一种含硫天然气管道硫沉积实验装置的制作方法

本发明属于管输天然气技术领域，特别是涉及一种含硫天然气管道硫沉积实验装置。

背景技术：

我国高含硫气田储量大、分布广，如元坝气田、普光气田等，其中，普光气田的h2s平均含量15.16%，含硫天然气开采过程中集输系统的硫沉积问题日益突出。高含硫天然气输送过程中受压力、温度、流速等因素的影响会出现析硫和硫沉积现象，在集输系统管壁上经常会发现淡黄色粉末状和黏稠状的硫沉积物，严重威胁管输系统安全。主要体现在以下几方面：（1）析出和沉积的硫组分容易堵塞管路上的仪表引压管、计量孔板等设备，造成测试结果失真，采集的数据不准确，存在巨大安全隐患。（2）管壁上发生硫沉积以后，会导致气体过流面积变小，使得管道压降增大和能耗增加，降低集输效率。（3）管壁上的硫沉积物会改变管壁表面的电场、磁场、温度场等环境，加速管壁腐蚀，威胁材料结构安全。

硫沉积的影响因素主要分为热力学和动力学两部分，包括气体温度、气体与管壁温差、流速、管壁粗糙度等。前期的一些研究结果表明：元素硫饱和溶解度随硫化氢含量的增加而增加，在组分一定的情况下，随压力、温度的升高而增大。且元素硫溶解度在50～80℃的范围内随温度升高增加幅度最快；在30℃以下元素硫溶解度随温度增加升幅不大。但可以测试和研究热力学和动力学因素对高含硫气田采出气硫沉积规律影响的实验装置并不多见，严重制约着硫沉积规律和特性的深入研究。

技术实现要素：

为了解决上述存在的技术问题，本发明提供一种含硫天然气管道硫沉积实验装置，可以有效的研究热力学和动力学因素对硫沉积规律的影响机理，同时，可以评价和研究不同溶硫剂对硫沉积的消除情况。

本发明采用的技术方案如下：

一种含硫天然气管道硫沉积实验装置，包括储气系统、环道系统和溶硫剂加注系统，所述储气系统为高压气罐，所述环道系统包括环道管线，环道管线上连通高压气罐和拆卸式管段，高压气罐的一侧和拆卸式管段之间依次设有第一控制阀门、第一压力表、压缩机、第二压力表和溶硫剂加注系统，溶硫剂加注系统和环道管线之间设有第二控制阀门；所述拆卸式管段的两端分别设有控温水浴入口和控温水浴出口，控温水浴入口和控温水浴出口之间通过水管连通控温水浴；所述拆卸式管段和高压气罐的另一侧之间依次设有第一止回阀、质量流量计、第二止回阀和第五控制阀门；环道管线上在第一止回阀和第二止回阀的两端并联旁通管路，旁通管路和环道管线之间分别设有第三控制阀门和第四控制阀门。

本发明的有益效果：

（1）可以模拟现场输气管道硫沉积环境，针对性的研究压力、气体温度、气体与管壁温差、气体流速、管壁粗糙度、管壁材质等变量和因素对硫沉积的影响规律；

（2）采用可拆卸结构的拆卸式管道作为实验管段，方便对沉积物称重和取样，为进一步分析沉积物特性提供便利，同时，可拆卸管段可以加工成不同管壁粗糙度和材料的替换管段，使得实验操作灵活、多变；

（3）装置设置溶硫剂加注系统，可有效评价和研究不同类型溶硫剂对硫沉积物的清除效果；

（4）装置的管路系统设置防爆型电热带，可控制温度在指定值，当实验结束后，可以加热管壁，方便管壁附着的硫沉积物融化流走。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为图1中高压气罐结构示意图；

图3为图1拆卸式管段结构示意图；

图4为图3中a-a截面侧视图；

图5为图1中拆卸管段垂直取样过程结构示意图；

图6为图5中固定支架俯视图；

图7为图1中溶硫剂加注系统结构示意图。

图中，1、高压气罐；2、第一控制阀门；3、第一压力表；4、压缩机；5、第二压力表；6、第二控制阀门；7、溶硫剂加注系统；8、控温水浴入口；9、拆卸式管段；10、控温水浴；11、水管；12、控温水浴出口；121、管路泄压阀；13、防爆电热带；14、第三控制阀门；141、旁通管路；15、第一止回阀；16、流量计；17、第二止回阀；18、第四控制阀门；19、第五控制阀门；20、高压气罐罐体；21、气体回流管线；22、电加热装置；23、废气废液外排管线；24、高压气罐控制阀门i；25、气体加注管线；26、高压气罐控制阀门ii；27、气体流出管线；28、高压气罐压力表；29、安全泄压阀；30、夹套外层；31、夹套内层；32、拧紧螺母；33、拧紧螺杆；34、环道管线；35、为第一夹持固定环；36、第二夹持固定环；37、固定支架；38、融化的硫沉积物；39、烧杯；40、螺母；41、螺杆；42、溶硫剂储罐；43、液位计；44、储罐安全泄压阀；45、温度计；46、储罐压力表；47、泄流阀；48、泄流管线；49、储罐控制阀门；50、液体泵；51、储罐流量计；52、雾化器；53、溶硫剂加注口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

实施例

如图所示，一种含硫天然气管道硫沉积实验装置，包括储气系统、环道系统和溶硫剂加注系统，所述储气系统为高压气罐1，所述环道系统包括环道管线34，环道管线上连通高压气罐和拆卸式管段9，高压气罐的一侧和拆卸式管段之间依次设有第一控制阀门2、第一压力表3、压缩机4、第二压力表5和溶硫剂加注系统7，溶硫剂加注系统7和环道管线之间设有第二控制阀门6；所述拆卸式管段的两端分别设有控温水浴入口8和控温水浴出口12，控温水浴入口8和控温水浴出口12之间通过水管11连通控温水浴10；所述拆卸式管段9和高压气罐的另一侧之间依次设有第一止回阀15、质量流量计16、第二止回阀17和第五控制阀门19；环道管线34上在第一止回阀15和第二止回阀17的两端并联旁通管路141，旁通管路141和环道管线34之间分别设有第三控制阀门14和第四控制阀门18。

所述高压气罐1为立式罐，高压气罐罐体20上分别连通有气体回流管线21、废气废液外排管线23、气体加注管线25和气体流出管线27，所述的废气废液外排管线23上设有高压气罐控制阀门i24，所述的气体加注管线25上设有高压气罐控制阀门ii26，所述的高压气罐罐体20的内部安装有电加热装置22，电加热装置22可采用陶瓷电加热圈，具有性能稳定、防腐、加热快、散热均匀、绝缘性能良好、耐高压等优点，所述的高压气罐罐体20的上部安装有高压气罐压力表28和安全泄压阀29。

所述高压罐罐体20由抗硫腐蚀材料制作，所述气体回流管线21是含硫天然气经过环道系统后循环回高压气罐的管路，所述电加热装置22具有防爆和控温功能，可以将高压储罐内的天然气加热至指定温度，所述废气废液外排管线23及高压气罐控制阀门i24的目的是定期清理高压气罐内的残留气体和液体，所述气体加注管线25和高压气罐控制阀门ii26用来控制加注含硫天然气至罐内，含硫天然气为现场取样的气体，使实验结果可以真实反映现场硫沉积情况，所述气体流出管线27的含硫天然气进入环道系统，所述高压气罐压力表28可以监测罐内气体的压力，所述安全泄压阀29可以起到过压保护作用。

所述压缩机4可以根据实验条件需要，组装多个压缩机串联，实现多级增压。

所述拆卸式管段9与环道管线34通过法兰连接，拆卸式管段9由外层夹套30套装在内层夹套31的外部构成夹套结构，控温水浴入口8和控温水浴出口12与夹套内腔连通。

所述外层夹套30在同一剖面上下两个方向设置控温水浴入口8和控温水浴出口12，控温水浴入口8和控温水浴出口12分别连接控温水浴10，外层夹套30和内层夹套31之间的环形空间内供循环水流动，以此来控制实验管段的壁温。

所述的法兰通过拧紧螺母32和拧紧螺杆33连接固定，拧紧螺母32、拧紧螺杆33和法兰盘之间设有密封垫片。

所述的环道管线34上缠绕防爆电热带13，环道管线34上设有管路泄压阀121。

所述防爆电热带13具有开关控制和加热指示灯部件，方便操作，防爆电热带13可以将管壁温度控制在指定值上。所述旁通管路141便于清理管线内的硫沉积物，保证融化的硫沉积物不流经流量计，减少对流量计的不利影响。所述流量计16为质量流量计，所述第一止回阀15和第二止回阀17设置在流量计16两侧，防止气体流向改变破坏流量计内部结构。

所述溶硫剂加注系统包括溶硫剂储罐42，所述溶硫剂储罐采用卧式结构，溶硫剂储罐上安装有液位计43、储罐安全泄压阀44、温度计45、储罐压力表46、泄流管线48、溶硫剂加注口3和液体泵50，泄流管线48上安装泄流阀47，液体泵50和溶硫剂储罐42之间安装储罐控制阀门49，液体泵50通过管道连接有雾化器52，液体泵50和雾化器52之间安装储罐流量计51，雾化器52通过第二控制阀门6与环道管线34连通。

溶硫剂储罐42采用抗腐蚀性材料制作，所述液位计43可以监测储罐内溶硫剂液位，所述储罐安全泄压阀44起到过压保护作用，所述温度计45可以监测储罐内溶硫剂温度，所述储罐压力表46可以读取储罐内压力，所述泄流阀47和泄流管线48可以排除储罐内残余液体，所述雾化器52可以将溶硫剂变为雾状喷入环道管线，使得溶硫剂与硫颗粒充分接触，增强溶硫效果，所述溶硫剂加注口53可以根据需要加注特定类型和剂量的溶硫剂。

所述拆卸式管段9拆卸后由固定装置固定，所述固定装置包括夹持固定环及固定支架37，固定支架设置在夹持固定环的两侧，所述夹持固定环包括两个弧形的第一夹持固定环35和第二夹持固定环36，第一夹持固定环35和第二夹持固定环36的端部设有安装耳，安装耳上设置有螺纹孔，螺母和螺杆穿过螺纹孔将第一夹持固定环和第二夹持固定环固定连接，从而将拆卸式管段夹紧。

所述拆卸式管段固定好后，可以开启控温水浴，加热拆卸式管段，将管壁上沉积的硫沉积物全部融化至烧杯内，进行称重以及测试分析。由此，可以分析特定时间、温度、压力、流速等变量对硫沉积规律的影响，达到实验目的。

硫沉积规律实验研究时的操作过程如下：

将现场天然气管线内取得的高含硫天然气加入高压气罐1，开启电加热装置22将天然气加热到指定温度，调整第一控制阀门2和第五控制阀门19为开启状态，调整第二控制阀门6、管路泄压阀121、第三控制阀门14、第四控制阀门18、高压气罐控制阀门i24、高压气罐控制阀门ii26为关闭状态，将控温水浴10开启，控制实验管段即拆卸式管段在指定温度上，开启第一止回阀15和第二止回阀17，启动压缩机4，使天然气在管路系统循环，通过控制压缩机功率以及阀门开度大小可以控制气体压力和流速，通过高压气罐的电加热装置可以控制气体进入实验管段的温度，通过控温水浴可以控制实验管段的管壁温度，由此实现对特定流速、气体温度、气体温度与管壁温差、压力等变量对硫沉积规律的研究。此外，可拆卸实验管段可以采用不同材质或者表面粗糙度的管壁加工，方便更换，由此可以研究表面粗糙度以及材质对硫沉积的影响规律。

硫沉积实验结束后，关闭第一控制阀门2和第五控制阀门19，关闭压缩机，同时开启管路泄压阀121将管路内残存的气体排入特定装置内，进行无害化处理，将可拆卸实验管段与环道系统管线分离，将实验管段垂直放置夹紧，开启控温水浴10，并加热实验管段，将管壁上沉积的硫沉积物38全部融化至烧杯39内，进行称重以及测试分析。由此，可以分析特定时间、温度、压力、流速等变量对硫沉积规律的影响，达到实验目的。

溶硫剂溶硫效果实验研究时的操作过程如下：

如要研究溶硫剂对管壁上硫沉积物的清除效果，首先进行一定时间特定条件的硫沉积实验，而后对实验管段内的硫沉积物进行称重，称重时对整个实验管段进行称重，减去无沉积物时的管段质量即得到管壁上附着的沉积物的质量，而后重新将实验管段连接到环道系统上，保证泄流阀47关闭，开启储罐控制阀门49和第一控制阀门6，开启液体泵50，开启雾化器52。同时，再次开启环道系统，使得高含硫气体在管路内继续循环，并带动雾化后的溶硫剂在管路系统内共同流动，经过特定时间后，可以关闭环道系统和溶硫剂加注系统，再次取下实验管段对沉积物进行称重，经过对比，可以得出不同类型溶硫剂对硫沉积物的溶硫效果，进而对比优选。