专利名称：天然气管道减阻剂性能测试装置的制作方法
技术领域：
本发明是一种天然气管道减阻剂性能测试装置。涉及管道系统技术领域。
背景技术：
天然气是污染最小、最清洁的能源。因此在一次能源中的比重迅速提高，天然气管网快速发展。国内外各个地区，甚至不同季节都对天然气的需求有较大的变化，这就要求输气管网具有一定的调节能力，尤其是在保障安全的条件下迅速增加输量。当气体流经管道时，粗糙度会引起摩擦进而产生气体涡流，造成能量损失，从而造成管道的压力损失。对处于完全紊流状态的天然气管道输送而言，管壁粗糙度对摩擦系数影响最大，要增加输量就得减小管壁粗糙度。于是着眼于减小管壁粗糙度的天然气管道减阻剂就应运而生。然而在减阻剂涂于管道内壁后减阻效果如何评价或多种减阻剂如何比对选出性能优异者，就需要有一种科学的测试技术。目前虽然也有测试的方法，但都是靠手工测试，较简单，准确度不高。
发明内容
本发明的目的是发明一种可靠、准确、自动化程度高的天然气管道减阻剂性能效 本发明是基于在室内小型气体环道测试管段的内壁上形成减阻剂分子膜，测定和
比较成膜前后环道输送气体时的沿程阻力损失，从而确定化学品膜是否可以减少流体与管
壁之间的摩擦而起减阻作用，进一步比较不同类化学品的减阻作用大小。"减阻"显而易见就是减少沿程阻力损失，而沿程阻力损失是由流体的粘滞力造成
的摩擦损失。这种摩擦损失的大小与流体的流动状态有着密切的关系。由达西-魏斯巴赫
(Darcy-Weisbach)公式知水平等径管的沿程阻力损失为<formula>formula see original document page 3</formula> 式中的沿程摩阻系数A与流体的粘度、流速、管道的内径以及管壁粗糙度等有关，是无量纲系数，由实验确定。通过试验可以测得管内流体的体积流量Q、温度T、压力P，管径d、被测管段长度L及其压降AP。再根据相关公式确定管内流体的密度P和粘度P ，即可计算出沿程摩阻系数A和雷诺数Re，根据有关经验公式还可确定管道的粗糙度。
a)按式(1)计算空气粘度系数
<formula>formula see original document page 3</formula> b)按式(2)计算管内流体密度
<formula>formula see original document page 3</formula>
式中p 。——理想气体在标准状态(P。 = latm， T。 = 273K)下的密度。
c)按照式(3)计算第二雷诺数 i e2=4160(4)°85 式中 d:测试管段内径m k :所选管段内壁粗糙度P m。 按照上述原理，本测试装置是在室内小型气体环道测试管段的内壁上形成减阻剂分子膜，来测定和比较成膜前后测试管段输送气体时的沿程阻力损失。就是对被测气体管道IO通以压縮空气，在压縮空气进入被测气体管道10时测量气体的温度、流量和在被测试管段进出口的压力；按此方法对被测气体管道减阻剂成膜前后分别各测试一次，据两次测试的结果，即可计算出所测减阻剂的减阻率。 当然这里所用设计的管道雷诺数必须类似于商业管道，即在试验过程中雷诺数必须大于第二临界雷诺数；测试管段的材质必须类似于商业管道。 据上所述，本发明的构成如图l所示。它与已有技术一样，也是由压縮机3、储气罐4、温度传感器5、管道前端压力传感器9、管道末端压力传感器11、质量流量计8、调压阀7、球阀6和球阀12组成。在被测气体管道10的进气端管道上依次安装有管道前端压力传感器9、质量流量计8、调压阀7、球阀6、温度传感器5、连接在储气罐4上，储气罐4上通过压縮机3供气；被测气体管道10的排气端管道上依次安装有管道末端压力传感器11、球阀12和消音器13。 为了提高自动化程度并测量准确，本发明的特点是温度传感器5、管道前端压力传感器9、管道末端压力传感器11、质量流量传感器8分别连接到数据采集系统2上的四块智能调节仪上。数据采集系统2上的四块智能调节仪显示测试数据，并通过数据采集系统2上的数据采集模块将数据传输到计算机1上。计算机1的输出经输出控制模块接压力调节阀7(见图2)。 温度、压力和流量数据由数据采集系统2传送到计算机1，由计算机l显示并储存；而计算机1上可以设定管道前端压力传感器9的压力值，通过控制调压阀7的开度使管道前端压力传感器9的压力值保持在设定压力值。 本天然气管道减阻剂性能测试装置的电路原理如图3所示。它由计算机、隔离RS-232到RS-422/485转换器ADAM-4520、模拟量输入模块ADAM-4017、模拟量输出模块ADAM-4024模块、Cl-C4四块XMT-8000智能调节仪、24V电源S145组成。Cl-C4四块XMT-8000智能调节仪分别按图3所示接管道前端压力传感器、管道末端压力传感器、管道温度传感器、质量流量传感器。Cl-C4四块XMT-8000智能调节仪的输出端2、3分别接模拟量输入模块ADAM-4017模块的输入端V0+、 V0-、 Vl+、 Vl-、 V2+、 V2-、 V4+、 V4-。模块ADAM-4520、 ADAM_4017、 ADAM-4024的DATA+、 DATA-端对应连接，模±央ADAM-4520输出接计算机IBM COMPUTER, ADAM-4520、ADAM-4017、ADAM-4024模块的VS+、GND端接24V电源S145的+24、-24。 接管道前端压力传感器9、管道末端压力传感器11、管道温度传感器5、质量流量传感器8的Cl-C4四块智能调节仪将接收的管道前端压力、管道末端压力、管道温度、质量流量模拟信号送入模拟量输入模块ADAM-4017，然后通过转换器ADAM-4520将RS-232信号 转换成隔离RS-485信号送到计算机1中，通过计算机将模拟信号转换为数字信号显示并储 存。计算机设定的压力值，转换为模拟信号，通过转换器ADAM-4520将RS-485信号转换成 RS-232信号，然后输送到模拟量输出模块ADAM-4024模拟输出，由IOUT3+、 IOUT3-接调压 阀7，控制调压阀7。
其中 压力传感器、温度传感器、质量流量传感器为常规产品； 数据采集系统与计算机的连接模块选亚当4000系列产品，也可由同类功能的产 品代替； 智能调节仪选XMT-8000系列产品，也可由同类功能的产品代替；
计算机选用常用的微机即可。 本发明方法简单，测试可靠、准确、方便；装置所用部件均为市销产品，易于安装， 自动化程度高，且较为简单、可靠。
图1天然气减阻剂性能测 图2天然气减阻剂性能测 图3天然气减阻剂性能测 其中l-计算机 3-压縮机 5-温度传感器 7-调压阀 9-管道前端压力传感器 11-管道末端压力传感器 13-消音器
试装置构成示意图 试装置原理框图 试装置数据采集接线 2-数据采集系统
4-储气罐
6-球阀
8_质量流量计
10-被测管段
12-球阀
具体实施例方式
实施例.本例是一实验样机，其构成如图1所示。整个装置由由压縮机3、储气罐 4、温度传感器5、管道前端压力传感器9、管道末端压力传感器11、质量流量计8、调压阀7、 球阀6和球阀12组成。在被测气体管道10的进气端管道上依次安装有管道前端压力传感 器9、质量流量计8、调压阀7、球阀6、温度传感器5连接在储气罐4上。储气罐4上通过压 縮机3供气。被测气体管道10的排气端管道上依次安装有管道末端压力传感器11、球阀 12和消音器13。 温度传感器5 、管道前端压力传感器9 、管道末端压力传感器11 、质量流量传感器8 分别连接到数据采集控制系统2上的四块智能调节仪上。数据采集控制系统2上的四块智 能调节仪显示测试数据，并通过数据采集控制系统2上的数据采集模块将数据传输到计算 机1上。计算机1的输出经输出控制模块接压力调节阀7(见图2)。 计算机1显示并储存数据并进行输出控制；计算机1上可以设定管道前端压力传 感器9的压力值，通过控制调压阀7的开度使管道前端压力传感器9的压力值保持在设定压力值。 本天然气管道减阻剂性能测试装置的数据采集控制接线如图3所示。由计算机、 隔离RS-232到RS-422/485转换器ADAM-4520、模拟量输入模块ADAM-4017、模拟量输出 模块ADAM-4024模块、Cl-C4四块XMT-8000智能调节仪、24V电源S145组成。Cl-C4四 块XMT-8000智能调节仪分别按图三所示接管道前端压力传感器、管道末端压力传感器、管 道温度传感器、质量流量传感器。Cl-C4四块XMT-8000智能调节仪的输出端2、3分别接 模拟量输入模块ADAM-4017模块的输入端V0+、 V0-、 Vl+、 Vl-、 V2+、 V2-、 V4+、 V4-。模块 ADAM-4520、 ADAM_4017、 ADAM-4024的DATA+、 DATA-端对应连接，模±央ADAM-4520输出接计 算机IBM COMPUTER, ADAM-4520、ADAM-4017、ADAM-4024模块的VS+、GND端接24V电源S145 的+24、-24。 Cl的4端和12端分别接管道前端压力传感器9的输出端+、_， 5端接13端；C2的 4端和12端分别接管道末端压力传感器11的输出端+、_， 5端接13端；C3的4端接5端并 接管道温度传感器5的输出端+， C3的6端接管道温度传感器5的输出端-;C4的4端和 12端分别接质量流量传感器8的输出端+、 _， 5端接13端。 接管道前端压力传感器9、管道末端压力传感器11、管道温度传感器5、质量流量
传感器8的Cl-C4四块智能调节仪将接收的管道前端压力、管道末端压力、管道温度、质量
流量模拟信号送入模拟量输入模块ADAM-4017，然后通过转换器ADAM-4520将RS-232信号
转换成隔离RS-485信号送到计算机1中，通过计算机将模拟信号转换为数字信号显示并储
存。计算机设定的压力值，转换为模拟信号，通过转换器ADAM-4520将RS-485信号转换成
RS-232信号，然后输送到模拟量输出模块ADAM-4024模拟输出，由I0UT3+、 I0UT3-接调压
阀7，控制调压阀7。 具体选用的产品和型号是压縮机3 :选用V-O. 6/40，最大操作压力4MPa ; 储气罐4 :罐容2m3，最大承压4MPa ; 被测管段10 :小16 X 2mm，材料20#， 6米长； 管道前端压力传感器9、管道末端压力传感器11 :选用JYB-KO-HAG，配套变送器；
温度传感器5 :选用YH-WEP-01 ;配套变送器； 质量流量计8 :选用DMF-l-3型，配套变送器，可显示瞬时和累积质量流量；
调压阀7 :选用ZAZ套筒调节阀，电动控制；数据采集系统2 :智能模块选用亚当4000系列产品，隔离RS-232到RS-422/485转 换器选用ADAM-4520、模拟量输入模块选用ADAM-4017、模拟量输出模块选用ADAM-4024 ;智 能调节仪选XMT-8000系列产品；
计算机1 :选用IBM品牌。 其测试方法是对被测气体管段10通以压縮空气，在压縮空气进入被测气体管段
10时测量气体的温度、流量和前后、端的压力；按此方法对被测气体管段减阻剂成膜前后
分别各测试一次，据两次测试的结果，即可计算出所测减阻剂的减阻率。
本装置在测试时，其具体操作流程是 1)加减阻剂前基础数据测试 [1. 1]开压縮机3，向储气罐4充压；
[1. 2]把被测管段10安装在测试装置上； [1. 3]开计算机l，设定被测管段10进口压力； [1. 4]打开球阀6和球阀12 ; [1. 5]记录温度传感变送器、压力传感变送器、质量流量计读数，每秒记录一个数 据； [1. 6]两分钟后关闭球阀6和球阀12 ; 2)加减阻剂后数据测试 [2. 1]将被测试管段内壁浸泡减阻剂成膜，充分浸泡1分钟； [2.2]重复[1.2]_[1.6]; 3)按照下式计算减阻率
AP —AP "i = ~^——1 x 100% 式中DR:减阻率； A P。非减阻条件下管线摩阻压降，KPa ; A P工减阻条件下管线摩阻压降，KPa。 本例经测试，其方法简单，测试可靠、准确、方便；装置所用部件均未市销产品，易 于安装，且较为简单、可靠。
权利要求
一种天然气管道减阻剂性能测试装置，它由压缩机(3)、储气罐(4)、温度传感器(5)、管道前端压力传感器(9)、管道末端压力传感器(11)、质量流量计(8)、调压阀(7)、球阀(6)和球阀(12)组成，在被测气体管道(10)的进气端管道上依次安装有管道前端压力传感器(9)、质量流量计(8)、调压阀(7)、球阀(6)、温度传感器(5)连接在储气罐(4)上，储气罐(4)上通过压缩机(3)供气；被测气体管道(10)的排气端管道上依次安装有管道末端压力传感器(11)、球阀(12)和消音器(13)；其特征是温度传感器(5)、管道前端压力传感器(9)、管道末端压力传感器(11)、质量流量传感器(8)分别连接到数据采集系统(2)上的四块智能调节仪上，并通过数据采集系统(2)上的数据采集模块将数据传输到计算机(1)上，计算机(1)的输出经输出控制模块接压力调节阀(7)；温度、压力和流量数据由数据采集系统(2)传送到计算机(1)，由计算机(1)显示并储存；而计算机(1)上能设定管道前端压力传感器(9)的压力值，通过控制调压阀(7)的开度使管道前端压力传感器(9)的压力值保持在设定压力值。
2. 根据权利要求l所述的天然气管道减阻剂性能测试装置，其特征是它由计算机(1)、隔离RS-232到RS-422/485转换器ADAM-4520、模拟量输入模块ADAM-4017、模拟量输出模块ADAM-4024模块、Cl-C4四块XMT-8000智能调节仪、24V电源S145组成；C1-C4四块XMT-8000智能调节仪分别接管道前端压力传感器(9)、管道末端压力传感器(11)、管道温度传感器(5)、质量流量传感器(8)， Cl-C4四块XMT-8000智能调节仪的输出端(2、3)分别接模拟量输入模块ADAM-4017模块的输入端(V0+、 VO-) 、 (Vl+、 Vl-) 、 (V2+、 V2-)、(V4+、 V4-);模块ADAM-4520、 ADAM_4017、 ADAM-4024的(DATA+、 DATA-)端对应连接，模土央ADAM-4520输出接计算机IBM COMPUTER, ADAM_4520、 ADAM_4017、 ADAM-4024模块的(VS+、GND)端接24V电源S145的(+24、-24);接管道前端压力传感器(9)、管道末端压力传感器(11)、管道温度传感器(5)、质量流量传感器(8)的C1-C4四块智能调节仪将接收的管道前端压力、管道末端压力、管道温度、质量流量模拟信号送入模拟量输入模块ADAM-4017，然后通过转换器ADAM-4520将RS-232信号转换成隔离RS-485信号送到计算机(1)中，通过计算机将模拟信号转换为数字信号显示并储存；计算机设定的压力值，转换为模拟信号，通过转换器ADAM-4520将RS-485信号转换成RS-232信号，然后输送到模拟量输出模块ADAM-4024模拟输出，由(IOUT3+、 IOUT3-)接调压阀(7)，控制调压阀(7)。
全文摘要
本发明是一种天然气管道减阻剂性能测试装置。在被测气体管道(10)的进气端管道上依次安装有管道前端压力传感器(9)、质量流量计(8)、调压阀(7)、球阀(6)、温度传感器(5)连接在储气罐(4)上，储气罐(4)上通过压缩机(3)供气；被测气体管道(10)的排气端管道上依次安装有管道末端压力传感器(11)、球阀(12)和消音器(13)；其特征是温度传感器(5)、管道前端压力传感器(9)、管道末端压力传感器(11)、质量流量传感器(8)分别接到数据采集系统(2)的四块智能调节仪上，通过数据采集系统(2)的数据采集模块将数据传输到计算机(1)上，计算机(1)的输出经输出控制模块接压力调节阀(7)。
文档编号G01N33/00GK101750470SQ200810240038
公开日2010年6月23日 申请日期2008年12月17日 优先权日2008年12月17日
发明者刘兵, 常维纯, 张志恒, 李国平, 鲍旭晨 申请人:中国石油天然气股份有限公司