论文部分内容阅读
摘要：从简单的清管球到复杂的各种清管器，目前清管器已发展到多种。本文主要以清管球和刚体式皮碗清管器的相关专利为基础，得到清管球和刚体式皮碗清管器的技术发展路线，通过对其技术发展路线的研究，有助于了解其发展历史和现状，明确其未来的发展方向。
关键词：专利；清管器
一、技术背景
管输流体推动活塞状物体清洁管道内壁，称为“清管”，广泛应用于油气工业。由于清管器具有清洗管径范围大、管道线路长、对管线金属本体无腐蚀、对环境无化学性污染、清垢均匀彻底、清洗费用低、可实现不停产清洗等诸多优点，从而成为目前最常用的清管工具。清管器清垢机理主要有两种，一是清管器的磨擦、刮削作用，使结垢剥离、破碎；二是清管器四周泄漏的流体产生的冲力，对附着于管壁上的结垢及剥离的污垢产生冲刷、粉化作用，并产生搅拌力将清洗下来的污垢悬浮分散排送出去；除管道清洗外，清管器还可用于投放防腐剂、在线检测、批处理和管道维修等。
二、技术发展路线
1、清管球
清管球是二十世纪六十年代使用较多的清管设备，常用的清管球由橡胶制成，中空，壁厚30-50mm，球上有一个可以密封的注水排气孔。注水孔有加压用的单向阀，用以控制打入球内的水量，从而控制球对管道的过盈量。其使用为在发球筒端装入清管球，运用空压机注入压缩空气增压推球清管，并用收球筒接收。早期，WDE-N公司设计的一种清管球，其为一个弹性材料制成的球壳，外表面带有金属凸起用来刮除管道内部的污垢等杂质（US3573985A，申请日1967-08-15）；美国Knapp公司设计的一个球形的清管器，由泡沫型聚氨酯制成（US3543324 A，申请日1969-06-02）。其存在的问题是其清管效果并不理想；另外，在操作过程中，如果对清管球的运行速度控制不好，球速太慢则可能造成球被卡在收球筒附近的三通处，如果球速过快，则可能发生因较大的运动冲力对收球筒及相关的管道、设备等造成破坏的事故，因此现在很少使用。
中国在这方面发展的相对较晚，较早的相关专利申请有邓文郁和余宗尧设计的一种油气集输管道清管球发送装置（CN89213337Y，申请日1989-11-26），1997年四川石油管理局川中石油天然气勘探开发公司规划设计所设计的一种清管球收发装置（CN2292620Y，申请日1997-01-30），关于清管球的申请还有成都市成华区川石橡塑厂设计的一种油气管道清管球（CN2440601Y，申请日2000-10-12），廖永宪设计的一种用于石油、天然气管道内壁清扫排污的清管球（CN2625066Y，申请日2003-06-23），其它关于清关球发射装置的申请较多。
2、刚体式皮碗清管器
此类清管器是指含有一根心轴主体并在其轴向分布多个圆板或皮碗的清管器。此类清管器可以与管内壁形成多个密封面，这些密封面有着锐利的边界，可以将管内壁的沉积物清除。皮碗与圆板相比：皮碗在管内流体压差的作用下，产生一种向四周扩张的趋势，从而与管内壁形成良好的密封，并保证皮碗与管壁的过盈量；圆板容易在运行中因磨损与管壁形成缝隙，密封性稍差，但其能够双向运行，一旦卡堵可反吹解堵。刚体式皮碗清管器是目前应用最广泛、技术最成熟的清管器。
（1）单向运行的清管器
1969，Girard公司申请的管道清管器专利（US3484886A，申请日1969-12-23）为最早的清管器，其包括一个圆柱状的心轴，心轴上设置3个环形的软盘，其用来适应管子的形状，在心轴的两端分别安装一个杯状物，其硬度比环形的软盘的硬度大，比如硬橡胶或者塑料。这种清管器的缺点是，它只能单向运行，一旦卡堵比较难处理；另外，有时候需要在管道中双向运行时，必须先收回这种清管器，而且收回的过程比较复杂，然后再旋转180°从新插入管道中。
（2）双向运行的清管器
双向运行的清管器可以往返运动，遇堵卡时可以倒退出来，不易造成堵卡事故，是油田注水管线进行硬质垢清除的常用清管器。1971年，Knapp设计了一种可以双向运行的清管器（US3857132A，申请日1972-11-24），这种清管器解决了在大直径管道中清管器需要双向运行的问题，它通过将心轴外边缘的对称的两头分别设计为向前和向后来实现双向运行。另外，双向运行的清管器还有US3906576A、US3906576A、DE2064708A1，这方面的各种双向清管器一直在发展当中。这种清管器虽然可以借反输解决卡阻问题，但对管道变形的通过能力较差。
（3）压力控制型心轴式清管器
此类清管器装有泄压阀，当清管器前后压差超过某设定值时，泄压阀便会打开，允许管内流体在旁路通过。该清管器可以安装不同类型的橡胶皮碗、聚氨酯皮碗、刮刀和钢丝刷等，以满足不同的清管要求；可喷射流体以冲散清管器前面堆积的污垢，适用于管道结构严重、使用其它清管器容易卡堵的情况；在管道内一般不会卡堵，即便发生卡堵，管内流体也可以通过旁通阀穿过清管器而不影响管道的正常运行。这方面中国近期的专利较多，相关专利申请有：TDWD-N公司设计的清管器AU2009267074A1，还有 CN201534158U、CN202105825U、CN203578315U、CN203955656U等。
三、未来研究方向
天然气管道建设突飞猛进，天然气管道清管作业需求越来越多，但由于大口径天然气管道气体流速较高，超过行业规定的天然气管道最佳清管速度，速度过快使清管效果较差，动量过大对管道弯头、收球筒等冲击较大，给管道全运行带来威胁，因此需要研发速度可控清管器。
国内对智能检测器的研发还处于初步阶段，像现在速度控制只是在一定范围内可控，那就需要提高检测速度和精度，以实现在特殊情况下检测作业。
另外，現在的清管器只有一种功能，将来清管作业需要将清管、检测、修复等功能综合于一体。同时，清管器的在线修复将是研发的一个重要方面。
现今油气管道正在趋向形成管网，而不仅仅是单一管道，需要研究人员设计出适合范围更广的清管器，并希望清管器具备能够在管道分叉点自动选择路径的功能。随着石油天然气的开采向深水领域发展，对清管器安全运行也提出了更高的要求。
作者简介：
姓名：朱明明；出生年月：1987年08月；职称：研究实习员；职务：审查员；学位：硕士；单位：国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心；研究方向：机械领域发明申请的实质审查；
姓名：张旭东；出生年月：1989年12月；职称：研究实习员；职务：审查员；学位：硕士；单位：国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心；研究方向：机械领域发明申请的实质审查。
关键词：专利；清管器
一、技术背景
管输流体推动活塞状物体清洁管道内壁，称为“清管”，广泛应用于油气工业。由于清管器具有清洗管径范围大、管道线路长、对管线金属本体无腐蚀、对环境无化学性污染、清垢均匀彻底、清洗费用低、可实现不停产清洗等诸多优点，从而成为目前最常用的清管工具。清管器清垢机理主要有两种，一是清管器的磨擦、刮削作用，使结垢剥离、破碎；二是清管器四周泄漏的流体产生的冲力，对附着于管壁上的结垢及剥离的污垢产生冲刷、粉化作用，并产生搅拌力将清洗下来的污垢悬浮分散排送出去；除管道清洗外，清管器还可用于投放防腐剂、在线检测、批处理和管道维修等。
二、技术发展路线
1、清管球
清管球是二十世纪六十年代使用较多的清管设备，常用的清管球由橡胶制成，中空，壁厚30-50mm，球上有一个可以密封的注水排气孔。注水孔有加压用的单向阀，用以控制打入球内的水量，从而控制球对管道的过盈量。其使用为在发球筒端装入清管球，运用空压机注入压缩空气增压推球清管，并用收球筒接收。早期，WDE-N公司设计的一种清管球，其为一个弹性材料制成的球壳，外表面带有金属凸起用来刮除管道内部的污垢等杂质（US3573985A，申请日1967-08-15）；美国Knapp公司设计的一个球形的清管器，由泡沫型聚氨酯制成（US3543324 A，申请日1969-06-02）。其存在的问题是其清管效果并不理想；另外，在操作过程中，如果对清管球的运行速度控制不好，球速太慢则可能造成球被卡在收球筒附近的三通处，如果球速过快，则可能发生因较大的运动冲力对收球筒及相关的管道、设备等造成破坏的事故，因此现在很少使用。
中国在这方面发展的相对较晚，较早的相关专利申请有邓文郁和余宗尧设计的一种油气集输管道清管球发送装置（CN89213337Y，申请日1989-11-26），1997年四川石油管理局川中石油天然气勘探开发公司规划设计所设计的一种清管球收发装置（CN2292620Y，申请日1997-01-30），关于清管球的申请还有成都市成华区川石橡塑厂设计的一种油气管道清管球（CN2440601Y，申请日2000-10-12），廖永宪设计的一种用于石油、天然气管道内壁清扫排污的清管球（CN2625066Y，申请日2003-06-23），其它关于清关球发射装置的申请较多。
2、刚体式皮碗清管器
此类清管器是指含有一根心轴主体并在其轴向分布多个圆板或皮碗的清管器。此类清管器可以与管内壁形成多个密封面，这些密封面有着锐利的边界，可以将管内壁的沉积物清除。皮碗与圆板相比：皮碗在管内流体压差的作用下，产生一种向四周扩张的趋势，从而与管内壁形成良好的密封，并保证皮碗与管壁的过盈量；圆板容易在运行中因磨损与管壁形成缝隙，密封性稍差，但其能够双向运行，一旦卡堵可反吹解堵。刚体式皮碗清管器是目前应用最广泛、技术最成熟的清管器。
（1）单向运行的清管器
1969，Girard公司申请的管道清管器专利（US3484886A，申请日1969-12-23）为最早的清管器，其包括一个圆柱状的心轴，心轴上设置3个环形的软盘，其用来适应管子的形状，在心轴的两端分别安装一个杯状物，其硬度比环形的软盘的硬度大，比如硬橡胶或者塑料。这种清管器的缺点是，它只能单向运行，一旦卡堵比较难处理；另外，有时候需要在管道中双向运行时，必须先收回这种清管器，而且收回的过程比较复杂，然后再旋转180°从新插入管道中。
（2）双向运行的清管器
双向运行的清管器可以往返运动，遇堵卡时可以倒退出来，不易造成堵卡事故，是油田注水管线进行硬质垢清除的常用清管器。1971年，Knapp设计了一种可以双向运行的清管器（US3857132A，申请日1972-11-24），这种清管器解决了在大直径管道中清管器需要双向运行的问题，它通过将心轴外边缘的对称的两头分别设计为向前和向后来实现双向运行。另外，双向运行的清管器还有US3906576A、US3906576A、DE2064708A1，这方面的各种双向清管器一直在发展当中。这种清管器虽然可以借反输解决卡阻问题，但对管道变形的通过能力较差。
（3）压力控制型心轴式清管器
此类清管器装有泄压阀，当清管器前后压差超过某设定值时，泄压阀便会打开，允许管内流体在旁路通过。该清管器可以安装不同类型的橡胶皮碗、聚氨酯皮碗、刮刀和钢丝刷等，以满足不同的清管要求；可喷射流体以冲散清管器前面堆积的污垢，适用于管道结构严重、使用其它清管器容易卡堵的情况；在管道内一般不会卡堵，即便发生卡堵，管内流体也可以通过旁通阀穿过清管器而不影响管道的正常运行。这方面中国近期的专利较多，相关专利申请有：TDWD-N公司设计的清管器AU2009267074A1，还有 CN201534158U、CN202105825U、CN203578315U、CN203955656U等。
三、未来研究方向
天然气管道建设突飞猛进，天然气管道清管作业需求越来越多，但由于大口径天然气管道气体流速较高，超过行业规定的天然气管道最佳清管速度，速度过快使清管效果较差，动量过大对管道弯头、收球筒等冲击较大，给管道全运行带来威胁，因此需要研发速度可控清管器。
国内对智能检测器的研发还处于初步阶段，像现在速度控制只是在一定范围内可控，那就需要提高检测速度和精度，以实现在特殊情况下检测作业。
另外，現在的清管器只有一种功能，将来清管作业需要将清管、检测、修复等功能综合于一体。同时，清管器的在线修复将是研发的一个重要方面。
现今油气管道正在趋向形成管网，而不仅仅是单一管道，需要研究人员设计出适合范围更广的清管器，并希望清管器具备能够在管道分叉点自动选择路径的功能。随着石油天然气的开采向深水领域发展，对清管器安全运行也提出了更高的要求。
作者简介：
姓名：朱明明；出生年月：1987年08月；职称：研究实习员；职务：审查员；学位：硕士；单位：国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心；研究方向：机械领域发明申请的实质审查；
姓名：张旭东；出生年月：1989年12月；职称：研究实习员；职务：审查员；学位：硕士；单位：国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心；研究方向：机械领域发明申请的实质审查。