創(chuàng)建具有恒壓邊界的液體介質運行工況的設備及測量系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種創(chuàng)建具有恒壓邊界的液體介質運行工況的設備及測量系統。該設備包括：液體介質儲存容器，所述液體介質儲存容器用于存儲液體介質；流路，所述流路連接于所述液體介質儲存容器，用于供所述液體介質在其中流動；快開快關閥，所述快開快關閥設置于所述流路，用于控制所述液體介質的流動；以及泵，所述泵設置于所述流路，用于驅動所述液體介質的流動。所述測量系統除了包括上述設備之外還包括測量裝置，其用于在液體介質處于壓力穩(wěn)定的條件下測量液體介質的參數。這樣在液體介質的停輸再啟動試驗中能夠快速、準確地獲取關于液體介質運行的相關試驗數據。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及用于管道輸送技術研究的設備和系統，更具體地涉及一種創(chuàng)建具 有恒壓邊界的液體介質運行工況的設備及測量系統。 創(chuàng)建具有恒壓邊界的液體介質運行工況的設備及測量系統

【背景技術】
[0002] 我國原油大部分為高含蠟、高凝點、低溫下高粘度的"三高"原油。在高溫時，蠟以 分子形態(tài)存在于液態(tài)原油；隨著溫度的降低，原油中的蠟晶逐漸析出，當析出的蠟晶達到一 定濃度時，蠟晶之間形成空間網格結構，表現出復雜的非牛頓流體流變學特性。
[0003] 目前含蠟原油大多采用加熱輸送的管輸工藝。雖然加熱輸送對高凝高粘原油是行 之有效的措施，但相應的運行和投資費用也很高；同時，熱油管道在運行過程中難免會有計 劃或者事故停輸。停輸后，管內原油不斷向外散熱，油溫降低，粘度增大，蠟晶不斷析出，含 蠟原油內部形成了具有一定結構強度的膠凝結構。隨著停輸時間延長，膠凝結構強度不斷 增大，管道整體失去流動性。這時，需要提供遠高于正常管輸壓力的啟動能量，管線才能啟 動。若停輸時間過長，再啟動需要的壓力超過泵所能提供的揚程或管道承壓能力，則啟動失 敗，發(fā)生凝管事故。
[0004] 停輸再啟動的成功與否取決于停輸時間長短、停輸前后的油溫及土壤溫度場分 布、原油的流變特性、再啟動壓力大小等，涉及復雜的水力和熱力問題，包括管內油品及管 外介質的非穩(wěn)態(tài)傳熱，以及非穩(wěn)態(tài)的流動和傳熱耦合問題。必須綜合考慮這些因素，才能得 到準確的結果。
[0005] 基于以上原因，本領域技術人員不斷地進行原油的停輸再啟動試驗以獲取相關試 驗數據以便在實際的原油輸送管道中保證停輸再啟動的成功進行。
[0006] 目前國內外在原油輸送工藝上都采用配有電動執(zhí)行結構的閥門，即采用電機驅 動，開關動作完成都需要一定時間的閥門做調節(jié)。在短距離原油輸送工藝研究中，出泵后的 原油會經較長的距離才能達到平穩(wěn)運行的狀態(tài)。經過這段時間達到穩(wěn)定期后，原油也已經 進入到輸送過程的末段。對于原油輸送工藝的研究起不到作用。同時，對于輸送流程的切 換以及管線泄漏后的控制，一般的電動閥門很長時間才能完全開啟或關閉，造成了浪費和 事故發(fā)生的幾率。 實用新型內容
[0007] 基于以上現有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種能夠創(chuàng)建具有恒壓邊 界的液體介質運行工況的設備并且能夠在液體介質處于壓力穩(wěn)定的條件下進行測量的測 量系統。
[0008] 為了實現上述實用新型目的，本實用新型采用如下的技術方案：
[0009] -種創(chuàng)建具有恒壓邊界的液體介質運行工況的設備，所述設備包括：液體介質儲 存容器，所述液體介質儲存容器用于存儲液體介質；流路，所述流路連接于所述液體介質儲 存容器，用于供所述液體介質在其中流動；快開快關閥，所述快開快關閥設置于所述流路， 用于控制所述液體介質的流動；以及泵，所述泵設置于所述流路，用于驅動所述液體介質的 流動。這樣通過控制快開快關閥就能夠提供一種能夠創(chuàng)建具有恒壓邊界的液體介質運行工 況的設備。
[0010] 優(yōu)選地，所述流路包括主干流路和與所述主干流路的至少一部分并聯的一條或多 條旁通流路，在各所述旁通流路和所述主干流路的與所述旁通流路并聯的部分中分別設置 有一個或多個所述快開快關閥。另外優(yōu)選地，在所述旁通流路中還設置有除了所述快開快 關閥以外的用于控制所述液體介質的流動的且與所述快開快關閥種類不同的一個或多個 控制閥。這樣能夠保證在需要的情況下對液體介質的運行工況和輸送過程進行控制（即開 閉）。優(yōu)選地，所述預設的關閉條件可至少包括：1)所述液體介質完成所述輸送過程，需要 切斷所述液體介質的輸送過程而正常關閉；2)所述液體介質在所述輸送過程中出現安全 事故問題，需要緊急關閉；3)在完成針對所述液體介質在特定運行工況下的參數進行測量 后，需要正常關閉。
[0011] 另外優(yōu)選地，一個或多個所述泵設置于所述主干流路和所述旁通流路中的至少所 述主干流路。以驅動在設備中液體介質的正常流動。
[0012] 更優(yōu)選地，可以使得所述流路包括主干流路，在所述主干流路中順次串聯設置所 述液體介質儲存容器、與所述快開快關閥種類不同的第一控制閥、所述泵、一個所述快開快 關閥和與所述快開快關閥種類不同的第二控制閥，并且所述流路還包括與所述主干流路的 設置有所述快開快關閥和所述第二控制閥的部分并聯的一條旁通流路，在所述旁通流路中 串聯設置有一個所述快開快關閥和與所述快開快關閥種類不同的第三控制閥。
[0013] 另外，優(yōu)選地，所述快開快關閥的預定反應時間閾值為不大于0.5s。利用本實用新 型的設備進行參數測量的過程中，所述快開快關閥實時地開啟或實時地關閉是指在不大于 該預定反應時間閾值時間開啟或關閉。滿足這個條件，能夠保證對液體介質的輸送過程和 運行工況進行實時地有效控制。更進一步地，所述快開快關閥采用手動控制和/或自動控 制，且所述快開快關閥為常閉閥。這樣就能夠在不同的情況下對液體介質的輸送過程和運 行工況進行控制。
[0014] 一種測量系統，所述測量系統包括：如上所述的創(chuàng)建具有恒壓邊界的液體介質運 行工況的設備，以及測量裝置，所述測量裝置用于在所述液體介質處于壓力穩(wěn)定的條件下 測量所述液體介質的參數。
[0015] 優(yōu)選地，在所述主干流路中的與所述旁通流路并聯的部分中，所述測量裝置設置 在所述快開快關閥的在所述液體介質的流動方向上的下游側。此外優(yōu)選地，所述測量裝置 包括多組測溫/測壓單元。
[0016] 需要說明的是，"運行工況"是指液體介質具有"恒壓邊界"并且在穩(wěn)定的壓力條件 下運行；"恒壓邊界"的含義是在液體介質管道再啟動環(huán)道試驗中保證入口壓力穩(wěn)定（或在 較小范圍內波動），實現"恒壓邊界"的意義在于，簡化了液體介質的邊界條件，如此測試數 據反映的基本是重點研究的信息。
[0017] 本實用新型中的所述液體介質優(yōu)選為原油，上述參數可至少包括在原油泵再啟動 試驗中在上述"運行工況"下的原油的溫度、壓力和流量。
[0018] 進一步需要說明的是，在本實用新型中的"快開快關閥"是指反應時間閾值時間小 于0. 5s的能夠用于液體介質運行設備的各種閥門。
[0019] 通過采用上述技術方案，本實用新型提供了能夠創(chuàng)建具有恒壓邊界的液體介質的 運行工況的設備并且能夠在液體介質處于壓力穩(wěn)定的條件下進行測量的測量系統。其取得 了如下有益效果：在液體介質的停輸再啟動試驗中能夠快速、準確地獲取關于液體介質運 行的相關試驗數據。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1是根據本實用新型的一個實施方式的測量系統的連接示意圖。

【具體實施方式】
[0021] 下面結合說明書附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行詳細的說明。為了簡明， 在附圖中僅示出了為說明本實用新型技術方案所需要涉及的部件的標號。
[0022] 圖1是根據本實用新型的一個實施方式的測量系統的連接示意圖，其包含根據本 實用新型的一個實施方式的創(chuàng)建具有恒壓邊界的液體介質運行工況的設備。在該設備中設 置反應時間不大于預定反應時間閾值的兩個快開快關閥（即第一快開快關閥163和第二快 開快關閥164)用于控制液體介質的輸送過程及運行工況，并且在該設備中還設置了用于 其它用途的包括罐、泵、可選的閥等其它輔助部件。在圖1中的實施方式中，第一快開快關 閥163設置在主干流路中，第二快開快關閥164設置在與主干流路的一部分并聯的旁通流 路中，而泵B設置于主干流路中。下面簡單說明在圖1中采用的控制液體介質流動過程和 運行工況以進行參數測量的過程：
[0023] (1)流程切換：初始流程為_ G -電動閥215-泵B-第一決開快關閥163 -電動 閥174-手動閥175 -電動閥101-電動閥213-_ G ;待流量運行穩(wěn)定后，快速開啟第二快 開快關閥164且快速關閉第一快開快關閥163,在當前輸入量/壓力工況下降時流程切換為 罐G-電動閥215-泵B-第二快開快關閥164-閘閥131-閘閥132 -電動閥171 -手動閥 175一電動閥101-電動閥213-罐G。
[0024] (2)憋壓啟動：打開以下流程、即罐G-電動閥215-泵B-第二快開快關閥164- 閘閥131-閘閥132 -電動閥171-手動閥175 -電動閥101 -電動閥213-罐G中的所有 閥門，然后關閉第二快開快關閥164 ;接著啟動泵B，待在第二快開快關閥164的液體介質流 入側的壓力達到設定值后，快速開啟第二快開快關閥164,實現恒壓力邊界啟動。
[0025] 在圖1所示的實施方式中，閘閥131和閘閥132之間的流路是一段具有預定長度 的且設置在地面下方的管路，該預定長度優(yōu)選地為600米。本測量系統還包括在第二快開 快關閥164的在流體介質流動方向的下游側、如在圖1中的閘閥131和閘閥132之間的測 量裝置S，以及在閘閥131的上游側和閘閥132的下游側分別設置的第一流量計LL-1和第 二流量計LL-2。該測量裝置S包括至少12組用于測量閘閥131和閘閥132之間的流路的 壓力參數和溫度參數的傳感器，每組傳感器包括至少包括兩個壓力傳感器和一個溫度傳感 器；而第一流量計LL-1和第二流量計LL2用于測量流入閘閥131的液體介質的流量和流出 閘閥132的液體介質的流量，這樣本實用新型的測量系統就能夠測量所需要的參數。需要 注意的是，在憋壓啟動中在啟動泵B至設定壓力并開啟第二快開快關閥164的同時記錄測 試段（閘閥131-閘閥132之間管段）壓力、溫度及兩端流量數據等。
[0026] 在本實施方式中，在罐G與電動閥213和電動閥215之間設置有當上述電動閥失 效時起作用的手動閥211和手動閥215。此外，在電動閥213的下游側還設置有單向閥217。
[0027] 此外，在泵B的上游側順次設置有電動閥411和過濾器GL-1、在下游側順次設置有 單向閥412和電動閥413,在電動閥413的下游側設置有并聯的電動閥181和手動閥180。
[0028] 進一步地，在旁通流路中，在第一快開快關閥163的下游側還設置有手動閥162 ; 在主干流路中，在第二快開快關閥164的下游側還設置有電動閥112。
[0029] 需要說明的是，在電動閥411的上游側和電動閥101的上游側還通過設置有電動 閥100的另一芳通流路連通。
[0030] 在圖1中示出的實施方式中的第一快開快關閥的反應時間閾值為0. 5s，當然該反 應時間閾值小于〇. 5s也是完全可行的。
[0031] 在流路中，第一快開快關閥163和第二快開快關閥164起到的作用是，在泵出口壓 力達到設定值或者在快開快關閥的流體介質的流入側達到設定值時快速開啟，從而為再啟 動試驗創(chuàng)造"恒壓邊界"條件。
[0032] 這樣就實現了使得當液體介質在快開快關閥流入側的壓力達到預定壓力條件時 激活所述快開快關閥以輸送所述液體介質，進而使得液體介質具有恒壓邊界且在液體介質 的整個輸送過程中的壓力保持穩(wěn)定，對壓力穩(wěn)定的所述液體介質的參數進行測量。
[0033] 另外，當達到預設的關閉條件時，能夠控制快開快關閥實時地關閉，以實時地終止 所述液體介質的輸送。以下采用示例進行說明。
[0034] 示例1 :當進行減阻劑的評價試驗，使用高壓氮氣為動力源，將第一罐中的原油快 速轉入第二罐中，整個轉料時間僅為數分鐘。為防止原油轉完后，大量高壓氮氣進入第二 罐，可能造成原油泄漏，需要關閉設置的快開快關閥。實際操作時，在第二罐中的原油到達 預設液位，立即關閉快開快關閥，迅速切斷原油輸送，防止原油輸送過程中安全事故的發(fā) 生。
[0035] 示例2 :因為輸油泵再啟動的參數變化主要發(fā)生在前幾分鐘，當進行原油停輸以 后的再啟動試驗時，先將輸油泵啟動，再迅速開啟快開快關閥，就可以有效地采集到試驗所 需要的運行參數，模擬特定壓力下的原油輸送初始運行工況，針對不同輸送工況下的原油 運行狀態(tài)進行數據分析，指導原油輸送工藝的研究方法，然后在完成整個試驗過程之后關 閉快開快關閥。
[0036] 在實際應用過程中，可以根據需要設定關閉快開快關閥的關閉條件。更具體地， 預設的關閉條件可至少包括：1)所述液體介質完成所述輸送過程，需要切斷所述液體介質 輸送過程而正常關閉；2)所述液體介質在所述輸送過程中出現安全事故問題，需要緊急關 閉；3)在完成針對所述工況對所述液體介質的運行狀態(tài)進行數據分析后，需要正常關閉。
[0037] 下面進一步說明快開快關閥的可以采用的具體結構。該快開快關閥至少包括：驅 動裝置，其用于在不大于預設反應時間閾值時間內向快開快關閥提供驅動力以激活快開快 關閥進而開啟/關閉液體介質的輸送過程；閥體，其與驅動裝置連通，并且接收驅動裝置的 驅動力以完成開啟/關閉液體介質的輸送過程的動作。進一步地，快開快關閥還可包括電 氣控制裝置，其用于對快開快關閥進行現場控制和/或遠程控制。優(yōu)選地，驅動裝置為電液 驅動裝置，電液驅動裝置用于儲存液壓裝置工作時需要的油液，同時向液壓裝置提供所需 的壓力油和回收液壓裝置排回的液壓油，使得液壓裝置能夠提供驅動力。通過對液壓驅動 裝置的控制實現快開快關閥的快速打開和關閉。
[0038] 另外，快開快關閥的驅動裝置向閥體提供驅動力直到閥體動作完成的總時間不大 于0. 5s。這樣才能夠保證在所述液體介質的輸送過程中實時地使用快開快關閥。
[0039] 而在具體實現該快開快關閥的過程中，可以采用如下的參數要求：
[0040] 電液驅動裝置的基本參數： 油箱界積 70L 額記流7L/min 丄作力 20-22MPa 保性能 肋屮降+ A：+i'2MPa (穩(wěn)+)h:后）
[0041]丌閥吋間 10-30秒（0-90° ) π?調 又閥時_ 10-30秒（0-90° )丨>1調 快叉時間 <0.5秒（乜括緩沖時_) 過濾精度 10u 裝置總重 約170kg (不包括液lii油） 裝?外形 735X370X860 (K:X寬X高） 丄作介質 Ν46-Ν68 U液叫油 成用環(huán)境 按常規(guī).Γ.業(yè)設備要求 電器控制裝貨的椹木參數：
[0042] 電機功率 2.2KW 丌:又電源 201W 控制電川 DC24V 電源進線 ?相四線制AC380V/AC220V± 10%,2KW 控制電源 +小N斷電源DC220V土丨0%
[0043] 快開快關閥優(yōu)選地采用蝶閥結構，這樣快開快關閥就具有調節(jié)性能好，安裝方便， 啟閉迅速，流體阻力小等優(yōu)勢。而且這樣實現的快開快關閥的特點是可迅速改變其工作狀 態(tài)，可以實現原油輸送流程的迅速切換以及模擬原油輸送管線在某種特定壓力下的初始運 行工況，同時可以對突發(fā)事件進行緊急處理，避免惡性事故的發(fā)生等。
[0044] 通過采用上述的技術方案，本實用新型提供了一種能夠創(chuàng)建具有恒壓邊界的液體 介質運行工況的設備并且能夠在液體介質處于壓力穩(wěn)定的條件下進行測量的測量系統。其 取得了如下有益效果：在液體介質的停輸再啟動試驗中能夠快速、準確地獲取關于液體介 質運行的相關試驗數據。
【權利要求】
1. 一種創(chuàng)建具有恒壓邊界的液體介質運行工況的設備，其特征在于，所述設備包括： 液體介質儲存容器，所述液體介質儲存容器用于存儲液體介質； 流路，所述流路連接于所述液體介質儲存容器，用于供所述液體介質在其中流動； 快開快關閥，所述快開快關閥設置于所述流路，用于控制所述液體介質的流動；以及 泵，所述泵設置于所述流路，用于驅動所述液體介質的流動。
2. 根據權利要求1所述的創(chuàng)建具有恒壓邊界的液體介質運行工況的設備，其特征在 于，所述流路包括主干流路和與所述主干流路的至少一部分并聯的一條或多條旁通流路， 在各所述旁通流路和所述主干流路的與所述旁通流路并聯的部分中分別設置有一個或多 個所述快開快關閥。
3. 根據權利要求2所述的創(chuàng)建具有恒壓邊界的液體介質運行工況的設備，其特征在 于，在所述旁通流路中還設置有除了所述快開快關閥以外的用于控制所述液體介質的流動 的且與所述快開快關閥種類不同的一個或多個控制閥。
4. 根據權利要求3所述的創(chuàng)建具有恒壓邊界的液體介質運行工況的設備，其特征在 于，一個或多個所述泵設置于所述主干流路和所述旁通流路中的至少所述主干流路。
5. 根據權利要求1所述的創(chuàng)建具有恒壓邊界的液體介質運行工況的設備，其特征在 于，所述流路包括主干流路，在所述主干流路中順次串聯設置所述液體介質儲存容器、與所 述快開快關閥種類不同的第一控制閥、所述泵、一個所述快開快關閥和與所述快開快關閥 種類不同的第二控制閥，并且所述流路還包括與所述主干流路的設置有所述快開快關閥和 所述第二控制閥的部分并聯的一條旁通流路，在所述旁通流路中串聯設置有一個所述快開 快關閥和與所述快開快關閥種類不同的第三控制閥。
6. 根據權利要求1-5中的任一項所述的創(chuàng)建具有恒壓邊界的液體介質運行工況的設 備，其特征在于，所述快開快關閥的預定反應時間閾值為不大于0. 5s。
7. -種測量系統，其特征在于，所述測量系統包括： 權利要求1或6所述的創(chuàng)建具有恒壓邊界的液體介質運行工況的設備，以及 測量裝置，所述測量裝置用于在所述液體介質處于壓力穩(wěn)定的條件下測量所述液體介 質的參數。
8. -種測量系統，其特征在于，所述測量系統包括： 權利要求2-5中任一項所述的創(chuàng)建具有恒壓邊界的液體介質運行工況的設備，以及 測量裝置，所述測量裝置用于在所述液體介質處于壓力穩(wěn)定的條件下測量所述液體介 質的參數。
9. 根據權利要求8所述的測量系統，其特征在于，在所述主干流路中的與所述旁通流 路并聯的部分中，所述測量裝置設置在所述快開快關閥的在所述液體介質的流動方向上的 下游側。
10. 根據權利要求9所述的測量系統，其特征在于，所述測量裝置包括多組測溫/測壓 單元。
【文檔編號】G01D21/00GK203881369SQ201420269534
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權日:2014年5月23日
【發(fā)明者】曹旦夫, 王國濤, 王福眾, 張洪奎, 姜和圣, 李保國, 盧平, 吳杰, 賈邦龍, 李皓, 倪廣地, 祖海燕, 趙亮, 馬雨薇, 曹明, 李倩, 蘇航, 楊輝, 莊君, 王一然 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司管道儲運分公司, 徐州金橋石化管道輸送技術有限公司