一种管道顺序输送混油实验装置的制作方法

本实用新型涉及一种管道顺序输送混油实验装置。

背景技术：

成品油管道一般采用顺序输送多种油品，相邻批次油品之间必然产生混油，混油段的跟踪和混油量的控制是成品油管道的关键技术，特别是在地形复杂、高差起伏大的地区建成的成品油管道，其混油特性、工艺过程控制及运行管理更为复杂，且混油处理、贬值存在经济损失。

现在世界各大管道公司都采用适用于所辖成品油管道的混油计算公式，目前还没有公认的与实际完全相符的混油计算公式。大部分混油计算公式都描述了混油量与输送距离、管径和雷诺数的关系，其中奥斯汀混油经验计算公式的应用最广泛，该公式不包含某条管道特有的性质，如管径变化、沿线地形和结构等对混油的影响，同时也未考虑沿线温度、停输、输送次序等工艺控制过程对混油的影响，计算结果仍与现场数据存在差异，分析不同情况下的混油形成过程，准确预测混油量，是提高成品油管道运行管理水平的关键问题。

实验环道作为研究流体管流特性的主要研究手段，其实验结果对实际管道的设计和运行管理具有很强的适用性和指导作用，在国内外应用较多。如研究油气水多相管流的实验环道、原油管道输送蜡沉积实验环道、天然气水合物实验环道等，但这些环道装置都不能用于不同油品顺序输送流动特性分析及不同工况的混油形成过程。

技术实现要素：

为了模拟不同油品顺序输送的情况，本实用新型提供了一种管道顺序输送混油实验装置，该管道顺序输送混油实验装置可以测量观察不同条件下管道混油的生成过程及生成量，从而对顺序输送混油规律进行研究。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种管道顺序输送混油实验装置，包括：

实验管道系统，能够用于实验观测；

储罐系统，包括第一储油罐和第二储油罐；

动力系统，包括第一离心泵和第二离心泵；

连接管线系统，包括输入主管线和返回主管线，输入主管线的一端与该实验管道系统的入口端连接，输入主管线的另一端与第一离心泵和第二离心泵分别连接，返回主管线的一端与该实验管道系统的出口端连接，返回主管线的另一端与第一储油罐的入口和第二储油罐的入口分别连接，第一储油罐与第一离心泵连接，第二储油罐与第二离心泵连接。

该实验管道系统含有依次连通的第一实验段、第二实验段和第三实验段，第一实验段和第三实验段均为透明有机玻璃直管，第二实验段为弯曲的不锈钢管，输入主管线的一端与第一实验段的入口端连接，返回主管线的一端与第三实验段的出口端连接。

第一实验段的长度为10米，第一实验段呈水平状态，第二实验段的长度为1.6米，第三实验段的长度为10米，第三实验段为水平或倾斜状态，第一实验段和第三实验段均设置于桁架上。

该储罐系统还包括第三储油罐，返回主管线的另一端还与第三储油罐的入口连接，第一储油罐、第二储油罐和第三储油罐均为设有呼吸阀的不锈钢罐。

第一储油罐的第一出口、第二储油罐的第一出口和第三储油罐的第一出口均通过第二连接管线与第一离心泵的入口连接，第一离心泵的出口通过第四连接管线与输入主管线的另一端连接；第一储油罐的第二出口、第二储油罐的第二出口和第三储油罐的第二出口均通过第三连接管线与第二离心泵的入口连接，第二离心泵的出口通过第五连接管线与输入主管线的另一端连接。

第二连接管线上依次设有第十三阀门和第一过滤器，第三连接管线上依次设有第十四阀门和第二过滤器，第四连接管线上依次设有第一部件和第十七阀门，第五连接管线上依次设有第二部件和第十八阀门；第二连接管线和第四连接管线之间连接有第六连接管线，第六连接管线与依次串联的第十三阀门、第一过滤器、第一离心泵、第一部件和第十七阀门并联，第六连接管线上设有第十六阀门；第三连接管线和第五连接管线之间连接有第七连接管线，第七连接管线与依次串联的第十四阀门、第二过滤器、第二离心泵、第二部件和第十八阀门并联，第七连接管线上设有第十五阀门。

该管道顺序输送混油实验装置还包括数据测量采集系统和控制单元，该数据测量采集系统和动力系统均与控制单元连接。

输入主管线的一端通过第一连接管线与该实验管道系统的入口端连接，该数据测量采集系统含有依次设置在第一连接管线上的第一压力传感器、第一温度传感器、第一在线密度计和第一光学界面检测仪。

该数据测量采集系统含有依次设置在返回主管线上的第二压力传感器、第二温度传感器、第二在线密度计和第二光学界面检测仪。

该数据测量采集系统含有第一超声波流量计、第二超声波流量计和摄像机，第一超声波流量计设置于输入主管线，第二超声波流量计与第一超声波流量计并联，该摄像机设置于该实验管道系统上，该实验管道系统上还设有取样部件。

本实用新型的有益效果是：结构合理，该管道顺序输送混油实验装置各系统之间衔接紧凑，占用空间较少；测量设备先进，本实用新型在测试段安装了高精度的压力及温度传感器，有效降低了实验测量误差，运用数据采集软件实现数据采集自动化，避免人工操作误差。在透明观察段采用高速摄像进行拍摄，使得数据采集量大大增加，为研究提供了更为充足的数据支持。安全环保，本实用新型为保证实验过程安全高效，在储油罐上设有呼吸阀、安全阀及温度压力仪表，既减少了油气排放，又安全环保。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是该管道顺序输送混油实验装置的总体结构示意图。

图2是储油罐的主视图。

图3是储油罐的俯视图。

图4是取样部件的主视图。

图5是取样部件的俯视图。

1、第一储油罐；2、第二储油罐；3、第三储油罐；4、第一实验段；5、第二实验段；6、第三实验段；

11、第一阀门；12、第二阀门；13、第三阀门；14、第四阀门；15、第五阀门；16、第六阀门；17、第七阀门；18、第八阀门；19、第九阀门；110、第十阀门；111、第十一阀门；112、第十二阀门；113、第十三阀门；114、第十四阀门；115、第十五阀门；116、第十六阀门；117、第十七阀门；118、第十八阀门；119、第十九阀门；120、第二十阀门；121、第二十一阀门；

21、第一过滤器；22、第二过滤器；23、第一部件；24、第二部件；

31、第一离心泵；32、第二离心泵；

40、输入主管线；50、返回主管线；

41、第一连接管线；42、第二连接管线；43、第三连接管线；44、第四连接管线；45、第五连接管线；46、第六连接管线；47、第七连接管线；

61、第一压力传感器；62、第一温度传感器；63、第一在线密度计；64、第一光学界面检测仪；65、第一超声波流量计；66、取样部件；

71、第二压力传感器；72、第二温度传感器；73、第二在线密度计；74、第二光学界面检测仪；75、第二超声波流量计。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

一种管道顺序输送混油实验装置，包括：实验管道系统、储罐系统、动力系统和连接管线系统，实验管道系统能够用于实验观测；储罐系统包括第一储油罐1和第二储油罐2；动力系统包括第一离心泵31和第二离心泵32；连接管线系统包括输入主管线40和返回主管线50，输入主管线40的一端与该实验管道系统的入口端连接，输入主管线40的另一端与第一离心泵31和第二离心泵32分别连接，返回主管线50的一端与该实验管道系统的出口端连接，返回主管线50的另一端与第一储油罐1的入口和第二储油罐2的入口分别连接，第一储油罐1与第一离心泵31连接，第二储油罐2与第二离心泵32连接，如图1所示。

储油罐，用于储存两种不同油品及混合油品；动力系统，为油品流动提供动力的两台离心泵；数据测量与数据采集系统，安装在主管道上，且与计算机相连。实验装置用于模拟顺序输送管道中存在的两种不同油品前后顺序输送油品掺混特性，通过切换不同油罐油品顺序进入主管道及调整桁架角度，完成目标实验。本装置充分考虑了影响顺序输送混油的因素，紧密结合现场实际工况且具有结构合理、测量设备先进、安全环保等特点。

在本实施例中，该实验管道系统含有依次连通的第一实验段4、第二实验段5和第三实验段6，第一实验段4和第三实验段6均为透明有机玻璃直管，第二实验段5为弯曲的不锈钢管，如不锈钢管波纹软管，输入主管线40的一端与第一实验段4的入口端连接，返回主管线50的一端与第三实验段6的出口端连接。第一实验段4的长度为10米，第一实验段4呈水平状态，第二实验段5的长度为1.6米，第三实验段6的长度为10米，第三实验段6为水平或倾斜状态，第一实验段4和第三实验段6均设置于桁架上。

具体的，第一实验段4、第二实验段5和第三实验段6的管径均为DN50，透明的第一实验段4和第三实验段6可以用于观察管道内介质流动状态以及用于高速摄像拍照，所述不锈钢管用于流体在管内流动，所述波纹软管用于连接桁架上的主管道系统和泵出口管道。所述实验管道系统的总长度21.6米，第一实验段4、第二实验段5和第三实验段6之间采用法兰连接。第三实验段6倾斜设置时，第三实验段6的中心线与水平面之间的夹角为-10°～15°。

在本实施例中，该储罐系统还包括第三储油罐3，返回主管线50的另一端还与第三储油罐3的入口连接，第一储油罐1、第二储油罐2和第三储油罐3均为设有呼吸阀的不锈钢罐。如图1至图3所示，第一储油罐1的第一出口、第二储油罐2的第一出口和第三储油罐3的第一出口均通过第二连接管线42与第一离心泵31的入口连接，第一离心泵31的出口通过第四连接管线44与输入主管线40的另一端连接；第一储油罐1的第二出口、第二储油罐2的第二出口和第三储油罐3的第二出口均通过第三连接管线43与第二离心泵32的入口连接，第二离心泵32的出口通过第五连接管线45与输入主管线40的另一端连接。

第一储油罐1、第二储油罐2和第三储油罐3均为密闭的不锈钢储油罐，容积约为0.8m³，第一储油罐1和第二储油罐2用于容纳实验用两种不同性质的油品，及混合油品，排液口在罐侧底部，回液口在罐另一侧，管内液位可通过侧面的玻璃管液位计显示，储罐底部设有放空阀。储罐设有压力仪表及呼吸阀，减少油品挥发。

第一离心泵31和第二离心泵32用于连接油罐与实验管道系统，用于给实验管道提供流体，通过变频调速及进出口管道连接回流的方式调节流量；两台变频调速离心泵前设有泵前过滤器，所述变频调速离心泵出口分为两条并联管道，一条管道与环道实验管道系统相连，另一条管道与油罐相连形成泵出口回流调节流量的管道，所述调节流量的管道上安装有阀门调节流量。

在本实施例中，第二连接管线42上依次设有第十三阀门113和第一过滤器21，第三连接管线43上依次设有第十四阀门114和第二过滤器22，第四连接管线44上依次设有第一部件23和第十七阀门117，第五连接管线45上依次设有第二部件24和第十八阀门118；第二连接管线42和第四连接管线44之间连接有第六连接管线46，第六连接管线46与依次串联的第十三阀门113、第一过滤器21、第一离心泵31、第一部件23和第十七阀门117并联，第六连接管线46上设有第十六阀门116；第三连接管线43和第五连接管线45之间连接有第七连接管线47，第七连接管线47与依次串联的第十四阀门114、第二过滤器22、第二离心泵32、第二部件24和第十八阀门118并联，第七连接管线47上设有第十五阀门115，如图1所示。

在本实施例中，该管道顺序输送混油实验装置还包括数据测量采集系统和控制单元，该数据测量采集系统和动力系统均与控制单元连接，本实用新型中的所有阀门也可以与控制单元连接。输入主管线40的一端通过第一连接管线41与该实验管道系统的入口端连接，即输入主管线40的一端通过第一连接管线41与第一实验段4的入口端连接，该数据测量采集系统含有依次设置在第一连接管线41上的第一压力传感器61、第一温度传感器62、第一在线密度计63和第一光学界面检测仪64。该数据测量采集系统含有依次设置在返回主管线50上的第二压力传感器71、第二温度传感器72、第二在线密度计73和第二光学界面检测仪74。该数据测量采集系统含有第一超声波流量计65、第二超声波流量计75和摄像机，第一超声波流量计65设置于输入主管线40，第二超声波流量计75与第一超声波流量计65并联，该摄像机设置于该实验管道系统上，该实验管道系统上还设有取样部件66。该数据测量采集系统将检测到的数据和图像显示在控制单元（计算机）的显示界面上。

设置在第一试验段4入口的流量计、压力传感器、温度传感器、在线密度计和光学界面检测仪，用于采集试验段进口的速度、混油量及混油长度；设置在第三实验段6出口的压力传感器、温度传感器、在线密度计和光学界面检测仪，用于采集整个实验管道出口的混油量、混油长度变化及压力变化；同时，第一实验段的出口部位和第三实验的入口部位设有取样器66，可以采集实验环道运行时的混油样品及停输时不同管内壁接触的油品样品，图1、图4和图5所示。

实验过程中，两种油品由单独的管线经过泵顺序进入主管道，泵后顺序输送，经主管道系统后返回储罐；两种油品也可在泵前顺序进入泵前管道，混油界面过泵输送，经主管道测量后返回储罐。这两种方式是成品油管道顺序输送首站输送的常用方式，可分别进行，测量过泵混油生成规律。混油在主管道中，可进行不同运行速度的混油界面测量，也可进行停输时，界面扩散规律的观察，同时，管道可设置水平段、倾斜向上、倾斜向下及弯管混油测量。

该管道顺序输送混油实验装置的工作过程是，不同密度和粘度的第一种油品和第二种油品分别放置在第一储油罐1和第二储油罐2中，首先进行沿程混油实验研究，第一种油品经第三阀门13、第十三阀门113、第一过滤器21进入第一离心泵31，过第十七阀门117，通过第一超声波流量计65计量，过第十九阀门119进入主实验环道，调节流量，稳定后，开始进行油品切换。打开第二储油罐2的第五阀门15，使第二种油品通过第十四阀门114、第二过滤器22、第二离心泵32、第十八阀门118进入流第一超声波流量计65计量，关闭第一储油罐1的阀门第三阀门13、第十三阀门13、第一离心泵31、第十七阀门117。当混油界面开始进入主实验环道时，密度计读数会发生变化，将由第一种油品的密度值过渡到第二种油品的密度值，同时，光学界面检测仪将检测到界面变化。油品界面经第一实验段4、第二实验段5、第三实验段6到主实验环道出口时，再次检测到密度和油品界面的变化，经过第二十一阀门121，油品回流至储罐，即通过切换与储罐连接的第十阀门110、第十一阀门111、第十二阀门112阀门将混油输送至第三储油罐3中。计算机通过传感器和数据采集系统将持续采集主实验环道进出口的温度、压力、密度、界面变化和实时流量，同时可通过高速摄像机拍摄混油界面通过透明有机玻璃管时的过程。

当需要测量过泵混油时，操作调整为，在第一种油品进入管道正常运行后，打开第二储油罐2的第六阀门16，第六阀门16全开后，关闭第一储油罐1的第三阀门13，使两种油品顺序进入第一离心泵31，然后进入主管道测量。

进行停输混油实验时，将两种油品的混油界面停在透明有第一实验段4或第三实验段6中，关闭第十九阀门119和第二十一阀门121，观察混油界面扩散过程。

进行倾斜管段混油测量实验时，先将第二实验段5更换为波纹软管，与第一实验段4和第三实验段6法兰连接，注意密封。将第三实验段5调整为实验所需的倾斜角度，固定在桁架上，运行环道，进行动态和静态混油过程观察。

实验过程中，可对第二实验段5的进出口进行取样检测密度，取样口如图4和图5所示，可进行管道截面上4个位置的取样，取样深度可调整，对管道内各部位的油品进行取样检测密度。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，不能以其限定实用新型实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本实用新型中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。