熱油管道低溫環境模擬及徑向溫度監測系統技術方案

本發明專利技術提供了一種能夠模擬熱油管道低溫環境與監測管道徑向溫度的方法及實驗裝置，克服了現有環道裝置不能模擬極端低溫環境及監測管道徑向溫度的局限性。本發明專利技術系統主要由測試管路、油管保溫單元、低溫介質供應及保溫單元、徑向溫度及差壓監測單元構成。本發明專利技術提供的系統與現有環道裝置聯合使用，可實現熱油管道低溫環境的模擬與徑向溫度監測，進而評價熱油管道在低溫環境下的原油管流特性等科學問題，其結果更加符合實際熱油管道在低溫環境下的流動特性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及高寒地區熱油管道低溫環境的室內模擬及徑向溫度監測系統，屬于石油與天然氣工程

技術介紹
國內外原油多為高粘易凝原油，還有相當數量的特高含蠟、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，高寒地區或季節的熱油管道更是如此。比如我國內蒙、新疆與黑龍江等北方地區，冬季極端氣溫可能低達一 40°C以下，這些地區的熱油管道相應的外部環境溫度可能低于一 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境下的流動行為、停輸再啟動行為及固相沉積規律，以便制定和采取相應的優化運行與安全管理方案。事實上，這些科學問題一直是國內外相關專家學者關注的熱門課題，不僅需要研究熱油管道沿線的溫降規律，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律，其結果的準確性與科學性必須通過可靠的實測參數或實際操作參數來檢驗，進而為熱油管道的合理設計、優化運行及安全管理提供理論依據。然而，環道模擬裝置作為管輸原油流動性研究的重要手段，盡管在國內外相關研究中的應用較廣，但從現有環道裝置的組成與結構特點看，這些裝置并不具備熱油管道低溫環境的室內模擬條件，且徑向溫度的測試技術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律的深入研究。因此，熱油管道低溫環境模擬及徑向溫度監測系統是前述科學問題研究的必要手段，也是對常規環道模擬裝置的重要補充與完善。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種熱油管道低溫環境模擬及徑向溫度監測系統。本專利技術針對現有環道裝置不具備熱油管道極端低溫環境模擬與徑向溫度監測的局限性，提出可以科學模擬實際熱油管道低溫環境與監測徑向溫度的方法及配套系統，該系統主要由測試管路及保溫單元、低溫供應單元、低溫介質保溫單元、溫度及差壓監測單元構成。上述的熱油管道低溫環境模擬及徑向溫度監測系統，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境模擬及徑向溫度監測系統，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構類似。聚乙烯防護層具有機械強度高、耐沖擊、耐環境應力開裂、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、固化后粘結牢固、不開裂、不腐化、不脫落的優點。通過設置聚氨酯整體發泡層，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境模擬及徑向溫度監測系統，所述的低溫供應單元主要包括制冷機組、低溫介質循環泵、低溫介質循環管路及保冷結構等。在低溫供應系統中，低溫介質通過循環泵及其連接軟管、纏繞在熱油管保溫層外的銅管實現循環流動。在模擬實驗之前，將低溫介質循環冷卻、恒定在實驗所需的溫度，從而達到模擬低溫環境溫度的目的。上述的熱油管道低溫環境模擬及徑向溫度監測系統，所述的低溫介質保溫單元由50mm復合硅酸鎂氈和1_玻璃纖維板包覆層組成，復合硅酸鎂氈其導熱系數低于傳統保溫材料，且具有粘結性好、不易脫落等優點，而玻璃纖維板具有較好的耐熱性和耐潮性，兩者結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境模擬及徑向溫度監測系統，所述的溫度監測單元由兩套各7個溫度監測點的探溫元件(包括保溫防護層、熱油管外壁、距油管內壁O、Di/8、Di/4、30,/8,0,/2處的溫度監測，其中Di表示測試管段的內徑)、電信號傳輸線、A/D轉換器及數據采集系統組成。該溫度監測系統通過專門開發的軟件可實時監測、采集、保存低溫環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境模擬及徑向溫度監測系統，所述的差壓監測單元主要由差壓變送器、引壓管、引壓管保溫及溫控系統組成，可實時監測低溫環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，可實現對引壓管的加熱、控溫，以確保測試結果的準確性。本專利技術由于采取以上技術方案，具有以下優點(I)較寬的低溫范圍及介質的適應性強該系統適合模擬不同高寒地區熱油管道的環境溫度，與一般的環道實驗裝置聯合使用，可以模擬研究熱油管道在一 5°c的極端環境溫度下的流動行為、停輸再啟動及固相沉積規律等科學問題。除模擬單相管輸介質外，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的適應性強。(2)低溫環境監控自動化該系統的溫度監測單元通過電信號傳輸線、A/D轉換器、數據采集模塊和低溫介質供給及控制單元，可實現環境低溫的自動監測與低溫介質供給單元的自動控制，其監控準確可靠、自動化程度高。(3)徑向溫度監測點設計科學合理采用科學合理的探頭結構設計，確保了空間有限的測試管不同徑向位置處溫度監測的可靠性。此外，采用Visual basic語言研發的溫度監測軟件，可直接顯示管內流體徑向溫度的變化曲線及數據表，為熱油管道安全停輸時間的確定提供了方便。(4)監測參數準確可靠該系統的溫度和差壓監測均采用國內外先進的變送器、數顯及控制儀表，其測試精度高、采集速度快、監測參數可靠。(5)安全經濟該系統所用儀表設備及低溫介質的安全隱患低、性能穩定、經久耐用，所用低溫介質來源廣泛、循環利用、成本低。(6)安裝使用方便該系統與環道采用法蘭連接，且在出口端設有橡膠伸縮器和探溫元件，裝卸與搬遷方便。此外，該系統所用工藝簡單、結構合理、操作方便。附圖說明圖I為本專利技術的測試管段結構圖。圖2為圖I測試管段AA處的剖面圖。圖3為本專利技術的探溫元件結構圖。圖4為圖3探溫元件結構AA處的剖面圖。圖5為本專利技術的低溫介質循環工藝流程圖。具體實施例方式下面結合附圖對本專利技術作進一步說明，但本專利技術并不局限于以下實例。本專利技術的測試管段結構圖及AA處的剖面圖如圖I和圖2所示，本專利技術的探溫元件結構圖及A-A處的剖面圖如圖3和圖4所示，本專利技術的低溫介質循環的示意圖如圖5所示。圖I中各標記如下1入口端、2變徑管(由聯合使用的環道規格確定)、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、保冷層等復合結構實現(見A-A剖面圖)。圖3中探溫元件的溫度探頭分別距油管內壁0、01/8、01/4、301/8、01/2。圖5中各標記如下1制冷機組、2循環泵、3控制閥、4低溫介質軟管、5銅盤管、6測試管段。本專利技術的低溫環境模擬系統在與其他環道實驗裝置聯合使用時，考慮到不同環道的規格差異，設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可以模擬低溫環境下管徑對流體管流特性、固相沉積規律及停輸再啟動行為的影響；該系統的兩個測試管段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；該系統的探溫元件5由帶7個溫度監測點(油管保溫防護層、管外壁、距油管內壁0為/8為/4、303為/本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種熱油管道低溫環境模擬及徑向溫度監測系統，其特征在于：所述系統主要包括測試管段、油管保溫單元、低溫介質供應及保溫單元、徑向溫度及差壓監測單元。

【技術特征摘要】
1.一種熱油管道低溫環境模擬及徑向溫度監測系統，其特征在于所述系統主要包括測試管段、油管保溫單元、低溫介質供應及保溫單元、徑向溫度及差壓監測單元。2.根據權利要求I所述的熱油管道低溫環境模擬及徑向溫度監測系統，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，實現本系統與環道接口的連接；所述的測試管段均設有保溫層。3.根據權利要求I或2所述的熱油管道低溫環境模擬及徑向溫度監測系統，其特征在于所述低溫供應單元由制冷機組、低溫介質循環泵、進出泵軟管、熱油管保溫防護層外的低溫介質銅盤管組成，所述低溫供應單元的低溫介質循環回路均設有保溫層。4.根據權利要求1-3所述的熱油管道低溫環境模擬及徑向溫度監測系統，其特征在于所述徑向溫度監測單元由兩套各有7個溫度探頭...

【專利技術屬性】
技術研發人員：敬加強，靳文博，熊小琴，邱伊婕，伍鴻飛，肖飛，李業，楊露，檀家桐，周健，
申請(專利權)人：西南石油大學，
類型：發明
國別省市：