸水管为天然气管道底部与清管器本体结构内部唯一积液流动通道；气体经清管器内部中间流体通道从射流孔喷出扰动清管器前端积液，在清洗刷清扫、导流盘导流、皮碗收集和运输作用下，积聚在皮碗前端的积液经吸水管进入积液箱被高吸水纤维吸收，本发明通过射流扰动并吸收天然气管道底部积液，避免清管作业过程中积液附着于清管器前端干燥管壁上，降低积液黏附层危害。

Description

一种天然气管道吸水射流清管器
技术领域
本发明涉及一种天然气管道吸水射流清管器，属于天然气管道积液清理的技术领域。
背景技术
天然气管道输送过程中由于地形起伏、温度压力以及工况条件复杂多变，天然气管道底部伴随着积液产生与积聚，积液的出现一方面会降低天然气管道输送效率，另一方面当天然气中含有H2S、CO2酸性气体时，酸性气体与积液易形成酸液加剧管材腐蚀，积液的存在还会加速水合物形成，造成天然气管道堵塞，甚至停输。射流清管器是一种在钢骨架中心开设旁通孔的一类清管器，在清管过程中，清管器后端气体通过旁通孔进入清管器前端，扰动清管器前端积液，降低清管器运行速度，提高清管作业效率，合理控制清管器速度和减小天然气管道底部积液量是保障安全清管操作以及提高管输效率的重要举措。
中国发明专利CN113441492A公开了一种旋转射流清管器，流体经过左喷流盘上带有旋向相反的弧形通道和柱形喷嘴喷出，扰动积聚在清管器前端的积液，并且射流产生的反作用力也会带动喷流盘转动，清管部分利用皮碗将清理的结垢进行收集和运输，容易发生卡堵以及降低清管效率。中国发明专利CN104646362B公开了多功能射流清管器，通过射流喷嘴形成高压水射流，强力冲击清洗管壁，利用刮削片进行物理清垢，利用位移传感器进行壁厚测量，以测试清垢效果，无损测探头进行管壁缺陷检测，涉及一种输油管道清管器。
综上所述，现有射流清管器均通过喷射作用扰动积聚在清管器前端的积液，积液在皮碗的推动作用下向前推进，在此过程中皮碗前端积液将会附着于清管器前端干燥管壁上，致使清管效率低、携带出液量少、液膜的腐蚀性与水合物生成危害依然存在，针对以上问题，目前亟需一种天然气管道吸水射流清管器，通过将积聚在皮碗前端、没有受到高速气流扰动的积液集聚到积液箱，避免清管作业过程中积液附着于清管器前端干燥管壁上，降低积液黏附层危害，保证清管作业安全高效开展。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提出一种天然气管道吸水射流清管器。
为了实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
本发明提供一种天然气管道吸水射流清管器，包括清管装置、速度自适应射流装置和吸水装置，其特征在于，所述速度自适应射流装置位于清管装置内部前端，用于控制清管器运行速度，所述吸水装置位于清管装置内部下端，用于吸收清管器本体结构底部积液；
所述清管装置包括支撑板、皮碗外围弹性耐腐蚀裙边、皮碗、隔离法兰、导流盘、压板法兰、壳体、清洗刷、螺母和螺栓，所述支撑板位于壳体内部并与固定在壳体外部的皮碗位置对应，用于支撑清管器本体结构，所述皮碗、隔离法兰和导流盘通过压板法兰固定连接在壳体外部后端，所述导流盘加设在皮碗前端，用于疏导清管器运行，防止清管器因机械因素造成天然气管道卡堵，所述皮碗下端连接皮碗外围弹性耐腐蚀裙边，用于补偿皮碗摩擦损伤，所述清洗刷通过螺栓、螺母固定连接在壳体外部前端；
所述速度自适应射流装置包括步进电机、T形阀门弹簧、T形阀门、旋转叶片、射流孔、固定叶片、限位机构、大齿轮、皮带、小齿轮和主轴，所述步进电机固定在T形阀门和主轴连接处，两端连接T形阀门弹簧，所述固定叶片位于清管器本体结构内部最前端，所述皮带连接小齿轮和大齿轮，所述小齿轮、大齿轮和旋转叶片依次固定连接在主轴上，所述限位机构设置在主轴前端，用于控制旋转叶片与固定叶片所形成的射流孔开度，射流孔的开度即旁通率；
所述吸水装置包括吸水管外围弹性耐腐蚀裙边、吸水管、积液箱弹簧、积液箱喷嘴、积液箱阀门、积液箱和吸水泵，所述吸水管下端连接吸水管外围弹性耐腐蚀裙边，用于增大吸水管与天然气管道接触面积、增大吸水量以及补偿吸水管摩擦损伤，上端连接位于积液箱左下角的吸水泵，吸水管为天然气管道底部与清管器本体结构内部唯一积液流动通道，所述积液箱喷嘴位于积液箱右上角，所述积液箱阀门和积液箱弹簧依次固定连接在积液箱右上端；
清管器运行过程中，气体经清管器内部中间流体通道从射流孔喷出扰动清管器前端积液，清洗刷对天然气管道进行清扫扰动，皮碗对天然气管道底部积液进行收集和运输，积聚在皮碗前端的积液在吸水泵的作用下经吸水管进入积液箱，被积液箱内部高吸水纤维吸收。清管器正常运行时，旁通气量保持一定，积液箱阀门受到积液箱弹簧预紧力与气体作用于积液箱阀门的驱动力相平衡，积液箱阀门处于关闭状态，当气体作用于积液箱阀门的驱动力大于积液箱阀门受到积液箱弹簧预紧力时，积液箱阀门处于打开状态，未被积液箱内部高吸水纤维吸收的积液从积液箱喷嘴喷出，积液在射流气体的携带下向前运行，避免天然气管道底部积液积聚，降低天然气管道腐蚀以及水合物生成与冰堵风险。清管器遇到阻碍时，清管器速度下降，T形阀门前后两端压差增大，在T形阀门弹簧的作用下，步进电机打开，小齿轮通过皮带带动大齿轮旋转，大齿轮带动旋转叶片旋转，旋转叶片与固定叶片之间形成不同旁通率，实现射流清管器速度自适应调节。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为图1中旋转叶片打开结构示意图；
图3为图1中旋转叶片关闭结构示意图。
图1中，1-吸水管外围弹性耐腐蚀裙边、2-吸水管、3-清管器内部中间流体通道、4-支撑板、5-皮碗外围弹性耐腐蚀裙边、6-皮碗、7-隔离法兰、8-导流盘、9-压板法兰、10-壳体、11-清洗刷、12-步进电机、13-T形阀门弹簧、14-T形阀门、15-旋转叶片、16-射流孔、17-固定叶片、18-限位机构、19-大齿轮、20-皮带、21-小齿轮、22-主轴、23-螺母、24-螺栓、25-积液箱弹簧、26-积液箱喷嘴、27-积液箱阀门、28-积液箱、29-高吸水纤维、30-吸水泵、31-天然气管道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明提供一种天然气管道吸水射流清管器，包括清管装置、速度自适应射流装置和吸水装置，其特征在于，所述速度自适应射流装置位于清管装置内部前端，用于控制清管器运行速度，所述吸水装置位于清管装置内部下端，用于吸收清管器本体结构底部积液；
所述清管装置包括支撑板(4)、皮碗外围弹性耐腐蚀裙边(5)、皮碗(6)、隔离法兰(7)、导流盘(8)、压板法兰(9)、壳体(10)、清洗刷(11)、螺母(23)和螺栓(24)，所述支撑板(4)位于壳体(10)内部并与固定在壳体(10)外部的皮碗(6)位置对应，用于支撑清管器本体结构，所述皮碗(6)、隔离法兰(7)和导流盘(8)通过压板法兰(9)固定连接在壳体(10)外部后端，所述导流盘(8)加设在皮碗(6)前端，用于疏导清管器运行，所述皮碗(6)下端安装有皮碗外围弹性耐腐蚀裙边(5)，用于补偿皮碗摩擦损伤，所述清洗刷(11)通过螺栓(24)、螺母(23)固定连接在壳体(10)外部前端；
所述速度自适应射流装置包括步进电机(12)、T形阀门弹簧(13)、T形阀门(14)、旋转叶片(15)、射流孔(16)、固定叶片(17)、限位机构(18)、大齿轮(19)、皮带(20)、小齿轮(21)和主轴(22)，所述步进电机(12)固定在T形阀门(14)和主轴(22)连接处，两端连接T形阀门弹簧(13)，所述固定叶片(17)位于清管器本体结构内部最前端，所述皮带(20)连接小齿轮(21)和大齿轮(19)，所述小齿轮(21)、大齿轮(19)和旋转叶片(15)依次固定连接在主轴(22)上，所述限位机构(18)设置在主轴(22)前端，用于控制旋转叶片(15)与固定叶片(17)所形成的射流孔(16)开度，射流孔(16)的开度即旁通率；
所述吸水装置包括吸水管外围弹性耐腐蚀裙边(1)、吸水管(2)、积液箱弹簧(25)、积液箱喷嘴(26)、积液箱阀门(27)、积液箱(28)和吸水泵(30)，所述吸水管(2)下端连接吸水管外围弹性耐腐蚀裙边(1)，用于增大吸水管(2)与天然气管道(31)接触面积、增大吸水量以及补偿吸水管(2)摩擦损伤，上端连接位于积液箱(28)左下角的吸水泵(30)，吸水管(2)为天然气管道(31)底部与清管器本体结构内部唯一积液流动通道，所述积液箱喷嘴(26)位于积液箱(28)右上角，所述积液箱阀门(27)和积液箱弹簧(25)依次固定连接在积液箱(28)右上端；
清管器运行过程中，气体经清管器内部中间流体通道(3)从射流孔(16)喷出扰动清管器前端积液，清洗刷(11)对天然气管道(31)进行清扫扰动，皮碗(6)对天然气管道(31)底部积液进行收集和运输，在射流气体的扰动下气体携液能力提高、清管器运行速度减小，清管器前后两端压差稳定。清管器遇到阻碍时，T形阀门(14)前后两端压差增大，在T形阀门弹簧(13)作用下，步进电机(12)打开，小齿轮(21)通过皮带(20)带动大齿轮(19)旋转，大齿轮(19)带动旋转叶片(15)旋转，旋转叶片(15)与固定叶片(17)之间形成不同旁通率，实现射流清管器速度自适应调节。对于积聚在皮碗(6)前端、没有受到高压射流气体扰动的积液在吸水泵(30)的作用下经吸水管(2)进入积液箱(28)，被积液箱(28)内部高吸水纤维(29)吸收，避免清管过程中部分积液附着于清管器前端干燥管壁上，降低积液黏附层引发的天然气管道(31)腐蚀以及水合物堵塞危害。
利用上述吸水射流清管器清管作业，包括以下3种基本工况：
1、清管器正常运行时，旁通率为50％，旁通气量保持一定，T形阀门(14)前后两端压力相平衡，大齿轮(19)、小齿轮(21)保持稳定，积液箱阀门(27)受到积液箱弹簧(25)的预紧力与气体作用于积液箱阀门(27)的驱动力相平衡，积液箱阀门(27)处于关闭状态，积聚在皮碗(6)前端的积液在吸水泵(30)的作用下经吸水管(2)进入积液箱(28)，被积液箱(28)内部高吸水纤维(29)吸收。
2、清管器遇到阻碍时，清管器速度下降，通过清管器内部中间流体通道(3)的气体流通量增加，清管器前后两端压差增大，T形阀门(14)后端压力大于前端压力，在T形阀门弹簧(13)的作用下，步进电机(12)打开，小齿轮(21)通过皮带(20)带动大齿轮(19)向逆时针旋转，主轴(22)上设置四个限位机构(18)，将T形阀门(14)前后两端压差分为四个压差区间，大齿轮(19)带动旋转叶片(15)逆时针旋转，大齿轮(19)由于限位机构(18)控制，旁通率依次为50％、26％、13％、0％，当旋转叶片(15)和固定叶片(17)交叉相连时，旁通率为0％，进一步增加清管器前后两端压差，清管器克服阻碍，向前运行，此时气体作用于积液箱阀门(27)的驱动力大于积液箱阀门(27)受到积液箱弹簧(25)预紧力，积液箱阀门(27)处于打开状态，未被积液箱(28)中的高吸水纤维(29)吸收的积液从积液箱喷嘴(26)喷出，积液在射流气体的携带下向前运行。
3、清管器解堵时，气体与清管器间的相对速度减小，通过清管器内部中间流体通道(3)的气体流通量减少，清管器前后两端压差减小，气体作用于积液箱阀门(27)的驱动力与积液箱阀门(27)受到积液箱弹簧(25)预紧力差值减小，积液箱阀门(27)由打开转化为关闭状态，T形阀门(14)前后两端压差减小，在T形阀门弹簧(13)的作用下，步进电机(12)打开，小齿轮(21)通过皮带(20)带动大齿轮(19)向顺时针旋转，大齿轮(19)带动旋转叶片(15)顺时针旋转，大齿轮(19)由于限位机构(18)控制，旁通率依次为0％、13％、26％、50％。当旋转叶片(15)和固定叶(17)片重合时，旁通率为50％，清管器恢复正常运行速度。通过上述的T形阀门弹簧(13)、T形阀门(14)、步进电机(12)、小齿轮(21)、皮带(20)、大齿轮(19)以及旋转叶片(15)的动作相应机制调节，使射流清管器在天然气管道(31)内具有速度自适应性，达到合理控制清管器速度，保障清管作业安全高效运行的目的。

Claims (5)

1.一种天然气管道吸水射流清管器，包括清管装置、速度自适应射流装置和吸水装置，其特征在于，所述速度自适应射流装置位于清管装置内部前端，用于控制清管器运行速度，所述吸水装置位于清管装置内部下端，用于吸收清管器本体结构底部积液；
所述清管装置包括支撑板(4)、皮碗外围弹性耐腐蚀裙边(5)、皮碗(6)、隔离法兰(7)、导流盘(8)、压板法兰(9)、壳体(10)、清洗刷(11)、螺母(23)和螺栓(24)，所述支撑板(4)位于壳体(10)内部并与固定在壳体(10)外部的皮碗(6)位置对应，用于支撑清管器本体结构，所述皮碗(6)、隔离法兰(7)和导流盘(8)通过压板法兰(9)固定连接在壳体(10)外部后端，所述导流盘(8)加设在皮碗(6)前端，用于疏导清管器运行，所述皮碗(6)下端安装有皮碗外围弹性耐腐蚀裙边(5)，用于补偿皮碗摩擦损伤，所述清洗刷(11)通过螺栓(24)、螺母(23)固定连接在壳体(10)外部前端；
所述速度自适应射流装置包括步进电机(12)、T形阀门弹簧(13)、T形阀门(14)、旋转叶片(15)、射流孔(16)、固定叶片(17)、限位机构(18)、大齿轮(19)、皮带(20)、小齿轮(21)和主轴(22)，所述步进电机(12)固定在T形阀门(14)和主轴(22)连接处，两端连接T形阀门弹簧(13)，所述固定叶片(17)位于清管器本体结构内部最前端，所述皮带(20)连接小齿轮(21)和大齿轮(19)，所述小齿轮(21)、大齿轮(19)和旋转叶片(15)依次固定连接在主轴(22)上，所述限位机构(18)设置在主轴(22)前端，用于控制旋转叶片(15)与固定叶片(17)所形成的射流孔(16)开度；
所述吸水装置包括吸水管外围弹性耐腐蚀裙边(1)、吸水管(2)、积液箱弹簧(25)、积液箱喷嘴(26)、积液箱阀门(27)、积液箱(28)和吸水泵(30)，所述吸水管(2)下端连接吸水管外围弹性耐腐蚀裙边(1)，用于增大吸水量以及补偿吸水管(2)摩擦损伤，上端连接位于积液箱(28)左下角的吸水泵(30)，所述积液箱喷嘴(26)位于积液箱(28)右上角，所述积液箱阀门(27)和积液箱弹簧(25)依次固定连接在积液箱(28)右上端；
清管器运行过程中，气体经清管器内部中间流体通道(3)从射流孔(16)喷出扰动清管器前端积液，清洗刷(11)对天然气管道(31)进行清扫扰动，皮碗(6)对天然气管道(31)底部积液进行收集和运输，积聚在皮碗(6)前端的积液在吸水泵(30)的作用下经吸水管(2)进入积液箱(28)，被积液箱(28)内部高吸水纤维(29)吸收。
2.根据权利要求1所述的一种天然气管道吸水射流清管器，其特征在于，所述吸水管(2)、吸水泵(30)与积液箱(28)均采用抗硫化氢腐蚀的13Cr钢材。
3.根据权利要求1所述的一种天然气管道吸水射流清管器，其特征在于，所述吸水管(2)为天然气管道(31)底部与清管器本体结构内部唯一积液流动通道。
4.根据权利要求1所述的一种天然气管道吸水射流清管器，其特征在于，所述高吸水纤维(29)位于积液箱(28)内部，用于吸收积聚在皮碗(6)前端、没有受到高压射流气体扰动，在吸水泵(30)的作用下经吸水管(2)进入积液箱(28)中的积液。
5.根据权利要求1所述的一种天然气管道吸水射流清管器，其特征在于，所述射流孔(16)的开度即旁通率，旁通率在T形阀门(14)两端压差作用下，通过T形阀门弹簧(13)、T形阀门(14)、步进电机(12)、小齿轮(21)、皮带(20)、大齿轮(19)和旋转叶片(15)的动作相应机制调节，使射流清管器在天然气管道(31)内具有速度自适应性，达到合理控制清管器速度、保障清管作业安全高效运行的目的。
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