天然气气井自发电伴热装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种天然气气井自发电伴热装置，来气进口处的管壁上设有前置节流装置，气动马达由固定装置固定于管壁内部，气动马达与传动轴固定连接，传动轴导流环固定在传动轴上，传动轴与发电装置固定连接；发电装置与电加热装置连接，电加热装置连接在气路管道上，来气出口处设有后置节流装置；优点是运行成本极其低廉，防爆性、安全性好，对环境要求较低，能带载启动，维修成本低。
【专利说明】天然气气井自发电伴热装置
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种机电装置，尤其是一种天然气井加热装置。
【背景技术】
[0002]在天然气生产过程中，天然气从地层经井口节流降压后输送到集气站。节流装置的存在使得天然气温度降低，由于天然气中往往或多或少含有水分，当遇到寒冷天气时，容易形成水化物造成管线冻堵。遇到出水较多的井，由于污水无法直接在井口处理，只能与天然气一起输送到集气站内，经过分离之后排放到污水池中，因此在没有伴热的情况下管线冻堵情况尤为严重。为解决这一问题，目前主要采用在井口安装水套炉为管道内混合介质提供伴热。水套炉设备相对体积庞大、维护复杂，还需要燃气气水分离装置、挡风墙、烟囱等附属设施。运行过程中需要井口天然气作为燃料，持续消耗成本。水套炉用水需要预先进行处理，并且水的装卸都需要动用专用车辆进行作业。当遭遇大风天气等情况时，水套炉容易发生停炉故障，进而造成管线冻堵。总体而言，成本较高。由于气井多数处于野外环境，通常不配备电力供应。部分井口配备了太阳能供电装置，但无法为气井提供电伴热。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的在于将天然气生产过程中井口管道内高压天然气自身的内能部分转化为电能，为井口介质提供电伴热而提供一种天然气气井自发电伴热装置。
[0004]本实用新型的技术方案是:天然气气井自发电伴热装置，包括前置节流装置、气动马达、传动轴、传动轴导流环、发电装置、丝堵、后置节流装置及电加热装置，其特征在于来气进口处的管壁上设有前置节流装置，气动马达由固定装置固定于管壁内部，气动马达与传动轴固定连接，传动轴导流环固定在传动轴上，传动轴与发电装置固定连接；发电装置与电加热装置连接，电加热装置连接在气路管道上，来气出口处设有后置节流装置。
[0005]所述的气动马达与发电装置处的管道为三通型，传动轴导流环与遮挡孔板对应；发电装置由磁力联轴器内磁转子、磁力联轴器隔离套、磁力联轴器外磁转子组成，磁力联轴器隔离套固定于管道末端，磁力联轴器内磁转子与传动轴固定连接，并由固定装置固定于磁力联轴器隔离套内，磁力联轴器外磁转子固定于磁力联轴器隔离套外侧，磁力联轴器外磁转子转轴分别与磁力联轴器外磁转子和发电机的转轴连接；发电装置通过导线与电加热装置连接，电加热装置安装于后置节流装置下部的管道上。
[0006]还可行的方案是:所述的气动马达与发电装置处的管道为三通型，传动轴导流环与遮挡孔板对应；发电装置由隔离套、线圈、永磁转子组成，隔离套固定于管道末端，线圈缠绕于隔离套外侧，永磁转子与传动轴固定连接，并由固定装置固定于隔离套内，发电装置的线圈通过导线与电加热装置连接，电加热装置安装于后置节流装置下部的管道上。
[0007]还可行的方案是:所述的气动马达与发电装置连接；发电装置由隔离套、线圈转子、永磁体组成，隔离套固定于管道上，永磁体固定于隔离套外部，线圈转子通过传动轴与气动马达固定连接，线圈转子通过导线与电热管连接，线圈转子的另一端连接转轴，转轴的另一端通过固定装置固定于管壁上，电热管套在转轴上，来气出口处的管道内安装有后置节流装置。
[0008]以上方案所述的前置节流装置、气动马达、发电装置及后置节流装置处的管道上开有开口，并由丝堵密封。
[0009]本实用新型的有益效果是:运行中不消耗天然气，仅对运转设备进行正常维护保养即可，运行成本极其低廉。采用气动马达作为动力机构，长期工作温升较小，防爆性、安全性好，对环境要求较低，能带载启动，维修成本低。该装置无动态密封点，在天然气井口高压、易燃、易爆的环境中安全性较好。与传统水套炉伴热系统相比属于一次性投入，且受外部环境制约小，因而可靠性好。配合整流稳压设备还可为井口电子设备辅助供电。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本实用新型实施例1的结构示意图。
[0011]图2为本实用新型实施例2的结构示意图。
[0012]图3为本实用新型实施例3的结构示意图。
[0013]图中:1、来气进口 ；2、管壁；3、前置节流装置；4、丝堵；5、线圈；6、固定装置；7、气 动马达；8、传动轴；9、传动轴导流环；10、遮挡孔板；11、隔离套；12、外磁转子；13、内磁转子；14、固定装置；15、永磁转子；16、转轴；17、发电机；18、永磁体；19、后置节流装置；20、线圈转子；21、转轴；22、电加热装置；23、电热管；24、电线。
【具体实施方式】
[0014]【实施例一】
[0015]天然气气井自发电伴热装置，包括前置节流装置3、气动马达7、传动轴8、传动轴导流环9、发电装置、丝堵4、后置节流装置19及电加热装置22，来气进口 I处的管壁2上设有前置节流装置3，气动马达7由固定装置6固定于管壁2内部，气动马达7与传动轴8固定连接，传动轴导流环9固定在传动轴8上，传动轴8与发电装置固定连接；发电装置与电加热装置22连接，电加热装置22连接在气路管道上，来气出口处设有后置节流装置19。
[0016]所述的气动马达7与发电装置处的管道为三通型，传动轴导流环9与遮挡孔板10对应；发电装置由磁力联轴器内磁转子13、磁力联轴器隔离套11、磁力联轴器外磁转子12、转轴16、发电机17组成,磁力联轴器隔离套11固定于管道末端，磁力联轴器内磁转子13与传动轴8固定连接，并由固定装置14固定于磁力联轴器隔离套11内，磁力联轴器外磁转子12固定于磁力联轴器隔离套11外侧，磁力联轴器外磁转子转轴16分别与磁力联轴器外磁转子12和发电机17的转轴连接；发电装置通过导线24与电加热装置22连接，电加热装置22安装于后置节流装置19下部的管道上。
[0017]以上方案所述的前置节流装置3、气动马达7、发电装置及后置节流装置19处的管道上开有开口，并由丝堵4密封。
[0018]1、来气进口——井口天然气由此进入自发电伴热装置。
[0019]2、管壁一井口天然气管壁。
[0020]3、前置节流装置——根据井口油、套压和气动马达自身运行参数，与后置节流装置一起，将管道压力调整到气动马达工作压力范围之内。[0021]4、丝堵一装卸节流装置的通道。
[0022]6、气动马达固定装置——将气动马达固定在管壁内。
[0023]7、气动马达——将气流的内能转化为机械能。
[0024]8、气动马达传动轴——连接气动马达和内磁转子，带动内磁转子转动。
[0025]9、传动轴导流环——固定在传动轴上，起到导流作用，阻止气流直接冲击内磁转子。
[0026]10、遮挡孔板一固定在管壁上的孔板，阻止气流直接冲击内磁转子。在孔板下端有开孔，使进入隔离套内的积液可以流出。
[0027]11、隔离套一将转子所在的高压易燃气体环境与外部常压空气环境隔离开来。静态密封点设计，减少工艺难度，提升安全系数。
[0028]12、磁力联轴器外磁转子一在磁力作用下随着内磁转子而转动，在不发生接触、不使用动态密封点的情况下，把机械能从隔离套内传递到隔离套之外，驱动发电机发电。
[0029]13、磁力联轴器内磁转子一通过传动轴与气动马达连接在一起，在气动马达驱动下转动，并带动外 磁转子转动，向隔离套外输出动力。
[0030]14、固定装置——通过轴承连接转子转轴末端，限定其位置。
[0031 ] 16、外磁转子转轴——连接外磁转子与发电机的转轴。
[0032]17、发电机——借助外磁转子输出的动力，将机械能转化为电能。
[0033]19、后置节流装置——配合前置节流装置，根据气井油套压，调节气动马达前后的流体压力、流量，使之在气动马达的工作范围之内。
[0034]22、电加热器——将电能转换为热能，对管道内流体进行加热。
[0035]24、电线——将发电机输出的电力输送到电加热器。
[0036]井口天然气通过来气进口 I进入自发电伴热装置，流经安装在管壁2上的前置节流装置3，节流降压后，驱动气动马达7，通过气动马达传动轴8，带动磁力联轴器内磁转子13转动，借助穿透磁力联轴器隔离套11的磁力作用，带动磁力联轴器外磁转子12转动，通过外磁转子转轴16驱动固定在发电机底座上的发电机17发电。发电机产生的电力经过电线24输送给电加热器22。管道内流体在气动马达传动轴导流环9的导流和遮挡孔板10的遮挡下，避开内磁转子所在的管道空间，下行至后置节流装置19，进行再次节流降压后，经由电加热器入口进入电加热器22，被加热后经由电加热器出口进入后续管网。
[0037]卸下前置节流装置3旁边的丝堵4之后，可以对前置节流装置3进行更换或者调整作业，结合井口油、套压和气动马达7的自身运行参数，配合后置节流装置19的相应操作，可将管道压力调整到气动马达7的工作压力范围之内。通过拆下气动马达7旁边的丝堵4，可以对气动马达7、内磁转子13等部件进行装卸作业。卸下后置节流装置19旁边的丝堵4之后，可以对后置节流装置19进行更换或者调整作业。
[0038]用井口高压天然气驱动气动马达7，利用天然气节流降压过程输出机械能，再借助磁力联轴器，在不增加动态密封点的情况下将机械能传输到管壁2外，带动发电机17发电，为管线提供电伴热。
[0039]【实施例二】
[0040]天然气气井自发电伴热装置，包括前置节流装置3、气动马达7、传动轴8、传动轴导流环9、发电装置、丝堵4、后置节流装置19及电加热装置22，来气进口 I处的管壁2上设有前置节流装置3，气动马达7由固定装置6固定于管壁2内部，气动马达7与传动轴8固定连接，传动轴导流环9固定在传动轴8上，传动轴8与发电装置固定连接；发电装置与电加热装置22连接，电加热装置22连接在气路管道上，来气出口处设有后置节流装置19。
[0041]所述的气动马达7与发电装置处的管道为三通型，传动轴导流环9与遮挡孔板10对应；发电装置由隔离套11、线圈5、永磁转子15组成，隔离套11固定于管道末端，线圈5缠绕于隔离套11外侧，永磁转子15与传动轴8固定连接，并由固定装置14固定于隔离套11内，发电装置的线圈5通过导线24与电加热装置22连接，电加热装置22安装于后置节流装置19下部的管道上。
[0042]以上方案所述的前置节流装置3、气动马达7、发电装置及后置节流装置19处的管道上开有开口，并由丝堵4密封。
[0043]5、线圈-在变化磁场作用下产生感应电流，对外输出电力。
[0044]8、传动轴-连接气动马达和永磁转子，带动永磁转子转动。
[0045]11、隔离套一将转子所在的高压易燃气体环境与外部常压空气环境隔离开来。采用静态密封，减少工艺难度，提升安全系数。[0046]15、永磁转子一由固定在转轴上的永磁体构成，通过传动轴与气动马达连接在一起，在气动马达驱动下转动，产生变化磁场。
[0047]井口天然气通过来气进口 I进入自发电伴热装置，流经安装在管壁2上的前置节流装置3，节流降压后，驱动气动马达7，通过气动马达传动轴8，带动永磁转子15转动，产生变化的磁场，在变化磁场作用下，隔离套11外的线圈5内部产生感应电流，经过电线24输送给电加热装置22。管道内流体在气动马达7传动轴导流环9的导流和遮挡孔板10的遮挡下，避开永磁转子15所在的管道空间，下行至后置节流装置19，进行再次节流降压后，经由电加热器入口，进入电加热装置22，被加热后经由电加热器出口进入后续管网。
[0048]卸下前置节流装置3旁边的丝堵4之后，可以对前置节流装置3进行更换或者调整作业，结合井口油、套压和气动马达7的自身运行参数，配合后置节流装置19的相应操作，可将管道压力调整到气动马达7的工作压力范围之内。通过拆下气动马达7旁边的丝堵4，可以对气动马达7、永磁转子15等部件进行装卸作业。卸下后置节流装置19旁边的丝堵4之后，可以对后置节流装置19进行更换或者调整作业。
[0049]用井口高压天然气驱动气动马达7，利用天然气节流降压过程产生机械能，再借助置于管道内的永磁转子15，产生变化的电磁场，在该磁场的作用下，固定在管壁2上的线圈5内产生感应电流，通过导线24连接电加热装置22，提供伴热。
[0050]【实施方式三】
[0051]天然气气井自发电伴热装置，包括前置节流装置3、气动马达7、传动轴8、发电装置、丝堵4、电热管23及后置节流装置19，来气进口 I处的管壁2上设有前置节流装置3，气动马达7由固定装置6固定于管壁2内部，气动马达7与传动轴8固定连接，传动轴8与发电装置固定连接；发电装置与电热管23连接，来气出口处设有后置节流装置19。
[0052]所述的气动马达7与发电装置连接；发电装置由隔离套11、线圈转子20、永磁体18组成，隔离套11固定于管道上，永磁体18固定于隔离套11外部，线圈转子20通过传动轴8与气动马达7固定连接，线圈转子20通过导线24与电热管23连接，线圈转子20的另一端连接转轴21，转轴21的另一端通过固定装置14固定于管壁2上，电热管23套在转轴21上，来气出口处的管道内安装有后置节流装置19。
[0053]以上方案所述的前置节流装置3、气动马达7、发电装置及后置节流装置19处的管道上开有开口，并由丝堵4密封。
[0054]11、隔离套一将转子所在的高压易燃气体环境与外部常压空气环境隔离开来。
[0055]14、固定装置一通过轴承连接转轴，限定转轴位置。
[0056]18、永磁体——环绕固定在隔离套外部，提供外部磁场。
[0057]20、线圈转子——通过转轴与气动马达传动轴连接在一起，在转动过程中，受外部磁场影响产生感应电流，将机械能转化为电能。
[0058]21、转轴——连接气动马达传动轴，固定线圈和电热管的中轴，可以随气动马达传动轴一起转动。
[0059]23、电热管——呈管状固定在转轴上，将电能转化为热能。
[0060]井口天然气通过来气进口 I进入自发电伴热装置，流经安装在管壁2上的前置节流装置3，节流降压后，驱动气动马达7，通过气动马达传动轴8，带动线圈转子20转动，在隔离套11外部的永磁体18的磁场作用下，线圈转子20内部产生感应电流，经过电线24输送给电热管23，电能转换为热能，产生的热量通过散热装置散发到管道流体介质中，提升介质温度。管道内介质流经后置节流装置19，再次节流降压，进入后续管网。
[0061]卸下前置节流装置3旁边的丝堵4之后，可以对前置节流装置3进行更换或者调整作业，结合井口油、套压和气动马达7的自身运行参数，配合后置节流装置19的相应操作，可将管道压力调整到气动马达7的工作压力范围之内。通过拆下气动马达7旁边的丝堵4，可以对气动马达7、线圈转子20等部件进行装卸作业。
[0062]用井口高压天然气驱动气动马达7，利用天然气节流降压过程产生机械能，带动置于管道内的线圈转子20，在外置永磁体18的电磁场作用下，产生感应电流，通过导线24连接电热管23，提供伴热。
【权利要求】
1.天然气气井自发电伴热装置，包括前置节流装置、气动马达、传动轴、传动轴导流环、发电装置、丝堵、后置节流装置及电加热装置，其特征在于来气进口处的管壁上设有前置节流装置，气动马达由固定装置固定于管壁内部，气动马达与传动轴固定连接，传动轴导流环固定在传动轴上，传动轴与发电装置固定连接；发电装置与电加热装置连接，电加热装置连接在气路管道上，来气出口处设有后置节流装置。
2.根据权利要求1所述的天然气气井自发电伴热装置，其特征在于所述的气动马达与发电装置处的管道为三通型，传动轴导流环与遮挡孔板对应；发电装置由磁力联轴器内磁转子、磁力联轴器隔离套、磁力联轴器外磁转子组成，磁力联轴器隔离套固定于管道末端，磁力联轴器内磁转子与传动轴固定连接，并由固定装置固定于磁力联轴器隔离套内，磁力联轴器外磁转子固定于磁力联轴器隔离套外侧，磁力联轴器外磁转子转轴分别与磁力联轴器外磁转子和发电机的转轴连接；发电装置通过导线与电加热装置连接，电加热装置安装于后置节流装置下部的管道上。
3.根据权利要求2所述的天然气气井自发电伴热装置，其特征在于所述的气动马达与发电装置处的管道为三通型，传动轴导流环与遮挡孔板对应；发电装置由隔离套、线圈、永磁转子组成，隔离套固定于管道末端，线圈缠绕于隔离套外侧，永磁转子与传动轴固定连接，并由固定装置固定于隔离套内，发电装置的线圈通过导线与电加热装置连接，电加热装置安装于后置节流装置下部的管道上。
4.根据权利要求3所述的天然气气井自发电伴热装置，其特征在于所述的气动马达与发电装置连接；发电装置由隔离套、线圈转子、永磁体组成，隔离套固定于管道上，永磁体固定于隔离套外部，线圈转子通过传动轴与气动马达固定连接，线圈转子通过导线与电热管连接，线圈转子的另一端连接转轴，转轴的另一端通过固定装置固定于管壁上，电热管套在转轴上，来气出口处的管道内安装有后置节流装置。
5.根据权利要求1或2或3所述的天然气气井自发电伴热装置，其特征在于所述的前置节流装置、气动马达、发电装置及后置节流装置处的管道上开有开口，并由丝堵密封。
【文档编号】E21B36/04GK203756124SQ201420026890
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年1月16日 优先权日:2014年1月16日
【发明者】石传恩, 宋嫣蓉, 李传福, 何秀芹, 冯杰, 李海涛, 孔永峰, 汪江明, 高辰龙, 盖永军, 王晓晖 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司油气集输总厂