CN112432055A - 天然气输送管网黑粉取样与实时监测装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天然气输送管网黑粉取样与实时监测装置及其使用方法，该装置包括容器桶、黑粉吸附器、进气管道和出气管道，容器桶的顶端顶端设置有端盖，黑粉吸附器设置于容器桶的上部内，进气管道和出气管道分别与容器桶的下部和上部连通，进气管道和出气管道内分别设置有进气球阀和出气球阀；容器桶的底端设置有排放管，排放管上设置有阀门。本发明公开了一种天然气输送管网黑粉取样与实时监测装置，采用永磁铁棒与永磁铁锥形螺旋圈相结合的方法捕集黑粉，具有分离效率高、过滤效果强的优点，克服了现有黑粉处理方法的弊端；同时还可建立整个管道内的总黑粉量与管道内压力值的关系式，对于判断管道黑粉组成、成因分析等都有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及能源运输技术领域，具体涉及一种天然气输送管网黑粉取样与实时监测装置及其使用方法。
背景技术
黑粉是天然气长输管道和管网内常见的污染物，其由铁硫化物、碳酸铁、氧化铁、硫磺、沙粒等组成。黑粉会导致管道管输量下降、仪表和阀门堵塞、压缩机压缩效率降低等一系列问题，严重影响天然气的正常输送和下游用户的正常使用。黑粉污染输送管道的问题最早出现在天然气管道建设较早的国家，如美国、加拿大等国。近年来，随着我国输气管线的大规模建设和相继投入运营，黑粉也逐渐出现在输气管网中。
中国海油的海气登陆外输管道内的“黑粉”问题还尤其普遍，其加快了管道内壁的腐蚀增长、污染重要阀门和计量调压设备等问题，然而，天然气管道的“黑粉”问题在国内并没有得到足够重视。由于长输管网的压缩机入口对管输气体的含尘量要求均为微米级，在部分地区，天然气气源与液化天然气(liquefiednatural gas，简称LNG)气源和外部企业的气源掺混输送后，依靠累积除尘的分输站或末站的旋风分离器、卧式过滤器经常因过滤效率对颗粒物尺寸的选择性不佳而降低累计效率，实际效果达不到设计性能，问题往往更加棘手。
《天然气外输管道黑粉分布规律及清除措施》(见《石油与天然气化工》第47卷第6期)、《天然气管道黑粉积聚原因浅析》(见《化工管理》2018年5月期刊论文)等文献调研及业内实际情况表明，当前天然气管道内黑粉处理方法主要有以下几种：一种是依靠传统的天然气站场的过滤器处理，但是需要定期更换滤芯且实践操作难度大；另一种是定期清理输送管道，但是不仅费工费时，工作量大，还可能因对黑粉量预计不足而带来管道堵塞和天然气场站仪表阀门的严重堵塞问题。
此外，当前天然气管道内的黑粉处理方法主要是依靠分输站或输气末站的旋风分离器、卧式过滤器来处理黑粉与其它杂质、游离水等混合物，旋风分离器、卧式过滤器不仅容易被游离水堵塞引起分离效率大幅下降，还由于其自身过滤精度为微米级，与铁基黑粉的粒径尺寸亚微米级较为相近，因此其对铁基黑粉的过滤效果欠佳，而且，天然气场站所用的过滤器一般固定在站场，无法移动、也不适用于实时监测评估任意一段天然气管道内的黑粉分布情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种天然气输送管网黑粉取样与实时监测装置及其使用方法，用以解决现有黑粉处理方法中分离效率低、过滤效果差和不适用于实时监测评估任意一段天然气管道内的黑粉分布情况等问题。
本发明提供一种天然气输送管网黑粉的取样与实时监测装置，包括容器桶、黑粉吸附器、进气管道和出气管道，所述容器桶的顶端顶端设置有端盖，所述黑粉吸附器设置于所述容器桶的上部内，所述进气管道和所述出气管道分别与所述容器桶的下部和上部连通，所述进气管道和所述出气管道内分别设置有进气球阀和出气球阀；所述容器桶的底端设置有排放管，所述排放管上设置有阀门。
优选地，所述黑粉吸附器可拆卸设置于所述容器桶的上部内；所述黑粉吸附器包括顶板、若干根永磁铁棒和永磁铁锥形螺旋圈，所述顶板盖设于所述容器桶的顶部，若干根所述永磁铁棒垂直所述顶板的下表面，所述永磁铁锥形螺旋圈的起始端固定于所述顶板下表面，所述永磁铁锥形螺旋圈螺旋向下缠绕于外侧的所述永磁铁棒形成多匝道的螺旋圈，且螺旋圈的相邻匝道之间紧密设置。
优选地，所述端盖为快开端盖，所述端盖上设置有把手环。
优选地，所述进气管道上设置有压力表，所述进气管道和所述出气管道上分别设置有进气流量计和出气流量计，其中，所述进气球阀、所述压力表、所述进气流量计从天然气进管方向至出管方向依次设置于所述进气管道上，所述出气流量计和所述出气球阀从天然气进管方向至出管方向依次设置于所述出气管道上。
优选地，所述容器桶的下部设置有进气管道对接头，所述进气管道与所述进气管道对接头之间通过法兰密封连接；所述容器桶的上部设置有出气管道对接头，所述出气管道与所述出气管道对接头之间通过法兰密封连接。
优选地，所述进气管道和所述出气管道分别设置于所述容器桶的两侧。
优选地，所述容器桶的底部设置有若干个支撑腿。
优选地，所述容器桶的下部设置为黑粉堆积部，所述黑粉堆积部用于装载从所述黑粉吸附器落下的黑粉颗粒。
优选地，所述容器桶底部设置有排放管，所述排放管上设置有排放闸阀和排放球阀，所述排放球阀靠近所述排放管的出气端设置，所述排放闸阀靠近所述排放管的进气端设置。
本发明还涉及一种上述的天然气输送管网黑粉的取样与实时监测装置的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：
步骤S1：夹杂有黑粉的天然气从位于容器桶下部的进气管道进入，依次经过进气球阀、压力表和进气流量计，进入到容器桶内部，自下而上依次穿过黑粉吸附器，黑粉吸附器内的若干根永磁铁棒和永磁铁锥形螺旋圈与夹杂有黑粉的天然气发生快速接触，黑粉中的铁基黑粉和非铁基黑粉被吸附，而天然气运动到容器桶上部，并流入出气管道，依次经过出气流量计和出气球阀，从出气管道的出口流出；
步骤S2：持续一段时间；
步骤S3：关闭进气球阀和出气球阀，隔离容器桶内的黑粉；
步骤S4：打开容器桶底部的排放管，同时收集从排放管出口排出的黑粉，持续监测压力表的压力值变化，直至恢复常压状况；
步骤S5：黑粉吸附器内的黑粉取样取样及称量：
步骤S6：根据黑粉吸附器的实时监测时间、进气流量计和出气流量计的流量变化、压力表的压力值P，以及黑粉吸附器内的黑粉质量变化，进而建立整个管道内的总黑粉量W与管道内压力值P的关系式。
本发明的有益效果是：
本发明提出一种天然气输送管网黑粉的取样与实时监测装置，其中吸附黑粉主要依靠黑粉吸附器，基于永磁铁吸附铁基黑粉并裹挟着非铁基黑粉的原理，采用永磁铁棒与永磁铁锥形螺旋圈相结合的方法捕集黑粉，具有分离效率高、过滤效果强的优点，克服了现有黑粉处理方法的弊端；通过该取样与实时监测装置并计算实时监测时间和流经黑粉吸附器的天然气流量，建立整个管道内的总黑粉量与管道内压力值的关系式，对于判断管道黑粉组成、成因分析、定位管道内黑粉量较大的管段、调整站场过滤器滤芯更换周期、更换过滤器滤芯精度、实时对管道内的黑粉进行取样以解决贸易纠纷等都有重要意义。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的天然气输送管网内黑粉的实时监测与取样装置的结构示意图；
图2为本发明实施例1提供的黑粉吸附器的结构示意图；
图3为本发明实施例1提供的黑粉吸附器的顶板与永磁铁棒连接处的俯视图。
具体实施方式
实施例1
实施例1提供一种天然气输送管网黑粉的取样与实时监测装置，下面对其结构进行详细描述。
参考图1，该天然气输送管网黑粉的取样与实时监测装置包括一容器桶1，容器桶1的顶端设置有端盖11，且端盖11与容器桶1之间气密性连接。
容器桶1内设置有黑粉吸附器2，容器桶1的下部和上部分别连通有进气管道3和出气管道4，其中进气管道3用于与上游的输气站场的天然气输气管道相连通，出气管道4用于与下游的输气站场的天然气送气管道相连通。优选地，进气管道3与上游的输气站场的天然气输气管道相通过法兰连接，出气管道4与下游的输气站场的天然气送气管道通过法兰连接。
具体地，黑粉吸附器2包括顶板20、若干根永磁铁棒21和永磁铁锥形螺旋圈22。参考图2，顶板20盖设于容器桶1的顶部，若干根永磁铁棒21垂直固定于顶板20的下表面，永磁铁锥形螺旋圈22的起始端固定于顶板20下表面的中部，永磁铁锥形螺旋圈22从上至下依次螺旋缠绕于外侧的永磁铁棒21形成多匝道的螺旋圈，且螺旋圈的相邻匝道之间紧密设置。
具体地，参考图3，顶板20的下表面的中心点“X”为永磁铁锥形螺旋圈22的连接点，其余各个位置均可作为永磁铁棒21的连接点。
为了方便黑粉吸附器2整体式搬迁和移动，黑粉吸附器2可拆卸设置于容器桶1的上部内。
为了增强黑粉吸附器2的黑粉吸附能力，永磁铁棒21与永磁铁锥形螺旋圈22外表面有螺旋形开槽，以增加吸附表面积。
具体地，端盖11为快开端盖，具体地，端盖11上设置有把手环110，把手环110为半圆或半椭圆的管环或铁环，把手环110的两端垂直设置于端盖11的上表面。
为了方便控制天然气在进气管道3和出气管道4内的流通与否，进气管道3内设置有进气球阀31，出气管道4内设置有出气球阀41，优选地，进气球阀31和出气球阀41均为手动球阀。
为了测量天然气进入时和黑粉被吸附后的气压变化，进气管道3上设置有压力表30。
为了测量天然气在进气管道3和出气管道4内的流量变化，进气管道3上设置有进气流量计32，出气管道4上设置有出气流量计42。
具体地，进气球阀31、压力表30、进气流量计32从天然气进管方向至出管方向依次设置于进气管道3上。
进一步地，容器桶1的下部设置有进气管道对接头，进气管道3与进气管道对接头之间通过法兰密封连接，即进气管道3与进气管道对接头的连接处成对设置有进气管道配对法兰33，进气管道配对法兰33包括进气管道3与进气管道对接头分别设置的两片法兰，这两个法兰是配对法兰，配对法兰的两片法兰的标准和材料、口径、压力等级都是一样的，故称之为配对法兰。
具体地，出气流量计42和出气球阀41从天然气进管方向至出管方向依次设置于出气管道4上。
进一步地，容器桶1的上部设置有出气管道对接头，出气管道4与出气管道对接头之间通过法兰密封连接，即出气管道4与进气管道对接头的连接处设置有出气管道对接法兰43，该出气管道对接法兰43的具体接法参见进气管道配对法兰33的接法。
作为一种优选地实施方式，进气管道3和出气管道4分别设置于容器桶1的两侧。
为了方便容器桶1内的黑粉沉积物堆积，容器桶1的下部设置为黑粉堆积部10，黑粉堆积部10用于装载从黑粉吸附器2落下的黑粉颗粒。
为了提高容器桶1的稳定性，容器桶1的底部设置有若干个支撑腿5，若干个支撑腿5相互平行，且其顶端均固定于容器桶1的底部、底端处于同一个平面上。
为了方便黑粉堆积部10的黑粉沉积物的排放，容器桶1底部设置有排放管6，为了控制排放管6对黑粉沉积物的排放的排放，排放管6上设置有排放闸阀61和排放球阀62，且排放球阀62为手动球阀，靠近排放管6的出气端设置，排放闸阀61为手动闸阀，靠近排放管6的进气端设置。
实施例2
实施例2提供一种天然气输送管网黑粉的取样与实时监测装置的使用方法，采用实施例1提供的天然气输送管网黑粉的取样与实时监测装置，该使用方法包括以下步骤：
步骤S1：夹杂有黑粉的天然气从位于容器桶1下部的进气管道3进入，依次经过进气球阀31、压力表30和进气流量计32，进入到容器桶1内部，自下而上依次穿过黑粉吸附器2，黑粉吸附器2内的若干根永磁铁棒21和永磁铁锥形螺旋圈22与夹杂有黑粉的天然气发生快速接触，黑粉中的铁基黑粉和非铁基黑粉被吸附，而天然气运动到容器桶1上部，并流入出气管道4，依次经过出气流量计42和出气球阀41，从出气管道4的出口流出；
步骤S2：持续数小时或数天；
步骤S3：关闭进气球阀31和出气球阀41，断开进气管道3与天然气的输气管道的法兰连接以及出气管道4与天然气的送气管道的法兰连接，隔离容器桶1内的黑粉；
步骤S4：打开容器桶1底部的排放管6，同时收集从排放管6出口排出的黑粉，持续监测压力表30的压力值变化，直至恢复常压状况；
步骤S5：黑粉吸附器2内的黑粉取样取样及称量：
步骤S6：根据黑粉吸附器2的实时监测时间、进气流量计32和出气流量计42的流量变化、压力表30的压力值P，以及黑粉吸附器2内的黑粉质量变化，进而建立整个管道内总黑粉量W与压力值P的关系式。
具体地，打开容器桶1底部的排放管6包括以下步骤：
先保持排放球阀62关闭；
打开排放闸阀61；
然后再缓慢打开排放球阀62，进行压力释放和气体放空。
具体地，步骤S5包括以下步骤：
在黑粉吸附器2进行压力释放和气体放空至大气压后，打开端盖11；
将顶板20与永磁铁棒21、永磁铁锥形螺旋圈22连在一起并直接从容器桶1的正上方垂直取出，剥离吸附在永磁铁棒21和永磁铁锥形螺旋圈22上的铁基黑粉和非铁基黑粉，把所有黑粉放在一起称重，称得总重量w。
具体地，建立整个管道内总黑粉量为W与压力值P的关系式包括以下步骤：
设相邻输气站场之间的总黑粉量为W、临近的上游输气站场至临近的下游输气站场之间总距离为L，输气流量为Q，压力表30上的压力值为P，流经黑粉吸附器2的天然气流量为q，则总黑粉量W的计算表达式为：
WL，P＝w/q*Q
通过监测进气管道3内的压力表30的压力值P，得到黑粉吸附器2捕集的黑粉总量W的变化，可以得到整个管道内总黑粉量W与管道内压力值P的函数关系。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种天然气输送管网黑粉的取样与实时监测装置，其特征在于，包括容器桶(1)、黑粉吸附器(2)、进气管道(3)和出气管道(4)，所述容器桶(1)的顶端顶端设置有端盖(11)，
所述黑粉吸附器(2)设置于所述容器桶(1)的上部内，所述进气管道(3)和所述出气管道(4)分别与所述容器桶(1)的下部和上部连通，所述进气管道(3)和所述出气管道(4)内分别设置有进气球阀(31)和出气球阀(41)；
所述容器桶(1)的底端设置有排放管(6)，所述排放管(6)上设置有阀门。
2.如权利要求1所述的天然气输送管网黑粉的取样与实时监测装置，其特征在于，
所述黑粉吸附器(2)可拆卸设置于所述容器桶(1)的上部内；
所述黑粉吸附器(2)包括顶板(20)、若干根永磁铁棒(21)和永磁铁锥形螺旋圈(22)，所述顶板(20)盖设于所述容器桶(1)的顶部，若干根所述永磁铁棒(21)垂直所述顶板(20)的下表面，所述永磁铁锥形螺旋圈(22)的起始端固定于所述顶板(20)下表面，所述永磁铁锥形螺旋圈(22)螺旋向下缠绕于外侧的所述永磁铁棒(21)形成多匝道的螺旋圈，且螺旋圈的相邻匝道之间紧密设置。
3.如权利要求1所述的天然气输送管网黑粉的取样与实时监测装置，其特征在于，所述端盖(11)为快开端盖，所述端盖(11)上设置有把手环(110)。
4.如权利要求1所述的天然气输送管网黑粉的取样与实时监测装置，其特征在于，所述进气管道(3)上设置有压力表(30)，
所述进气管道(3)和所述出气管道(4)上分别设置有进气流量计(32)和出气流量计(42)，
其中，所述进气球阀(31)、所述压力表(30)、所述进气流量计(32)从天然气进管方向至出管方向依次设置于所述进气管道(3)上，
所述出气流量计(42)和所述出气球阀(41)从天然气进管方向至出管方向依次设置于所述出气管道(4)上。
5.如权利要求4所述的天然气输送管网黑粉的取样与实时监测装置，其特征在于，
所述容器桶(1)的下部设置有进气管道对接头，所述进气管道(3)与所述进气管道对接头之间通过法兰密封连接；
所述容器桶(1)的上部设置有出气管道对接头，所述出气管道(4)与所述出气管道对接头之间通过法兰密封连接。
6.如权利要求1至5任一所述的天然气输送管网黑粉的取样与实时监测装置，其特征在于，
所述进气管道(3)和所述出气管道(4)分别设置于所述容器桶(1)的两侧。
7.如权利要求1所述的天然气输送管网黑粉的取样与实时监测装置，其特征在于，
所述容器桶(1)的底部设置有若干个支撑腿(5)。
8.如权利要求1所述的天然气输送管网黑粉的取样与实时监测装置，其特征在于，
所述容器桶(1)的下部设置为黑粉堆积部(10)，所述黑粉堆积部(10)用于装载从所述黑粉吸附器(2)落下的黑粉颗粒。
9.如权利要求4所述的天然气输送管网黑粉的取样与实时监测装置，其特征在于，
所述容器桶(1)底部设置有排放管(6)，
所述排放管(6)上设置有排放闸阀(61)和排放球阀(62)，所述排放球阀(62)靠近所述排放管(6)的出气端设置，所述排放闸阀(61)靠近所述排放管(6)的进气端设置。
10.一种如权利要求9所述的天然气输送管网黑粉的取样与实时监测装置的使用方法，所述使用方法包括以下步骤：
步骤S1：夹杂有黑粉的天然气从位于容器桶(1)下部的进气管道(3)进入，依次经过进气球阀(31)、压力表(30)和进气流量计(32)，进入到容器桶(1)内部，自下而上依次穿过黑粉吸附器(2)，黑粉吸附器(2)内的若干根永磁铁棒(21)和永磁铁锥形螺旋圈(22)与夹杂有黑粉的天然气发生快速接触，黑粉中的铁基黑粉和非铁基黑粉被吸附，而天然气运动到容器桶(1)上部，并流入出气管道(4)，依次经过出气流量计(42)和出气球阀(41)，从出气管道(4)的出口流出；
步骤S2：持续一段时间；
步骤S3：关闭进气球阀(31)和出气球阀(41)，隔离容器桶(1)内的黑粉；
步骤S4：打开容器桶(1)底部的排放管(6)，同时收集从排放管(6)出口排出的黑粉，持续监测压力表(30)的压力值变化，直至恢复常压状况；
步骤S5：黑粉吸附器(2)内的黑粉取样取样及称量：
步骤S6：根据黑粉吸附器(2)的实时监测时间、进气流量计(32)和出气流量计(42)的流量变化、压力表(30)的压力值P，以及黑粉吸附器(2)内的黑粉质量变化，进而建立整个管道内总黑粉量W与管道内压力值P的关系式。
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