一种应用于流动安全实验循环系统的水合物观测装置的制作方法

本发明涉及管道流动安全控制技术领域，尤其涉及一种应用于流动安全实验循环系统的水合物观测装置。

背景技术：

深水油气田的开发越来越成为世界各国关注的焦点，为了对深水的低温高压环境下输气输油管道的流动安全保障问题进行科学系统的研究，世界各国研究机构有针对性地搭建了实验管路以对流动安全问题进行实验分析，例如法国ifp实验管路，美孚石油公司(exxonmobil)实验管路，塔尔萨大学实验管路，西澳大学实验管路，中国石油大学实验管路以及赫瑞瓦特大学实验管路等，但是这些实验管路的管路部分均使用不锈钢管作为管道材质，虽然可以实现耐高压耐腐蚀，但是并没有做到管道的全可视化，难以对管道中水合物生成聚集堵塞的过程有一个直观的研究；此外也不具有模拟实际深水油气输运管道流动低洼处情况的管路，难以做到对流动低点进行可视化研究；同时由于这些实验管路均使用不锈钢管作为管道材质，仅可视部位采用可视窗口代替，所以难以对水合物在金属管道内壁的附着机理进行可视化研究；因此急需一种能模拟实际深水油气输运管道的复杂情况以及可以做到可全视化的水合物观测装置。

技术实现要素：

为解决现有实验管路无法模拟实际深水油气输运管道的复杂情况以及实验管路无法做到可全视化，特别是无法对水合物在金属管道内壁的附着机理进行可视化研究的问题，本发明提供了一种应用于流动安全实验循环系统的水合物观测装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种应用于流动安全实验循环系统的水合物观测装置，包括u型管结构、密封连接结构和金属管路模拟结构。

进一步的，所述u型管结构连接密封连接结构一端，密封连接结构另一端连接金属管路模拟结构。

进一步的，所述u型管结构连接金属管路模拟结构一端，金属管路模拟结构另一端连接密封连接结构。

进一步的，所述密封连接结构连接u型管结构一端，u型管结构另一端连接金属管路模拟结构。

进一步的，所述u型管结构包括弯管法兰、不锈钢弯管、连接法兰、转接法兰和可视管a；所述弯管法兰焊接在不锈钢弯管一端，不锈钢弯管另一端焊接连接法兰，连接法兰与密闭法兰对接，转接法兰内安装可视管a；所述弯管法兰上设置传感器接口a；所述连接法兰上设置传感器接口b；所述转接法兰两端分别通过螺钉与密闭法兰对接固定，连接法兰与密闭法兰中间设置密封圈，可视管a两端通过u型圈和o型圈与密闭法兰连接，o型圈相对于u型圈位于密闭法兰的内侧，可视管a与连接法兰之间设置垫圈a，转接法兰上设置可视窗口。

进一步的，所述密封连接结构包括密封法兰、距离套、可视管b和螺栓；所述可视管b一端伸入密封法兰内，两个密封法兰的法兰盘通过螺栓固定对接，两个密封法兰的法兰盘中间设置密封垫片；分别伸入两个密封法兰的可视管b之间设置距离套，距离套与可视管b中间有垫圈b，可视管b与密封法兰之间由外到内的方向设置有支撑环、挡圈、o型密封圈和距离环；所述密封法兰上设置传感器接口c并安装有传感器，传感器下端穿过距离套，密封法兰还设置有u型卡槽，密封法兰通过与u型卡槽装配的u型卡固定在马鞍形的固定支座上，固定支座安装在撬体上。

进一步的，所述金属管路模拟结构包括可视管b、密封法兰、薄壁金属片、距离套和圆弧卡环；所述可视管b两端分别伸入密封法兰，两个可视管b之间设置距离套，密封法兰上设置传感器接口c；薄壁金属片外壁贴合在可视管b的内壁上，薄壁金属片的两端分别设置凸起并位于相应的距离套内壁上，圆弧卡环一侧设置凹槽，圆弧卡环的凹槽与薄壁金属片的凸起卡接，圆弧卡环焊接在距离套内壁上；薄壁金属片的厚度小于2mm。

本发明的有益效果是：本发明的u型管结构可以在低温高压环境下模拟深水油气输运管道铺设中的流动低洼处，不仅具有低点可视的特点并且能够实现观测处实验数据的测量，同时管道具有一定的耐腐蚀性；全部可视管均采用高分子聚合物材料，具有良好的耐压性和耐腐蚀性，并且具有超过90％的透光率；所有的传感器接口均可以实现温度传感器和压力传感器的插入，满足实验过程中的数据测量和采集；密封连接结构可实现低温高压实验条件下两相工质的循环流动，具有一定的耐压性和耐腐蚀性，并且可以采集温度和压力相关实验数据；金属管路模拟结构可观测低温高压环境下油气输运过程中水合物颗粒在金属管道内壁的附着、聚集情况，实现对薄壁金属片的全可视化观测。

附图说明

图1为本发明u型管结构的结构示意图；

图2为本发明u型管结构的结构示意图；

图3为本发明u型管结构的结构示意图；

图4为本发明u型管结构的部分结构示意图；

图5为本发明密封连接结构的部分结构示意图；

图6为本发明密封连接结构的结构示意图；

图7为本发明金属管路模拟结构的结构示意图；

图8为本发明金属管路模拟结构的部分结构示意图。

图中1.弯管法兰，2.传感器接口a，3.不锈钢弯管，4.连接法兰，5.转接法兰，6.可视管a，7.传感器接口b，8.螺钉，9.垫圈a，10.密封圈，11.u型圈，12.o型圈，13.密封法兰，14.距离套，15.支撑环，16.可视管b，17.垫圈b，18.密封垫片，19.螺栓，20.距离环，21.u型卡槽，22.o型密封圈，23.挡圈，24.传感器，25.撬体，26.固定支座，27.薄壁金属片，28.圆弧卡环。

具体实施方式

一种应用于流动安全实验循环系统的水合物观测装置，包括u型管结构、密封连接结构和金属管路模拟结构。

所述u型管结构连接密封连接结构一端，密封连接结构另一端连接金属管路模拟结构。

所述u型管结构连接金属管路模拟结构一端，金属管路模拟结构另一端连接密封连接结构。

所述密封连接结构连接u型管结构一端，u型管结构另一端连接金属管路模拟结构。

所述u型管结构包括弯管法兰1、不锈钢弯管3、连接法兰4、转接法兰5和可视管a6；所述弯管法兰1焊接在不锈钢弯管3一端，不锈钢弯管3另一端焊接连接法兰4，连接法兰4与密闭法兰对接，转接法兰5内安装可视管a6；所述弯管法兰1上设置传感器接口a2；所述连接法兰4上设置传感器接口b7，传感器接口b7为与竖直方向呈45°位置的9/16-18unf标准的传感器接口；所述转接法兰5两端分别通过螺钉8与密闭法兰对接固定，螺钉8为四个相互呈90°的均布m22螺钉，连接法兰4与密闭法兰中间设置密封圈10，可视管a6两端通过u型圈11和o型圈12与密闭法兰连接，o型圈12相对于u型圈11位于密闭法兰的内侧，可视管a6与连接法兰4之间设置垫圈a9，转接法兰5上设置可视窗口；弯管法兰1可与密封法兰13直接对接。u型管结构可以在低温高压环境下模拟深水油气输运管道铺设中的流动低洼处，不仅具有低点可视的特点并且能够实现观测处实验数据的测量，同时管道具有一定的耐腐蚀性；不锈钢弯管3采用316不锈钢材质，并且设计成u型，使得流体流通的最低点为可视窗口部位；o型圈12采用添加石墨的特氟龙包裹式氟胶“o”型圈，具有良好的自密封性和耐腐蚀性；u型管结构不仅可以直观观测管路低洼处水合物生成聚集堵塞状态，同时可以通过温度和压力传感器反应实时实验数据，结构简单合理，易于人员直接观察。

所述密封连接结构包括密封法兰13、距离套14、可视管b16和螺栓19；所述可视管b16一端伸入密封法兰13内，两个密封法兰13的法兰盘通过螺栓19固定对接，螺栓19为四个相互之间成90°均布的m22紧固螺栓，两个密封法兰13的法兰盘中间设置密封垫片18；分别伸入两个密封法兰13的可视管b16之间设置距离套14，距离套14与可视管b16中间有垫圈b17，可视管b16与密封法兰13之间由外到内的方向设置有支撑环15、挡圈23、o型密封圈22和距离环20；所述密封法兰13上设置传感器接口c并安装有传感器24，传感器接口c采用9/16-18unf标准的传感器接口，传感器24下端穿过距离套14，密封法兰13还设置有u型卡槽21，密封法兰13通过与u型卡槽21装配的u型卡固定在马鞍形的固定支座26上，固定支座26安装在撬体25上；密封连接结构其中之一的密封法兰13可以替换为弯管法兰1。密封连接结构可实现低温高压实验条件下两相工质的循环流动，具有一定的耐压性和耐腐蚀性，并且可以采集温度和压力相关实验数据；密封法兰13采用不锈钢材质，距离套14、支撑环15、挡圈23和距离环20均采用非金属材质的耐腐蚀性材料，可实现腐蚀性流动工质的高压密封条件，同时硬度低于可视管b16，使可视管b16不直接与金属件接触，可以有效地保护可视管b16，消除实验过程中震动产生的交变应力；o型密封圈22采用添加石墨的特氟龙包裹式氟胶“o”型圈，具有良好的自密封性和耐腐蚀性；密封垫片18采用金属缠绕组合密封垫，采用优质sus304、sus316金属带及其他合金材料与石墨、石棉、聚四氟乙烯、无石棉等软性材料相互重叠螺旋缠绕而成，具有良好的耐腐蚀性。

所述金属管路模拟结构包括可视管b16、密封法兰13、薄壁金属片27、距离套14和圆弧卡环28；所述可视管b16两端分别伸入密封法兰13，两个可视管b16之间设置距离套14，密封法兰13上设置传感器接口c；薄壁金属片27外壁贴合在可视管b16的内壁上，薄壁金属片27的两端分别设置凸起并位于相应的距离套14内壁上，圆弧卡环28一侧设置凹槽，圆弧卡环28的凹槽与薄壁金属片27的凸起卡接，圆弧卡环28焊接在距离套14内壁上；薄壁金属片27的厚度小于2mm。金属管路模拟结构可观测低温高压环境下油气输运过程中水合物颗粒在金属管道内壁的附着、聚集情况，同时可实现对薄壁金属片27的全可视化观测；薄壁金属片27采用常见输气管道使用的q235b碳钢材质，并在薄壁金属片27内侧采用电火花打毛成不同的粗糙度，本实施例共涉及四种表面粗糙度，其表面粗糙度(ra)数值分别为：ra100μm、ra50μm、ra25μm、ra12.5μm四个等级；薄壁金属片27厚度小于2mm，这种厚度的结构形式可有效紧贴可视管b16内壁，并且不会对管道内多相流流态产生影响。

所有可视管均采用高分子聚合物材料，具有良好的耐压性、耐腐蚀性，并且具有超过90％的透光率；所有法兰均采用316不锈钢材质，保证其高压条件下的强度和耐腐蚀特性；所有传感器接口均可插入温度传感器和压力传感器，实现实时温度压力数据的监测。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。