本發明涉及天然氣管道集輸領域，具體涉及一種天然氣集輸管道清管自動投收球裝置。

背景技術：

1、為了清除天然氣管道內雜物、積液、積污，提高輸氣效率，減少管道內壁腐蝕，延長管道使用壽命，需定期對天然氣集輸管線進行清管作業，保證管道的高效運行。且隨著氣藏后期產水量的逐漸增大及新區投產，氣藏的清管頻率將進一步增加。

2、目前天然氣集輸管網清管裝置普遍采用清管閥裝置，裝置安裝見說明書附圖圖1，現有的清管作業模式需要員工到各單井站現場操作，通過人工多次倒換清管裝置放入和取出清管球，天然氣氣流推動清管球將管線內污物帶入下游集氣站進行統一處理，操作過程存在以下問題：

3、1)每次作業需人工倒換流程，操作步驟多達30余項，清管工作量繁瑣，勞動強度大，成本費用較高；

4、2)天然氣集輸管線管輸介質易燃易爆，且部分管線壓力高、輸送介質含硫，頻繁打開設備進行清管作業，存在較高的安全風險；

5、3)清管操作需要對清管閥進行打開操作，對閥腔內天然氣進行放空，造成天然氣資源浪費及環境污染；

6、4)目前氣藏普遍采用“中心井站+無人值守模式”，現有的清管作業模式需要中心井站員工到各單井站進行相關操作，不利于場站進行無人值守管理。

技術實現思路

1、本發明為解決現有技術的不足，目的在于提供一種天然氣集輸管道清管自動投收球裝置，從而實現無需人工介入，系統遠程控制清管發球與收球，從而提高清管作業效率，減輕員工勞動強度，降低安全風險，提升清管作業的智能化管理水平，支撐氣藏開展場站無人值守管理工作。

2、本發明通過下述技術方案實現：

3、一種天然氣集輸管道清管自動投收球裝置，包括投球部分和收球部分；

4、所述投球部分包括儲球桶和第一驅動組件，所述儲球桶通過管道和介質管線連通；所述第一驅動組件用于將所述儲球桶內的清管球推送到所述介質管線內；

5、所述收球部分包括收球箱、第二驅動組件和來球檢測機構，所述收球箱通過管道和所述介質管線連通；所述來球檢測機構用于檢測介質管線內清管球的位置；所述第二驅動組件用于將所述介質管線內的清管球推送到收球箱內。

6、相對于現有技術中，清管球每次作業需人工倒換流程，且頻繁打開設備進行清管作業，存在較高的安全風險，對閥腔內天然氣進行放空，也會造成天然氣資源浪費及環境污染的問題，本發明提供了一種天然氣集輸管道清管自動投收球裝置，從而實現無需人工介入，系統遠程控制清管發球與收球，從而提高清管作業效率，減輕員工勞動強度，降低安全風險，提升清管作業的智能化管理水平，支撐氣藏開展場站無人值守管理工作。具體方案中，包括投球部分和收球部分，投球部分投送的清管球為過盈橡膠球，其直徑比介質管線內徑大，過盈球可以徹底清除管線內的水及其他雜質；投球部分包括有儲球桶和第一驅動組件，清管球位于觸球桶內，在需要清管時，啟動第一驅動組件將清管球推入到介質管線內即可，此時清管球在介質的推動作用下沿介質管線移動進行清管；而收球部分位于下游管線處，當來球檢測機構檢測到清管球達到指定位置時，此時啟動第二驅動組件將清管球推出介質管線，并推入到收球箱內，完成清管工作；另外，還包括有控制組件，通過控制組件來控制各個部分的運行，從而便于系統遠程控制清管發球與收球，提高清管作業效率，減輕員工勞動強度，降低安全風險。

7、為優化清管球的自動化進管行程，所述第一驅動組件包括第一伸縮機構和水平支管，所述水平支管和所述介質管線連通；所述第一伸縮機構的輸出端帶有和所述水平支管內徑相適配的水平活塞，所述水平活塞位于所述水平支管內并能沿水平支管長度方向移動；所述儲球桶開口端朝下并和所述水平支管上方側壁連通；所述水平活塞沿水平支管長度方向的移動用于通過自身側壁封閉或打開所述儲球桶開口。本方案中，還帶有水平支管，第一伸縮機構采用直線驅動電機，且設置于水平支管端部，其輸出端的水平活塞伸入到水平支管內；儲球桶倒置，其開口端朝下，在水平活塞側壁封閉儲球桶開口時，此時清管球在自身重力作用下位于水平活塞側壁上；在需要清管時，收縮水平活塞，使水平活塞后退打開儲球桶開口，此時清管球在自身重力作用下掉落到水平支管內，隨后在伸出水平活塞，通過水平活塞將清管球推入介質管線內，以提高自動化行程。

8、為避免介質泄露，提高密封效果，所述第一驅動組件還包括第二伸縮機構和豎向支管，所述水平支管遠離第一伸縮機構的一端和所述豎向支管側壁連通，所述豎向支管下端和所述介質管線連通；所述第二伸縮機構的輸出端帶有和所述豎向支管內徑相適配的豎向活塞，所述豎向活塞位于所述豎向支管內并能沿豎向支管長度方向移動；所述豎向活塞沿豎向支管長度方向的移動用于通過自身側壁封閉或打開所述水平支管一端開口。本方案中，還設置有豎向支管，第二伸縮機構采用直線驅動電機，且設置于豎向支管上端，其輸出端的豎向活塞伸入到豎向支管內；正常工況下，豎向活塞封閉水平支管開口，在需要清管時，首先通過水平活塞的行程將清管球推送到豎向活塞處，隨后再收縮豎向活塞打開水平支管側壁，打開后再驅動水平活塞將清管球推送到豎向支管內，最后在伸出豎向活塞，將清管球推送到介質管線內，通過上述水平活塞和豎向活塞之間的相互配合，能防止介質進入到儲球桶內，從而避免介質泄露；另外，水平活塞和豎向活塞處均采用特制密封圈，保證活塞在運動工程中密封不泄露，提高密封效果。

9、為便于將清管球壓入介質管線，所述介質管線包括直角管道，所述投球部分設置于所述直角管道處；所述直角管道中的豎向管線和所述豎向支管同軸設置，且所述豎向支管的下端和所述豎向管線上端連通。本方案中，在介質進口管線和介質出口管線之間設置直角管道，即直角彎頭，直角管道的一個支管水平，另一支管豎向，且豎向支管下端和直角管道上側面連通，故通過豎向活塞，能將清管球通過直角管道壓入到介質出口管線內，便能迫使清管球和介質出口管線形成有效密封，在清管球兩側主動形成介質壓差，介質壓差驅使清管球在管線中運動清管。

10、更進一步的方案：

11、作為一種收球部分的具體實現方式，所述第二驅動組件包括活塞筒和第三伸縮機構，所述活塞筒的中部和所述介質管線交叉貫通連接；所述活塞筒包括分設于所述介質管線兩側的第一子活塞筒和第二子活塞筒，所述第一子活塞筒遠離所述介質管線的端部和所述收球箱內部連通，所述第二子活塞筒遠離所述介質管線的端部和所述第三伸縮機構連接；所述第三伸縮機構的輸出端帶有和所述活塞筒內徑相適配的移動活塞，所述移動活塞位于所述活塞筒內并能沿所述活塞筒長度方向移動；所述移動活塞沿活塞筒長度方向的移動用于將活塞筒和介質管線交叉點上的清管球推送到所述收球箱內。本方案中，第一子活塞筒和第二子活塞筒分設于介質管線兩側，且相互連通，即和介質管線形成十字通道，第三伸縮機構采用直線驅動電機，且設置于第二子活塞筒端部，其輸出端的移動活塞伸入到第二子活塞筒內；而收球箱則設置于第一子活塞筒端部，當清管球從上游管線移動到交叉點位置處時，驅動移動活塞伸長，并將清管球推入到第一子活塞筒內，隨后在進一步推入到收球箱內，從而自動完成清管球的收球。

12、為將清管球限制在交叉點位置，所述活塞筒和介質管線的交叉點在靠近出氣管線的一端帶有擋球器。

13、為縮短移動活塞的行程，并實現清管球的快速推出，所述活塞筒內側還帶有同軸滑動連接的內筒體，所述內筒體能沿所述活塞筒長度方向滑動；所述內筒體的一端伸入到所述第一子活塞筒內并和所述移動活塞連接；所述內筒體的另一端伸入到所述第二子活塞筒內；位于所述交叉點處的所述內筒體上帶有供所述清管球進出的貫穿孔；所述來球檢測機構設置于所述內筒體另一端內部，所述來球檢測機構包括接近開關和能伸縮的觸球頭，所述觸球頭的球頭部分伸入到所述介質管線內；所述觸球頭的伸縮用于觸動所述接近開關，所述接近開關用于控制所述第三伸縮機構的伸縮。本方案中，內筒體同軸滑動連接于活塞筒內側，內筒體的兩端分別伸入到第一子活塞筒和第二子活塞筒內，中部開設貫通孔，從而便于清管球進入到內筒體中；在清管球進入到內筒體中時，會擠壓觸球頭向內進行壓縮，從而觸動接近開關，控制第三伸縮機構進行伸縮，在伸縮過程中，移動活塞帶動內筒體整體向收球箱一方移動，并逐漸伸入到收球箱內，而內筒體帶動清管球同步移動，此時清管球相對于內筒體禁止，從而通過滑動的形式推動，用于降低摩擦；當內筒體中部貫穿孔的位置位于收球箱內時，可通過橫推組件將貫穿孔內的清管球橫向推入到收球箱內，隨后再帶動移動活塞收縮，使內筒體復位，完成推送行程；此時移動活塞的行程只需要具有第一子活塞筒的長度行程即可。

14、作為一種觸動接近開關的具體實現方式，所述來球檢測機構還包括活塞桿件和鉸接板，所述活塞桿件滑動設置于所述內筒體內部，并能沿所述內筒體長度方向滑動；所述觸球頭位于所述活塞桿件一端，所述活塞桿件另一端伸出所述內筒體另一端；所述活塞桿件另一端上沿遠離所述內筒體的方向依次套設有推板和端板；所述鉸接板和接近開關均設置于所述內筒體另一端，所述鉸接板位于所述推板和端板之間，所述鉸接板和所述端板之間設置有復位彈簧；所述鉸接板一端和所述內筒體端部鉸接，所述鉸接板另一端的旋轉用于觸動所述接近開關；所述推板沿所述活塞桿件軸線上的部分投影落在所述鉸接板上。本方案中，活塞桿件能在內筒體內滑動，當清管球擠壓推動觸球頭時，活塞桿件向收球箱一方移動，由于鉸接板下端通過銷軸鉸接于內筒體端部，故鉸接板上端能繞下端旋轉，其旋轉方向為沿內筒體的軸線方向；另外推板沿活塞桿件軸線上的部分投影落在所述鉸接板上，故推板的移動能推動鉸接板旋轉，由于接近開關的觸點位于鉸接板另一端的旋轉范圍之間，故鉸接板另一端的旋轉能觸動到接近開關，使其感應并控制第三伸縮機構實現推送行程；由于鉸接板和端板之間帶有復位彈簧，在復位彈簧的彈力作用下使鉸接板復位。

15、為便于調節和復位觸球頭的位置，所述內筒體另一端的內孔帶有縮徑的階梯孔；所述階梯孔內側設置有固定塊，所述活塞桿件另一端滑動穿過所述固定塊；所述活塞桿件伸出所述內筒體另一端上還套設有調節塊，所述調節塊和所述固定塊之間設有調節彈簧。本方案中，通過階梯孔前段對活塞桿件進行導向和限位；而在階梯孔內側設有固定塊，活塞桿件穿過固定塊并和固定塊滑動連接，由于在固定塊和調節塊之間帶有調節彈簧，在調節彈簧的彈力作用下，用于帶動活塞桿件和觸球頭復位。

16、為便于從貫穿孔內將清管球推出，所述收球箱內設有橫推組件，所述橫推組件包括第三伸縮機構，所述第三伸縮機構的輸出端沿垂直于所述內筒體的方向伸縮，且用于伸入所述貫穿孔內；本方案中，橫推組件設置于收球箱內，并位于收球箱開口端一側，橫推組件包括第三伸縮機構，第三伸縮機構采用直線驅動電機，其輸出端能橫向伸縮，從而伸入到內筒體的貫穿孔內，將清管球推出，式清管球落入到收球箱內，完成收球。

17、本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果：

18、1)本發明提供的一種天然氣集輸管道清管自動投收球裝置，可安全應用于防爆場合，實現天然氣集輸管線清管作業的自動投收清管球，從而提高清管作業效率，優化天然氣集輸管網的管輸效率，保障管道的高效運行及氣井產能的充分發揮；

19、2)本發明提供的一種天然氣集輸管道清管自動投收球裝置，裝置可自動收發清管球，無需人員到現場操作，可大大減輕操作員工勞動強度，節約運維成本，降低安全風險，有效提升了管線管理水平及場站無人值守管理水平；

20、3)本發明提供的一種天然氣集輸管道清管自動投收球裝置，裝置無需進行放空、倒流程操作，減少了對原料氣的放空，避免了資源浪費及環境污染，符合安全環保要求；

21、4)本發明提供的一種天然氣集輸管道清管自動投收球裝置，裝置的控制系統可直接接入氣田管理平臺中，在中控室通過系統遠程控制裝置自動發出和回收清管球，從而進一步提高清管作業效率，在氣藏加快數字化轉型升級，大力推進“兩化”融合的背景下，推動天然氣集輸管線清管作業自動化具有重要意義。