CN216116490U - 一种多相混输管道危险流型预警及消除系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多相混输管道危险流型预警及消除系统，属于石油工程多相流动监测技术领域。第一压差传感器设在立管出口与气液分离器入口之间，第二压差传感器设在立管顶部，压力传感器设在立管顶部出口，第一压差传感器、第二压差传感器、压力传感器均位于集输‑立管系统的水面部分；自动控制阀设在立管顶部出口与气液分离器之间的水平管段上；第一压差传感器、第二压差传感器、压力传感器和自动控制阀分别与信号处理及控制系统连接。本实用新型能够完成多相流流型的快速识别，并且识别到有害流型时，能够及时消除有害流型，保障流动安全，且整个系统便于安装维护。

Description

一种多相混输管道危险流型预警及消除系统

技术领域

本实用新型属于石油工程多相流动监测技术领域，具体涉及一种多相混输管道危险流型预警及消除系统。

背景技术

在海洋石油工业的油气田开采中，通常采用集输立管系统来将油气产物从水下输送至水上处理平台。在集输立管系统中的多相混输过程经常伴随着多种流型，尤其是在油气田开发的中后期，气液流速较低会产生一种以长液塞为特征、气液交替流出的剧烈间歇性流动，名为严重段塞流的危害流型。严重段塞流会使系统压力与立管出口流量产生剧烈波动，导致油气产量降低、气相压缩机超载、下游分离器发生溢流、集输管线发生疲劳损坏、系统压降增大及系统关停事故等问题发生。随着油气资源开采技术不断向深水甚至超深水迈进，集输-立管系统的立管高度将越来越高，更容易导致严重段塞流，产生更强烈的不稳定性，加剧对整个油气集输系统的危害。因此对集输立管系统内流型快速准确识别，进而及时为执行相应危险流型控制系统提供基准，对保障海洋油气集输系统安全高效运行、提高油气生产系统的管理水平与提高油气产量具有重要意义。

能够分析并较为准确地判别集输-立管系统内的油气两相流具体流型，是成功消除有害流型的首要目标。在实际的工程应用中，多相流流型的判定一般采用两种方法：一种是利用基于广泛实验数据的流型图来确定流型，另一种是基于流型转变机理得到的数学模型来判断流型。第一种方法多应用于多相流流型研究的早期，其流型划分缺乏理论依据，且由于不同的科学研究者进行实验时的管道管径、管道倾角、流体物性及分离器压力的不同，流型图数据往往带有一定的主观性，适用范围较窄。第二种方法主要用于多相流研究的深入阶段，它以第一种方法得到的流型种类为基础，从流型转变机理入手，寻求流型转变的数学模型，该方法需要获取系统的进出口流量以及持液率等参数，并需要大量的准备时间来进行计算推导，而实际的油田生产过程中严重段塞流的发生过程往往是快速的。为确保严重段塞流能够及时地消除，需要一种能够在工业现场在线识别多相流流型的装置。

随着当今计算机与传感器价格的降低，一种基于现场实时监控的压力压差信号为监测对象的流型判别方法得到了越来越广泛的应用。它在集输-立管系统的沿程管路上安装大量的压力压差传感器，并选择合适的压力压差信号作为判断流型种类的依据，目前多选用集输-立管系统的立管底部压力及整体立管压差作为流型判别信号居多。选择上述压力压差信号进行流型判别时，往往需要在水下布置传感器，这需要昂贵的水下设备及繁琐的后期维护。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种多相混输管道危险流型预警及消除系统，能够完成多相流流型的快速识别，并且识别到有害流型时，能够及时消除有害流型，保障流动安全，且整个系统便于安装维护。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

本实用新型公开了一种多相混输管道危险流型预警及消除系统，包括第一压差传感器、第二压差传感器、压力传感器、自动控制阀和信号处理及控制系统；第一压差传感器设在立管顶部，第二压差传感器设在立管出口与气液分离器入口之间，压力传感器设在立管顶部出口，第一压差传感器、第二压差传感器、压力传感器均位于集输-立管系统的水面部分；自动控制阀设在立管顶部出口与气液分离器之间的水平管段上；第一压差传感器、第二压差传感器、压力传感器和自动控制阀分别与信号处理及控制系统连接。

优选地，第一压差传感器和第二压差传感器的引压口均垂直于管壁。

优选地，自动控制阀的响应时间≤6s。

优选地，自动控制阀的内径与所述水平管段的内径相等。

优选地，信号处理及控制系统包括调理机箱、信号采集与传输模块、流型在线识别模块、段塞控制模块和计算机；调理机箱分别与第一压差传感器、第二压差传感器和压力传感器连接，信号采集与传输模块分别与调理机箱、自动控制阀、流型在线识别模块和段塞控制模块连接，流型在线识别模块和段塞控制模块分别与计算机连接。

进一步优选地，信号采集与传输模块包括相互连接的滤波器和模数转换器，滤波器分别与第一压差传感器、第二压差传感器和压力传感器连接，模数转换器分别与流型在线识别模块、段塞控制模块和自动控制阀连接。

进一步优选地，调理机箱的每路信号线均连接有信号隔离器。

进一步优选地，段塞控制模块包括PID控制器。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型公开的多相混输管道危险流型预警及消除系统，通过设置在集输-立管系统的水面部分的第一压差传感器、第二压差传感器和压力传感器，采集相应的信号参数，信号处理及控制系统根据采集到的参数控制自动控制阀的开度，实现严重段塞流的预警及消除。该系统仅依靠水面信号即可实现严重段塞流的精准预报，避免了使用难以获得的水下信号，不需要昂贵的水下设备，而传感器离海平面越近，就越容易安装，因此采用水上信号进行流型识别具有很高的实用性和便利性。当识别到有害流型时，能够及时消除有害流型，保障海洋油气集输系统的安全高效运行、提高油气生产系统的管理水平与提高油气产量。

进一步地，第一压差传感器和第二压差传感器的引压口均垂直于管壁，所测得压差为引压口之间的静压差，提高测量精度。

进一步地，自动控制阀的响应时间≤6s，确保接收到调整开度的指令时能迅速响应。

进一步地，自动控制阀的内径与水平管段的内径相等，阀门全开时不影响管内流体的流动状态。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图中，1为第一压差传感器，2为第二压差传感器，3为压力传感器，4为自动控制阀，5为信号处理及控制系统，5-1为调理机箱，5-2为信号采集与传输模块，5-3为流型在线识别模块，5-4为段塞控制模块，5-5为计算机。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述，其内容是对本实用新型的解释而不是限定：

如图1，本实用新型的多相混输管道危险流型预警及消除系统，包括第一压差传感器1、第二压差传感器2、压力传感器3、自动控制阀4和信号处理及控制系统5；第一压差传感器1设在立管顶部，第二压差传感器2设在立管出口与气液分离器入口之间，压力传感器3设在立管顶部出口，第一压差传感器1、第二压差传感器2、压力传感器3均位于集输-立管系统的水面部分；自动控制阀4设在立管顶部出口与气液分离器之间的水平管段上；第一压差传感器1、第二压差传感器2、压力传感器3和自动控制阀4分别与信号处理及控制系统5连接。

在本实用新型的一个较优的实施例中，第一压差传感器1和第二压差传感器2的引压口均垂直于管壁。

在本实用新型的一个较优的实施例中，自动控制阀4的响应时间≤6s。

在本实用新型的一个较优的实施例中，自动控制阀4的内径与所述水平管段的内径相等。

在本实用新型的一个较优的实施例中，信号处理及控制系统5包括调理机箱5-1、信号采集与传输模块5-2、流型在线识别模块5-3、段塞控制模块5-4和计算机5-5；调理机箱5-1分别与第一压差传感器1、第二压差传感器2和压力传感器3连接，信号采集与传输模块5-2分别与调理机箱5-1、自动控制阀4、流型在线识别模块5-3和段塞控制模块5-4连接，流型在线识别模块5-3和段塞控制模块5-4分别与计算机5-5连接。

优选地，信号采集与传输模块5-2包括相互连接的滤波器和模数转换器，滤波器分别与第一压差传感器1、第二压差传感器2和压力传感器3连接，模数转换器分别与流型在线识别模块5-3、段塞控制模块5-4和自动控制阀4连接。

优选地，调理机箱5-1的每路信号线均连接有信号隔离器。

优选地，段塞控制模块5-4包括PID控制器。

上述多相混输管道危险流型预警及消除系统的工作方法：

第一压差传感器1采集立管顶部的局部压差信号、第二压差传感器2采集立管出口与气液分离器入口之间的压差信号、压力传感器3采集立管顶部出口的压力信号均传输至信号处理及控制系统5；信号处理及控制系统5内预设有不同流型对应的信号参数值，根据采集到的信号参数对集输-立管系统内的流型进行识别，当流型为严重段塞流时发出预警信号，信号处理及控制系统5通过调节自动控制阀4的开度，实现严重段塞流的实时消除。

下面以一个具体实施例来对本实用新型进行进一步地解释说明：

本实施例的硬件部分主要包括压差传感器、压力传感器、调理接线机箱、自动控制阀和PC机。立管顶部水面部分安装1台压差传感器，立管出口至气液分离器间安装1台压差传感器，压力传感器位于立管顶部出口处，各传感器的引压口垂直于管壁，所测压差为静压差，所有压力与压差传感器均位于集输-立管系统水面部分。调理接线机箱用以给传感器供电，并接收来自传感器的原始信号，每路信号设有信号隔离器，具有一定的滤波功能，这样能保证信号线、电源线、地线之间的绝对独立。PC机位于实验系统的终端控制台中，用于接收调理机箱传来的信号，进行在线处理。自动控制阀通过法兰串联接入集输立管系统中，位于立管顶部出口至气液分离器之间的水平段，阀的响应时间≤6s，当PC机中识别出严重段塞流时，便会对阀发出指令，此时阀开始自动调节开度。

以上所述，仅为本实用新型实施方式中的部分，本实用新型中虽然使用了部分术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了方便的描述和解释本实用新型的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。以上所述仅以实施例来进一步说明本实用新型的内容，以便于更容易理解，但不代表本实用新型的实施方式仅限于此，任何依本实用新型所做的技术延伸或再创造，均受本实用新型的保护。

Claims (8)

1.一种多相混输管道危险流型预警及消除系统，其特征在于，包括第一压差传感器(1)、第二压差传感器(2)、压力传感器(3)、自动控制阀(4)和信号处理及控制系统(5)；第一压差传感器(1)设在立管顶部，第二压差传感器(2)设在立管出口与气液分离器入口之间，压力传感器(3)设在立管顶部出口，第一压差传感器(1)、第二压差传感器(2)、压力传感器(3)均位于集输-立管系统的水面部分；自动控制阀(4)设在立管顶部出口与气液分离器之间的水平管段上；第一压差传感器(1)、第二压差传感器(2)、压力传感器(3)和自动控制阀(4)分别与信号处理及控制系统(5)连接。

2.根据权利要求1所述的多相混输管道危险流型预警及消除系统，其特征在于，第一压差传感器(1)和第二压差传感器(2)的引压口均垂直于管壁。

3.根据权利要求1所述的多相混输管道危险流型预警及消除系统，其特征在于，自动控制阀(4)的响应时间≤6s。

4.根据权利要求1所述的多相混输管道危险流型预警及消除系统，其特征在于，自动控制阀(4)的内径与所述水平管段的内径相等。

5.根据权利要求1所述的多相混输管道危险流型预警及消除系统，其特征在于，信号处理及控制系统(5)包括调理机箱(5-1)、信号采集与传输模块(5-2)、流型在线识别模块(5-3)、段塞控制模块(5-4)和计算机(5-5)；调理机箱(5-1)分别与第一压差传感器(1)、第二压差传感器(2)和压力传感器(3)连接，信号采集与传输模块(5-2)分别与调理机箱(5-1)、自动控制阀(4)、流型在线识别模块(5-3)和段塞控制模块(5-4)连接，流型在线识别模块(5-3)和段塞控制模块(5-4)分别与计算机(5-5)连接。

6.根据权利要求5所述的多相混输管道危险流型预警及消除系统，其特征在于，信号采集与传输模块(5-2)包括相互连接的滤波器和模数转换器，滤波器分别与第一压差传感器(1)、第二压差传感器(2)和压力传感器(3)连接，模数转换器分别与流型在线识别模块(5-3)、段塞控制模块(5-4)和自动控制阀(4)连接。

7.根据权利要求5所述的多相混输管道危险流型预警及消除系统，其特征在于，调理机箱(5-1)的每路信号线均连接有信号隔离器。

8.根据权利要求5所述的多相混输管道危险流型预警及消除系统，其特征在于，段塞控制模块(5-4)包括PID控制器。

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