二氧化碳注入系统及注入工艺的制作方法

1.一种二氧化碳注入系统及注入工艺，属于二氧化碳输送技术领域。

背景技术：

2.随着排放要求越来越严格，二氧化碳作为主要的温室气体，其排放受到严格的限制，以往部分二氧化碳被注入开采后期的油井内，利用二氧化碳的压力驱使油井内的二氧化碳向井口移动，即二氧化碳驱油，但是以往是先将化工企业生产过程中所产生的二氧化碳增压至液态，然后利用罐车将液态二氧化碳输送至油区，再利用泵送装置将二氧化碳送入油井内。

3.现在油井不仅使用二氧化碳驱油，还成为埋存二氧化碳极佳场所，但是利用罐车输送二氧化碳的成本过高，限制了二氧化碳的埋存，而如果利用管道直接将气态二氧化碳输送至油区，成本将极大的降低，但是目前并没有适合气态二氧化碳输送的设备，主要原因在于二氧化碳的物理性质非常复杂，气态与液态混合，不利于输送。

技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种二氧化碳注入系统及注入工艺，能够输送气态与液态二氧化碳，输送稳定，降低二氧化碳的输送成本。

5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该二氧化碳注入系统，其特征在于：包括二氧化碳输送管道和二氧化碳增压装置，二氧化碳增压装置的进气口连通二氧化碳输送管道，二氧化碳增压装置的排气口连通二氧化碳注入口，在二氧化碳增压装置的排气口与二氧化碳注入口之间设有二氧化碳注入阀，二氧化碳输送管道上设有加热机构，二氧化碳注入阀与二氧化碳注入口之间还设有第一排空管路，第一排空管路上设有排空阀。

6.优选的，所述加热机构与二氧化碳增压装置之间的二氧化碳输送管道上连接有压力传感器，压力传感器连接控制柜。

7.优选的，所述二氧化碳增压装置的排气口一侧设有集成块，集成块连接有温度传感器和压力变送器，集成块通过第一安全阀连接安全放空管路，加热机构入口侧的二氧化碳输送管道通过第二排空管路连接第一排空管路，第二排空管路与安全放空管路之间通过第二安全阀连接。

8.优选的，所述二氧化碳增压装置包括泵头本体、进料阀板、复位弹簧、活塞和缸套，泵头本体与缸套相对固定，进料阀板以及活塞活动设置在缸套内，泵头本体上开设有进料口和排料口，在排料口处设有排气单向阀和复位弹簧，泵头本体上开设有弹簧固定孔，复位弹簧设置在弹簧固定孔内，复位弹簧设置在泵头本体与进料阀板之间，复位弹簧使进料阀板密封进料口，进料阀板上开设有连通缸套内腔与单向阀的过孔。

9.优选的，所述泵头本体包括泵头壳体、阀座压套和阀座，泵头壳体与缸套固定连接，阀座压套与阀座固定在泵头壳体内，排料口与进料口均开设在阀座压套上，阀座上开设有连通进料口的多个进料通道，弹簧固定孔开设在阀座上，阀座设置在阀座压套与进料阀

板之间。

10.优选的，所述弹簧固定孔内设有弹簧拉杆，弹簧拉杆的一端与进料阀板固定连接，复位弹簧设置在弹簧拉杆的外侧，弹簧拉杆远离进料阀板的一端弹簧固定孔设有弹簧挡台，复位弹簧的两端分别与弹簧挡台、阀座相对固定。

11.优选的，所述缸套上开设有冷却液孔，活塞设置在进料阀板与冷却液孔之间，在活塞的活塞杆与缸套之间设有冷却腔，冷却腔连接有泄露检测装置。

12.一种使用上述二氧化碳注入系统的二氧化碳注入工艺，其特征在于：包括以下步骤：1）、开机前，首先打开二氧化碳注入阀，使二氧化碳增压装置与二氧化碳注入口之间的管路开通，打开第一排空管路上的排空阀；2）、打开加热机构，加热二氧化碳输送管道内的二氧化碳，开启二氧化碳增压装置，开始将二氧化碳注入；3）、注入完成后，先关闭加热机构，关闭二氧化碳注入阀和排空阀，使二氧化碳返回到管道内，确保零排放。

13.优选的，步骤2）中当温度传感器检测到达温度设定温度时，打开二氧化碳增压装置入口侧的进气阀门。

14.优选的，步骤2）中还通过压力传感器检测二氧化碳输送管道内的压力，当二氧化碳增压装置内的压力和管路压力平衡后，开启二氧化碳增压装置。

15.与现有技术相比，该二氧化碳注入系统的上述技术方案所具有的有益效果是：本发明在二氧化碳输送管道上设有加热机构，首先对二氧化碳输送管道内的二氧化碳进行加热，避免其形成干冰，保证二氧化碳的正常输送。

16.在加热机构与二氧化碳增压装置之间的二氧化碳输送管道上连接有压力传感器，在压力传感器监测到二氧化碳增压装置内的压力与二氧化碳输送管道内的压力相等时再开启二氧化碳增压装置，确保二氧化碳增压装置正常工作，避免高压导致二氧化碳增压装置损坏。

17.二氧化碳增压装置的进料口与排料口设置在泵头本体上，并利用进料阀板密封进料口，在活塞排气行程中，进料阀板能够与泵头本体紧密贴合，而复位弹簧完全收缩至弹簧固定孔内，整个泵腔内没有任何多余的空隙，可以极大地提高泵的容积效率，能够达到99.9%，而且该二氧化碳注入系统不仅可以单独输送气态二氧化碳，还可以输送气液混合状态的二氧化碳，满足复杂的二氧化碳输送要求。

附图说明

18.图1为二氧化碳注入系统实施例1的示意图。

19.图2为实施例1二氧化碳增压装置的示意图。

20.图3为图2中a处的局部放大图。

21.图4为图2中b-b处的剖视图。

22.图5为密封塞的主视图。

23.图6为二氧化碳注入系统实施例2的示意图。

24.其中：1、泵头本体

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2、缸套

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3、活塞

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4、进料阀板

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5、压套

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6、阀座

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7、泵头壳

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8、密封塞

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9、进料口

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10、排料口

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11、冷却液孔

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12、活塞杆

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13、填料密封组件

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14、复位弹簧

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15、弹簧拉杆

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16、第一密封台

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17、第二密封台

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18、排料滑槽

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19、进料通道

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20、排料槽

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21、冷却腔

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22、弹簧固定孔

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23、排料孔

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101-二氧化碳输送管道

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102-汽化器

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103-输送闸阀

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104-压力传感器

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105-二氧化碳增压装置

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106-集成块

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107-二氧化碳注入阀

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108-二氧化碳注入口

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109-控制柜

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110-泄露检测装置

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111-第一排空管路

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112-第一排空阀

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113-第二排空阀

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114-安全阀

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115-温度传感器。

具体实施方式

25.图1~5是该二氧化碳注入系统的最佳实施例，下面结合附图1~6对本发明做进一步说明。

26.实施例1参照图1，该二氧化碳注入系统包括二氧化碳输送管道101和二氧化碳增压装置105，二氧化碳增压装置105的进气口连通二氧化碳输送管道101，二氧化碳输送管道101上设有输送闸阀103，二氧化碳增压装置105的排气口连通二氧化碳注入口108，在二氧化碳增压装置105的排气口与二氧化碳注入口108之间设有二氧化碳注入阀107，二氧化碳输送管道101上设有加热机构，二氧化碳注入阀107与二氧化碳注入口108之间还设有第一排空管路111，第一排空管路111上设有第一排空阀112。

27.本实施例中的加热机构为汽化器102，通过汽化器102对二氧化碳输送管道101内的二氧化碳进行加热，避免二氧化碳形成干冰，确保二氧化碳能够正常输送。在汽化器102与二氧化碳增压装置105之间的二氧化碳输送管道101上连接有压力传感器104，压力传感器104连接控制柜109。汽化器102出口侧的二氧化碳输送管道101上设有温度传感器115。

28.二氧化碳增压装置105的排气口一侧设有集成块106，集成块106连接有温度传感器和压力变送器，集成块106通过第一安全阀114连接安全放空管路，加热机构入口侧的二氧化碳输送管道101通过第二排空管路连接第一排空管路111，第二排空管路与安全放空管路之间通过第二安全阀114连接。

29.在汽化器102入口侧的二氧化碳输送管道101还连接有第二排空管路，第二排空管路上设有第二排空阀113，集成块106还连接有一根安全放空管路，第二排空管路与安全放空管路之间设有安全阀114。另外，在集成块106出口侧通过第三排空阀116连通第一排空管路111，二氧化碳注入口108通过第四排空阀117连通第一排空管路111。

30.参见图2~5，该二氧化碳注入系统包括泵头本体1、进料阀板4、复位弹簧14、活塞3和缸套2，泵头本体1固定在缸套2的一端，缸套2的另一端设有填料密封组件13，进料阀板4以及活塞3活动设置在缸套2内，进料阀板4设置在活塞3的一侧，活塞3的另一侧连接活塞杆12，活塞杆12伸出缸套2的一端穿过填料密封组件13后连接动力机构，泵头本体1上开设有进料口9和排料口10，在排料口10处设有排气单向阀，泵头本体1上开设有弹簧固定孔22，复位弹簧14设置在弹簧固定孔22内，复位弹簧14设置在泵头本体1与进料阀板4之间，复位弹簧14使进料阀板4密封进料口9，进料阀板4上开设有连通缸套2内腔与排气单向阀的过孔。

31.以附图方位为例，当活塞杆12带动活塞3向右侧移动时，外部的二氧化碳管路中的压力使得二氧化碳推动弹簧拉杆15和进料阀板4克服复位弹簧14的阻力向右侧移动，活塞3继续向右侧移动，在进料阀板4与活塞3之间形成容纳二氧化碳的泵腔，二氧化碳经过进料

阀板4上的过孔进入泵腔内，然后活塞杆12推动活塞3向左侧移动，泵腔内的二氧化碳被压缩，此时泵腔内的压力大于外部的二氧化碳管路中的压力，从而使得复位弹簧14带动进料阀板4快速向左侧移动，关闭进料口9，泵腔内的二氧化碳经过进料阀板4上的过孔、排气单向阀后由排料口10排出，完成一个动作循环。

32.泵头本体1包括泵头壳7、压套5和阀座6，泵头壳7与缸套2固定连接，压套5与阀座6固定在泵头壳7内，压套5和泵头壳7螺纹连接并且之间用紫铜密封垫密封，排料口10与进料口9均开设在压套5上，泵头壳7的一端设有连通排料口10和进料口9的管路接口，阀座6上开设有连通进料口9的多个进料通道19，多个弹簧固定孔22开设在阀座6上，弹簧固定孔22与进料通道19交替设置，阀座6设置在压套5与进料阀板4之间。

33.弹簧固定孔22内设有弹簧拉杆15，弹簧拉杆15的一端与进料阀板4固定连接，复位弹簧14设置在弹簧拉杆15的外侧，弹簧拉杆15的另一端设有弹簧挡块，复位弹簧14的两端分别与弹簧挡块、阀座6相对固定。

34.压套5与阀座6上开设有相连通的排料滑槽18，排料单向阀为滑动设置在排料滑槽18内的密封塞8，密封塞8的侧部开设有多个排料槽20，阀座6右端中部开设有连通排料滑槽18的排料孔23，排料孔23的直径小于排料滑槽18的直径，密封塞8的一端密封排料孔23。

35.进料阀板4为环形结构，进料阀板4的中部为过孔，活塞3的端部设有插入过孔内的第一密封台16，第一密封台16上还设有插入排料孔23内的第二密封台17。第一密封台16和第二密封台17分别将将进料阀板4上的过孔以及压套5上的排料孔23密封，从而防止在二氧化碳在过孔和排料孔23内存留，进而使得该泵具有极高的容积效率。

36.本实施例的第一密封台16和第二密封台17均为锥形台，便于进行导向，确保第一密封台16准确插入过孔内，第二密封台17准确插入排料孔23内。过孔和排料孔23可以设置为圆柱形孔，也可以设置为相配合的锥形孔，当过孔和排料孔23为圆柱形孔时，在第一密封台16与过孔之间，第二密封台17与排料孔23之间会存在一定的间隙，但是该间隙较小，对泵的容积效率不会产生大的影响。

37.本实施例在缸套2上还开设有冷却液孔11，活塞3设置在进料阀板4与冷却液孔11之间，活塞杆12在连续往复工作过程中与填料密封组件13不断接触，活塞杆12发热严重，本实施例通过冷却液孔11就可以实现对活塞杆12的冷却，活塞3与进料阀板4之间形成泵腔，活塞3的另一侧与缸套2之间则形成了冷却腔21，冷却腔21连接泄露检测装置110。当活塞杆12向左侧移动时，冷却液被抽吸至冷却腔21内，当活塞杆12向右侧移动时，冷却液则被排出冷却腔21，不需要外接动力，利用活塞杆12的往复移动实现冷却液的进液和排液，冷却液通常为水。冷却液在冷却活塞杆12的同时还对活塞杆12进行润滑。

38.缸套2内活塞杆12外侧的冷却液，既可以冷却气态介质压缩时产生的热量，又能润活塞杆12的密封圈和填料密封组件13，这样实现了活塞润滑、密封、冷却作用。冷却、润滑系统做成全密封，泄露检测装置110检测冷却腔21内的压力，当活塞3的密封圈泄露时，二氧化碳会进入冷却腔21内，润滑系统会检测到压力增加，当润滑系统的冷却液泄漏时，系统会检测到压力降低，系统自动报警停机维修。

39.二氧化碳增压装置105的工作过程包括排气行程和吸气行程：吸气行程：活塞杆12带动活塞3向右侧移动时，外部的二氧化碳管路中的压力使得二氧化碳推动弹簧拉杆15和进料阀板4克服复位弹簧14的阻力向右侧移动，活塞3继续向右

侧移动，在进料阀板4与活塞3之间形成容纳二氧化碳的泵腔，二氧化碳经过进料口9、进料通道19以及进料阀板4上的过孔进入泵腔内，此时密封塞8被弹簧（图中未示出）推动至最右侧密封排料孔23，活塞杆12向右侧移动的过程中将冷却腔21内的水排出。

40.排气行程：活塞杆12推动活塞3向左侧移动，泵腔内的二氧化碳被压缩，此时泵腔内的压力大于外部的二氧化碳管路中的压力，从而使得复位弹簧14带动进料阀板4快速向左侧移动，关闭进料口9，同时泵腔内的二氧化碳推动密封塞8向左侧移动，泵腔内的二氧化碳经过进料阀板4上的过孔、排料孔23以及密封塞8侧面的排料槽20有由排料口10排出，活塞杆12向左侧移动的过程中将冷却水抽吸至冷却腔21内。

41.本发明将进料口9与排料口10设置在泵头本体1上，并利用进料阀板4密封进料口9，在活塞3排气行程中，进料阀板4与阀座6紧密贴合，活塞3行程到最后时活塞3与阀座6、活塞与密封塞8微间隙不大于0.5mm贴合，整个泵腔内没有任何多余的空隙，可以极大地提高泵的容积效率，能够达到99.9%，而且该二氧化碳泵不仅可以单独输送气态二氧化碳，还可以输送气液混合状态的二氧化碳，满足复杂的二氧化碳输送要求。

42.使用上述二氧化碳注入系统的二氧化碳注入工艺，其特征在于：包括以下步骤：1、开机前，首先打开二氧化碳注入阀107，使二氧化碳增压装置105与二氧化碳注入口108之间的管路开通，打开第一排空管路111上的排空阀。

43.2、打开汽化器102，加热二氧化碳输送管道101内的二氧化碳至30~50℃，开启二氧化碳增压装置105，开始将二氧化碳注入；当温度传感器115检测到达温度设定温度时，打开二氧化碳增压装置105入口侧的进气阀门，还通过压力传感器104检测二氧化碳输送管道101内的压力，当二氧化碳增压装置105内的压力和管路压力平衡后，开启二氧化碳增压装置105。

44.3、注入完成后，先关闭汽化器102，关闭二氧化碳注入阀107和第一排空阀112，使二氧化碳返回到管道内，确保零排放。

45.关机时，首先关闭汽化器102、二氧化碳注入阀107和第一排空阀112，然后顺序打开第二排空阀113、第三排空阀116和第四排空阀117，分别使二氧化碳增压装置105和泵撬内的二氧化碳返回至管路中，确保零排放，如果压力过高，安全阀114开启保护。

46.运行时实时进行安全监测，当超压时，压力变送器通过plc报警停车，如果压力变送器失效，电接点压力表直接接通，发出报警并停机，如果压力变送器和电接点压力表都失效，集成块106连接的安全阀起跳保护系统安全。

47.运行时压力传感器104随时感知管路的进气压力，根据压力的变化，自动调整压缩机的转速，进口压力低的时候自动降压缩机低转速保证供气量和压缩机排量相匹配。

48.设备运行时，冷却系统是全密封，油循环空气冷却系统，如果设备内发生内漏，冷却系统压力会增加，如果冷却油出现泄漏，压力会降低压力变送器根据系统压力的升高和降低发出气体泄漏和冷却液泄漏信号，如果瞬间泄漏严重（压力升高和降低的很快几秒钟内）紧急停车。

49.停泵或运行时时如果第一排空阀112、第二排空阀113、第四排空阀117关闭时管路中有残留二氧化碳在温度发生变化，压力升高安全阀114起跳保护。第一排空阀112打开的必须条件是，第二排空阀113、第四排空阀117任何一个必须打开，并且第二排空阀113、第四排空阀117有程序控制不能同时打开。

50.实施例2参见图6，本实施例第一密封台16和第二密封台17设计为圆柱形，泵的容积效率更高。

51.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。技术特征：

1.一种二氧化碳注入系统，其特征在于：包括二氧化碳输送管道（101）和二氧化碳增压装置（105），二氧化碳增压装置（105）的进气口连通二氧化碳输送管道（101），二氧化碳增压装置（105）的排气口连通二氧化碳注入口（108），在二氧化碳增压装置（105）的排气口与二氧化碳注入口（108）之间设有二氧化碳注入阀（107），二氧化碳输送管道（101）上设有加热机构，二氧化碳注入阀（107）与二氧化碳注入口（108）之间还设有第一排空管路（111），第一排空管路（111）上设有排空阀。2.根据权利要求1所述的二氧化碳注入系统，其特征在于：所述加热机构与二氧化碳增压装置（105）之间的二氧化碳输送管道（101）上连接有压力传感器（104），压力传感器（104）连接控制柜（109）。3.根据权利要求1所述的二氧化碳注入系统，其特征在于：所述二氧化碳增压装置（105）的排气口一侧设有集成块（106），集成块（106）连接有温度传感器和压力变送器，集成块（106）通过第一安全阀（114）连接安全放空管路，加热机构入口侧的二氧化碳输送管道（101）通过第二排空管路连接第一排空管路（111），第二排空管路与安全放空管路之间通过第二安全阀（114）连接。4.根据权利要求1所述的二氧化碳注入系统，其特征在于：所述二氧化碳增压装置（105）包括泵头本体（1）、进料阀板（4）、复位弹簧（14）、活塞（3）和缸套（2），泵头本体（1）与缸套（2）相对固定，进料阀板（4）以及活塞（3）活动设置在缸套（2）内，泵头本体（1）上开设有进料口（9）和排料口（18），在排料口（18）处设有排气单向阀（8）和复位弹簧，泵头本体（1）上开设有弹簧固定孔（22），复位弹簧（14）设置在弹簧固定孔（22）内，复位弹簧（14）设置在泵头本体（1）与进料阀板（4）之间，复位弹簧（14）使进料阀板（4）密封进料口（9），进料阀板（4）上开设有连通缸套（2）内腔与单向阀的过孔。5.根据权利要求4所述的二氧化碳注入系统，其特征在于：所述泵头本体（1）包括泵头壳体（7）、阀座压套（5）和阀座（6），泵头壳体（7）与缸套（2）固定连接，阀座压套（5）与阀座（6）固定在泵头壳体（7）内，排料口（10）（18）与进料口（9）均开设在阀座压套（5）上，阀座（6）上开设有连通进料口（9）的多个进料通道（19），弹簧固定孔（22）开设在阀座（6）上，阀座（6）设置在阀座压套（5）与进料阀板（4）之间。6.根据权利要求5所述的二氧化碳注入系统，其特征在于：所述弹簧固定孔（22）内设有弹簧拉杆（15），弹簧拉杆（15）的一端与进料阀板（4）固定连接，复位弹簧（14）设置在弹簧拉杆（15）的外侧，弹簧拉杆（15）远离进料阀板（4）的一端弹簧固定孔（22）设有弹簧挡台，复位弹簧（14）的两端分别与弹簧挡台、阀座（6）相对固定。7.根据权利要求4所述的二氧化碳注入系统，其特征在于：所述缸套（2）上开设有冷却液孔（11），活塞（3）设置在进料阀板（4）与冷却液孔（11）之间，在活塞（3）的活塞杆（12）与缸套（2）之间设有冷却腔（21），冷却腔（21）连接有泄露检测装置。8.一种使用权利要求1~7任一项所述二氧化碳注入系统的二氧化碳注入工艺，其特征在于：包括以下步骤：1）、开机前，首先打开二氧化碳注入阀（107），使二氧化碳增压装置（105）与二氧化碳注入口（108）之间的管路开通，打开第一排空管路（111）上的排空阀；2）、打开加热机构，加热二氧化碳输送管道（101）内的二氧化碳，开启二氧化碳增压装置（105），开始将二氧化碳注入；

3）、注入完成后，先关闭加热机构，关闭二氧化碳注入阀（107）和排空阀，使二氧化碳返回到管道内，确保零排放。9.根据权利要求8所述的二氧化碳注入工艺，其特征在于：步骤2）中当温度传感器检测到达温度设定温度时，打开二氧化碳增压装置（105）入口侧的进气阀门。10.根据权利要求8所述的二氧化碳注入工艺，其特征在于：步骤2）中还通过压力传感器（104）检测二氧化碳输送管道（101）内的压力，当二氧化碳增压装置（105）内的压力和管路压力平衡后，开启二氧化碳增压装置（105）。

技术总结

一种二氧化碳注入系统及注入工艺，属于二氧化碳输送技术领域。包括二氧化碳输送管道（101）和二氧化碳增压装置（105），二氧化碳增压装置（105）的进气口连通二氧化碳输送管道（101），二氧化碳增压装置（105）的排气口连通二氧化碳注入口（108），在二氧化碳增压装置（105）的排气口与二氧化碳注入口（108）之间设有二氧化碳注入阀（107），二氧化碳输送管道（101）上设有加热机构，二氧化碳注入阀（107）与二氧化碳注入口（108）之间还设有第一排空管路（111），第一排空管路（111）上设有排空阀。在二氧化碳输送管道上设有加热机构，首先对二氧化碳输送管道内的二氧化碳进行加热，避免其形成干冰，保证二氧化碳的正常输送。证二氧化碳的正常输送。证二氧化碳的正常输送。

技术研发人员：孙泽通 孙哲 孙金涛 孙涛 郭涛 陈曦 孙海军 王宝亮 孙海鹏 刘维帅 孙启通

受保护的技术使用者：博山水泵制造厂

技术研发日：2022.07.18

技术公布日：2022/9/15