一种段塞流捕集器

技术领域

本发明涉及一种油气混输管道段塞流的处理设备，适用于油气田地面集输中段塞流的捕集和消除。

背景技术

随着海洋、陆地油气田以及大型凝析气田的开发，多相流混输技术得到不断的发展。在多相流混输过程中，长距离输送和管线转弯剪切，通常会产生段塞流；在油气田的开发过程中，由于油井操作和维护的原因，也会导致段塞流的产生。严重的段塞流会对管道末端的油气分离设备及后续工艺设施造成水力冲击、液位波动和阻塞等一系列问题，使下游的工艺设施很难正常操作。

中国专利201710543940 .9公开了一种指状段塞流耗散分离装置，该装置通过设置分流管和指状支管，不断降低流体的速度和动量，同时耗散段塞的能量，最终将分离后的气液两相分别通过集气、集液汇管送至下游设施。该装置的占地较大，且缺乏有效处理段塞流的结构组件。

中国专利201620777487 .9公开了一种旋流段塞流捕集器，该设备设计切向进料，在立式结构内安装旋流筒，在上部空间安装具有径向通道的TP组件。该设备内部气液分离空间有限，处理能力和最终的气液分离效果受到限制。

中国专利ZL.201810786014.9是根据段塞流机理和特点开发的一种段塞流捕集器，段塞流捕集器的作用主要是吸能和捕集液塞。但段塞流捕集器里面的螺旋分配器存在溢流严重且气液聚结内件存在液流分布不均的问题。

发明内容

本发明提供一种段塞流捕集器，具有内部气液流场稳定，能够有效促进气液分离和段塞流捕集，解决了混输管线段塞流对下游设施的影响，保证了生产运行的平稳和安全。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种段塞流捕集器，包括罐体及罐体上设置的气相出口、液相出口，罐体内安装的液体稳折流组件及气体捕雾器，该段塞流捕集器为卧式结构，即罐体横向放置；所述罐体的一侧封头上贯通安装段塞液入口，而罐体内和段塞液入口同一中心线上贯通安装消能管，该消能管的末端出口延伸至罐体另一侧封头的内壁处；所述消能管由起始部的一级扩管、中后部的二级扩管和尾端部的末端半管管道依次首尾可拆卸连接而成；一级扩管扩大至段塞液入口直径的1.25倍，且一级扩管的管道长度是罐体长度的2/3；所述二级扩管10的管道长度是罐体长度的1/3。

所述一级扩管是由一级偏心大小头和一级扩管管道组成的一级偏心扩管；所述一级扩管管道中安装有曲面消能器，第一曲面消能器安装于一级扩管管道的1/3处；第二曲面消能器位于一级扩管管道的4/5处；所述曲面消能器为螺旋形曲面板片，螺旋长度为0.5~1螺距。

所述第一曲面消能器的曲面为顺时针曲面，第二个曲面消能器的曲面为逆时针曲面。

所述二级扩管是由二级偏心大小头和二级扩管管道组成的二级偏心扩管；所述二级扩管管道直径是一级扩管管道的1.25倍；在二级扩管管道的管道上安装有稳流消能器，该稳流消能器位于二级扩管管道的1/3处。

所述稳流消能器由若干叶片绕二级扩管管道的中心点旋转组成，且叶片以二级扩管管道的轴线成30~45°排布。

所述消能管的末端半管管道在二级扩管管道的2/3处开始直至消能管的末端；所述末端半管管道终止于与封头内壁距离100mm处。

所述消能管的末端半管管道的管道流体出口正对的罐体封头壁上设有防冲挡板。

所述末端半管管道开始处的前端消能管上设有液体导流板，该液体导流板上沿与消能管水平中心线平齐，液体导流板下沿与罐体内的低液面平齐，液体导流板两侧与罐体内壁固接。

液体稳折流组件包括沿流体流动方向依次设置的液体稳流板和液体折流板；所述液体稳流板的上沿在竖直方向上与消能管中心线平齐，而液体稳流板的底沿与罐体间形成液体通道；所述液体折流板的上沿在竖直方向上位于液体稳流板的上沿和底沿之间，所述液体折流板的底部与罐体底部连接。

所述气体捕雾器设置于设备内的气相空间中且靠近气相出口处；气相出口和液相出口分别安装于靠近段塞液入口端的罐体的上、下部；气相出口处安装有气体导流板，液相出口处安装有液体破涡器。

本发明中，段塞液经过段塞液入口进入段塞流捕集器内的消能管，在消能管的一级扩管管道中减缓流速，使用偏心扩管，管道内的气相从液相中溢出，管道内的段塞液不改变流动方向逐渐稳流且趋于连续相。段塞液经过消能管内的第一个曲面消能器，进行消能，并使流体的流动状态由轴向流动变为顺时针螺旋流；流体经过第二个曲面消能器，流体由原来的顺时针轴流消能变为逆时针轴流消能。流体方向改变是消能过程。经消能后的流体进行进入消能管内的二级偏心扩管管道内继续减缓流速，再次使用偏心扩管，使管道内的气相继续从液相中溢出，管道内的段塞液不改变流动方向逐渐稳流且趋于连续相。经过稳流消能器进行微旋消能，进入末端半管管道进行气液初分离。分离的气体溢出进入气相空间，经过气体捕雾器从气相出口排出。气液分离得到的液体经液体导流至罐底，经过液体稳流板与罐体间的空间，再经过液体折流板完成折流，液体的液面得到稳定后，最终从液相出口排出。

本发明结构简单，气液分离空间充分，具有内部气液流场稳定，能够有效促进气液分离和段塞流捕集，解决了混输管线段塞流对下游设施的影响，保证了生产运行的平稳和安全。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1的俯视示意图；

图3为本发明顺时针曲面消能器的结构示意图；

图4为本发明逆时针曲面消能器的结构示意图；

图5为本发明的稳流消能器的立体结构示意图；

图6为图5的主视结构示意图；

图7为本发明偏心大小头的结构示意图；

图中：1—段塞液入口；2—气相出口；3—液相出口；4—除雾器；5—一级扩管 5-1一级偏心大小头；5-2—一级扩管管道 6—第一曲面消能器；7—第二曲面消能器；8—消能管；9—罐体；10—二级扩管；10-1-二级偏心大小头；10-2—二级扩管管道；11—稳流消能器；12—末端半管管道；13—液体导流板；14—防冲挡板；15—液体稳流板；16—液体折流板；17—气体导流板 18—液体破涡器。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。

如图1、图2所示，一种段塞流捕集器，包括罐9及罐体上设置的气相出口2、液相出口3，罐体内安装的液体稳折流组件及气体捕雾器，该段塞流捕集器为卧式结构，即罐体9横向放置；所述罐体9的一侧封头上贯通安装段塞液入口1，而罐体9内和段塞液入口1同一水平线上贯通安装消能管8，该消能管8（消能管8用安装在罐体内壁上的管支架支撑）的末端出口延伸至罐体9另一侧封头的内壁处；所述消能管8由起始部的一级扩管5、中后部的二级扩管10和尾端部的末端半管管道12依次首尾用螺栓连接而成；一级扩管5扩大至段塞液入口直径的1.25倍，且一级扩管5的管道长度是罐体长度的2/3；所述二级扩管10的管道长度是罐体长度的1/3。

上述中，所述段塞液入口1的管嘴在径向的位置应保证所述管嘴最底部与设备内的高操作液面平齐。

如图7所示，所述一级扩管5是由一级偏心大小头5-1和一级扩管管道5-2组成的一级偏心扩管；一级扩管管道5-2中安装有曲面消能器，第一曲面消能器安装于一级扩管管道的1/3处；第二曲面消能器位于一级扩管管道的4/5处；所述曲面消能器为螺旋形曲面板片，螺旋长度为0.5~1螺距。

使用一级偏心扩管，有益于管道内液体中的气相溢出，使管道内的段塞液不改变流动方向逐渐稳流且趋于连续相。

如图3、图4所示，所述第一曲面消能器6的曲面为顺时针曲面，第二曲面消能器7的曲面为逆时针曲面。

段塞液经过消能管内的第一曲面消能器6，进行消能，并使流体的流动状态由轴向流动变为顺时针螺旋流；流体经过第二曲面消能器7，流体由原来的顺时针轴流消能变为逆时针轴流消能。流体方向改变是消能过程。

如图7所示，所述二级扩管10是由二级偏心大小头10-1和二级扩管管道10-2组成的二级偏心扩管。二级扩管管道10-2直径是一级扩管管道5-2的1.25倍；在二级扩管管道10-2的管道上安装有稳流消能器，该稳流消能器位于二级扩管管道10-2的1/3处。

如图5、图6所示，所述稳流消能器由若干叶片绕二级扩管管道10-2的中心点旋转组成；，且叶片以二级扩管管道10-2的轴线呈30~45°排布，这样可以对流体进行微消能，不至于增大压降，同时旋转叶片有分流稳流的作用。

经一级偏心扩管及曲面效能器消能后的流体进入消能管内的二级偏心扩管管道内继续减缓流速，使用二级偏心扩管，使管道内的气相继续从液相中溢出，管道内的段塞液不改变流动方向逐渐稳流且趋于连续相。经过稳流消能器进行微旋消能。

所述消能管8的末端半管管道12在二级扩管10-2管道的2/3处开始直至消能管8的末端。所述末端半管管道终止于与罐体封头距离约100mm处。

段塞液进入末端半管管道进行气液初分离。分离的气体溢出进入气相空间，经过气体捕雾器从气相出口排出。气液分离得到的液体经液体导流至罐底，经过液体稳流板与罐体间的空间，再经过液体折流板完成折流，液体的液面得到稳定后，最终从液相出口排出。

所述消能管的末端半管管道12的管道流体出口正对的罐体封头壁上设有防冲挡板14。防冲挡板14一方面减小流体携带动量，二来防止气液冲蚀壳体封头。

所述末端半管管道12开始处的前端消能管上设有液体导流板13，该液体导流板13上沿与消能管水平中心线平齐，液体导流板13下沿与罐体内的低液面平齐，液体导流板13两侧与罐体9内壁固接。液体导流板13导流液体的同时可以起到支撑消能管的作用。

液体稳折流组件包括沿流体流动方向依次设置的液体稳流板15和液体折流板16；所述液体稳流板15的上沿在竖直方向上与消能管中心线平齐，而液体稳流板15的底沿与罐体间形成液体通道；所述液体折流板16的上沿在竖直方向上位于液体稳流板15的上沿和底沿之间，所述液体折流板16的底部与罐体底部连接。液体稳折流组件减小液体携带动能，液体翻过折流板后稳定流动。

所述气体捕雾器4设置于设备内的气相空间中且靠近气相出口2处；气相出口2和液相出口3分别安装于靠近段塞液入口端的罐体的上、下部；气相出口2处安装有气体导流板17，液相出口3处安装有液体破涡器18，防止气液出口形成漩涡。所述气体捕雾器4和液体破涡器18均采用子女有常规使用的产品。

本发明中，所述“下游”是针对物料流动方向而言的部件的相对设置关系，该术语的含义为本领域技术人员了解。

本发明的段塞流捕集器，段塞液经过段塞液入口进入段塞流捕集器内的消能管，在消能管的一级扩管管道中减缓流速，使用偏心扩管，管道内的气相从液相中溢出，管道内的段塞液不改变流动方向逐渐稳流且趋于连续相。段塞液经过消能管内的第一个曲面消能器，进行消能，并使流体的流动状态由轴向流动变为顺时针螺旋流；流体经过第二个曲面消能器，流体由原来的顺时针轴流消能变为逆时针轴流消能。流体方向改变是消能过程。经消能后的流体进行进入消能管内的二级扩管管道内继续减缓流速，使用偏心扩管，管道内的气相继续从液相中溢出，管道内的段塞液不改变流动方向逐渐稳流且趋于连续相。经过稳流消能器进行微旋消能，进入末端半管管道进行气液初分离。分离的气体溢出进入气相空间，经过气体捕雾器从气相出口排出。气液分离得到的液体经液体导流至罐底，经过液体稳流板与罐体间的空间，再经过液体折流板完成折流，液体的液面得到稳定后，最终从液相出口排出。

本发明结构简单，气液分离空间充分，内部气液流场稳定，能够有效促进气液分离和段塞流捕集，解决了混输管线段塞流对下游设施的影响，保证了生产运行的平稳和安全。