自动收球装置的制作方法

本实用新型涉及流体工质输送管道清管领域，尤其涉及一种适用于流体管道清管的自动收球装置。

背景技术：

在役天然气长输管道以及压缩空气储能集气汇管系统需要进行清管作业，以清除管道中积水、泥沙、锈渣、硫化铁粉末，以及施工过程中残留的焊渣、杂质等。通过清管可以防止管道中水合物生成、减少管道内壁受硫化氢等酸性物质腐蚀，达到提高运行效率、延长管道使用寿命的目的。传统的收球装置操作复杂，需要经培训的专业人员操作。清管球卡阻、压力表失灵、连通管堵塞的情况下，容易发生事故，造成人员伤亡、设备损坏。另外，由于长输管道气源多为气田气，经过滤后仍存在大量水和泥沙。在实际清管过程中，部分管道单次清管可排出上千公斤水合物及粉尘。水合物过多的情况下，容易造成清管球无法进入收球筒中。目前收球筒的大球筒和小球筒之间通常采用同心异径管连接，过球速度慢的时候，在该位置容易卡球。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种自动收球装置，以解决天然气长输管道清管收球过程中出现的上述种种公知问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

本实用新型提供了一种自动收球装置，包括：

大球筒，设置在该自动收球装置尾端，接收清管球；

筒径小于大球筒的小球筒，该小球筒通过一偏心异径大小头管与上述大球筒相连；

橡胶缓冲装置，设置在大球筒尾端，防止入球速度过快造成机械损伤；

所述偏心异径大小头管，为同一管筒具有大头端和小头端，其大头端连接上述大球筒，其小头端连接上述小球筒；

以及自动控制系统，包括传感器、自控阀门和自控系统。

其中：

小球筒长度为其筒径的6-12倍。

偏心异径大小头管为一侧的管壁平滑设置。

自动控制系统中，进一步的：

传感器包括：

监听站，设置在距站场指定距离位置处，监测清管球信号传至该自控系统；

通球指示器，设置在上述小球筒上；

以及远传压力传感器、就地压力传感器和甲烷探测器，均设置与该自动收球装置相连。

自控阀门包括：

放空阀、排污阀、连通阀、注氮阀、进气口阀和注水阀，均设置与该自动收球装置相接，结合该自控系统完成该自动收球装置的杂质排出与自动收球；

以及快开盲板，设置于上述大球筒末端。

自控系统包括：

数据采集与监视控制系统，接收上述监听站的监测信号；

以及可编程逻辑控制器，包括传感器反馈信号接收模块及自控阀门控制模块。

更进一步的，自控系统中的数据采集与监视控制系统及可编程逻辑控制器间为双向通信，其中，数据采集与监视控制系统为可编程逻辑控制器提供清管球位置信息，可编程逻辑控制器将收球过程参数上传至数据采集与监视控制系统。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

1、实现了自动、半自动收球，提高了收球作业的安全性。

2、通过采用加长球筒、偏心大小头连接等方式解决了收球过程中清管球无法进入球筒和卡球等问题。

3、本实用新型加入防撞缓冲装置，有效解决了球速过快造成的清管球和收球装置机械损伤问题，延长清管球和收球装置的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型一实施例收球装置的结构示意图；

图2是图1收球装置A-A界面示意图；

图3是图1收球装置B-B界面示意图；

图4是图1收球装置鞍座布置图；

图5是本实用新型一实施例收球装置的自控系统逻辑控制图；

图6是本实用新型一实施例收球装置的收球工艺流程图。

图中：

快开盲板1 法兰2 接管3 压力表接管4

筒体5 偏心异径管6 小筒体7 通球指示仪8

鞍座9 法兰10 接管11 鞍座12 档条13

法兰14 接管15 挡板16 橡胶缓冲圈17

阀门62、63、66、613、614、616、617、618、619、620

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型作进一步的详细说明。

传统的用于流体管道清管的收球装置，包括：锁环式快开盲板、筒体、出物料接管、安全阀接管、放空阀接管、异径管、主管线接管、后鞍式支座、排污阀接管、前鞍式支座、通球指示仪、排污口、介质入口等部件。具有易卡球、堵塞管道，设备易损坏等突发状况。

基于以上基本部件，以及针对上述各类问题，本实用新型一实施例提供了一种新型的且安全性更高的自动收球装置，请参照图1至图3，进一步表现为，包括：

快开盲板1，位于自动收球装置的出口端，方便开启取出清管球；法兰2、10和14，与接管3、11和15，完成装置与外部相关设备的连接；压力表接管4，可连接压力表用于检测收球装置管道内部的压力信息；直径不同的筒体5和7通过异径管6相连，异径管6两端口直径分别配合该筒体5和7的直径大小实现精准连接；通球指示仪8，可明确监测清管球的通过状况，方便运维管理；鞍座9和12，实现该收球装置的固定安装；档条13和挡板16，以及橡胶缓冲圈，设置在该装置近出口端，防止清管球速度过快而造成机械损伤。

特别地，该装置包括：

大球筒，设置在该自动收球装置尾端，接收清管球；

筒径小于大球筒的小球筒，该小球筒通过一偏心异径大小头管与上述大球筒相连；

橡胶缓冲装置，设置在大球筒尾端，防止入球速度过快造成机械损伤；

所述偏心异径大小头管，为同一管筒具有大头端和小头端，其大头端连接上述大球筒，其小头端连接上述小球筒；

以及自动控制系统，包括传感器、自控阀门和自控系统。

其中，关于自动控制系统，本实施例中，在常规收球装置基础上加装自动控制系统。包括传感器、自动阀门及自控系统，来实现收球装置的自动工作。

一些实施例中，关于自动控制系统，进一步表现为，其传感器包括：

监听站，设置在距站场指定距离位置处，监测清管球信号传至该自控系统；

通球指示器，设置在上述小球筒上；

以及2个远传压力传感器、2个就地压力传感器和甲烷探测器，均设置与该自动收球装置相连。

一些实施例中，关于自动控制系统，还表现为，其自控阀门包括：

放空阀、排污阀、连通阀(球阀)、注氮阀、进气口阀和注水阀，均设置与该自动收球装置相接，结合该自控系统完成该自动收球装置的杂质排出与自动收球；

以及快开盲板，设置于上述大球筒末端等。

一些实施例中，关于自动控制系统，更表现为，其自控系统包括：

数据采集与监视控制系统，接收上述监听站的监测信号；

以及可编程逻辑控制器，包括传感器反馈信号接收模块及自控阀门控制模块。

本实施例中，所提供的自动收球装置，其自动控制系统中自控系统包括：现场防爆可编程逻辑控制器(PLC)，可编程逻辑控制器(PLC)与数据采集与监视控制(SCADA)系统连接。

更进一步的有，自控系统中的数据采集与监视控制系统及可编程逻辑控制器间为双向通信，其中，数据采集与监视控制系统为可编程逻辑控制器提供清管球位置信息，可编程逻辑控制器将收球过程参数上传至数据采集与监视控制系统。

基于上述实施例，该自动收球装置在工作时，其自动控制系统表现为：监听站可根据现场实际情况，设置在距站场5公里、10公里等位置，便于监测通球速度，预测清管球到站时间。监听站信号传入到站场SCADA系统中后，可计算出清管球到达时间。当通球指示仪有信号反馈至PLC后，PLC与SCADA系统通讯。PLC接收现场传感器信号，通过逻辑控制开关阀门、盲板开关，实现自动收球。

关于小球筒，一些实施例中，小球筒长度为其筒径的6-12倍。

常规收球筒设计长度一般为筒径的4～6倍，在管内积水、水合物较多的情况下，水合物等杂志进入大球筒中，造成清管球无法进入球筒。而此时球筒内压力较高，容易发生安全事故，或者清管球无法取出。本实用新型中球筒采用加长设计，优选的，本实施例中，收球筒长度根据管线气源的不同设置为6～12倍。对于气田气、进口气气源，气源中含水、含粉尘较多，可将球筒长度设置为直径的12倍。对于LNG气源，可以适当缩短球筒长度。

关于偏心异径大小头管，一些实施例中，偏心异径大小头管为一侧的管壁平滑设置。

常规收球筒中大球筒和小球筒连接部位采用同心异径大小头连接。清管球由小球筒进入大球筒的过程中，如果进球速度过慢，在重力作用下，清管球前端接触大球筒底部，造成清管球卡在大小头位置。本实用新型中，大球筒与小球筒之间采用异心管连接，尤其需要说明的是，该大球筒与小球筒组成的该异心管，管柱一侧为平滑设置，即以该侧为底，大管筒孔和小管筒孔分别朝正左和正右放置，得到的正视图为直角梯形，或类直角梯形，以达到清管球在慢速通过时，可平滑通过大小头，可有效解决卡球的问题。

关于橡胶缓冲装置，清管器在管道中运行速度大概在15-20km/h，在清管球前后压差较大的情况下，清管球速度会超出20km/h，清管球进入过快，容易造成清管球头部撞击收球装置快开盲板位置，造成机械损伤。由此，本实用新型中，在快开盲板位置安装圆形橡胶材质缓冲装置，可有效防止入球速度过快造成的机械损伤问题。

本实用新型另一实施例提供了一种基于该自动收球装置的收球方法，基于上述实施例进一步详细描述如下。首先如图1至图3所示，该新型收球装置，采用锁环式快开盲板1，具有结构合理，密封性能好，启闭迅速，易实现自动控制，安全可靠，承压能力强等优点。该收球装置采用偏心大小头管6连接大球筒5和小球筒7。小球筒7均采用了加长设计，长度约为筒径的6-12倍。

其次，该收球装置筒体的顶部还设有进水口，底部设有出水口。在大球筒和小球筒之前设置有压力平衡管。大球筒尾端设有橡胶材质防撞缓冲装置。在大球筒及小球筒上部设置有测压口。在大球筒上部设置有氮气注入孔。

另有，该收球装置球筒通过两个鞍座与地基连接，鞍座与球筒之间采用焊接方式连接。球筒上侧设有安全阀，试验球筒超压保护功能。

如图4所示，现场PLC通过读取通球指示仪、甲烷检测仪、压力传感器等现场仪表信号，以及通过SCADA系统获取的清管球运动位置信息，可通过设备中心线控制现场阀门、盲板动作，最终实现自动收球。

基于上述基本条件，该新型自动收球装置工艺流程如图5所示，结合图6，为该自动收球装置的清管器接收流程，进一步说明其具体操作过程如下：

(1)监听站根据现场实际情况，设置在距站场5公里和10公里的位置处，清管器工作时，首先由10公里清管监听站监测清管器信号，同时将该监听数据实时的传入SCADA系统中，并关闭阀门62、613、614、616、617、618、66，开启阀门63；

(2)根据SCADA系统中清管器的运行监测数据(该数据包括清管器的运行速度以及实时位置)，可更为准确的预测清管器的到站时间，本实施例中，SCADA系统预测清管器位置信息并结合PLC实现之后的逻辑控制开关阀门及盲板开关操作，首先选择在清管器到站前45分钟，将工艺流程切换为清管器接收流程；

(3)在5公里清管监听站反馈清管器信号后缓慢打开阀66，调节收球筒内气体压力；

(4)待阀62上、下游的气体压力平衡后(即收球筒内的气体压力经过调节达到与清管器工作时天然气管道内的气体压力相一致)，全部打开阀66；

(5)缓慢全部开启阀62；

(6)关闭阀63，流程切换为清管器接收流程，开始收球装置的排出杂质及收球过程；

(7)间歇打开放空阀617、618，利用收球装置管内外气体压力不同一步步的排空粉尘；

(8)自动排污阀613和阀614间歇开启，逐步进行排污，同时避免了大量杂质一起涌出造成的排出管堵塞；

(9)通球指示仪给出反馈信号至PLC，确认清管器进入收球筒后，打开阀63恢复正常供气；

(10)关闭阀62、阀66；

(11)打开放空阀617、618，放空接收筒内天然气；

(12)待接收筒内压力降至大气压后，由注水孔注入适量清水，以防止硫化亚铁自燃；

(13)注入氮气，直至筒内甲烷浓度低于2％，该检测过程由甲烷探测器实现，同时检测结果输入PLC实现进一步控制；

(13)打开快开盲板，取出清管器，清洗接收筒和快开盲板；

(14)关好快开盲板；

(15)关闭放空阀617、618，关闭自动排污阀613、614，清管通过指示器自动复位；

(16)将收球过程参数，如时间、压力、温度、操作记录等参数上传至SCADA系统。

本实用新型提供的自动收球装置，包括了PLC机柜、快开盲板、法兰、压力表接管、筒体、偏心异径管、小筒体、通球指示仪、鞍座、档条等，该收球装置加入的自控系统，现场通过PLC系统控制，PLC与站场SCADA系统通讯，实现自动、半自动收球。该收球装置中小球筒加长，以解决清管过程中出现大体积水合物，清管球无法进入大球筒的问题。该收球装置大球筒与小球筒连接采用偏心异径大小头管，以解决清管球进入大球筒过程中出现的卡球问题。该收球装置大球筒末端靠近快开盲板位置增设橡胶缓冲圈，清管球进入球筒速度过快，对清管球及收球装置造成机械损伤的问题。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。