專利名稱：熱油管道低溫環(huán)境模擬及徑向溫度監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高寒地區(qū)熱油管道低溫環(huán)境的室內(nèi)模擬及徑向溫度監(jiān)測系統(tǒng)，屬于石油與天然氣工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
國內(nèi)外原油多為高粘易凝原油，還有相當數(shù)量的特高含蠟、高凝點原油及特高粘稠油，其輸送一般采用加熱工藝，相應(yīng)的管道常稱為熱油管道。熱油管道往往運行能耗高、停輸再啟動困難且固相沉積嚴重，高寒地區(qū)或季節(jié)的熱油管道更是如此。比如我國內(nèi)蒙、新疆與黑龍江等北方地區(qū)，冬季極端氣溫可能低達一 40°C以下，這些地區(qū)的熱油管道相應(yīng)的外部環(huán)境溫度可能低于一 5°C，管道操作管理人員必須掌握熱油管道在如此極端低溫環(huán)境下的流動行為、停輸再啟動行為及固相沉積規(guī)律，以便制定和采取相應(yīng)的優(yōu)化運行與安全管理方案。事實上，這些科學(xué)問題一直是國內(nèi)外相關(guān)專家學(xué)者關(guān)注的熱門課題，不僅需要研究熱油管道沿線的溫降規(guī)律，而且需要研究熱油管道正常運行與停輸時徑向溫度隨時間的變化規(guī)律，其結(jié)果的準確性與科學(xué)性必須通過可靠的實測參數(shù)或?qū)嶋H操作參數(shù)來檢驗，進而為熱油管道的合理設(shè)計、優(yōu)化運行及安全管理提供理論依據(jù)。然而，環(huán)道模擬裝置作為管輸原油流動性研究的重要手段，盡管在國內(nèi)外相關(guān)研究中的應(yīng)用較廣，但從現(xiàn)有環(huán)道裝置的組成與結(jié)構(gòu)特點看，這些裝置并不具備熱油管道低溫環(huán)境的室內(nèi)模擬條件，且徑向溫度的測試技術(shù)及手段更是鮮有報道，這極大地制約了特殊工況下熱油管道徑向溫度場和固相沉積規(guī)律的深入研究。因此，熱油管道低溫環(huán)境模擬及徑向溫度監(jiān)測系統(tǒng)是前述科學(xué)問題研究的必要手段，也是對常規(guī)環(huán)道模擬裝置的重要補充與完善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種熱油管道低溫環(huán)境模擬及徑向溫度監(jiān)測系統(tǒng)。本發(fā)明針對現(xiàn)有環(huán)道裝置不具備熱油管道極端低溫環(huán)境模擬與徑向溫度監(jiān)測的局限性，提出可以科學(xué)模擬實際熱油管道低溫環(huán)境與監(jiān)測徑向溫度的方法及配套系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由測試管路及保溫單元、低溫供應(yīng)單元、低溫介質(zhì)保溫單元、溫度及差壓監(jiān)測單元構(gòu)成。上述的熱油管道低溫環(huán)境模擬及徑向溫度監(jiān)測系統(tǒng)，所述的測試管路由兩段用法蘭連接的不銹鋼管組成，裝卸與搬遷方便。上述的熱油管道低溫環(huán)境模擬及徑向溫度監(jiān)測系統(tǒng)，所述的油管保溫單元由50mm聚氨酯泡沫、Imm高密度聚乙烯防護層組成，這與熱油管道的實際保溫結(jié)構(gòu)類似。聚乙烯防護層具有機械強度高、耐沖擊、耐環(huán)境應(yīng)力開裂、耐腐蝕、耐低溫、易焊接、施工簡便、嚴格密封無滲漏、使用壽命長等特點，而聚氨酯泡沫具有填充后無縫隙、固化后粘結(jié)牢固、不開裂、不腐化、不脫落的優(yōu)點。通過設(shè)置聚氨酯整體發(fā)泡層，使保溫層、外護層形成了一個整體，解決了保溫管的鋼材腐蝕問題，這也在很大程度上增加了管道的使用壽命。上述的熱油管道低溫環(huán)境模擬及徑向溫度監(jiān)測系統(tǒng)，所述的低溫供應(yīng)單元主要包括制冷機組、低溫介質(zhì)循環(huán)泵、低溫介質(zhì)循環(huán)管路及保冷結(jié)構(gòu)等。在低溫供應(yīng)系統(tǒng)中，低溫介質(zhì)通過循環(huán)泵及其連接軟管、纏繞在熱油管保溫層外的銅管實現(xiàn)循環(huán)流動。在模擬實驗之前，將低溫介質(zhì)循環(huán)冷卻、恒定在實驗所需的溫度，從而達到模擬低溫環(huán)境溫度的目的。上述的熱油管道低溫環(huán)境模擬及徑向溫度監(jiān)測系統(tǒng)，所述的低溫介質(zhì)保溫單元由50mm復(fù)合硅酸鎂氈和1_玻璃纖維板包覆層組成，復(fù)合硅酸鎂氈其導(dǎo)熱系數(shù)低于傳統(tǒng)保溫材料，且具有粘結(jié)性好、不易脫落等優(yōu)點，而玻璃纖維板具有較好的耐熱性和耐潮性，兩者結(jié)合使用能夠起到很好的防止冷量損失的作用。上述的熱油管道低溫環(huán)境模擬及徑向溫度監(jiān)測系統(tǒng)，所述的溫度監(jiān)測單元由兩套各7個溫度監(jiān)測點的探溫元件(包括保溫防護層、熱油管外壁、距油管內(nèi)壁O、Di/8、Di/4、30,/8,0,/2處的溫度監(jiān)測，其中Di表示測試管段的內(nèi)徑)、電信號傳輸線、A/D轉(zhuǎn)換器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。該溫度監(jiān)測系統(tǒng)通過專門開發(fā)的軟件可實時監(jiān)測、采集、保存低溫環(huán)境下熱油管道不同徑向位置的溫度。上述的熱油管道低溫環(huán)境模擬及徑向溫度監(jiān)測系統(tǒng)，所述的差壓監(jiān)測單元主要由差壓變送器、引壓管、引壓管保溫及溫控系統(tǒng)組成，可實時監(jiān)測低溫環(huán)境下熱油管道單位長度上的壓差。為防止含蠟原油在溫度降低過程中因蠟的析出而堵塞引壓管，專門在引壓管上纏繞保溫層并安裝溫控器，可實現(xiàn)對引壓管的加熱、控溫，以確保測試結(jié)果的準確性。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點(I)較寬的低溫范圍及介質(zhì)的適應(yīng)性強該系統(tǒng)適合模擬不同高寒地區(qū)熱油管道的環(huán)境溫度，與一般的環(huán)道實驗裝置聯(lián)合使用，可以模擬研究熱油管道在一 5°c的極端環(huán)境溫度下的流動行為、停輸再啟動及固相沉積規(guī)律等科學(xué)問題。除模擬單相管輸介質(zhì)外，還能夠模擬油水兩相流、油氣水三相流的管流特性，對模擬的低溫范圍及管輸介質(zhì)的適應(yīng)性強。(2)低溫環(huán)境監(jiān)控自動化該系統(tǒng)的溫度監(jiān)測單元通過電信號傳輸線、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)采集模塊和低溫介質(zhì)供給及控制單元，可實現(xiàn)環(huán)境低溫的自動監(jiān)測與低溫介質(zhì)供給單元的自動控制，其監(jiān)控準確可靠、自動化程度高。(3)徑向溫度監(jiān)測點設(shè)計科學(xué)合理采用科學(xué)合理的探頭結(jié)構(gòu)設(shè)計，確保了空間有限的測試管不同徑向位置處溫度監(jiān)測的可靠性。此外，采用Visual basic語言研發(fā)的溫度監(jiān)測軟件，可直接顯示管內(nèi)流體徑向溫度的變化曲線及數(shù)據(jù)表，為熱油管道安全停輸時間的確定提供了方便。(4)監(jiān)測參數(shù)準確可靠該系統(tǒng)的溫度和差壓監(jiān)測均采用國內(nèi)外先進的變送器、數(shù)顯及控制儀表，其測試精度高、采集速度快、監(jiān)測參數(shù)可靠。(5)安全經(jīng)濟該系統(tǒng)所用儀表設(shè)備及低溫介質(zhì)的安全隱患低、性能穩(wěn)定、經(jīng)久耐用，所用低溫介質(zhì)來源廣泛、循環(huán)利用、成本低。(6)安裝使用方便該系統(tǒng)與環(huán)道采用法蘭連接，且在出口端設(shè)有橡膠伸縮器和探溫元件，裝卸與搬遷方便。此外，該系統(tǒng)所用工藝簡單、結(jié)構(gòu)合理、操作方便。


圖I為本發(fā)明的測試管段結(jié)構(gòu)圖。圖2為圖I測試管段AA處的剖面圖。圖3為本發(fā)明的探溫元件結(jié)構(gòu)圖。
圖4為圖3探溫元件結(jié)構(gòu)AA處的剖面圖。圖5為本發(fā)明的低溫介質(zhì)循環(huán)工藝流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明并不局限于以下實例。本發(fā)明的測試管段結(jié)構(gòu)圖及AA處的剖面圖如圖I和圖2所示，本發(fā)明的探溫元件結(jié)構(gòu)圖及A-A處的剖面圖如圖3和圖4所示，本發(fā)明的低溫介質(zhì)循環(huán)的示意圖如圖5所示。圖I中各標記如下1入口端、2變徑管(由聯(lián)合使用的環(huán)道規(guī)格確定)、3引壓管、4測試管段、5探溫元件、6螺栓、7法蘭、8出口端、9銅管、10法蘭墊片、11復(fù)合硅酸鎂氈、12玻璃纖維板、13聚氨酯泡沫、14防護層、15保冷層，其中測試管段的保溫與保冷采用聚氨酯泡沫、防護層、保冷層等復(fù)合結(jié)構(gòu)實現(xiàn)(見A-A剖面圖)。圖3中探溫元件的溫度探頭分別距油管內(nèi)壁0、01/8、01/4、301/8、01/2。圖5中各標記如下1制冷機組、2循環(huán)泵、3控制閥、4低溫介質(zhì)軟管、5銅盤管、6測試管段。本發(fā)明的低溫環(huán)境模擬系統(tǒng)在與其他環(huán)道實驗裝置聯(lián)合使用時，考慮到不同環(huán)道的規(guī)格差異，設(shè)計有方便連接的變徑管件，如圖I中所示入口端I或出口端8與測試管段4之間變徑管2，其兩端用螺栓6和法蘭7連接；更換不同管徑的測試管段4可以模擬低溫環(huán)境下管徑對流體管流特性、固相沉積規(guī)律及停輸再啟動行為的影響；該系統(tǒng)的兩個測試管段4也通過螺栓和法蘭連接，它們出口端分別嵌入探溫元件5，并用橡膠圈密封，其密封原理主要利用橡膠的高彈性與壓縮變形性；該系統(tǒng)的探溫元件5由帶7個溫度監(jiān)測點(油管保溫防護層、管外壁、距油管內(nèi)壁0為/8為/4、303為/2處)的探頭組成，并采用電信號傳輸線、A/D轉(zhuǎn)換器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時監(jiān)測流體在管流過程中的徑向溫度變化趨勢；該系統(tǒng)在測試管段4兩端設(shè)置有引壓管3，其間安裝差壓變送器；為防止含蠟原油在溫降過程中因蠟析出而堵塞引壓管，專門在引壓管上纏繞電加熱帶，并通過溫控器控制引壓管3的加熱與恒溫，保證差壓測試的準確性；該系統(tǒng)所用的油管保溫單元由50mm聚氨酯泡沫、Imm高密度聚乙烯防護層組成，與實際熱油管道所用保溫結(jié)構(gòu)一致；該系統(tǒng)在聚乙烯防護層外纏繞銅管，通過低溫介質(zhì)的不斷循環(huán)(圖5)達到模擬低溫環(huán)境溫度的目的；該系統(tǒng)的低溫介質(zhì)保溫單元由50_復(fù)合硅酸鎂氈和Imm玻璃纖維板包覆層組成，復(fù)合硅酸鎂氈的導(dǎo)熱系數(shù)低于傳統(tǒng)保溫材料，且具有粘結(jié)性好、不易脫落等優(yōu)點，有效防止了系統(tǒng)的冷量損失。
具體實施例方式首先設(shè)計、加工與制造熱油管道低溫環(huán)境模擬及徑向溫度監(jiān)測系統(tǒng)各組成單元，包括測試管路及保溫、探溫元件、電信號傳輸線、A/D轉(zhuǎn)換器及溫度數(shù)據(jù)采集單元等；同時充分考慮聯(lián)合使用環(huán)道的規(guī)格，加工制造該系統(tǒng)與環(huán)道連接的變徑管件2，并按圖I所示組裝；在此過程中，將管外壁和油管外保溫防護層的溫度探頭安裝在不受其它熱影響的適當位置，并將兩套油管徑向探溫元件分別安裝在下游測試管段4兩端，它們的密封用橡膠圈實現(xiàn)；然后，根據(jù)模擬極端低溫的溫度，確定低溫介質(zhì)的流量，選用匹配的銅管及制冷機組，并將銅管纏繞在測試管保溫防護層外面，銅管進口、出口用軟管分別與制冷機組相連，低溫介質(zhì)循環(huán)回路均用50mm復(fù)合硅酸鎂氈保冷；低溫介質(zhì)經(jīng)制冷機組制冷、循環(huán)泵增壓后，通過出口軟管流經(jīng)盤繞銅管，當其與測試管段外保護層的高溫環(huán)境換熱后，再通過回接軟管流回制冷機組，從而實現(xiàn)低溫介質(zhì)的循環(huán)；在測試管段上安裝引壓管與差壓監(jiān)測系統(tǒng)，并在引壓管上安裝電加熱帶及溫控器；至此，完成了本發(fā)明涉及的所有單元的設(shè)計與組裝。最后，利用本發(fā)明的低溫供應(yīng)及循環(huán)系統(tǒng)，結(jié)合環(huán)道裝置的配合使用，充分循環(huán)低溫介質(zhì)，使油管保溫防護層溫度達到模擬環(huán)境溫度時，啟動環(huán)道實驗流體循環(huán)泵，即可實時監(jiān)測測試管段在低溫環(huán)境模擬條件的流量、壓差、不同徑向位置的溫度等參數(shù)，進而系統(tǒng)研究熱油管道在低溫環(huán)境下的管流特性及相關(guān)熱動力學(xué)行為。
權(quán)利要求
1.一種熱油管道低溫環(huán)境模擬及徑向溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)主要包括測試管段、油管保溫單元、低溫介質(zhì)供應(yīng)及保溫單元、徑向溫度及差壓監(jiān)測單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的熱油管道低溫環(huán)境模擬及徑向溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述測試管路由不同管徑的直管組成，通過安裝變徑管并用法蘭連接，實現(xiàn)本系統(tǒng)與環(huán)道接口的連接；所述的測試管段均設(shè)有保溫層。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的熱油管道低溫環(huán)境模擬及徑向溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述低溫供應(yīng)單元由制冷機組、低溫介質(zhì)循環(huán)泵、進出泵軟管、熱油管保溫防護層外的低溫介質(zhì)銅盤管組成，所述低溫供應(yīng)單元的低溫介質(zhì)循環(huán)回路均設(shè)有保溫層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的熱油管道低溫環(huán)境模擬及徑向溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述徑向溫度監(jiān)測單元由兩套各有7個溫度探頭的探溫元件、電信號傳輸線、A/D轉(zhuǎn)換器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一所述的熱油管道低溫環(huán)境模擬及徑向溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述溫度探頭分別位于油管保溫防護層、管外壁、距油管內(nèi)壁O、Di/8、0,/4,30,/8,Di/^處，其中探溫元件上的5個探頭沿不同的角度均勻分布，且不同位置的探頭采用特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計，根本解決了探頭敏感區(qū)大與油管空間有限的矛盾。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一所述的熱油管道低溫環(huán)境模擬及徑向溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的差壓監(jiān)測單元由差壓變送器、引壓管、引壓管電加熱帶及溫控器組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一所述的熱油管道低溫環(huán)境模擬及徑向溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的徑向溫度及差壓監(jiān)測單元均有相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可實現(xiàn)所測數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種能夠模擬熱油管道低溫環(huán)境與監(jiān)測管道徑向溫度的方法及實驗裝置，克服了現(xiàn)有環(huán)道裝置不能模擬極端低溫環(huán)境及監(jiān)測管道徑向溫度的局限性。本發(fā)明系統(tǒng)主要由測試管路、油管保溫單元、低溫介質(zhì)供應(yīng)及保溫單元、徑向溫度及差壓監(jiān)測單元構(gòu)成。本發(fā)明提供的系統(tǒng)與現(xiàn)有環(huán)道裝置聯(lián)合使用，可實現(xiàn)熱油管道低溫環(huán)境的模擬與徑向溫度監(jiān)測，進而評價熱油管道在低溫環(huán)境下的原油管流特性等科學(xué)問題，其結(jié)果更加符合實際熱油管道在低溫環(huán)境下的流動特性。
文檔編號G01K13/02GK102928193SQ20121040857
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者敬加強, 靳文博, 熊小琴, 邱伊婕, 伍鴻飛, 肖飛, 李業(yè), 楊露, 檀家桐, 周健 申請人:西南石油大學(xué)