成品油携水携杂质多相流模拟试验装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种成品油携水携杂质多相流模拟试验装置及其使用方法，尤其涉及一种针对起伏管路中成品油携水携杂质运动沉积状态进行模拟试验以及对积水积杂造成的管内腐蚀进行监测的试验装置及其使用方法。
【背景技术】
[0002]我国先后建成了兰成渝，珠三角，西南，鲁皖，西部和兰郑长等多条成品油管线。然而在成品油管道运行初期，多次发生污物堵塞过滤器导致管线停输的事故。取样分析发现，污物的成分主要为砂砾、淤泥、铁锈等，含水量高达5%。可见，成品油管道内水和杂质的沉积给成品油管线的安全可靠运行带来重大隐患:1、水分与固体杂质在管道中沉积，覆盖在管道内壁表面，加速管线内腐蚀。内腐蚀速率增加，导致更多铁锈杂质的产生，从而形成恶性循环。2、杂质会在管道弯头、阀门或地形起伏段沉积，减小了管路流通直径，造成输送效率的下降；此外，杂质可能堵塞管线下游过滤器等设备，迫使管线停输。3、若管线中杂质沉积物较多，贸然采用机械清管，可能造成清管器卡堵。总之，成品油管道内水和杂质的沉积可能堵塞设备，诱发和加剧管道内壁腐蚀，严重影响管道的安全可靠运行。
[0003]然而，目前国际上针对起伏管路中成品油携水携杂质沉积运移规律以及积水积杂对管道内腐蚀影响的研宄仍是一片空白。因此，需要设计一种多相流模拟试验装置研宄水和杂质在起伏成品油管道中的沉积运移状态，明确不同工况下油流对水和杂质的携带能力，得出清除水和杂质的临界流速，从而尽可能防止水和杂质在管道中沉积，并有效清除管内沉积物，以减轻管线内腐蚀，对进一步实施机械清管也具有指导意义。另外，在积水积杂管段设置内腐蚀监测系统，探宄积水积杂对管壁的内腐蚀规律，从而在积水积杂无法清除的情况下，预测管道使用寿命。
【发明内容】
[0004]有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是通过对起伏管路中成品油携水携杂质运动沉积状态进行模拟试验以及对积水积杂造成的管内腐蚀进行监测，从而为实际的成品油管道输送提供有指导意义和参考价值的数据信息。
[0005]为实现上述目的，本发明提供了一种成品油携水携杂质多相流模拟试验装置及其使用方法。
[0006]所述成品油携水携杂质多相流模拟试验装置包括储油系统、动力系统、流量调节及监测系统、引流系统、加注系统、起伏管路测试系统、沉降分离系统、数据采集系统、支撑系统、防静电系统十个部分。
[0007]储油系统包括储油罐、橡胶顶盖和储油桶。储油罐为具有长形结构、竖直放置的容器，可以实现沉降分离的功能。储油罐上部为两端敞口的圆柱形，下部为两端开口的圆锥形。所述圆柱形的侧面靠近上端的位置具有一个出口，侧面靠近下端的位置具有两个入口。所述出口与动力系统连接，所述两个入口中的一个与流量调节及监测系统连接，另一个与沉降分离系统连接。储油桶上端的敞口配有橡胶顶盖，在需要向装置加注油品时可掀开，而在装置运行时可密封以防止油品挥发。储油桶下端接有阀门，可将储油罐中沉积在下部的杂质通过阀门排出。储油桶为具有大容积的储油容器，用于试验后储存油品。
[0008]储油系统的下游设有动力系统。动力系统包括过滤器、离心泵和压力表。动力系统的核心为多台通过串联或并联连接离心泵离心泵，这样可以实现多种压力和流量的组合。离心泵入口前端接有可更换的过滤器，用于滤除从储油罐出来的油品中所含固体颗粒杂质，以防止堵塞或损坏离心泵。过滤器以易于拆卸的结构接入管道，这样有利于拆卸清理或更换。另外，在每台离心泵出口处都接有数显压力表，以显示泵出口的压力并将该数据传送至数据采集系统。
[0009]动力系统的下游设有流量调节及监测系统。流量调节及监测系统包括粗调阀门、微调阀门、回流管路和流量计。其中，粗调阀门安装于离心泵的出口处，用于大致调节离心泵出口的油品流量。粗调阀门与储油罐的一个入口之间设有回流管路，用于将泵出口多余的油品回流至储油罐。回流管路上安装有微调阀门，用于对离心泵出口的油品流量进行精确调节。这种对流量的精确调节还需要配合用于指示流量的流量计才能实现。流量计安装于粗调阀门和回流管路的下游，可以是浮子流量计、涡轮流量计或其他适用于油品的流量计。流量计可以为一个流量计单独使用；也可以为多个不同量程的流量计并联使用，后者可以实现更宽的流量控制范围。使用时，可根据试验所需的流量，打开相应量程的流量计的阀组，并配合粗调阀门和微调阀门以实现对流量的精确调节。
[0010]在流量调节及监测系统的下游设有引流系统。引流系统包括一段直管和一段半圆形的弯管，其作用为整流并改变油品的流向，使整个装置形成环路以充分利用空间。
[0011]引流系统的下游设有加注系统，加注系统上设有加注阀，用于根据试验需要向管道中加入水和/或杂质。
[0012]加注系统的下游设有起伏管路测试系统。起伏管路测试系统中的测试管道架设在可以调节高度的支撑装置上，且具有一系列不同管径的直管、弯头、大小头等管件，可根据试验需要设置管径、方向、起伏结构等试验参数。测试管道还具有特别设计的半钢半玻璃结构，其上半部分为透明的玻璃材质，下半部分为钢材质，上下部分之间间夹有垫片并通过螺栓连接。因为玻璃材质和钢材质的粗糙度不同，这样的设计既能模仿真实油品在钢管中的输送，又能透过玻璃观察水和杂质在管道中的运移规律。
[0013]起伏管路测试系统的下游设有沉降分离系统用于沉降和分离油品中的水和杂质，包括沉降罐、金属软管和阀门。沉降罐具有和储油罐相似的结构，其尺寸较储油罐小，其上部为上端封口、下端开口的圆柱形，其下部为两端开口的圆锥形。所述圆锥形尖端开口的下方连接有两个串联的阀门，水和杂质可通过阀门排出，由于频繁启闭，阀门需及时更换。所述圆柱形的侧面靠近上端的位置具有一个出口，所述圆柱形的侧面靠近下端的位置具有一个或多个不同口径的入口，以接收从起伏管路测试系统中出来的带有水和/或杂质的油品。当采用多个不同口径的入口时，可根据上游起伏管路测试系统设定的管径从多个入口中选择相应大小口径的入口连接，其余入口则用盲板封死。所述出口通过金属软管与储油系统相连，沉降罐内处于上层的油品通过金属软管流回储油罐，从而实现了整个装置中油品的循环。此外，沉降分离系统被架设在可以调节高度的支撑装置上，这是为了能够与其上游可调节高度的起伏管路测试系统对接。
[0014]另外，该装置还包括数据采集系统、支撑系统和防静电系统。其中，数据采集系统的采集方式又包括电子采集和人工采集两种方式。装置的压力、流量、腐蚀速率电信号以及图像数据采用电子方式采集。其中，压力和流量的数据分别由压力表和流量计传送至计算机。腐蚀速率电信号和图像数据则分别由安装在起伏管路测试系统上的在线腐蚀监测系统和高速摄像系统采集。所述在线腐蚀监测系统包括电阻探针、传导电路和监测工作站三部分组成，根据试验结果在积水积杂管段设置探针，探针与传导电路连接，将电信号传送至安装于计算机的监测工作站处理。所述高速摄像系统设置于测试管段，由高速摄像头向下通过透明的玻璃管对管内多相流运动状态进行摄像，然后将图像数据传送至计算机。另外，积水积杂经沉降分离后的水的体积和杂质质量数据分别采用量筒和天平进行人工采集。
[0015]支撑系统用于支撑装备的上述各个系统，包括高度固定的支撑装置和高度可调节的支撑装置。上述各个系统中，储油系统、动力系统、流量调节及监测系统、引流系统以及加注系统均安装于高度固定的支撑装置上；而起伏管路测试系统(包括安装其上的在线腐蚀监测系统、高速摄像系统)和沉降分离系统则安装于高度可调节的支撑装置上，可根据试验需要对管路的起伏结构进行调节。
[0016]防静电系统用于及时将装置产生的静电导出，保障装置使用的安全。成品油挥发性强，遇到明火可能发生爆炸。成品油流动过程中容易产生静电，将部分仪表和设备接地，可及时将产生的静电导出，一方面防止静电对仪表的影响和对人的伤害，同时更能防止爆炸事故的发生。本发明装置的防静电系统通过将储油系统、动力系统及流量调节及监测系统接地而实现。
[0017]本发明一方面提供了上述成品油携水携杂质多相流模拟试验的装置，另一方面也提供了使用所述装置进行试验的方法，主要通过以下步骤实现:
[0018](I)向储油罐上端的敞口中注入油品，并由储