[发明专利]一种输气管道水合物颗粒分离装置

说明书

本发明属于气体水合物应用及储运技术领域，特指一种输气管道水合物颗粒分离装置。利用一种基于螺旋流的分离装置来分离天然气水合物颗粒，并用第一太阳能储热箱将水合物固体颗粒收集并加热，使水合物颗粒受热分解成天然气，最后再用空气压缩机将天然气输送到管道中，从而实现输气管道的正常安全运行。

技术领域

本发明属于气体水合物应用及储运技术领域，涉及一种分离装置，特指一种输气管道水合物颗粒分离装置。

背景技术

天然气作为清洁燃料对我国能源结构的调整具有重要意义。2015年全年，我国的天然气消费量超过1900×10⁸m³，在一次能源结构中的占比达到5.8％。而全球天然气在一次能源结构中的占比为24％，所以未来我国天然气需求潜力巨大。在此背景下，天然气长输管道的安全运行至关重要。输气管道中由于高流速、低温高压、流体搅动等因素的影响，极易生成天然气水合物。这不仅会减少气体流通面积、对管道阀门造成冲击，甚至还会堵塞阀门引起管道爆裂，严重威胁输气管道的运营安全。

自上世纪三十年代美国科学家首次发现天然气水合物会堵塞输气管道以后，世界各国先后开展了防治天然气水合物堵塞的研究。传统的水合物堵塞防治方法主要有降压法、脱水法、隔热法等，但应用最多的还是添加化学抑制剂法。目前主要使用的化学抑制剂主要是热力学抑制剂、动力学抑制剂、防聚剂3类。在实际应用过程中，以上的几种抑制剂各有其致命的缺陷。热力学抑制剂用量较大，一般只有其质量分数在10％～60％之间才能发挥较好作用，具有存储和注入设备庞大、环境不友好等缺点，工业上用于抑制剂花销占生产总成本的5％～8％。动力学抑制剂存在通用性差，抑制活性偏低，易受外界环境影响等问题。目前关于动力学抑制剂的研究工作不甚理想。动力学抑制剂对温度较为敏感，一旦温度升高其溶解性就会变差，抑制剂效果也会大打折扣。防聚剂主要存在于实验室的研究中，虽然效果较好，但是工艺复杂、成本昂贵，真正能在天然气管道中得到应用的少之又少。

螺旋流作为一种同时兼具轴向速度和切向速度的流动形式，应用在管道输送固体颗粒时，可以起到增大流体与管壁的剪切力的作用，阻止颗粒沉积粘结在管壁上，从而提升了固体颗粒的输送距离。常州大学王树立课题组在水合物抑制剂开发、气液两相螺旋流以及水合物浆体流动保障技术等方面做了大量的研究。王树立课题组最先提出将螺旋流输送技术用于解决天然气水合物的堵塞问题，认为螺旋流管输技术有望代替传统水合物抑制方法，可以有效减少了水合物堵塞现象，提高了天然气管道的运营安全性。

基于以上情况，本发明通过自制的基于螺旋流动的输气管道水合物颗粒分离装置来分离输气管道中形成的天然气水合物，可以最大程度的减少输气管道发生水合物堵管的风险，从而为输气管道内的安全流动提供保障。

发明内容

本发明的目的是针对目前陆上和海底管道等在运输石油天然气过程中遇到的水合物堵塞管道的问题，利用一种基于螺旋流的分离装置来分离天然气水合物颗粒。要解决的技术问题是利用螺旋流来分离天然气和天然气水合物，并用第一太阳能储热箱将水合物固体颗粒收集并加热，使水合物颗粒受热分解成天然气，最后再用空气压缩机将天然气输送到管道中，从而实现输气管道的正常安全运行。

总的说来，本发明的输气管道水合物颗粒分离装置，解决了以下几大难题：1.采用颗粒破碎器，可以减小流体在流动过程中的阻力，同时可以起到打碎较大水合物颗粒的作用；2.采用扭带锯齿状边缘进一步打碎较大水合物颗粒；3.采用螺旋流维持器可以使螺旋流维持较高的螺旋强度，保证其分离效果；4.采用导流条可以延缓螺旋流衰减，进一步分离管道中的水合物颗粒；5.采用以电能转化为热能的储热箱，利用第一光伏太阳能板和第二光伏太阳能板补充电能，为水合物分解提供热源，有效降低能源消耗；6.直接与输气管道相连，投资费用和运行费用低。