[发明专利]一种利用涡激振动实现海底输油管道流动减阻装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于海底管道流体输送技术领域，具体涉及一种利用涡激振动实现海底输油管道流动减阻装置及方法。

背景技术

稠油粘度高、输送能耗大，其流动减阻问题一直是管道流体输送技术领域的热点话题。随着人们对流动减阻问题研究的不断深入，涌现出了很多稠油流动减阻方法，包括掺热水、掺蒸汽、油气混输、直接加热、电伴热、热水伴热、蒸汽伴热、水环、注泡沫、注降粘剂等。它们中的绝大多数在地面输油管道应用中都取得了较好的减阻效果，但同时也暴露出了明显的缺陷。直接加热、电伴热、热水伴热、蒸汽伴热、掺热水、掺蒸汽都需要消耗大量的热能，配备大功率的加热设备，增加了投资及运营成本。掺热水、掺蒸汽、油气混输、水环、注泡沫等往稠油加入了气相、液相或气液两相介质，使得单一油流转变为多相介质流动，势必需要在末端进行分离，增加了分离设备的投资及运营成本。注降粘剂需要投放大量的降粘药剂，也面临着较高的运行成本。

由于陆上稠油开采成本相对较低，陆上油田在能够承受成本投入的前提下会选用上述流动减阻方法。但海洋稠油开采成本巨大，再额外投入加热系统、伴热管汇等势必增加作业负担。另外，海底输油管道所处海床环境温度远比陆上埋地管道环境温度低，大多处于10℃以下，增加了稠油流动的输送压力。因此，亟待设计出适用于海底输油管道稠油流动减阻方法，并实现低投入、高回报。

暴露在海水中的海底输油管道，因海流的绕流作用会在管道两侧产生交替脱落的旋涡，从而诱发管道振动。海流几乎是永不停歇的，意味着振动也会持续发生。若有效利用涡激振动的能量来为输油管道提供伴热热能，将大大缩减流动减阻的加热成本。

发明内容

本发明所要解决的问题是针对现有稠油流动减阻方法存在的不足，提供一种成本低廉、效果显著的利用涡激振动实现海底输油管道流动减阻装置及方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用涡激振动实现海底输油管道流动减阻装置由振动系统、磁场系统、产电伴热系统组成。振动系统包括一个外筒、两块宽支撑板、两块窄支撑板、两个支撑套环、八根弹簧和八根长螺栓。一个支撑套环由对称的两个半环对接组合而成，通过螺栓套装固定于输油管道的外壁，支撑套环的外壁面沿周向等间距布设有四根圆柱形支撑杆，每根支撑杆均套入一根弹簧。两块宽支撑板和两块窄支撑板布置于外筒内壁，使宽支撑板与窄支撑板沿外筒内壁周向呈交错布置，以使两块宽支撑板关于外筒筒轴对称，两块窄支撑板也关于外筒筒轴对称；宽支撑板和窄支撑板的两端均开有螺栓孔，外筒壁面对应的位置也开有螺栓孔，每个螺栓孔均安有一根沉头的长螺栓，长螺栓依次穿过外筒和支撑板的开孔；长螺栓沉头颈部表面车有螺纹，通过螺母将长螺栓和支撑板固定于外筒内壁上；长螺栓其余部分为光杆，套入套在支撑杆上的弹簧的另一端。

磁场系统由六个磁铁卡槽和六块磁铁组成。每块宽支撑板内壁设有三个方框形磁铁卡槽，分布于宽支撑板的两端及中部，磁铁卡槽与宽支撑板整体加工成型；每个磁铁卡槽中放置一块方柱形磁铁。

产电伴热系统包括导线、电导体层、内绝缘层，布置于输油管道上，通过对由内至外依次为钢管、保温层和外绝缘层三层的输油管道改造而成。在钢管外添加一层内绝缘层，在内绝缘层外布置一层电导体层，在电导体层外布置导线，构成由内至外依次为钢管、内绝缘层、电导体层、导线、保温层和外绝缘层的六层管道结构，其中导线与电导体层构成封闭电回路。

所述的支撑套环内径等于输油管道的外径。所述的外筒内径为输油管道外径的3～4倍，外筒长度与支撑板长度相等。所述的弹簧长度为外筒内径与输油管道外径之差的一半，弹簧安装完毕后呈非伸缩状态。

利用所述的利用涡激振动实现海底输油管道流动减阻装置可以提供一种利用涡激振动实现海底输油管道流动减阻方法，海流流经外筒时会产生周期性交替脱落的旋涡，诱发外筒振动；外筒与输油管道之间发生振动位移，使得输油管道内的导线切割固定于两块宽支撑板上的磁铁之间构成的磁场磁感线，从而产生感应电流，感应电流经导线流经电导体层发热，产生的热量传递给钢管内部的油流，使油流升温降粘，从而实现输油管道的流动减阻。

本发明由于采取以上方案，其具有以下优点：

1、本发明装置可根据实际需要按一定间隔布置，实现分段加热，既节约整体布置的成本，又达到了流动减阻的目的；

2、本发明的外筒、支撑板、磁铁卡槽均由塑料制成，耐腐蚀、成本低；