一种CO2环道实验装置及其实验方法

本发明涉及co2管道，具体涉及一种co2环道实验装置及其实验方法。

背景技术：

1、自第二次工业革命以来，随着化石燃料在全世界范围内的广泛使用，每年人类活动会排放巨量的co2，以co2为主的温室气体引起的全球变暖现象将导致海平面上升、增加极端天气的出现概率进而影响农产品产量、导致冰川消退、物种灭绝等灾害的发生。ccus(carbon capture、use and storage)技术在全球范围内被广泛认同为是大规模减排coo的重要技术，是减少碳排放和维持大气co2含量稳定的行之有效的一种方式，目前已经成为全球研究的热点。在整个ccus技术中，运输过程是该技术的中间环节，起着重要的作用。与利用罐车输运、铁路输运和船舶输运等方式相比，管道输运更适合长距离、大规模的co2捕集和储存。

2、co2的管道输送根据气源相态差异可以划分为气相、液相、密相及超临界输送四种输送方式。一方面，管道在运行过程中可能会由于外界的机械损伤、管壁腐蚀、材料缺陷及人为的操作失误等因素产生破裂，引发泄漏；另一方面，在管道日常操作及维护过程中，也会对管道进行放空。泄漏和放空都会造成管道在一瞬间减压，当液相、密相和超临界co2管道减压时，由于co2具有极强的焦耳-汤姆逊效应及汽化吸热效应，极易导致管道温度降低至管道的设计温度以下，对管道造成损伤，影响管道安全。

3、为探究co2输送管道稳态流动及泄放减压工况下管道内流体的真实情况，反应管道内水力、热力参数的时空演化特性，亟需设计一种co2环道实验装置及其实验方法，开展co2管道输送研究，为揭示管输co2的相变机理与制定管道流动保障方案提供依据。本发明所提出的一种co2环道实验装置及其实验方法，能测量并观察co2管道在稳态输送及泄放减压工况下管道内温度、压力、质量流量及相态变化。

技术实现思路

1、为了能够准确探究co2输送管道稳态输送及泄放减压工况下管道内流体温度、压力、质量流量的变化以及可能会出现的相态变化，本发明提供了一种co2环道实验装置及其实验方法。该测试装置能够可在设定工况下精准控制co2初始温度、初始压力及其相态，精确测量管道内温度、压力及质量流量变化，并实现流动过程的动态可视化，实时观察管道内流体相态及流动状态。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：co2环道实验装置，该装置包括气源供给系统、相态控制系统、泄放减压系统、数据图像采集系统。

3、所述气源供给系统包括第一气瓶(1)、第一针型阀(3)、第二气瓶(2)、第二针型阀(4)、气瓶连接管道(5)、进气管道(6)、第三针型阀(7)和第一电接点压力表(8)，所述气瓶连接管道(5)进气口有两条支路，所述气瓶连接管道(5)的两条支路分别与所述第一针型阀(3)、所述第二针型阀(4)连接；所述第一针型阀(3)进气方向与所述第一气瓶(1)相连通；所述第二针型阀(4)进气方向与所述第二气瓶(2)相连通；所述气瓶连接管道(5)排气口与所述进气管道(6)进气口相连通，所述进气管道(6)上设有所述第三针型阀(7)和所述第一电接点压力表(8)。

4、所述相态控制系统包括制冷机(9)、第四针型阀(10)、增压泵(11)、第五针型阀(12)、第二电接点压力表(13)、第一球阀(14)、第二球阀(21)、数据采集管道(27)、电加热装置(28)、第一辅助管道(29)、第二辅助管道(30)、循环泵(34)、循环管道(35)、第六针型阀(37)和第七针型阀(38)，所述制冷机(9)与所述进气管道(6)连接，所述制冷机(9)与所述增压泵(11)连接，所述制冷机(9)与所述增压泵(11)之间设有所述第四针型阀(10)，所述增压泵(11)与所述第一辅助管道(29)连接，所述增压泵(11)与所述第一辅助管道(29)之间设有所述第五针型阀(12)和所述第二电接点压力表(13)，所述第一辅助管道(29)上设有所述第六针型阀(37)，所述第一辅助管道(29)与所述循环管道(35)连接，所述循环管道(35)上安装有所述循环泵(34)，所述循环管道(35)与所述第二辅助管道(30)相连通，所述第二辅助管道(30)上设有所述第七针型阀(38)，所述第一辅助管道(29)还与所述第二辅助管道(30)通过所述数据采集管道(27)连接，所述数据采集管道(27)与所述第一辅助管道(29)连接一侧设有所述第一球阀(14)，所述数据采集管道(27)与所述第二辅助管道(30)连接一侧设有第二球阀(21)，所述数据采集管道(27)与管道保温层之间附着有所述电加热装置(28)，所述数据采集管道(27)与管道保温层之间附着有所述电加热装置(28)。

5、所述泄放减压系统包括快启阀门(17)、刻度调节阀(18)和泄放管(41)，所述泄放管(41)插入所述数据采集管路(27)表面，从插入点向数据采集管道(27)法向方向依次连接快启阀门(17)、刻度调节阀(18)。

6、所述数据图像采集系统包括第一压力传感器(15)、第二压力传感器(16)、第三压力传感器(19)、第四压力传感器(20)、第一热电偶(22)、第二热电偶(23)、第三热电偶(24)、第四热电偶(25)、第五热电偶(26)、第三球阀(31)、抗高压可视窗(32)、第四球阀(33)、质量流量计(36)、高清摄像机(39)和计算机(40)，所述第三热电偶(24)安装在所述电加热装置(28)表面，所述第一热电偶(22)、所述第二热电偶(23)、所述第四热电偶(25)、所述第五热电偶(26)位于所述数据采集管道(27)管道内部，所述第一压力传感器(15)、所述第二压力传感器(16)、所述第三压力传感器(19)、所述第四压力传感器(20)位于所述数据采集管道(27)内部，所述第一压力传感器(15)、所述第二压力传感器(16)、所述第三压力传感器(19)、所述第四压力传感器(20)在所述数据采集管道(27)轴向距离分别与所述第一热电偶(22)、所述第二热电偶(23)、所述第四热电偶(25)、所述第五热电偶(26)一一对应，所述第一辅助管道(29)与所述循环泵(34)之间安装有所述抗高压可视窗(32)，所述抗高压可视窗(32)两侧分别设有所述第三球阀(31)和所述第四球阀(33)，所述抗高压可视窗(32)外设有所述高清摄像机(39)，所述循环管道(35)在靠近所述第二辅助管道(30)一侧设有所述质量流量计(36)，所述计算机(40)通过数据线与所述第一压力传感器(15)、所述第二压力传感器(16)、所述第三压力传感器(19)、所述第四压力传感器(20)、所述第一热电偶(22)、所述第二热电偶(23)、所述第三热电偶(24)、所述第四热电偶(25)、所述第五热电偶(26)和所述质量流量计(36)连接，所述计算机(40)还通过数据线与所述制冷机(9)、所述增压泵(11)、所述电加热装置(28)和所述循环泵(34)连接。

7、本发明采取以上技术方案可以达到以下有益效果：

8、1.能够实现co2相态的精准控制，模拟co2输送管道稳态流动及泄放减压工况下管道内流体的真实流动情况，反应管道内水力、热力参数的时空演化特性，特别是在泄放减压工况下，能准确观察并记录管道内co2的温度、压力、质量流量及相态变化，能够分析压力、温度、泄放孔径等初始条件对管道内相变机理和流动特性的影响。

9、2.能够通过计算机自动采集各测试数据并绘制参数变化曲线，操作人员可以直接在计算机上对各设备的启停以及功率进行控制。

10、3.具有测量精度高、实验结果直观、安全性能好、操作方便等优势，对揭示管输co2的相变机理与制定管道流动保障方案具有重要意义。