一种天然气水合物物性研究装置的制作方法

本实用新型涉及长输管道天然气水合物研究领域，具体为一种天然气水合物物性研究装置。

背景技术：

长输管道天然气水合物是甲烷与水在一定温度、压力条件下结晶形成白色固态物质。天然气管道由于施工过程中吹扫及干燥不彻底、或长期运行未进行及时清管，容易在管道内集聚液态水，很容易生成天然气水合物导致天然气管道、仪表形成堵塞。同时，天然气水合物造成的冰堵多在冬季发生，冬季又是燃气保供的关键时期，燃气供应量大、压力高、且不能有过长时间的供应中断，因此，如何能够有效预防水合物的形成，并在形成后高效快速地消除冰堵，一直以来是天然气管道安全运行的重点攻关课题。目前，针对水合物的物性研究和现场抢修存在如下问题：

1、现有研究装置难以进行不同反应条件的连续、大范围变化。现阶段对天然气管道天然气水合物的成因研究多在特定的温度、压力以及水露点条件下开展，这是由于现有研究装置自动化程度不高、稳定性差，不能大范围调节并稳定保持反应器的温度、压力，使得水合物结晶和融化特征的研究难以在温度、压力连续变化的条件下进行。

2、水合物冰堵现场抢修时蒸汽加注量、加注速度、加注温度完全凭经验决定，缺乏实验室连续模拟数据支持。现阶段水合物冰堵抢修使用的方法主要有降压、注甲醇、注蒸汽，其中向管道中注蒸汽是一种高效方法，但由于缺乏实验室对于水合物消除的连续模拟数据支持，蒸汽的注射量、速度、温度完全根据管道直径、长度凭经验确定，造成蒸汽的浪费和对正常供气的影响。

本申请通过调节反应器整体压力、温度和流量，检测水合物的融化速率，探索不同环境条件下，蒸汽参数与水合物融化速率的最佳耦合关系。

技术实现要素：

本实用新型目的是提供一种天然气水合物物性研究装置，用于天然气水合物结晶与融化对饱和蒸汽的响应特征研究。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：

一种天然气水合物物性研究装置，包括蒸汽发生器、反应器、气体计量器、盐水池。

所述反应器的内壁为三层结构，即内层为电阻丝加热层、中层为换热管调温层、外层为保温层。

所述反应器内放置有质量仪，所述质量仪上放置有天然气水合物。

所述反应器的换热管调温层的换热介质入口和换热介质出口与制冷系统连接。

所述气体计量器内盛放有盐水。

所述蒸汽发生器通过流量计ⅰ、流量调节阀ⅰ与反应器顶部蒸汽入口连接，所述反应器底部排水口连接疏水系统；所述反应器顶部气体出口通过干燥器ⅰ、球阀ⅰ、流量计ⅱ与气体计量器顶部气体入口连接，所述气体计量器和盐水池之间通过连通管路连接，所述连通管路上设有泵ⅰ和流量调节阀ⅱ；所述气体计量器顶部气体出口通过干燥器ⅱ、球阀ⅱ、流量计ⅲ与在线气体红外检测仪连接。

本实验装置主要由以下系统组成，反应器、制热系统、制冷系统、蒸汽系统、集气系统以及在线气体组份分析系统等组成。

实验时，将不同水露点、压力和温度下生成的天然气水合物放置在反应器中，通过电阻丝进行加热，通过制冷循环系统实现对反应器低温调节，通过改变温度参数，温度保持恒定后，根据实验目的，从蒸汽发生器中生成并通入不同压力和温度的饱和蒸汽，观测天然气水合物的状态变化。系统通过反应器中的质量仪自动纪录水合物质量变化。生成水从反应器底部通过疏水系统排出，排出量通过流量计进行记录。生成气体从反应器顶部排出，经过干燥器ⅰ后进入气体计量器，通过排水法记录气体的流量。气体计量器中水位低于设定值时，从盐水池中通过泵ⅰ抽水实现补水同时实现排气，排出的气体，经过干燥器ⅱ干燥后，进入在线红外气体组分检测仪中，检测气体组分。

进一步优选的，所述疏水系统包括流量计ⅴ和球阀ⅲ，所述球阀ⅲ通过流量计ⅴ与反应器底部排水口连接。

进一步优选的，所述制冷系统包括压缩机、蒸发器、换热器ⅰ、换热器ⅱ、泵ⅱ、泵ⅲ；所述蒸发器入口与泵ⅲ出口连接，所述蒸发器出口通过流量调节阀ⅳ与换热器ⅱ壳程入口连接，所述换热器ⅱ壳程出口与泵ⅲ入口连接；所述压缩机出口与换热器ⅱ管程入口连接，所述换热器ⅱ管程出口通过流量调节阀ⅴ与换热器ⅱ管程入口连接，所述换热器ⅱ管程出口与压缩机入口连接；所述换热器ⅱ壳程出口通过流量调节阀ⅲ与泵ⅱ入口连接，所述泵ⅱ出口与反应器的换热管调温层的换热介质入口连接，所述换热器ⅱ壳程入口通过流量计ⅳ与反应器的换热管调温层的换热介质出口连接。

本实用新型所述天然气水合物物性研究装置是通过模拟不同温度和压力条件下，天然气水合物生成和融化速率变化特征，实现对天然气水合物的特性研究，通过改变通入蒸汽参数，检测天然气水合物融化速率变化，探索不同环境温度下消除冰堵的最佳参数条件。能够揭示不同物性特征的天然气水合物结晶和融化对饱和蒸汽压力和温度响应特征。

本实用新型设计合理，通过该天然气水合物物性研究系统不仅具有精度高、可靠性好，且对温度、实验过程实现全自动控制，对实验温度调节范围广，可以实现-30℃~100℃范围的调节。

附图说明

图1表示本实用新型示意图。

图2表示反应器外壁放大示意图。

图中：1-蒸汽发生器，2-反应器，3-气体计量器，4-盐水池，5-在线气体红外检测仪，6-制冷系统，7-疏水系统，8-泵ⅰ，9-质量仪，10-天然气水合物，11-干燥器ⅰ，12-干燥器ⅱ，13-连通管路，14-盐水；21-保温层，22-换热管调温层，23-电阻丝加热层；101-流量计ⅰ，102-流量计ⅱ，103-流量计ⅲ，104-流量计ⅳ，105-流量计ⅴ；201-安全阀ⅰ，202-安全阀ⅱ；301-液位变送器（lt）ⅰ，302-液位变送器ⅱ；401-压力变送器（pt）ⅰ，402-压力变送器ⅱ，403-压力变送器ⅲ，404-压力变送器ⅳ，405-压力变送器ⅴ，406-压力变送器ⅵ，407-压力变送器ⅶ，408-压力变送器ⅷ，409-压力变送器ⅸ；501-温度变送器（tt）ⅰ，502-温度变送器ⅱ，503-温度变送器ⅲ，504-温度变送器ⅳ，505-温度变送器ⅴ，506-温度变送器ⅵ，507-温度变送器ⅶ，508-温度变送器ⅷ，509-温度变送器ⅸ，510-温度变送器ⅹ，511-温度变送器ⅺ，512-温度变送器ⅻ，513-温度变送器；601-球阀ⅰ，602-球阀ⅱ，603-球阀ⅲ；701-流量调节阀ⅰ，702-流量调节阀ⅱ，703-流量调节阀ⅲ，704-流量调节阀ⅳ，705-流量调节阀ⅴ。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细说明。

一种天然气水合物物性研究装置，包括蒸汽发生器1、反应器2、气体计量器3、盐水池4、在线气体红外检测仪5、制冷系统6、疏水系统7。

如图2所示，反应器2的内壁为三层结构，即内层为电阻丝加热层23、中层为换热管调温层22、外层为保温层21。

如图1所示，反应器2内放置有质量仪9，质量仪9上放置有天然气水合物10。

如图1所示，蒸汽发生器1通过流量计ⅰ101、流量调节阀ⅰ701与反应器2顶部蒸汽入口连接，位于流量计ⅰ101和流量调节阀ⅰ701之间的管路上安装压力变送器ⅰ401和温度变送器ⅰ501。

如图1所示，反应器2顶部安装压力变送器ⅱ402、温度变送器ⅱ502和安全阀ⅰ201，反应器2顶部气体出口通过干燥器ⅰ11、球阀ⅰ601、流量计ⅱ102与气体计量器3顶部气体入口连接，位于球阀ⅰ601和流量计ⅱ102之间的管路上安装压力变送器ⅲ403、温度变送器ⅲ503。

如图1所示，气体计量器3和盐水池4内盛放有盐水14。

如图1所示，气体计量器3上安装压力变送器ⅴ405、温度变送器ⅴ505及液位变送器ⅰ301、安全阀ⅱ202。

如图1所示，盐水池4上安装液位变送器ⅱ302。

如图1所示，气体计量器3和盐水池4之间通过连通管路13连接，连通管路13上设有泵ⅰ8和流量调节阀ⅱ702。

如图1所示，气体计量器3顶部气体出口通过干燥器ⅱ12、球阀ⅱ602、流量计ⅲ103与在线气体红外检测仪5连接，位于流量计ⅲ103之后的管路上安装压力变送器ⅳ404、温度变送器ⅳ504。

如图1所示，反应器2底部排水口连接疏水系统7，疏水系统7包括流量计ⅴ105和球阀ⅲ603，球阀ⅲ603通过流量计ⅴ105与反应器2底部排水口连接，位于流量计ⅴ105和球阀ⅲ603之间的管路上安装温度变送器ⅺ511。

如图1所示，反应器2的换热管调温层22的换热介质入口和换热介质出口与制冷系统6连接。

如图1所示，制冷系统6包括压缩机61、蒸发器62、换热器ⅰ63、换热器ⅱ64、泵ⅱ65、泵ⅲ66；蒸发器62入口与泵ⅲ66出口连接，位于蒸发器62与泵ⅲ66之间的管路上安装压力变送器ⅸ409、温度变送器ⅷ508，蒸发器62出口通过流量调节阀ⅳ704与换热器ⅱ64壳程入口连接，位于蒸发器62和流量调节阀ⅳ704之间的管路上安装温度变送器ⅸ509；换热器ⅱ64壳程出口与泵ⅲ66入口连接，位于换热器ⅱ64和泵ⅲ66之间的管路上安装压力变送器ⅷ408；压缩机61出口与换热器ⅱ64管程入口连接，位于压缩机61和换热器ⅱ64之间的管路上安装压力变送器ⅶ407、温度变送器ⅶ507；换热器ⅱ64管程出口通过流量调节阀ⅴ705与换热器ⅱ64管程入口连接，位于流量调节阀ⅴ705之后的管路安装温度变送器ⅹ510；换热器ⅱ64管程出口与压缩机61入口连接，位于换热器ⅱ64和压缩机61之间的管路上安装压力变送器ⅵ406、温度变送器ⅵ506；换热器ⅱ64壳程出口通过流量调节阀ⅲ703与泵ⅱ65入口连接，泵ⅱ65出口与反应器2的换热管调温层22的换热介质入口连接，位于泵ⅱ65与反应器2的换热管调温层22的换热介质入口之间的管路上安装温度变送器ⅻ512；换热器ⅱ65壳程入口通过流量计ⅳ704与反应器2的换热管调温层22的换热介质出口连接，位于流量计ⅳ704之后的管路上安装温度变送器513。

具体进行实验时，将不同水露点、压力和温度下生成的天然气水合物10放置在反应器2中的质量仪9上，通过电阻丝进行加热，通过制冷循环系统6实现对反应器2的低温调节，通过改变温度参数，温度保持恒定后，根据实验目的，从蒸汽发生器1中生成并通入不同压力和温度的饱和蒸汽通过流量计ⅰ101、流量调节阀ⅰ701输入反应器2，观测天然气水合物10的状态变化。

该天然气水合物物性研究装置通过反应器2中的质量仪9自动纪录水合物质量变化。生成水从反应器2底部通过疏水系统7排出，排出量通过流量计ⅴ705进行记录，通过球阀603排出。生成气体从反应器2顶部排出，经过干燥器ⅰ干燥后通过流量计ⅱ102进入气体计量器3，通过排水法记录气体的流量。气体计量器3中水位低于设定值时，从盐水池4中通过泵ⅰ抽水实现向气体计量器3中补充盐水14及排气，排出的气体，经过干燥器ⅱ干燥后，通过球阀ⅱ602、流量计ⅲ103进入在线红外气体组分检测仪5中，检测气体组分。

压力变送器（pt）和温度变送器（tt）安装于各个管路中，用于随时监测系统中各点的压力和温度参数。液位变送器（lt）安装于气体计量器3和盐水池4上，用于监测液位信息。

本实用新型所述装置模拟管道天然气不同温度条件下甲烷水合物融化及生成特性，通过模拟不同蒸汽量条件下，甲烷水合物融化速率变化特征的，指导现场燃气管道冰堵清除作业。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征及实用新型的优点，本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的知识说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都将落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。