管道放空实验装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于多级节流的超临界CO2管道放空实验装置，包括主管道及与主管道垂直的节流管段两部分；主管道的入口与CO2源连通，且在入口安装有控制阀，在主管道上安装有差压传感器及温度传感器，主管道出口安装有出口控制阀，出口控制阀的出口与节流管段相连，所述的节流管段安装有节流调节阀、温度传感器及压力传感器，用以采集节流后温度及压力。
【专利说明】
基于多级节流的超临界C〇2管道放空实验装置
技术领域
[0001] 本实用新型公开了一种基于多级节流的超临界C〇2管道放空实验装置。
【背景技术】
[0002] 由于溫室效应的持续现象，加之人们对于环境保护的重视。碳捕集及封存技术 (CCS)作为应对全球气候变暖的有效措施之一，正变得越来越受到重视。捕集到的C〇2通常 需要通过超临界长距离管道输送到埋存点。因此，0)2管道的安全性对于CCS的发展有着重 要作用。当管道超压是，通常可W通过人为的泄压设施来控制管内压力，运就是气体管道通 常采用的放空措施。由于C〇2的特殊性质，在放空过程中会出现急剧的溫降效应(Joule- Thomson效应）。低溫不仅会破坏管道结构，还可能引起干冰(或冰)堵塞管道，发生危险。因 此，需要对超临界C〇2管道的放空特性进行研究。
[0003] 然后由于超临界C〇2管道放空过程设计到高压、低溫、超高速流动W及噪声控制等 诸多方面，因此对于其开展实验研究具有一定难度。 【实用新型内容】
[0004] 为了解决现有技术存在的技术缺陷，本实用新型基于热力学和气体动力学原理， 公开了一套能够准确测量超临界C〇2管道放空过程管内流动参数的装置。
[0005] 本实用新型采用的技术方案如下：
[0006] -种基于多级节流的超临界C〇2管道放空实验装置，包括主管道及与主管道垂直 的节流管段两部分;主管道的入口与C〇2源连通，且在入口安装有控制阀，在主管道上设有 多个采集截面，每个采集截面上都安装有压差传感器I及溫度传感器I，主管道出口安装有 出口控制阀，出口控制阀的出口与节流管段相连，所述的节流管段安装有节流调节阀、溫度 传感器II及压力传感器II，用W采集节流后溫度及压力。
[0007] 进一步的，所述的节流调节阀为多级，且各级节流阀间节流管长1.5m。
[000引进一步的，在节流管出口处设置孔径为10mm管嘴。
[0009] 进一步的，节流管段的溫度、压力传感器设在各级节流阀出口处，Ξ级节流后C〇2 通过管嘴将直接泄放至大气环境。
[0010] 进一步的，所述的主管道及节流管段的外壁设有加热装置及保溫层。
[0011] 进一步的，所述的实验装置安装一个支架上，所述的支架能够平衡实验过程中产 生的水平方向瞬态喷射力及对主管道与节流垂直管段连接处产生的力矩。
[0012] 进一步的，与主管中的溫度和压力传感器分布不同；节流管上一共Ξ个节流阀，在 节流阀的入口和出口分别安装有压力和溫度传感器(各一个）。目的是测量节流阀入口和出 口的溫度、压力变化情况。
[0013] 进一步的，每个采集截面上均设有Ξ个溫度传感器I和一个压差传感器I，压差传 感器I位于其中两个溫度传感器的中屯、位置处。
[0014] 进一步的，上述装置的实验方法如下：
[0015] 步骤1在实验准备过程，先w气态C〇2注入主管道扫气，清除管内空气，使气态杂质 对实验C〇2产生的组分不确定性影响最小；
[0016] 步骤2根据实验压力溫度及管容估算出该实验用气，扫气过程中先关闭主管道出 口控制阀，当估算用气量充装主管道之后关闭进口控制阀；
[0017] 步骤3采用加热装置对主管道进行升溫升压，同步采集加热过程中主管道内压力 和溫度；
[0018] 步骤4当管内溫度压力达到超临界状态时，全部开启出口控制阀，使超临界态C〇2 进入节流管段，同步采集主管道及节流管段压力及溫度动态变化数据，直至主管道内C〇2全 部放空。
[0019] 进一步的，多个溫度传感器采集的数据平均值作为该截面C〇2的溫度。
[0020] 本实用新型的有益效果：
[0021] 本实用新型为了研究不同节流工况对管内流动参数的影响，设Ξ级节流调节阀， 其中为保证各级节流后流体能稳定进入下一级节流，各级节流阀间节流管长1.5mW进行稳 流;节流管段末端的流体膨胀压损，在节流管出口处设置孔径为10mm管嘴，因溫度、压力传 感器设在各级节流阀出口处，Ξ级节流后C〇2将直接泄放至大气环境，通过设置管嘴可W使 实验过程中Ξ级节流后传感器采集到的参数维持节流调节阀的调节开度所产生的出口压 力及溫度，保证准确采集分析Ξ级节流阀出口参数变化规律。
【附图说明】
[0022] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本 实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还 可W根据运些附图获得其他的附图。
[0023] 图1超临界C〇2管道放空装置；
[0024] 图2主管道中溫度和压力传感器的分布图；
[0025] 图3 C〇2实验装置节流管集合结构示意图；
[00%]图中：1-C化源，2-主管道入口球阀，3、4、5、6-采集截面，7-主管道出口球阀，8、9、 10-节流阀，P为压力采集点，T为溫度采集点。
【具体实施方式】
[0027] 如图1-2所示:一种研究超临界C〇2管道放空特性的装置包括主管道及节流管段两 部分，主管道同时连接差压传感器及溫度传感器，节流管段包括节流调节阀、溫度传感器及 压力传感器，用W采集节流后溫度及压力，实验装置如图1所示。
[0028] 实验主管道及节流管段均采用304不诱钢建造，其中主管道直径DN250,壁厚12mm， 总长为12m，因此管容近60化，外壁设有加热套及保溫层，装置图中具体阀口及传感器为： 0)2源1，主管道入口球阀2(25MPa，DN25)，采集截面3、4、5、6，各截面含一个压力采集点及等 距分布溫度采集点，主管道出口球阀7(25MPa，DN50)，节流阀8、9、10。
[0029] 水平节流管总长4m，内直径50mm，为了研究不同节流工况对管内流动参数的影响， 设Ξ级节流阀，其中为保证各级节流后流体能稳定进入下一级节流，各级节流阀间节流管 长1.5mW进行稳流，节流管几何结构简略示意如图3所示，在控制图3中L4所示处节流管段 末端的流体膨胀压损，在节流管出口处设置孔径为10mm管嘴，因溫度压力传感器设在各级 节流阀出口处，Ξ级节流后C〇2将直接泄放至大气环境，运样设置可W使实验过程中Ξ级节 流后传感器采集到的参数维持节流阀调节开度所产生的出口压力及溫度，保证准确采集分 析Ξ级节流阀出口参数变化规律。
[0030] 瞬态喷射力及噪声安全防护设计
[0031] 瞬态喷射力及噪声安全防护W最大实验压力作用于节流管段截面上的总压力为 实验的瞬态喷射力，因节流管位于主管道W上1.5m高，对主管道与垂直管段连接处将产生 力矩，因此实验装置的外部支架需能够平衡实验过程中产生的水平方向瞬态喷射力及对连 接处产生的力矩，并考虑持续喷射过程对节流管段产生的失稳，其力与力矩具体为：
[0032]
[0033] M=FXL= 14718.75X1.5 = 22078(N · m)
[0034] 其中，p为最大实验压力，D为节流管段截面直径，L节流管高度。同时根据已有经 验，节流放空的C〇2将在孔口处高速喷射产生噪声，根据高速气体喷射噪声公式可知：
[0035]
[0036] 其中，L为总噪声级，P功喷射压力，P0为环境压力，D为孔日直径，Do取1mm。因此，实 验装置喷射管嘴处噪声为：
[0037]
[0038] 实验装置设计除满足实验目的，装置的整体安全及附件在操作过程中的安全可根 据W上计算结果参考加工安装。
[0039] 具体的实验步骤如下：
[0040] 实验过程中，0)2流体将通过气源注入封闭主管道，根据实验要求参数计算主管管 容下C〇2流体质量，在封闭主管道内对固定质量C〇2流体通过加热装置调节至实验压力溫度， 该参数下C〇2通过主管道出口阀口进入节流流程，进而放空至大气，实验过程采集主管道及 节流管段压力及溫度动态变化。如图2所示，在采集截面设有一个压力采集点Ρ，Ξ个溫度采 集点Τ，运主要是因为管内压力各向相同，而为了克服环境及加热装置对外壁溫度不均匀性 影响，ΚΞ个采集点采集数据的平均值作为该截面C〇2的溫度。
[0041] 具体实验内容为:对超临界态C〇2进行Ξ级节流，不同等级节流阀采用等开度，采 集主管道及节流管段压力及溫度动态变化。
[0042] (1)在实验准备过程，先W气态C〇2注入实验主管道扫气，清除管内空气，使气态杂 质对实验C〇2产生的组分不确定性影响最小；
[0043] (2)根据实验压力溫度及管容估算出该实验用气，扫气过程中先关闭主管道出口 球阀，当估算用气量充装主管道之后关闭进口球阀；
[0044] (3)采用电加热对主管道进行升溫升压，同步采集加热过程中主管道内压力溫度；
[0045] (4)当管内溫度压力达到超临界状态时，全部开启出口阀，使超临界态C〇2进入节 流流程，同步采集主管道及节流管段压力及溫度动态变化数据，直至主管道内C〇2全部放 空。
[0046]上述虽然结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本实用新 型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领 域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范 围W内。
【主权项】
1. 一种基于多级节流的超临界c〇2管道放空实验装置，其特征在于，包括主管道及与主 管道垂直的节流管段两部分;主管道的入口与⑶ 2源连通，且在入口安装有控制阀，在主管 道上设有多个采集截面，每个采集截面上都安装有压差传感器I及温度传感器I，主管道出 口安装有出口控制阀，出口控制阀的出口与节流管段相连，所述的节流管段安装有节流调 节阀、温度传感器II及压力传感器II，用以采集节流后温度及压力。2. 如权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述的节流调节阀为多级，且各级节流 阀间节流管长1.5m。3. 如权利要求2所述的实验装置，其特征在于，节流管段的温度、压力传感器设在各级 节流阀出口处，三级节流后C02通过管嘴将直接泄放至大气环境。4. 如权利要求1所述的实验装置，其特征在于，每个采集截面上均设有三个温度传感器 I和一个压差传感器I，压差传感器I位于其中两个温度传感器的中心位置处。5. 如权利要求1所述的实验装置，其特征在于，在节流管段出口处设置有管嘴。6. 如权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述的主管道及节流管段的外壁设有加 热装置及保温层。7. 如权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述的实验装置安装一个支架上，所述 的支架能够平衡实验过程中产生的水平方向瞬态喷射力及对主管道与节流垂直管段连接 处产生的力矩。
【文档编号】G01D21/02GK205449159SQ201620261291
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】滕霖, 李玉星, 赵青, 王武昌, 胡其会
【申请人】中国石油大学(华东)