一種基于微波技術防治天然氣水合物的節流閥的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于管輸天然氣水合物防治領域，這里特指一種利用微波的熱效應防止天然氣水合物生成的節流閥。
【背景技術】
[0002]管輸天然氣的水合物防治一直是天然氣長距離運輸過程中需要解決的難題，當前，由于天然氣水合物的堵塞問題而引起的事故屢見不鮮，不僅造成了巨大的經濟損失，而且對周圍環境及周邊居民的日常生活產生了不利的影響；如2009年12月西氣東輸二線西段投產之后，半年之內管道和場站出現了 50多處冰堵，對管道的正常運行造成了很大的影響。
[0003]目前，現場實踐中，管輸天然氣的水合物防治技術主要集中在氣體集輸前的深度脫水階段，從根源上破壞水合物的生成條件，文章“長距離管輸天然氣水化物防止及天然氣脫水工藝，2001，(4):56-60.”介紹了脫水技術對水合物生成的影響；然而，該方法對于前期深度脫水工藝的投資運行費用較大，往往不具有工業化實踐意義；通過注入抑制劑的手段能夠很好防止天然氣水合物的生成，文章“天然氣水合物及抑制劑的研究，2015，
[3]:98-99.”介紹了現階段對于水合物抑制劑的研究情況，然而，該方法對于抑制劑的添加位置較難判定，且當前的研究表明，要達到較好的抑制效果，抑制劑的用量較大；總的來說，當前針對管輸天然氣水合物的防治并沒有較為成熟的手段，然而，通過對當前眾多管輸天然氣水合物堵塞的實際事故進行分析發現，最容易引起水合物堵塞的點往往集中在流速變化較大的節流閥處，基于此，亟需設計一種能耗低、經濟效益高、針對性強的氣體水合物防治裝置。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是針對天然氣在節流閥節流后生成水合物堵塞管道的問題，采用微波加熱技術，破壞天然氣水合物的結晶條件，開發出一種基于微波技術防治天然氣水合物的節流閥，其能夠有效的防治管道節流過程中水合物的堵塞問題。
[0005]本發明提供了一種利用微波技術防止節流后天然氣水合物生成的裝置。其特征在于本發明由手輪、信號檢測/接收/反饋裝置、線路纏繞裝置、閥桿螺母、閥桿、閥腔、微波發射裝置、閥瓣、壓力變送器、溫度變送器和閥體組成，閥門的密封采用填料密封，且供電采用外部電源。本發明的最高設計壓力取決于耐壓玻璃的承壓能力。工作壓力可介于0MPa-30MPa，適合高壓、中壓、低壓管道。
[0006]一種基于微波技術防治天然氣水合物的節流閥，包括閥體、閥桿和閥瓣，閥體內設有閥腔，閥桿伸入到閥腔內，閥桿底端連接有閥瓣，閥桿頂端連接有手輪，其特征在于:還設有信號檢測/接收/反饋裝置、微波發射裝置、壓力變送器和溫度變送器，信號檢測/接收/反饋裝置安裝在閥桿上，位于手輪的下方，微波發射裝置位于閥腔內，鑲嵌在閥桿的底部、位于閥瓣上部，壓力變送器及溫度變送器安裝在閥體出口處的管道上，為信號檢測/接收/反饋裝置提供壓力及溫度信號；信號檢測/接收/反饋裝置能夠檢測閥門啟閉信號、接收并處理壓力變送器及溫度變送器輸出的溫壓信號，信號檢測/接收/反饋裝置根據閥門啟閉信號和溫壓信號，對微波發射器發出開啟和關閉的指令，使水合物快速分解。
[0007]進一步地，信號檢測/接收/反饋裝置和微波發射裝置固定在閥桿上，隨閥桿一起轉動。
[0008]進一步地，閥桿為中空結構，微波發射裝置與信號檢測/接收/反饋裝置連接的信號線通過閥桿內部連接。
[0009]進一步地，信號檢測/接收/反饋裝置下方安裝線路纏繞裝置，線路纏繞裝置固定在閥體頂端上，主要解決閥桿移動時的信號連接線路的纏繞問題。
[0010]進一步地，在閥腔的上方，閥桿與閥體之間的特定位置設有填料密封，確保整個裝置的氣密性。
[0011]進一步地，在線路纏繞裝置的下方、閥體內部的上方與閥桿連接處設置閥桿螺母，主要解決在運行過程中咬死或生銹的問題；閥腔形狀為圓柱型，并將節流處與氣體出口連接處設置成半球形擴大，確保閥門開啟、閥桿上移的過程中，微波發射器可以作用于節流處。
[0012]進一步地，所述微波發射裝置由微波發射器、耐高壓玻璃、微波裝置保護板組成，微波發射器圍繞閥桿成環繞狀固定在閥桿末端，兩兩間隔90°排列，固定采用螺絲固定，確保閥桿轉動過程中微波發射器可以作用到節流處，微波發射器外圍設有耐高壓玻璃，微波發射器上方安裝有微波裝置保護板，微波裝置保護板固定在耐高壓玻璃上側。
[0013]本發明中，當閥門開啟或關閉時，閥桿轉動，連接在閥桿上的信號檢測/接收/反饋裝置接收到閥門啟閉信號，進而觸發微波發射器開啟，發射微波，防止天然氣水合物形成；當閥門開度達到工作要求后，閥桿停止轉動，信號檢測/接收/反饋裝置檢測到閥桿停止信號后，對微波發出中止指令，微波停止發射；閥門出口處的壓力傳感器與溫度傳感器將溫壓信號傳輸到信號檢測/接收/反饋裝置，在閥門正常工作的過程中，根據水合物生成的相平衡曲線圖，當溫壓低于相平衡時，信號檢測/接收/反饋裝置發出指令，觸發微波發射器開啟，發射微波；當溫壓高于水合物的相平衡時，反饋的信號傳輸到信號檢測/接收/反饋裝置，信號檢測/接收/反饋裝置對微波發射器發出中止命令，微波停止發射，如圖1所不ο
[0014]本發明中的信號檢測/接收/反饋裝置固定在手輪下方的閥桿上，隨閥桿一起轉動，信號檢測/接收/反饋裝置下方安裝線路纏繞裝置，線路纏繞裝置固定在閥體頂端的閥門上，主要解決閥桿移動時的線路纏繞問題；微波發射裝置鑲嵌在閥桿的底部、閥瓣的上部區域；閥腔節流處空間擴大，以確保閥桿在轉動過程中，微波發射器能夠作用到節流處；微波發射裝置與信號檢測/接收/反饋裝置通過閥桿內部進行連接；壓力變送器及溫度變送器安裝在閥門出口處的管道上，為信號檢測/接收/反饋裝置提供壓力及溫度信號，如圖2所示。
[0015]微波發射裝置如圖3所示:其中微波發射裝置是由微波發射器、耐高壓玻璃、微波裝置保護板組成，其中微波發射器采用納米材料，數量為四個，圍繞閥桿間隔90°排列，確保閥桿轉動過程中微波發射器可以作用到節流處，微波頻率采用2.45GHz，發射功率范圍為50W-600W，最優的發射功率為190W ;耐高壓玻璃可以抵抗氣流的沖擊，保護內部的微波發射器，微波裝置保護板是為了防止閥桿上移過程中微波發射器超出發射范圍，且同樣具有保護微波發射器的作用。
[0016]50w的發射功率是在閥門開啟后，正常運行的條件下，當溫壓達到相平衡時的最低發射功率；而在閥門開啟的過程中或者管道正常運行中，溫壓的變化巨大，由于微波功率越大，所作用的熱量越大，即按照溫壓偏離水合物相平衡曲線的程度，微波的功率在不斷發生變化；且從節能方面考慮，其最大激發發射功率設為600w，但當外部環境驟變導致水合物生成后，由于水合物具有自保護效應，當微波發射功率達到190w時，溫度達到一個向下的尖峰，即此時氣體的分解率是最大的，故190w的功率是水合物分解的最優的選擇。
[0017]信號檢測/接收/反饋裝置:信號檢測/接收/反饋裝置具有檢測閥門啟閉信號、接收并處理壓力變送器及溫度變送器輸出的信號、接收反饋信號、對微波發射器發出指令的作用，并且具有人工操作板，可以在現場對微波發射器進行開啟、中止命令；信號檢測/接收/反饋裝置可以按照溫度的變化，改變微波發射器的發射功率，其作用機理為:當管道正常運行時，壓力保持不變，若溫度降低，偏離相平衡的幅度越大，所激發的微波功率越強，達到相平衡時的微波發射功率為50W，最大激發發射功率為600W。
[0018]閥桿如圖4所示:本發明中的閥桿與常用的普通閥桿不同，其內部做了空心處理，目的是將信號檢測/接收/反饋裝置與微波發射裝置進行連接；并且，信號檢測/接收/反饋裝