[实用新型]可控型段塞流发生装置

说明书

本实用新型涉及一种可控型段塞流发生装置，包括段塞发生器和控制台，段塞发生器包括接在气相入口和段塞出口之间的气相通道和气液混合通道，气相通道依次包括第一段塞腔室和第一带有到位信号反馈的快速响应阀门；气液混合通道依次包括第二带有到位信号反馈的快速响应阀门、气液混合器、第二段塞腔室、相互并联的第三带有到位信号反馈的快速响应阀门和第四带有到位信号反馈的快速响应阀门，从第二带有到位信号反馈的快速响应阀门流出的气体和从液相入口流入的液体在气液混合器混合；在控制台对各个快速响应阀门及流量调节阀的控制下，形成段塞流。本实用新型能够模拟实际现场工况的段塞流发生装置。

技术领域

本实用新型涉及一种可控型段塞流发生装置。

背景技术

湿天然气是气相为连续相，液相为离散相的气液两相流。气相携带液相在管道中流动。在天然气采集、输送等工业过程中，管道内常伴有凝析油及地层水等液态介质。对于常规高压气田，井口产出物中在气井开采的生命周期内，井下压力逐渐降低，气体携液能力变差，井口产气过程中很容易形成段塞流。海上平台在开采过程中由于海下立管的存在也会形成严重的段塞流。在天然气的输送过程中由于地势的起伏亦会造成段塞流。

段塞流的发生会对井口的生产以及输送设备造成严重危害甚至造成不可预期的安全事故，其主要表现在：(1)对采气工艺流程影响。段塞流的出现极易造成现场分离器高压或者高液位报警，使分离效率降低；严重的段塞流甚至会使得分离器溢流从而导致液相直接流入气路；(2)对输送系统混输泵的影响。很多场合中采用的是气液混输，由于频繁产生的段塞流会使的混输泵长期工作在交变荷载状态，干转时间过长将导致啮合螺杆过热，降低混输泵的使用寿命和工作效率；(3)对密封部件的影响。气液两相混输流动有别于单纯的气相输送或者液相输送，会对密封件提出一些特殊要求，段塞流所造成的冲击载荷进一步恶化了这些部件的工作条件，不仅影响密封件的寿命，而且会导致密封永久失效，密封液泄漏量增大，如不能及时处理甚至会引发安全事故；(4)段塞流的出现还会引起混输泵及附属管线、仪器仪表的振动，从而影响设备的正常运行；(5)对计量准确性的影响。由于段塞流的存在会使得管道内的流动极其不稳，对于多相流量计而言在这种情况下无法保证测量精度；对于分离器而言无法保证分离干净从而导致安装在下游的单相流量计计量出现偏差，进而影响贸易结算。

目前国内外已有一些公司机构研究段塞流测量、捕捉及段塞流发生。利用装置产生段塞流的机理是基于自然流动形成或者模拟地形液塞发生，需要的管道长度动辄几十到上千米。如挪威的SINTEF试验环道室外管道总长达1000米，其中一条管道水平管长400米，竖直管高52米^[1]；美国Tulsa大学的TUFFP试验环道长420米^[1]；英国帝国理工学院的WASP试验环道长36米^[1]；中科院力学所的试验环道长40米^[1]；中国石油大学的试验管道长340米^[1]；法国石油研究院的试验管道长50米^[2]；专利号CN2311758Y中提到了一种利用多个小型气液分离器分时选通的原理来模拟段塞流的形成^[3]，专利中亦提到这种设计方式适用于竖直管的流动并不适用于水平管；中国石油大学同样利用单一分离器的原理进行了人造段塞流的设计^[4]，分离器前有一段竖直爬升的过程就要求气相有一定的携液能力即气相流速不能过小，同时液塞的形成是依靠液相的重力作用自行流下导致液塞并不是可控的。依靠自然流动形成的段塞流装置气相流速一般在4m/s以下，当气相流速过高时就无法形成段塞流；依靠地形因素形成段塞流的装置可以达到较大的气相流速，但此类装置不仅需要较长的直管段而且需要一定高度的立管，且在气相流速较小时容易发生液相堵塞现象。综上，基于一般设计的实验装置用于模拟现场复杂的工况，从而导致实验室设计的消除或者计量段塞流的设备安装到现场管路中无法达到预期的要求。

参考文献：

[1]陈振瑜,何利民.段塞流试验研究进展[J].油气储运,2000,19(12):32-38.