专利名称：高压密封环流式原油结蜡模拟装置的制作方法
技术领域：
本发明是用于长输原油管道结蜡模拟的高压密封环流式结蜡模拟装置。涉及管道系统技术领域。
背景技术：
长输原油管道内的结蜡严重影响管道的安全经济运行，掌握管道内的结蜡情况对于管道运营者具有重要的意义。目前输油现场主要是通过站间压降反算求站间平均结蜡厚度，由于管线运行参数经常处于波动中，因而通过这种方式得到的结蜡数据准确度不高，并且无法反映管道内真实的结蜡分布。另一种方法是利用室内模拟装置通过模拟试验来预测管道内的结蜡分布，这种方法通过模拟现场条件得到试验数据，将试验数据分析处理后得到现场管道内结蜡沿管长和随时间的变化规律，是目前预测管道内结蜡的主要方法。采用的模拟装置普遍为环道装置，利用小型的螺杆泵或齿轮泵作为循环动力。这类装置虽然在流动方式上与现场管道类似，但由于受控温能力和油样的限制，一般管径都做得很小，内径大约在10～12mm左右，这样导致油样运行空间比现场小几十甚至上百倍，而油样受到的管壁剪切应力却要大好几十倍。其次，由于环道长度有限，因此油样在其中经受过泵剪切的次数要比现场多得多(现场一个站间仅一次)。过泵剪切强度很大，影响蜡晶形态，因而也影响到油样过泵后在管道内的结蜡。所有这些都影响环道模拟的准确性，必须在对试验数据的处理和放大上进行大量的物理和数学处理来进行校正，因而利用环道模拟结蜡过程繁琐，存在缺点。
发明内容
本发明的目的是发明一种油样试验空间大、试验中油样受到的当量剪切强度与现场管道内油流受到的当量剪切强度相当，模拟试验的几何和力学条件更接近于现场的真实、准确的高压密封环流式原油结蜡模拟装置。
鉴于目前环道结蜡模拟装置存在的不足，本发明提出了一种在釜内高压、密闭和温度控制条件下使原油形成环流而进行结蜡模拟的装置，该装置的结构如图1、图2所示。它包括一个有进油口15、出油口27的密封釜26、插入釜26中的电动搅拌器23、温度控制系统和检测系统。密闭的釜26为罐状内胆6上口处由釜盖法兰17连接一椭圆形釜盖7，电机13经联轴器14连接搅拌器23并从釜盖7顶部中央由外插入釜26内；温度控制系统包括与搅拌器23固连一并插入釜26内的内加热器和包于内胆6外的夹套4、保温层3和外壳2；检测系统包括从釜盖7上通入釜26内的压力表10、测油温的温度传感器21-2、温度传感器滑道14和从外穿过保温层3、夹套4贴于内胆6外壁的多个温度传感器套管20、多个温度传感器21-1以及与所有的温度传感器配套的巡检仪。本装置中的釜26有盖7用法兰17连接密封，当然为密封好，还可以在法兰17之间加密封圈，而进油口15下有控制阀16，出油口27和氮气入釜口8、氮气出釜口9也有阀的控制，搅拌器23穿釜盖7处也要密封处理，所以釜26可以达到密封的环境条件。釜26内还采用充氮气的措施，使模拟的油流隔绝空气，当然这也可为釜内的电加热、电测试提供更为安全的条件。温度控制系统中的釜内加热器是固连于搅拌器23轴外的竖套管在下端分叉的锚框锚式环流生成器25，在框上绕有电伴热带(线)18，竖套管上端固连两圆环，其上有与圆环绝缘的二条平行的圆环形电触头滑道11各与电伴热带(线)18两端相连。再由固定在圆环上两个电极架内插入电极29并由拉簧28将电极29与电触头滑道11滑动接触。釜26外的夹套4外形与内胆相似，套在内胆6外后在内胆6四周与夹套4之间的套内从上到下盘绕螺旋导流板5，并与内胆6外壁和夹套4内壁焊连，在夹套4底部固连伸出一冷却介质入套口1，在夹套4上部一侧固连伸出一冷却介质出套口19；在夹套4外同样包一相似形的保温层3，再外包钢质外壳2，保温层3中填充保温材料。这样的温度控制系统既可将釜26内的试验原油均匀加温到所需的温度，同时釜26外壁又有夹套4通以冷却介质模拟环境温度并以保温层3保持之，实现了两种温度的控制。釜26内原油的流速控制由电动搅拌器23完成。安装在搅拌器23下端的搅拌桨24为锚式或框式结构。此种搅拌桨24可以产生单纯的环流，再配以釜内锚式环流生成器25的转动，也为环流助力。釜26内原油在电动搅拌器23的带动下成环形流动，等同于原油在无限长的管道流动。调节电机13的转速可方便地调整环流的速度和强度，模拟各种流速和压力下原油在管道内的流动状态。
本模拟装置的测试系统有压力和温度的测试两部分。压力测试由安装在釜盖7上的压力表10实现。而温度的测试则要复杂些。既要测出釜26壁的温度梯度，又要测出釜26内从中心到釜26内壁的温度梯度。测釜26壁的温度梯度由布局在釜26外壁的多个温度传感器套管20内温度传感器21-1实现。测釜26内的温度梯度则由安装在锚式环流生成器25框内与搅拌器23轴成90°固连的管状温度传感器架22内的多个温度传感器21-2实现。由于搅拌器23、温度传感器架22及釜26内加热器工作时一直处在转动状态，温度传感器21-2引线须从温度传感器架22和竖套管中穿出经温度传感器滑道14接出，所以引线不能多，否则温度传感器滑道14将太多，结构会变得很复杂。因此在仪表和电路的选择上就要苛刻一些，最符合要求的就是选用一线总线仪表和相应电路。传感器可以选用一线数字温度传感器，如DS1820、DS18S20、DS18B20、DS1822等，再配以单总线温度巡检仪，如DZT-512单总线温度巡检仪。在温度传感器架22内全部安装此类传感器，一般来说10支就可以了，温度传感器21-2只要两条引出线就可以了，当然温度传感器滑道14也只有2条，在结构处理上就简单多了。与釜26内加热器引出线的电触头滑道11相同，即在电触头滑道11圆环的上方再固定二圆环，其上也有与圆环绝缘的二条平行的圆环形温度传感器滑道14，也由固定在圆环上的两个电极架内插入电极29并由拉簧28将电极29与温度传感器滑道14滑动接触。温度传感器21-2及单总线温度巡检仪的接法见产品说明书。实际上，釜26外壁插入温度传感器套管20的多个温度传感器21-1也采用同样型号的一线数字温度传感器，完全可以共用一台单总线温度巡检仪对釜2 6内外的温度传感器所测温度进行巡检。
具体实施例方式
实施例以釜26内径400mm，高200mm为例，其具体结构如图1、图2所示。主要设备及尺寸为内胆高150mm，厚10mm，釜盖7高50mm，夹套4宽50mm，螺旋导流板5在夹套4内盘绕5圈，保温层3宽50mm，外壳2壁厚5mm，保温层3内填充石棉。电机13选用1KW的，搅拌器23轴用Φ20mm×2的钢管，长200mm，轴外竖套管的外管选Φ30×5mm钢管，长100mm，锚式环流生成器25宽300mm，高120mm，选用Φ10×2mm钢管弯成锚状并与竖套管焊接，电伴热带(线)18在锚式环流生成器25上缠绕后穿过竖套管焊在滑道11上。在竖套管上端釜26外平行焊四个Φ100mm的钢圆环，在圆环内侧加绝缘后各固连一条铜环滑道，在钢圆环上各固连一个电极架，内插石墨电极29，由拉簧28将电极29压向滑道。搅拌桨24选用锚式桨，在搅拌轴上固连的温度传感器架22选用Φ20×2mm的钢管，长140mm，其内安装温度传感器21-2共6只，即每隔20mm布一只。温度传感器21-2和温度传感器套管20内的温度传感器21-1均选用DS1820一线数字温度传感器，配以DZT-512单总线温度巡检仪作温度指示用。本高压密封环流式原油结蜡模拟装置经试用证明，与环道试验装置相比，实验效果良好，完全能满足实验要求。
本发明在一个密闭充氮的釜26内，使油样形成环流，模拟原油在管道内长距离流动，同时由釜26内加热器加热油样模拟管道输送的油温，在夹套4内通过冷却介质模拟管道的环境温度，这就在一个小小的釜26内模拟了长输管道的实际情况。在装置中又配置了必要的压力检测和温度检测，特别是温度的检测，既有釜26壁温度多点检测，又有釜26内油流温度梯度的检测。完全可以严格按照预定要求设置工作压力、油温、管壁温度等工作参数，同时可检测各种工作条件下原油的结蜡状况。
由以上可知，本模拟装置小巧，占地少，所用设备少，与环道模拟装置相比却实验空间大，试验中油样受到的当量剪切强度与现场管道内油流受到的当量剪切强度相当，模拟试验的几何和力学条件更接近于现场实际情况，模拟比较真实，实验数据准确，实验费用少。
图1高压密封环流式原油结蜡模拟装置总体2环流生成器及加热系统图其中1——冷却介质入套口2——外壳3——保温层4——夹套5——螺旋导流板6——内胆7——釜盖 8——氮气入釜口9——氮气出釜口10——压力表11——电触头滑道 12——联轴器13——电机 14——温度传感器滑道15——进油口 16——控制阀17——釜盖法兰 18——电伴热带(线)19——冷却介质出套口 20——温度传感器套管21——温度传感器 22——温度传感器架23——搅拌器 24——搅拌桨25——锚式环流生成器 26——釜27——出油口 28——拉簧29——电极
权利要求
1.一种高压密封环流式原油结蜡模拟装置，其特征是它包括一个有进油口(15)、出油口(27)的密闭釜(26)、插入釜(26)中的电动搅拌器(23)、温度控制系统和检测系统。
2.据权利要求1所述的高压密封环流式结蜡模拟装置，其特征是罐状内胆(6)上口处由釜盖法兰(17)连接椭圆形釜盖(7)构成密封釜(26)，电机(13)经联轴器(12)连接搅拌器(23)从釜盖(7)顶部中央由外插入釜(26)内并密封，温度控制系统包括与搅拌器(23)固连一并插入釜(26)内的内加热器和包于内胆(6)外的夹套(4)、保温层(3)和外壳(2)；检测系统包括从釜盖(7)上通于釜(26)内的压力表(10)、测油温的多个内温度传感器(21-2)、温度传感器滑道(14)和从外穿过外壳(2)、保温层(3)、夹套(4)贴于内胆(6)外壁的多个温度传感器套管(20)、装于其内的测釜壁温的温度传感器(21-1)以及与所有温度传感器配套的巡检仪。
3.根据权利要求1、2所述的高压密封环流式原油结蜡模拟装置，其特征是安装在搅拌器(23)下端的搅拌桨(24)为锚式或框式。
4.据权利要求1、2所述的高压密封环流式原油结蜡模拟装置，其特征是釜内加热器为固连于搅拌器(23)轴竖套管下端分叉的锚框锚式环流生成器(25)，在框上绕有电伴热带(线)(18)，竖套管在釜(26)外的上端固连两圆环，其上有与圆环绝缘的两条电触头滑道(11)，各与电伴热带(线)(18)两端相连，由固定在圆环上的两个电极架内插入电极(29)并由拉簧(28)将电极(29)与电触头滑道(11)滑动接触。
5.根据权利要求1、2所述的高压密封环流式原油结蜡模拟装置，其特征是夹套(4)外形与内胆(6)相似，套于内胆(6)外后在内胆(6)四周与夹套(4)之间的套内从上到下横向盘绕螺旋导流板(5)，并与内胆(6)外壁和夹套(4)的内壁焊连，在夹套(4)底部固连伸出一冷却介质入套口(1)，在夹套(4)上部一侧固连伸出一冷却介质出套口(19)，在夹套(4)外同样包一相似形的保温层(3)，外包钢质外壳(2)，保温层(3)中填充保温材料。
6.根据权利要求1、2所述的高压密封环流式原油结蜡模拟装置，其特征是在釜盖(7)的一侧焊出一管段，其外端固连一阀成氮气入釜口(8)，管段中部再焊出一小管段和阀成氮气出釜口(9)。
7.根据权利要求1、2所述的高压密封环流式原油结蜡模拟装置，其特征是测试油温的温度传感器(21-2)安装在锚式环流生成器(25)框内与搅拌器(23)轴成90°固连的管状温度传感器架(22)内，并间隔安装多只，温度传感器(21-2)的引线从温度传感器架(22)穿入搅拌器(23)一直往上接至釜(26)外竖套管外固连两圆环上且与其绝缘的温度传感器滑道(14)上，由固定在圆环上的两个电极架内插入电极(29)并由拉簧(28)将电极(29)与温度传感器滑道(14)滑动接触；测釜壁温的多个温度传感器(21-1)分别插到温度传感器套管(20)里贴近釜(26)外壁处。
8.根据权利要求1、2所述的高压密封环流式原油结蜡模拟装置，其特征是温度传感器(21-1)、(21-2)为一线数字温度传感器，与其配套的巡检仪为单总线温度巡检仪。
全文摘要
本发明是用于长输原油管道结蜡模拟的高压密封环流式结蜡模拟装置。它包括一个有进油口15、出油口27的密封釜26、插入釜26中的电动搅拌器23、温度控制系统和检测系统。而温度控制系统有与搅拌器2 3固连一并插入釜26内的内加热器和包于内胆6外的夹套4、保温层3和外壳2。检测系统有从釜盖7上通入釜26内的压力表10、釜26内的多个温度传感器21－2、温度传感器滑道14和从外穿过外壳2、保温层3、夹套4贴于内胆6外壁的多个温度传感器套管20。本模拟装置小巧，占地少，所用设备少，油样的实验空间大，试验中油样受到的当量剪切强度与现场管道内油流受到的当量剪切强度相当，模拟试验的几何和力学条件更接近于现场实际情况，模拟过程真实，实验数据准确，实验费用少。
文档编号F17D3/00GK1690504SQ200410034180
公开日2005年11月2日 申请日期2004年4月27日 优先权日2004年4月27日
发明者苗青, 杨祖佩, 常维纯, 夏志, 李莉 申请人:中国石油天然气股份有限公司