CN106964611A - 用于管道除垢的复合型空化清洗器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于管道除垢的复合型空化清洗器，包括叶片清洗结构和喷嘴，所述的叶片清洗结构和喷嘴通过自锁螺纹连接为一体；所述的叶片清洗结构包括内层叶片和外层叶片两组叶片，所述的内层叶片和外层叶片交错叠放在一起；所述的喷嘴由入口腔、空化谐振腔和射流小孔组成。由于本发明采用了空化机理对管道进行清洗，远远超过传统清洗手段的清洗效率。且采用叶片空化清洗器和空化喷嘴两级复合，提高了单级空化清洗器的空化效果。由于本发明采用复合型空化清洗器，所需驱动压力低于10MPa，比传统的高压水射流清洗技术危险性降低。由于本发明采用的空化清洗器，设备简单，造价较低，比传统的PIG清洗技术所需成本降低。
Description
技术领域
本发明涉及油田管道除垢技术，特别是一种用于管道除垢的空化清洗器。
背景技术
近年来，强碱三元复合驱油体系为油田实现了持续高产稳产，但强碱三元复合驱中强碱和地层中岩石矿物发生的化学反应，造成了储油层岩石的溶蚀和脱落，钙、硅等难溶离子在管道输运过程中沉积形成复杂的混合垢，混合垢会造成油田管道的堵塞，严重地影响采油效率，造成经济损失。因此，研究油田管道中钙、硅混合垢的除垢新技术，改善三元复合驱油体系的流变性能，提高开采效率，具有重要意义。
传统的管道除垢方法包括化学和物理两大类。化学方法利用化学物质与污垢发生化学反应，溶解污垢。化学除垢中由于化学药品的使用，造成环境污染、危害人体健康和腐蚀管道等问题，制约了化学方法的发展。物理方法主要依靠外来能量作用产生的打击力和压力冲击波清除管道污垢，使其破碎、脱落，主要包括高压水射流、空化、机械、PIG、喷砂等。目前，常规的高压水射流、化学、喷砂、微生物等管道除垢方法，在实际工程中均遇到难以克服的管道转弯、管道变径以及在线除垢等难题，造成除垢不彻底、内防腐涂膜不均匀等后果，尤其对于强碱三元复合驱条件下的复杂垢质更加难以清除。
目前管道清洗主要方式包括：高压水射流、PIG清洗方法和化学清洗方法。这些清洗方式都存在一些缺点：
1、高压水射流所需压力较高，危险性较大。
2、PIG清洗方法设备昂贵，成本较高。
3、化学清洗方法毒性较大，污染环境。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种安全性高、高效、绿色环保和低成本的用于管道除垢的复合型空化清洗器。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
用于管道除垢的复合型空化清洗器，包括叶片清洗结构和喷嘴，所述的叶片清洗结构和喷嘴通过自锁螺纹连接为一体；
所述的叶片清洗结构包括内层叶片和外层叶片两组叶片，所述的内层叶片和外层叶片交错叠放在一起；所述的叶片清洗结构通过弯折定型成具有双折弯角度的碗状结构，且满足弯折角度θ1>θ2；
所述的喷嘴由入口腔、空化谐振腔和射流小孔组成；入口腔直径与空化谐振腔的内径比范围为1.8-2.1；空化谐振腔直径与射流小孔直径比范围为3.1-3.3；
所述的叶片清洗结构内腔与压紧板贴合；所述的喷嘴为空化喷嘴。
进一步地，所述的射流小孔的射流出口为锥孔，锥孔锥角范围为120°-150°。
进一步地，所述的压紧板与叶片清洗结构内腔贴合，采用高弹性材料。
进一步地，所述的叶片清洗结构和喷嘴还通过喷嘴外壁面所开的卡槽进行连接。
进一步地，所述的喷嘴中心通孔具有三个不同的直径，上段通孔的直径为D、中段通孔的直径为DS、下段通孔的直径为d，其中段通孔与上段通孔的直径关系为：(D/DS)2为3.2-4.5，上段通孔与下段通孔的直径关系为：(D/d)2为10-11。
进一步地，所述的喷嘴和压紧板通过自锁螺母、喷嘴外壁台肩、上垫片和下垫片固定在叶片清洗结构上，所述的上垫片位于压紧板内腔底部、下垫片位于叶片清洗结构外表面底部。
本发明工作原理如下：当本发明采用水介质作为其工作介质。工作时，叶片清洗结构依靠弹性与管道中的垢质贴合，并形成狭窄的节流空间。当来流通过此区域可产生大量的空泡群，并通过空泡溃灭产生巨大的冲击力达到清除垢质的目的。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明是一种全新的清洗方法，利用空化气泡产生、溃灭过程的高温、高压作用于待清洗污垢表面，使其分解、破碎从而达到清洗的目的，其清洗压力低、设备简单、能很好的适合弯曲复杂的管路，具有良好的清洗效果，并且研究发现空化打击力能加强材料表面性能，延迟下次结垢的时间。
2、本发明在油田管道修复技术的主要性能指标上处于优势。随着空穴射流基础研究的不断深化，本发明将被广泛在油田领域工业化推广，如管道除垢、油井解堵、管道材料强化、含油污水处理等。
3、由于本发明采用了空化机理对管道进行清洗，远远超过传统清洗手段的清洗效率。且采用叶片空化清洗器和空化喷嘴两级复合，提高了单级空化清洗器的空化效果。
4、由于本发明采用复合型空化清洗器，所需驱动压力低于10MPa，比传统的高压水射流清洗技术危险性降低。
5、由于本发明采用的空化清洗器，设备简单，造价较低，比传统的PIG清洗技术所需成本降低。
6、本发明还适用于其他领域管道的除垢清洗。
附图说明
图1是两组交错叠放的叶片清洗器三维图
图2是单组叶片未折弯定型示意图。
图3是单组叶片折弯后定型示意图。
图4是空化喷嘴示意图。
图5是压紧板示意图。
图6是本发明的复合空化清洗器结构示意图
图6中：1-内层叶片，2-外层叶片，3-喷嘴，4-压紧板，5-上垫片，6-下垫片，7-自锁螺母。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1-6所示：本发明的主体是图1-3所示的叶片清洗结构，在叶片清洗结构的上端通过跟壁面形成的节流面而产生空化效果，在折弯角的条件下，使上折弯叶片区域能够快速产生空化，下折弯叶片区域空泡能够快速破灭。
如图3所示为上折弯角θ1、下折弯角θ2的叶片清洗结构，采用不同的上下折弯角，在上折弯角θ1较小时，节流面积较小，能够产生更多的空化泡。而下折弯角θ2较大，能够使所产生的空化泡快速溃灭，产生较大的压力脉冲和微射流，清除污垢。
通过连接螺母7把图4所示的是空化喷嘴3和图5所示的压紧板4连接在叶片清洗结构上，图4所示的喷嘴3具有上、中、下三段通孔，直径分别为D、DS、d。喷嘴3的下段通孔是射流孔，通过射流孔对管道进行清洗；喷嘴3的中段通孔内形成空化谐振腔，此为产生空化效果最主要的腔室；喷嘴3的上段通孔为流体的入口腔，流体入口腔的入口直径最大，便于流体的流入、同叶片清洗结构及其来流流量相配合；为了与叶片清洗结构相连接，通过台肩来固定轴向位置。
如图5所示，为压紧板4的结构，它与叶片清洗结构紧密贴合在一起，有一定的柔软性，适合清洗器变直径和变折弯角度的要求。
本发明在管道清洗推进过程中，一部分流体从叶片清洗结构与管道的狭缝中流过，形成叶片清洗结构的空化效果，另一部分流体从图4所示空化喷嘴3的上段通孔中流入，进入中段通孔的空化谐振腔中，由于截面形状的突变，水流产生初始压力激动，进而产生流体谐振，形成驻波并形成初始空化泡。行进的空泡在下段通孔中经强力压缩，随水流激射而出。在空化喷嘴3和叶片节流这两部分中，都存在空化效应，由于空泡瞬时溃灭时产生较大的瞬时压强和微射流，当溃灭发生在污垢附近时，能够利用所产生的压力和微射流高效清洗管道污垢。图4所示的下段通孔可在清洗器前进方向散射清理管道中的污垢，而本发明前进时即可产生上述空化效果打击壁面，同时可以刮擦壁面上的污垢。由叶片清洗结构跟空化喷嘴共同作用，对于管道中的污垢进行有效的清理。
本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.用于管道除垢的复合型空化清洗器，其特征在于：包括叶片清洗结构和喷嘴(3)，所述的叶片清洗结构和喷嘴(3)通过自锁螺纹连接为一体；
所述的叶片清洗结构包括内层叶片(1)和外层叶片(2)两组叶片，所述的内层叶片(1)和外层叶片(2)交错叠放在一起；所述的叶片清洗结构通过弯折定型成具有双折弯角度的碗状结构，且满足弯折角度θ1>θ2；
所述的喷嘴(3)由入口腔、空化谐振腔和射流小孔组成；入口腔直径与空化谐振腔的内径比范围为1.8-2.1；空化谐振腔直径与射流小孔直径比范围为3.1-3.3；
所述的叶片清洗结构内腔与压紧板(4)贴合；所述的喷嘴(3)为空化喷嘴(3)。
2.根据权利要求1所述的用于管道除垢的复合型空化清洗器，其特征在于：所述的射流小孔的射流出口为锥孔，锥孔锥角范围为120°-150°。
3.根据权利要求1所述的用于管道除垢的复合型空化清洗器，其特征在于：所述的压紧板(4)与叶片清洗结构内腔贴合，采用高弹性材料。
4.根据权利要求1所述的用于管道除垢的复合型空化清洗器，其特征在于：所述的叶片清洗结构和喷嘴(3)还通过喷嘴(3)外壁面所开的卡槽进行连接。
5.根据权利要求1所述的用于管道除垢的复合型空化清洗器，其特征在于：所述的喷嘴(3)中心通孔具有三个不同的直径，上段通孔的直径为D、中段通孔的直径为DS、下段通孔的直径为d，其中段通孔与上段通孔的直径关系为：(D/DS)2为3.2-4.5，上段通孔与下段通孔的直径关系为：(D/d)2为10-11。
6.根据权利要求1所述的用于管道除垢的复合型空化清洗器，其特征在于：所述的喷嘴(3)和压紧板(4)通过自锁螺母(7)、喷嘴(3)外壁台肩、上垫片(5)和下垫片(6)固定在叶片清洗结构上，所述的上垫片(5)位于压紧板(4)内腔底部、下垫片(6)位于叶片清洗结构外表面底部。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 116026 1 Linghai Road, hi tech park, Dalian, Liaoning Applicant after: Dalian Maritime University Applicant after: HARBIN UNIVERSITY Address before: 150086 Zhongxing Avenue, Nangang District, Harbin, Heilongjiang 109 Applicant before: HARBIN UNIVERSITY Applicant before: Dalian Maritime University |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Ma Wenqi Inventor after: Sun Hongyi Inventor after: Chen Dongqi Inventor before: Sun Hongyi Inventor before: Ma Wenqi Inventor before: Chen Dongqi |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |