管道制造技术

本发明专利技术涉及用于工业活动中的管道（１），其中管道（１）具有特定的几何形状。特别是，管道（１）形成为低幅螺旋状，其使流经管道（１）的流体形成涡流。这种涡流提供很多优点。可以使用该管道（１）的场合包括：石油生产立管和出油管、井下使用的生产管、用于输送流体的输送管、静止混合器、弯管、接头等等，压力水管和引水管、用于化学、石化和制药工业的反应器、热交换器、低温室、用于废物处理的焚化炉和熔炉、静态分离器和进气口。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及一种工业活动中使用的管道，这种管道具有特定的几何形状。
技术介绍
许多工业过程涉及将流体从工厂或机器的一部分输送到另一处，通常这种输送是通过使用管道来实现的。在通过管道输送流体期间，也可以例如用加热、辐射、化学反应等等方法来处理流体。以这种方式使用的管道，特别是那些用于长距离输送流体的管道，通常是直的，因为它们的中心线是直线而管道的壁平行于中心线。然而，已经发现可以使用其它的管道几何形状，其相对于直管可具有多种优势。特别是，形成为低幅螺旋的管道相对于直管具有几种明显的优点。所谓“低幅螺旋”，我们指的是管道形成为其中心线沿大致螺旋的路径，而螺旋的幅度等于或小于管道内径的一半。当流体进入这样的螺旋形状的管道时，几乎立刻就产生涡流。涡流与常规流动相比有许多优点。可以减小湍流和相关的压力损失(和能量损失)。另外，由于在整个横截面上混合，经过管道的流动的速度分布比在常规管道中的流动会更均匀(平缓)，涡流趋于象滑阀一样，冲刷管道壁。已经发现，一般在进入低幅螺旋的几个管道直径的范围内就会在管道的整个宽度上产生涡流。此外，与涡流相关的在整个横截面上的二次运动和混合导致在中心流体(fluid within the core)中以及管道壁处流体和中心流体之间的相当大的质量、动量和热传递。具体实施例方式此处使用的术语“螺旋的幅度”指中心线从平均位置到横向极限的变位程度。因而该幅度是螺旋中心线的整个横向宽度的一半。正常情况下管的横截面面积沿其长度基本不变，但它也可以根据所需要的特定特性而改变。在这种类型的低幅螺旋管道中，螺旋的幅度小于管道内径的一半，沿管道的管腔存在“视线(line of sight)”。尽管在视线上的流动可能会沿直线路径，但已知其一般具有涡流成分。对本说明书来说，术语螺旋管道的“相对幅度”定义为幅度除以内径。由于螺旋管道的幅度小于或等于管道的内径的一半，这意味着该相对幅度小于或等于0.5。优选地，相对幅度可以小于或等于0.45、0.40、0.35、0.30、0.25、0.20、0.15、0.1或0.05。较小的相对幅度可更好地利用可用的横向空间，因为管道整体上不会比具有相同横截面面积的一般直管宽太多。较小的相对幅度还产生较宽的“视线”，为压力计或其他设备沿管道的插入提供更多的空间。然而，非常小的相对幅度在某些情况中会导致二次运动和混合的减小。在雷诺数较高时，可以使用较小的相对幅度，同时引起程度合适的涡流。这通常意味着，对给定的内径，流速高的情况下，可以使用低的相对幅度，同时仍足以引发涡流。螺旋角(或节距，其中节距是螺旋一圈的长度，并可以依照管道的内径来定义)也是影响流动的相关因素。如同相对幅度一样，可以根据各种条件，特别是管道所载运的流体的粘性、密度和速度来优化螺旋角。螺旋角优选小于或等于65°，更优选地，小于或等于55°、45°、35°、25°、15°、10°或5°。一般来说，对于较高的雷诺数，螺旋角可以较小，同时得到让人满意的涡流，但对较低的雷诺数而言，需要较高的螺旋角以产生让人满意的涡流。一般不希望为了获得较快的流动(具有较高的雷诺数)而使用较高的螺旋角，因为这样可能会产生靠近壁的滞留流体囊。因此，对给定的雷诺数(或雷诺数的范围)，在产生让人满意的涡流的情况下，螺旋角优选尽可能选择低的。在特定实施例中，螺旋角小于20°。在附图说明图1示出了具有低幅螺旋几何形状的管道的长度。此管道1具有圆形横截面，外径DE、内径DI和壁厚T。该管道缠绕成螺旋，其幅度恒为A(从平均到横向极限测量得到)，节距恒为P，螺旋角恒为θ，工作宽度(sweptwidth)W。该管道1包含在假想的包迹20内，该包迹纵向延伸并具有与螺旋的工作宽度W相等的宽度。包迹20可被认为是具有纵向中心轴线30，其也被当作螺旋旋转轴线。图示的管道1具有直的轴线30，但应该理解，该中心轴线可以是弯曲的，或者实际上可以根据需要而采用任何形状。该管道具有沿着围绕纵向中心轴线30的螺旋路径的中心线40。可看到幅度A小于管道内径DI的一半。通过保持幅度小于该尺寸，管道所占据的横向空间和管道的整个长度可保持较小，而同时管道的螺旋结构促进流体沿管道形成涡流。这也提供了沿管道的较宽的内腔，让仪器、设备等等能够穿过管道。使用低幅螺旋管道对许多过程是有利的，这些过程涉及通过管输送或移动流体、在管内的混合流体，热量和质量转移进入或离开管内流体、以及其中在管内发生沉积或污染的过程以及其中在管内发生化学反应的过程。这种用法可适用于单相的气体或流体，或者是作为多相混合的气体、液体或固体的任意组合的混合物。使用这种管道可以具有显著的经济影响。例如，涡流提供的湍流的减小和相关的压降的减小，将在适当条件下使泵送成本降低。这在通过输送管分送碳氢化合物(包括原油和气体生产过程)是很有意义的。例如，用于本国或国外使用的石油生产立管和出油管可至少部分具有低幅螺旋几何形状。该低幅螺旋几何形状改善立管或出油管的流体动力性，因为它减小了通过出油管或立管的湍流，因而减小了压力损失。出油管或立管可以是基本垂直的，基本水平的，或者具有弯曲的几何形状，包括S形或垂链形。出油管或立管可以是刚性的或是柔性的，或者两者的任一组合。出油管或立管可以由任何材料的组合来构建，并可以包括加强环。类似地，在油井、气井、水井或地热井中使用的井下生产管道可以使用低幅螺旋几何形状。至少井的一部分包括具有低幅螺旋几何形状的生产管道。优点包括湍流的减少和压力损失的减少。此外，用于输送碳氢化合物的输送管可以使用低幅螺旋几何形状，并且会获得湍流减少和压力损失减少这样的好处。当然，用于输送其他流体(象饮用水、废水和污水，泥浆、粉末、食物或饮料产品或实际上任何单相或多相流体)的输送管也可以具有低幅螺旋几何形状并获得同样的好处。其中减小压降具有特别益处的另一领域是用于水电应用的压力水管和引流管背景中。压降减小将引起发电输出的增加，即使在压降上的小的减小也将引起在电厂使用期间很大的输出电力的提高。压降减小对于发电站和其他工业工厂周围的蒸汽的分送也是重要的。它对化学反应的操作也很重要，在上述化学反应中，要将压力保持在尽可能低的水平以提高产量，包括在真空下操作的过程，例如用热解来生产石蜡和由苯乙烷生产苯乙烯。在包括化学、食物、制药、水和油工业的许多工业中，在管道内混合是很重要的。将少量的活性化学品均匀地分布到大量的其他材料中经常是很重要的。在某些情况中，这被叫做配量。例子包括向多种材料和食物中加入抗氧化剂，以及向饮用水中加入氯或碱。低幅螺旋，因为其固有的良好的输送混合能力，因此能减少活性化学品的量同时保证浓度足以达到预期目的，并且能保证不会在局部出现不符合要求的高(或低)的添加剂浓度。对于那些要求将两种或更多股较大的流体汇集到一起并保证它们不会开的场合，混合也是重要的。此外，混合对于要求保持流体为稳定的混合相(防止不需要的相位分离)的场合也是重要的。这一点在生产原油和煤气时是重要的，气的离析产生腾涌(slugging)，腾涌会减小输送管的容量并增大作业的费用。实际上，在石油生产立管和出油管中、在井下应用的生产管道中、以及在输送碳氢化合物和其他流体的输送管中，使用低幅螺旋几何形状的另一个主要好处是减小活塞流。改进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于陆上或海上的石油生产立管和出油管，其使用低幅螺旋几何形状。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：科林G卡罗，菲利普L伯奇，威廉塔利斯，
申请(专利权)人：帝国大学改革有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]