CN117703341A - 一种管式环形段塞流捕集器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管式环形段塞流捕集器，包括：集液总管，为具有弧度的环形管，所述集液总管设有进料口和出液口，所述集液总管沿其环形设有多个分气口；一级集气总管，为位于所述集液总管上方的具有弧度的环形管，所述一级集气总管具有与分气口的数量相同的接气口；多个一级集气分管，每个一级集气分管的下端与所述集液总管的一个分气口连接，上端与所述一级集气总管的一个接气口连接。本发明的管式环形段塞流捕集器，克服了现有的段塞流捕集器所占空间大且对气体和液体分流不够充分的问题。

Description

一种管式环形段塞流捕集器

技术领域

本发明涉及石油天然气的运输领域，具体为一种管式环形段塞流捕集器。

背景技术

为了获取更多的能源保障生产和发展，海洋、陆地油田和矿井不断被开发利用，石化能源的运输管道从源头到末端逐渐变得更加复杂和多样化。然而，这种开采和运输过程在提高石油天然气的开采和运输效率的同时，也会对管道和水下设备造成严重损耗和负荷。其中最为典型且危害最大的是段塞流现象。段塞流是由于在开采和运输末期，复合集成管件的立管或弯管处气体容易不断积聚膨胀形成气泡，导致液柱的堵塞从而形成一段气一段液的流动结构。如果不及时有效地处理这种现象，特别是在遇到短距离水平管道与长立管的组合结构时，其会导致严重的危害的水下部件损害和运输效率下降。另外，段塞流会导致末端压力和流量的下降，影响油气运输的效率和最终产量；同时还会降低三相分离系统效率，增加成本和风险，导致管道设备和部件的振动和损耗，严重时会发生气蚀现象。

为了有效减小段塞流带来的危害，现代长距离水下油气运输系统常设有段塞流捕集器，该装置是一种用于在水下分离气液混合物的设备。它通常由一个上部的气液分离器和一个下部的段塞流捕集器组成，其中气液分离器用于初步分离气液混合物，段塞流捕集器则用于进一步将气体和液体分离。该设备有两种常见形式：容积式和管式。容积式段塞流捕集器通常采用圆形或长方形的箱体，箱内填充了一定量的物料(如球形或环形物)。混合物通过箱体时，物料会阻碍气体的运动而使其冲击到液体上面而上浮，从而实现气液分离。管式段塞流捕集器则是通过在管内放置一些定位支撑件和隔板，使气体被迫在流动中向上移动，从而实现气液分离。为了使气液的分离更彻底，现有的管式段塞流捕集器需要比较长的管，使得气液混合物在较长的距离上通过，因此，管式段塞流捕集器占地的面积比较大，分离产生的沉淀物清理起来也比较麻烦。

发明内容

本发明提供一种管式环形段塞流捕集器，克服了现有的段塞流捕集器所占空间大且对气体和液体分流不够充分的问题。

本发明的管式环形段塞流捕集器，包括：

集液总管，为周向上具有弧度的环形管，所述集液总管设有进料口和出液口，所述集液总管沿其环形设有多个分气口；

一级集气总管，为位于所述集液总管上方的周向上具有弧度的环形管，所述一级集气总管具有与分气口的数量相同的接气口；

多个一级集气分管，每个一级集气分管的下端与所述集液总管的一个分气口连接，上端与所述一级集气总管的一个接气口连接。

作为优选，所述集液总管在自进料口至出液口的方向上向下倾斜。

作为优选，所述集液总管设有多个替换接口及与所述替换接口连接的替换接头，每个所述替换接口均可作为备用的进料口或者备用的出液口。

作为优选，所述集液总管还设有多个备用分气口，所述集气总管设有与多个备用分气口一一对应的多个备用接气口。

作为优选，所述集液总管和集气总管均为圆环形管，集液总管的圆环形的直径大于所述一级集气总管的圆环形的直径。

作为优选，所述集液总管在靠近所述出液口的位置设有液位计。

作为优选，所述一级集气分管内设有波纹板，所述波纹板具有与一级集气分管内气体流动的方向形成锐角夹角的斜面用于收集上升气体中夹带的液体。

作为优选，所述一级集气分管在靠近集液总管的位置还设有液位镜。

作为优选，所述捕流器还设有与所述一级集气总管连接的除雾装置。

作为优选，所述捕流器还设有二级集气总管及多个位于所述一级集气总管与二级集气总管之间的二级集气分管，所述一级集气总管还设有多个出气口，二级集气总管设有与多个出气口一一对应的多个进气口，每个所述二级集气分管的上端与所述二级集气总管的进气口连接，下端与一级集气总管的出气口连接。

作为优选，所述捕流器还设有与所述二级集气总管连接的除雾装置。

作为优选，所述捕集器还包括与所述集液总管的进料口连接的进料管，所述进料管设有入口清洁阀，所述捕集器还包括与所述集液总管的出液口连接的排液管，所述排液管设有出口清洁阀。

作为优选，所述进料管的内壁设有防止气液混流逆流的防逆流软板，防逆流软板与进料管内气液混流的流动方向呈锐角夹角，所述防逆流软板为弹性板。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明的管式环形段塞流捕集器通过两个半圆的路径实现气液分离，有效解决在石化运输过程中发生的段塞流现象，降低成本和风险，减少管道设备和部件的振动、损耗和气蚀现象。同时实现了对流质进行初步的气液分离，由于每个路径的长度都比从进料口至出液口的直线距离大，两个路径的长度之大于直线距离的2倍，因此可在一个较小的范围内实现更充分的分离，从而可以降低捕集器下游的三相分离系统的负担。

附图说明

图1为本发明一实施例的管式环形段塞流捕集器的主视方向的结构示意图。

图2为图1中的管式环形段塞流捕集器的俯视方向的结构示意图。

图3为本发明一实施例的管式环形段塞流捕集器的一级集气分管剖开后的结构示意图。

图4为本发明一实施例的管式环形段塞流捕集器的进料管剖开后的结构示意图。

图5为本发明一实施例的管式环形段塞流捕集器的除雾装置的结构示意图。

图6为本发明另一实施例的管式环形段塞流捕集器的除雾装置的主视方向的结构示意图。

附图标记

1集液总管，11进料口，12出液口，13替换接口，14分气口，15备用分气口，16液位计；

2一级集气总管，21接气口，22备用接气口；

3一级集气分管，31波纹板，311斜面，32液位镜；

4除雾装置，41排气口，42波纹管；

5进料管，51防逆流软板，511降速面，512防逆流面，52入口清洁阀；

6排液管，61出口清洁阀；

7二级集气总管；

8二级集气分管。

具体实施方式

本发明提供一种管式环形段塞流捕集器，如图1和图2所示，管式环形段塞流捕集器，包括集液总管1、一级集气总管2和多个一级集气分管3，其中集液总管1和一级集气总管2为周向上具有弧度的环形管，环形管是指首尾相接形成闭合的管。所述集液总管1设有进料口11和出液口12，所述集液总管1沿其环形设有多个分气口14。在本实施例中，一级集气总管2为位于所述集液总管1上方的环形管，在本实施例中，集液总管1和集气总管2为正圆形的环形管，在其它实施例中，集液总管1和集气总管2可以不是正圆形的环形，例如椭圆的环形，或者带有多个弧形段的环形管，多个弧形段的曲率可以不同。所述一级集气总管2具有与分气口14的数量相同的接气口21。每个一级集气分管3的下端与所述集液总管1的一个分气口14连接，上端与所述一级集气总管2的一个接气口21连接。

气液混流从进料口11进入集液总管1后分成两个支流，每个支流呈半环形状，分别流向出液口12，在流动的过程中，气体向上流动进入一级集气分管3和一级集气总管2，液体则沿着集液总管1从出液口12流出，从而使得气体与液体分离。本发明的管式环形段塞流捕集器通过两个半环的路径实现气液分离，有效解决在石化运输过程中发生的段塞流现象，降低成本和风险，减少管道设备和部件的振动、损耗和气蚀现象，同时对流质进行了初步的气液分离，每个路径的长度都比从进料口11至出液口12的直线距离大，两个路径的长度之和为直线距离的2倍以上，因此可在一个较小的范围内实现更充分的分离，从而降低捕集器下游的三相分离系统的负担。本发明的管式环形段塞流捕集器在实际使用过程中，可根据运用的场景，如混流流量和流速，来增加集液总管1的环形的长短半轴和离心率，在本实施例中，即增加集液总管1的半径。

如图1所示，所述集液总管1在自进料口11至出液口12的方向上向下倾斜，在重力的作用下，液体向下运动时，裹在液体内的气体暴露出来向上运动，从而使得气液的分离更加充分。

如图1所示，所述集液总管1设有多个替换接口13及与所述替换接口13连接的替换接头，每个所述替换接口13均可作为备用的进料口11或者备用的出液口12，当气液混流来的方向发生改变时，可封堵原来的进料口11，选择与气液混流的来向更接近的备用的进料口11，相应地，出液口12也可改变，不需要移动捕流器，免去了在转移至其他管系时重新改造的麻烦，同时，在进料口11与气液混流来料的位置太接近时，也可以调整出液口12的位置，增加进料口11与出液口12之间的距离，从而提高预分离的能力，即通过多个替换接口13可满足不同情况下的对混液的预分离能力。

所述集液总管1还设有多个备用分气口15，所述集气总管设有与多个备用分气口15一一对应的多个备用接气口22，可根据运用的场景，例如气液混流流量和流速来增减一级集气分管3的数量，例如，在流量大时，可在备用分气口15和备用接气口22处增加一级集气分管3的数量来确保分离效率，在流量小时，可以减少一级集气分管3的数量，当然，一级集气分管3最好一直保持均匀布置。

在本实施例中，一级集气分管3的两端均通过接头与集液总管1和一级集气总管2连接，构成可拆卸的连接，一级集气分管3的数量可以根据需要进行便捷的调整。

在本实施例中，所述集液总管1的环形的直径大于所述一级集气总管2的环形的直径，所述集液总管1的环形的大直径可提供更长的距离，集气总管则不需要大的距离。

所述集液总管1在靠近所述出液口12的位置设有液位计16，由于靠近所述出液口12的位置最易发生复杂的混流现象，在靠近排液口的位置处设置液位计16，可随时根据液位计16显示的管内液位情况进行相应调整。在混流流量过大时，即液位计16显示液位较高时，可降低捕集器整体的倾角，使进料管5上倾以控制入口速度，并使集液总管1倾角降低，以控制混流流速不升高，保持其能在集液总管1中充分分离。

如图3所示，所述一级集气分管3内设有收集上升气体中夹带的残留液体的波纹板31，波纹板31固定在一级集气分管3的内壁上，其斜面311与一级集气风管3的轴向即气体流动的方向(如图3中的箭头所示)形成锐角夹角，气体中携带的液滴被波纹板31阻挡积聚后沿一级集气分管3的内壁向下回流至集液总管1内，实现了更进一步的气液分离。所述一级集气分管3在靠近集液总管的位置还设有透明的液位镜32，如图1所示，通过液位镜32可以观察一级集气分管3内的液位，如液位到达液位镜32，可根据显示的液体来调整捕集器的整体倾角。

如图1和图2所示，在本实施例中，所述捕流器还设有与所述一级集气总管2连接的除雾装置4，除雾装置4的下端与一级集气总管2连接，其上端设有排气口41，除雾装置4可采用现有的结构，如图5所示，在其内部设有多个水平或者倾斜向上的波纹管42，气流从波纹管42通过时，其携带的液滴黏附于波纹管42的内壁，进一步分离气体与液体，可通过调整波纹管42数量和长度控制除雾效果。

所述捕集器还包括与所述集液总管1的进料口11连接的进料管5，如图1所示，进料管5的下壁与集液总管1的下壁之间具有140°-170°的角。所述进料管5的内壁设有相对于其轴线倾斜的防逆流软板51，防逆流软板51为可进行弹性变形的弹性板，防逆流软板51具有防逆流面512和与所述进料管5的轴线垂直的降速面511，降速面511与进料管15内气液混流的流动方向呈锐角夹角，气液混流在经过软板的降速面511时，受到阻挡而减速，当气液混流要反向流动时，受到防逆流面512的阻挡，因而不易发生逆流。该防逆流软板51在气液混流的作用下可进行弹性变形，在气液混流压力较大时，随着气液混流的流入，防逆流软板51与进料管15气液混流的流动方向之间的夹角变小，气液混流要反向流动时，防逆流软板51与进料管15内气液混流的流动方向之间的夹角变大，对逆流产生更大的阻力。在本实施例中，进料管5为金属管，防逆流软板51为弹性较好的金属板。

所述进料管5设有入口清洁阀52，所述捕集器还包括与所述集液总管1的出液口12连接的排液管6，所述排液管6设有出口清洁阀61。在捕集器工作时，入口清洁阀52和出口清洁阀61关闭，在捕集器不工作时，关闭进料口11和出液口12，打开入口清洁阀52和出口清洁阀61，对集液总管1通气或通油对该捕集器内部进行清洁。

在第二实施例中，如图6所示，所述捕流器还设有二级集气总管7及多个位于所述一级集气总管2与二级集气总管7之间的二级集气分管8，所述一级集气总管2还设有多个出气口(图中未示出)，二级集气总管7设有与多个出气口一一对应的多个进气口(图中未示出)，每个所述二级集气分管8的上端与所述二级集气总管7的进气口连接，下端与一级集气总管2的出气口连接。所述捕流器还设有与所述二级集气总管7连接的除雾装置4。第二实施例中的一级集气总管2、一级集气分管3、集液总管1和捕雾器等其他部件的结构与第一实施例相同，二级集气分管8的结构可以与一级集气分管3相同，也可以仅仅是一个管而不设置波纹板31。

在第二实施例中，通过增加二级集气分管和二级集气总管来构成新的环形分气层来达到足够的分离效果，这种方案无需增大其在水平方向上的占地面积。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出的各种修改或等同替换也落在本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种管式环形段塞流捕集器，其特征在于，包括：

集液总管，为周向上具有弧度的环形管，所述集液总管设有进料口和出液口，所述集液总管沿其环形设有多个分气口；

一级集气总管，为位于所述集液总管上方的周向上具有弧度的环形管，所述一级集气总管具有与分气口的数量相同的接气口；

多个一级集气分管，每个一级集气分管的下端与所述集液总管的一个分气口连接，上端与所述一级集气总管的一个接气口连接。

2.根据权利要求1所述的管式环形段塞流捕集器，其特征在于，所述集液总管在自进料口至出液口的方向上向下倾斜。

3.根据权利要求1所述的管式环形段塞流捕集器，其特征在于，所述集液总管设有多个替换接口及与所述替换接口连接的替换接头，每个所述替换接口均可作为备用的进料口或者备用的出液口。

4.根据权利要求1所述的管式环形段塞流捕集器，其特征在于，所述集液总管还设有多个备用分气口，所述集气总管设有与多个备用分气口一一对应的多个备用接气口。

5.根据权利要求1所述的管式环形段塞流捕集器，其特征在于，所述集液总管和集气总管均为圆环形管，集液总管的圆环形的直径大于所述一级集气总管的圆环形的直径。

6.根据权利要求1所述的管式环形段塞流捕集器，其特征在于，所述集液总管在靠近所述出液口的位置设有液位计。

7.根据权利要求1所述的管式环形段塞流捕集器，其特征在于，所述一级集气分管内设有波纹板，所述波纹板具有与一级集气分管内气体流动的方向形成锐角夹角的斜面用于收集上升气体中夹带的液体。

8.根据权利要求1所述的管式环形段塞流捕集器，其特征在于，所述一级集气分管在靠近集液总管的位置还设有液位镜。

9.根据权利要求1所述的管式环形段塞流捕集器，其特征在于，所述捕流器还设有与所述一级集气总管连接的除雾装置。

10.根据权利要求1-8任一项所述的管式环形段塞流捕集器，其特征在于，所述捕流器还设有二级集气总管及多个位于所述一级集气总管与二级集气总管之间的二级集气分管，所述一级集气总管还设有多个出气口，二级集气总管设有与多个出气口一一对应的多个进气口，每个所述二级集气分管的上端与所述二级集气总管的进气口连接，下端与一级集气总管的出气口连接。

11.根据权利要求10所述的管式环形段塞流捕集器，其特征在于，所述捕流器还设有与所述二级集气总管连接的除雾装置。

12.根据权利要求1所述的管式环形段塞流捕集器，其特征在于，所述捕集器还包括与所述集液总管的进料口连接的进料管，所述进料管设有入口清洁阀，所述捕集器还包括与所述集液总管的出液口连接的排液管，所述排液管设有出口清洁阀。

13.根据权利要求12所述的管式环形段塞流捕集器，其特征在于，所述进料管的内壁设有防止气液混流逆流的防逆流软板，防逆流软板与进料管内气液混流的流动方向呈锐角夹角，所述防逆流软板为弹性板。