埋地原油管道停輸溫降實(shí)驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種埋地原油管道停輸溫降實(shí)驗(yàn)裝置，在方形箱體中設(shè)有實(shí)驗(yàn)管段，箱體中填充有沙土并覆蓋實(shí)驗(yàn)管段；實(shí)驗(yàn)管段的進(jìn)油口連通導(dǎo)熱油加熱罐，出油口連通廢油回收罐；實(shí)驗(yàn)管段一端由絕熱雙層真空玻璃制成的端蓋密封；實(shí)驗(yàn)管段外壁包覆有電加熱膜，實(shí)驗(yàn)管段內(nèi)壁設(shè)有一第一溫度熱電偶，第一溫度熱電偶、電加熱膜與溫度控制系統(tǒng)連接；實(shí)驗(yàn)管段內(nèi)部設(shè)有多個(gè)第二溫度熱電偶；實(shí)驗(yàn)管段外設(shè)有多個(gè)第三溫度熱電偶；第二、第三溫度熱電偶連接到多路數(shù)據(jù)采集器；本發(fā)明可模擬埋地?zé)嵊凸艿劳］斶^程，占用空間小，實(shí)驗(yàn)初始條件和邊界條件易于控制，測(cè)溫全面準(zhǔn)確，并且實(shí)現(xiàn)了埋地管道實(shí)驗(yàn)的可視化，利于深入研究含蠟原油在停輸過程的傳熱機(jī)理。
【專利說明】埋地原油管道停輸溫降實(shí)驗(yàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于一種溫降實(shí)驗(yàn)裝置，尤其涉及一種原油輸送中埋地原油管道停輸溫降實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)所產(chǎn)原油多為含蠟易凝高粘原油，管道輸送這類原油時(shí)，一般采用加熱輸送技術(shù)。由于計(jì)劃?rùn)z修或者事故搶修等因素，不可避免地會(huì)遇到各種停輸問題。停輸后原油向環(huán)境散熱，油溫下降，粘度隨之增大。當(dāng)油溫降到析蠟點(diǎn)以下，蠟晶就會(huì)不斷析出并膠聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)給管道的再啟動(dòng)帶來極大的困難，甚至造成凝管事故。
[0003]含蠟原油管道停輸過程中原油物性發(fā)生劇烈變化，原油由高溫段牛頓流體隨著溫降轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏囟畏桥ｎD流體直至膠凝固體。停輸傳熱過程是一個(gè)伴隨有相變化、自然對(duì)流及移動(dòng)邊界的非穩(wěn)定傳熱問題，由于其復(fù)雜性，傳熱機(jī)理尚未得到完全揭示，目前尚不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)管道停輸溫降及允許停輸時(shí)間。為了解決這一問題，其關(guān)鍵是要查明停輸過程中管內(nèi)原油的傳熱機(jī)制。但是目前還沒有能夠深入研究這一機(jī)理的實(shí)驗(yàn)裝置，因此要揭示含蠟原油停輸溫降規(guī)律十分困難。
[0004]目前，對(duì)于埋地原油管道停輸溫降的實(shí)驗(yàn)研究主要包括現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和環(huán)道實(shí)驗(yàn)。我國(guó)東黃復(fù)線、東臨線、中洛線和彩石輸油管線都進(jìn)行過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，這些研究雖然都詳細(xì)監(jiān)測(cè)了停輸過程中管道周圍土壤溫度場(chǎng)的變化，但對(duì)管內(nèi)油溫的研究比較粗糙，僅在管內(nèi)布置了少數(shù)幾個(gè)測(cè)溫?zé)犭娕?，?duì)特定位置溫度的變化進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。雖然這些現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試為管道安全生產(chǎn)提供了一些參考，但有很大的局限性，主要是無(wú)法測(cè)得管內(nèi)油溫的分布，不能結(jié)合原油的流變性質(zhì)開展管內(nèi)原油傳熱機(jī)理研究。
[0005]進(jìn)行埋地原油管道停輸溫降研究的另一方法是環(huán)道試驗(yàn)。發(fā)明人所在課題組就曾計(jì)劃搭建環(huán)道對(duì)該問題進(jìn)行研究，但因環(huán)道的長(zhǎng)度必須足夠大使油流達(dá)到充分發(fā)展，而且拐角處的曲率也應(yīng)達(dá)到一定大小。基于以上原因，環(huán)道的占地面積已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過實(shí)驗(yàn)室的可用面積，而且尺寸越大實(shí)驗(yàn)的邊界條件也越難控制，往往帶來實(shí)驗(yàn)誤差。另外，環(huán)道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要泵、電機(jī)、緩沖罐等相關(guān)設(shè)備，實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建運(yùn)行費(fèi)用較高，而且實(shí)驗(yàn)步驟繁瑣，換土換油不便，實(shí)驗(yàn)效率低。更重要的是，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)裝置均由于其封閉性無(wú)法對(duì)管內(nèi)原油的軸向截面進(jìn)行觀察，而對(duì)于停輸溫降這樣一種伴隨有相變化、自然對(duì)流及移動(dòng)邊界的非穩(wěn)定傳熱問題，跟蹤相界面的移動(dòng)并了解蠟晶析出的結(jié)構(gòu)和規(guī)律至關(guān)重要，如能實(shí)現(xiàn)停輸溫降實(shí)驗(yàn)裝置的可視化將有利于深入揭示原油停輸過程中的傳熱機(jī)理。
[0006]由此，本發(fā)明人憑借多年從事相關(guān)行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)與實(shí)踐，提出一種埋地原油管道停輸溫降實(shí)驗(yàn)裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種埋地原油管道停輸溫降實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的可視化、方便觀察記錄原油的凝固結(jié)蠟情況，利于深入研究含蠟原油在停輸過程的傳熱機(jī)理。[0008]本發(fā)明的另一目的在于提供一種埋地原油管道停輸溫降實(shí)驗(yàn)裝置，可獲得管內(nèi)原油的截面溫度場(chǎng)和土壤溫度場(chǎng)，從而深入研究停輸過程中含蠟原油傳熱機(jī)理。
[0009]本發(fā)明的又一目的在于提供一種埋地原油管道停輸溫降實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)初始條件和邊界條件易于控制、實(shí)驗(yàn)可重復(fù)性好。
[0010]本發(fā)明的再一目的在于提供一種埋地原油管道停輸溫降實(shí)驗(yàn)裝置，占地面積小、操作方便。
[0011]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種埋地原油管道停輸溫降實(shí)驗(yàn)裝置，所述停輸溫降實(shí)驗(yàn)裝置包括一方形箱體，所述箱體中設(shè)有一兩端密封的實(shí)驗(yàn)管段，實(shí)驗(yàn)管段外的箱體中填充有沙土并覆蓋所述實(shí)驗(yàn)管段；實(shí)驗(yàn)管段的進(jìn)油口連通導(dǎo)熱油加熱罐出油口，實(shí)驗(yàn)管段的出油口連通廢油回收罐進(jìn)油口 ；所述實(shí)驗(yàn)管段至少一端由絕熱雙層真空玻璃制成的端蓋密封，箱體壁面與絕熱雙層真空玻璃端蓋對(duì)應(yīng)位置處開有相應(yīng)大小的圓孔；所述實(shí)驗(yàn)管段外壁包覆有電加熱膜，實(shí)驗(yàn)管段內(nèi)壁固定有一第一溫度熱電偶，第一溫度熱電偶、電加熱膜與一個(gè)溫度控制系統(tǒng)連接；實(shí)驗(yàn)管段內(nèi)部設(shè)有管內(nèi)熱電偶支架，其上固定設(shè)有多個(gè)第二溫度熱電偶；實(shí)驗(yàn)管段外壁固定設(shè)有管外熱電偶支架，其上固定設(shè)有多個(gè)第三溫度熱電偶；第一溫度熱電偶、第二溫度熱電偶的連線通過實(shí)驗(yàn)管段上的引線口引出，第二溫度熱電偶連接到一個(gè)多路數(shù)據(jù)采集器；第三溫度熱電偶的連線通過箱體上的小孔引出并連接到所述多路數(shù)據(jù)采集器；該多路數(shù)據(jù)采集器通過端口與PC機(jī)連接。
[0012]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述絕熱雙層真空玻璃端蓋包括三層玻璃，相鄰兩層玻璃之間設(shè)有間隙層，所述間隙層為真空層。
[0013]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述實(shí)驗(yàn)管段的長(zhǎng)度直徑比為3:1 ;所述實(shí)驗(yàn)管段的外壁上焊接三個(gè)與之連通的90度彎管，兩個(gè)彎管在實(shí)驗(yàn)管段上部，另一個(gè)彎管在實(shí)驗(yàn)管段下部，分別作為進(jìn)油口、引線口和出油口。
[0014]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，進(jìn)油口彎管的管徑大于出油口彎管的管徑。
[0015]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述箱體上設(shè)有與所述彎管對(duì)應(yīng)的圓孔；所述箱體的壁面包覆絕熱泡沫板。
[0016]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述管內(nèi)熱電偶支架包括兩個(gè)固定設(shè)置于實(shí)驗(yàn)管段內(nèi)壁的環(huán)形體，所述兩個(gè)環(huán)形體通過多個(gè)沿圓周對(duì)稱分布的長(zhǎng)條桿固定連接形成一整體結(jié)構(gòu)，所述兩個(gè)環(huán)形體上分別設(shè)有徑向分布的細(xì)線，所述多個(gè)第二溫度熱電偶由所述細(xì)線纏繞并軸向固定在所述內(nèi)熱電偶支架上。
[0017]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述管內(nèi)熱電偶支架整體采用工程塑料制成。
[0018]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，所述管外熱電偶支架包括固定套在實(shí)驗(yàn)管段外壁的金屬環(huán)，所述金屬環(huán)周向焊接有多個(gè)沿實(shí)驗(yàn)管段徑向延伸的金屬片，每個(gè)金屬片上設(shè)有多個(gè)固定第三溫度熱電偶的小孔。
[0019]在本發(fā)明的一較佳實(shí)施方式中，多個(gè)第三溫度熱電偶軸向設(shè)置在金屬片上。
[0020]由上所述，本發(fā)明的埋地含蠟原油管道停輸溫降實(shí)驗(yàn)裝置可以模擬埋地?zé)嵊凸艿劳］斶^程，具有占用空間小，實(shí)驗(yàn)初始條件和邊界條件易于控制，測(cè)溫全面準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，并且實(shí)現(xiàn)了埋地管道實(shí)驗(yàn)的可視化，可以觀察記錄原油的凝固結(jié)蠟情況，有利于深入研究含蠟原油在停輸過程的傳熱機(jī)理?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0021]以下附圖僅旨在于對(duì)本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中:
[0022]圖1:為本發(fā)明溫降實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2:為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)管段及管外熱電偶支架結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖3:為本發(fā)明管內(nèi)熱電偶支架結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0026]如圖1所示的一種埋地原油管道停輸溫降實(shí)驗(yàn)裝置100，包括一方形箱體1，箱體中設(shè)有一兩端密封的實(shí)驗(yàn)管段2，實(shí)驗(yàn)管段2的軸向與箱體I的兩個(gè)相對(duì)壁面垂直，實(shí)驗(yàn)管段2外的箱體I中填充有沙土并覆蓋實(shí)驗(yàn)管段2 ;實(shí)驗(yàn)管段2的進(jìn)油口 21連通導(dǎo)熱油加熱罐3出油口，實(shí)驗(yàn)管段2的出油口 22連通廢油回收罐4進(jìn)油口 ；實(shí)驗(yàn)管段2至少一端由絕熱雙層真空玻璃制成的端蓋23密封，絕熱雙層真空玻璃包括三層玻璃，相鄰兩層玻璃之間設(shè)有真空間隙層，雙層真空玻璃表觀導(dǎo)熱系數(shù)為0.015ff/mK,能起到良好的絕熱作用，并為實(shí)驗(yàn)的可視化創(chuàng)造了條件，能夠觀察管內(nèi)原油凝固、蠟晶析出結(jié)構(gòu)和規(guī)律以及相界面移動(dòng)情況，有利于深入研究傳熱機(jī)理。箱體壁面與絕熱雙層真空玻璃端蓋23對(duì)應(yīng)位置處開有相應(yīng)大小的圓孔。實(shí)驗(yàn)管段2外壁包覆有電加熱膜5，實(shí)驗(yàn)管段內(nèi)壁固定有一第一溫度熱電偶(圖中未示出)，第一溫度熱電偶、電加熱膜5與一個(gè)溫度控制系統(tǒng)7連接。實(shí)驗(yàn)管段2內(nèi)部設(shè)有管內(nèi)熱電偶支架8 (如圖3所示)，其上固定設(shè)有多個(gè)第二溫度熱電偶83 ;實(shí)驗(yàn)管段2外壁固定設(shè)有管外熱電偶支架9 (如圖2所示)，其上固定設(shè)有多個(gè)第三溫度熱電偶93。溫度控制系統(tǒng)7由溫度控制器和固態(tài)繼電器組成，第一溫度熱電偶的連線通過實(shí)驗(yàn)管段2上的引線口 24引出并和溫度控制器連接，固態(tài)繼電器和電加熱膜連接，溫度控制系統(tǒng)通過PID控制電加熱膜的開閉以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)管段的恒溫控制。通過第二溫度熱電偶和第三溫度熱電偶獲得實(shí)驗(yàn)管段中原油的截面溫度場(chǎng)和土壤的溫度場(chǎng)，第二溫度熱電偶的連線通過實(shí)驗(yàn)管段2上的引線口 24引出并連接到一個(gè)多路數(shù)據(jù)采集器10 ;第三溫度熱電偶的連線通過箱體上的小孔引出并連接到所述多路數(shù)據(jù)采集器10 ;該多路數(shù)據(jù)采集器10通過端口與PC機(jī)11連接。PC機(jī)可以對(duì)采集的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。
[0027]由上所述，本發(fā)明的埋地含蠟原油管道停輸溫降實(shí)驗(yàn)裝置可以模擬埋地?zé)嵊凸艿劳］斶^程，具有占用空間小，實(shí)驗(yàn)初始條件和邊界條件易于控制，測(cè)溫全面準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，并且實(shí)現(xiàn)了埋地管道實(shí)驗(yàn)的可視化，可以觀察記錄原油的凝固結(jié)蠟情況，有利于深入研究含蠟原油在停輸過程的傳熱機(jī)理。本實(shí)驗(yàn)裝置經(jīng)數(shù)值模擬驗(yàn)證，其測(cè)量準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)合理、便于操作，可以顯著提高實(shí)驗(yàn)效率。
[0028]電加熱膜5主要有兩個(gè)作用:(I)在向?qū)嶒?yàn)管段中注入原油的過程中，配合溫度控制系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)管段的管壁進(jìn)行恒溫控制，確保管壁與原油溫度一致，避免原油散熱；(2)試驗(yàn)結(jié)束后為了放空管段，對(duì)原油進(jìn)行加熱增加其流動(dòng)性。
[0029]所述電加熱膜5采用Kapton撓性材質(zhì),結(jié)構(gòu)輕薄(最厚僅0.25mm),可以根據(jù)工件的形狀任意彎曲，確保與工件接觸緊密，保證最大的熱能傳遞。中間為特殊合金箔制成的電阻性電路。它比絲狀電熱結(jié)構(gòu)提供更均勻的熱場(chǎng)，更短的加熱時(shí)間和更快的響應(yīng)時(shí)間，與絲狀電熱結(jié)構(gòu)相比，功率負(fù)荷低，使用壽命更長(zhǎng)。熱慣量小，溫度控制精度高，升溫速度快。能與石油及大多數(shù)化學(xué)品接觸，并可以方便地與溫度控制器或傳感器集成為一體。
[0030]進(jìn)一步，實(shí)驗(yàn)管段2的管徑可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行選擇，實(shí)驗(yàn)管段的長(zhǎng)度直徑比采用3:1，采用此比例時(shí)，兩端部散熱對(duì)中間截面溫度場(chǎng)的影響可以忽略不計(jì)，材質(zhì)采用不銹鋼，實(shí)驗(yàn)管段2的外壁上焊接三個(gè)與之連通的90度彎管，兩個(gè)彎管在實(shí)驗(yàn)管段上部，另一個(gè)彎管在實(shí)驗(yàn)管段下部，分別作為進(jìn)油口 21、引線口 24和出油口 22。考慮到向?qū)嶒?yàn)管段2內(nèi)注入原油的過程中原油會(huì)向外散發(fā)熱量，因此，采用進(jìn)油口彎管的管徑大于出油口彎管的管徑，這樣可以盡可能縮短進(jìn)油時(shí)間。箱體上設(shè)有與三個(gè)彎管對(duì)應(yīng)的圓孔，三個(gè)彎管與圓孔配合，可以起到定位實(shí)驗(yàn)管段2位置的作用。箱體的壁面可以包覆絕熱泡沫板構(gòu)造絕熱邊界，也可以包覆電加熱膜，配合熱電偶，溫度控制器構(gòu)造等溫邊界。
[0031]在本實(shí)施方式中，實(shí)驗(yàn)管段2 —端由絕熱雙層真空玻璃制成的端蓋23密封，由此，實(shí)現(xiàn)了埋地管道實(shí)驗(yàn)的可視化，可以觀察記錄原油的凝固結(jié)蠟情況，有利于深入研究含蠟原油在停輸過程的傳熱機(jī)理。進(jìn)一步，在本發(fā)明中，也可以采用實(shí)驗(yàn)管段2兩端都由絕熱雙層真空玻璃制成的端蓋23密封的方式。
[0032]進(jìn)一步，如圖2所示，管外熱電偶支架9套在實(shí)驗(yàn)管段2外部中間位置，包括固定套在實(shí)驗(yàn)管段外壁的金屬環(huán)91，金屬環(huán)91周向焊接有多個(gè)沿實(shí)驗(yàn)管段2徑向延伸的金屬片92(如圖2所示，所述金屬片92可以只設(shè)置在沿實(shí)驗(yàn)管段2軸向?qū)ΨQ的一側(cè)；也可以圍繞實(shí)驗(yàn)管段2整周設(shè)置)，每個(gè)金屬片上設(shè)有多個(gè)固定第三溫度熱電偶93的小孔。在本實(shí)施方式中，所述金屬環(huán)91由兩個(gè)半圓形金屬環(huán)通過螺絲連接并箍緊在實(shí)驗(yàn)管段2外壁。第三溫度熱電偶93通過小孔用樹脂膠沿著實(shí)驗(yàn)管段軸向固定在金屬片92上，第三熱電偶93與金屬片92之間用塑料套管絕緣。使第三熱電偶93頭部稍微露出金屬片，并用套管焊接密封?？拷芡獗谔師犭娕?3布置密集，隨著距離的增加，熱電偶93的間距逐漸加大。
[0033]進(jìn)一步，如圖3所示，所述管內(nèi)熱電偶支架8包括兩個(gè)固定設(shè)置于實(shí)驗(yàn)管段2內(nèi)壁的環(huán)形體81，所述兩個(gè)環(huán)形體81通過多個(gè)沿圓周對(duì)稱分布的長(zhǎng)條桿82固定連接形成一整體結(jié)構(gòu)，所述兩個(gè)環(huán)形體81上分別設(shè)有徑向分布的細(xì)線84，所述多個(gè)第二溫度熱電偶83由所述細(xì)線84纏繞并軸向固定在所述內(nèi)熱電偶支架上管內(nèi)熱電偶支架采用具有一定剛性的工程塑料制成，可以在體積較小的情況下滿足穩(wěn)定性要求。工程塑料導(dǎo)熱系數(shù)接近原油，盡量減少對(duì)原油傳熱傳質(zhì)的影響。第二熱電偶在管內(nèi)熱電偶支架上的布置方案是在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上確定的，用較少的熱電偶全面反映溫度場(chǎng)的特點(diǎn)，又減少了對(duì)流場(chǎng)的干擾。
[0034]進(jìn)一步，導(dǎo)熱油加熱罐3用來加熱配置實(shí)驗(yàn)溶液，并向?qū)嶒?yàn)管段2提供液體。導(dǎo)熱油加熱罐功率6kw，罐體為圓柱形，最大容積100L，水罐壁厚3mm。將加熱罐底部設(shè)計(jì)成圓錐形，同時(shí)在其底部安裝Iin的球閥，便于排凈油罐內(nèi)實(shí)驗(yàn)后剩余的溶液。導(dǎo)熱油加熱罐3自動(dòng)控制系統(tǒng)由XMT溫控儀、熱電偶、可控硅開關(guān)、端子排等組成，能夠?qū)崿F(xiàn)PID自整定智能控制，對(duì)導(dǎo)熱油加熱罐出口溫度進(jìn)行監(jiān)控，從而保證總出口溫度控制在工藝要求值。另外，導(dǎo)熱油加熱罐設(shè)有注藥口、攪拌器，可以向原油中添加降凝劑等藥劑，并用攪拌器使之混合均勻，以研究加劑改性原油的停輸傳熱機(jī)理。導(dǎo)熱油加熱罐一側(cè)安裝有刻度式液位計(jì)，以方便實(shí)驗(yàn)者觀察導(dǎo)熱油加熱罐內(nèi)的液位；導(dǎo)熱油加熱罐的出油口與實(shí)驗(yàn)管段進(jìn)油口中間設(shè)有球閥31 ;廢油回收罐4進(jìn)油口與實(shí)驗(yàn)管段出油口之間設(shè)有球閥41。采用導(dǎo)熱油加熱罐3來加熱配置實(shí)驗(yàn)溶液，可以將加熱至實(shí)驗(yàn)要求的溶液直接輸入實(shí)驗(yàn)管段2中，從而可以縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間。
[0035]在本實(shí)施方式中，所述熱電偶采用SRK-WRNK-001熱電偶，用鐵氟龍護(hù)套進(jìn)行保護(hù)，測(cè)量溫度范圍0-200°C。結(jié)構(gòu)細(xì)小，最大直徑只有1.2mm，對(duì)原油流場(chǎng)影響較小。
[0036]所述多路數(shù)據(jù)采集器采用Keithley2700以及7708采集模塊，有多達(dá)200個(gè)用于測(cè)量與控制的差分輸入通道，集成了數(shù)字多用表、開關(guān)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)記錄儀的多種功能，真六位半(22比特)精度，插入式的模塊具有靈活方便的特點(diǎn)，高達(dá)500通道/秒的掃描速率(單通道可達(dá)3500次讀數(shù)/秒)大大提高了測(cè)試產(chǎn)能。
[0037]本發(fā)明埋地原油管道停輸溫降實(shí)驗(yàn)裝置具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0038]I)實(shí)驗(yàn)管段采用電加熱膜進(jìn)行控溫，采用的電加熱膜和溫度控制器功能強(qiáng)大，技術(shù)先進(jìn)，占用體積小，能耗低，控溫精度達(dá)到了 0.05°C，加熱穩(wěn)定性、均勻性良好。
[0039]2)采用導(dǎo)熱油加熱罐為原油進(jìn)行加熱，功率大、效率高，提高了實(shí)驗(yàn)效率，控溫精度達(dá)到了 0.05°C。加熱方式為通過夾套中的導(dǎo)熱油間接加熱，有效防止干燒，具備超溫報(bào)警功能，提高了實(shí)驗(yàn)的安全性。
[0040]3)采用的多路數(shù)據(jù)采集器具有真六位半精度，單通道可達(dá)3500次讀數(shù)/秒，內(nèi)置自動(dòng)冷端補(bǔ)償，測(cè)溫方便準(zhǔn)確，大大提高了測(cè)試產(chǎn)能。
[0041]4)實(shí)驗(yàn)管段兩端采用雙層真空絕熱玻璃端蓋密封，表觀導(dǎo)熱系數(shù)為0.015ff/mK,絕熱效果良好，密封承壓滿足實(shí)驗(yàn)要求，并可實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的可視化，為深入揭示管內(nèi)原油復(fù)雜自然對(duì)流的傳熱機(jī)理提供可能。
[0042]5)實(shí)驗(yàn)管段、沙箱的尺寸都是經(jīng)過數(shù)值模擬優(yōu)化的，既能較為真實(shí)的反應(yīng)埋地管道的真實(shí)情況滿足實(shí)驗(yàn)要求，又方便操作，不至于占用過多空間。
[0043]采用本發(fā)明停輸溫降實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)步驟如下:
[0044]I)檢查設(shè)備:
[0045]檢查試驗(yàn)裝置是否處于正常工作狀態(tài)，包括:多路數(shù)據(jù)采集器是否工作正常，熱電偶采集數(shù)據(jù)是否穩(wěn)定、準(zhǔn)確，溫度控制器是否正常工作，電加熱設(shè)備接線是否正確、是否正常工作，閥門是否按要求開關(guān)。
[0046]2)預(yù)處理試驗(yàn)介質(zhì):
[0047]將實(shí)驗(yàn)所需的油或水按照預(yù)定體積準(zhǔn)備好，從導(dǎo)熱油加熱罐的進(jìn)液口注入。如需藥劑在填料口加入，并開啟攪拌器進(jìn)行攪拌使之混合均勻。然后設(shè)定導(dǎo)熱油加熱罐的PID溫度控制器，將原油加熱至預(yù)定溫度。
[0048]3)恒溫注入實(shí)驗(yàn)管段:
[0049]打開球閥，將導(dǎo)熱油加熱罐中加熱好的原油注入到實(shí)驗(yàn)管段中，此時(shí)由電加熱膜、管壁處熱電偶、溫度控制器和固態(tài)繼電器組成的溫控系統(tǒng)控制管壁恒溫，以防止原油向外散熱。
[0050]4)溫度數(shù)據(jù)采集:
[0051]實(shí)驗(yàn)管段中充滿原油后，開始靜置溫降過程，熱電偶測(cè)試管內(nèi)原油溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)，多路數(shù)據(jù)采集器采集并記錄。
[0052]5)記錄相界面:
[0053]隨著原油溫度的降低，原油開始凝固，液固相界面位置逐漸發(fā)生變化，此時(shí)通過實(shí)驗(yàn)管段一端的絕熱玻璃觀察或用相機(jī)拍攝記錄凝油界面。
[0054]6)輸出數(shù)據(jù):
[0055]溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)處理輸出，供用戶分析研究溫降規(guī)律。
[0056]7)重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)步驟，進(jìn)行不同工況下的含蠟原油停輸溫降實(shí)驗(yàn)研究。
[0057]綜上所述，本發(fā)明的埋地含蠟原油管道停輸溫降實(shí)驗(yàn)裝置可以模擬埋地?zé)嵊凸艿劳］斶^程，具有占用空間小，實(shí)驗(yàn)初始條件和邊界條件易于控制，測(cè)溫全面準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，并且實(shí)現(xiàn)了埋地管道實(shí)驗(yàn)的可視化，可以觀察記錄原油的凝固結(jié)蠟情況，有利于深入研究含蠟原油在停輸過程的傳熱機(jī)理。
[0058]以上所述僅為本發(fā)明示意性的【具體實(shí)施方式】，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種埋地原油管道停輸溫降實(shí)驗(yàn)裝置，所述停輸溫降實(shí)驗(yàn)裝置包括一方形箱體，其特征在于:所述箱體中設(shè)有一兩端密封的實(shí)驗(yàn)管段，實(shí)驗(yàn)管段外的箱體中填充有沙土并覆蓋所述實(shí)驗(yàn)管段；實(shí)驗(yàn)管段的進(jìn)油口連通導(dǎo)熱油加熱罐出油口，實(shí)驗(yàn)管段的出油口連通廢油回收罐進(jìn)油口 ；所述實(shí)驗(yàn)管段至少一端由絕熱雙層真空玻璃制成的端蓋密封，箱體壁面與絕熱雙層真空玻璃端蓋對(duì)應(yīng)位置處開有相應(yīng)大小的圓孔；所述實(shí)驗(yàn)管段外壁包覆有電加熱膜，實(shí)驗(yàn)管段內(nèi)壁固定有一第一溫度熱電偶，第一溫度熱電偶、電加熱膜與一個(gè)溫度控制系統(tǒng)連接；實(shí)驗(yàn)管段內(nèi)部設(shè)有管內(nèi)熱電偶支架，其上固定設(shè)有多個(gè)第二溫度熱電偶?’實(shí)驗(yàn)管段外壁固定設(shè)有管外熱電偶支架，其上固定設(shè)有多個(gè)第三溫度熱電偶；第一溫度熱電偶、第二溫度熱電偶的連線通過實(shí)驗(yàn)管段上的引線口引出，第二溫度熱電偶連接到一個(gè)多路數(shù)據(jù)采集器；第三溫度熱電偶的連線通過箱體上的小孔引出并連接到所述多路數(shù)據(jù)采集器；該多路數(shù)據(jù)采集器通過端口與PC機(jī)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的埋地原油管道停輸溫降實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述絕熱雙層真空玻璃端蓋包括三層玻璃，相鄰兩層玻璃之間設(shè)有間隙層，所述間隙層為真空層。
3.如權(quán)利要求1所述的埋地原油管道停輸溫降實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述實(shí)驗(yàn)管段的長(zhǎng)度直徑比為3:1 ;所述實(shí)驗(yàn)管段的外壁上焊接三個(gè)與之連通的90度彎管，兩個(gè)彎管在實(shí)驗(yàn)管段上部，另一個(gè)彎管在實(shí)驗(yàn)管段下部，分別作為進(jìn)油口、引線口和出油口。
4.如權(quán)利要求3所述的埋地原油管道停輸溫降實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:進(jìn)油口彎管的管徑大于出油口彎管的管徑。
5.如權(quán)利要求3或4所述的埋地原油管道停輸溫降實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述箱體上設(shè)有與所述彎管對(duì)應(yīng)的圓孔；所述箱體的壁面包覆絕熱泡沫板。
6.如權(quán)利要求1所述的埋地原油管道停輸溫降實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述管內(nèi)熱電偶支架包括兩個(gè)固定設(shè)置于實(shí)驗(yàn)管段內(nèi)壁的環(huán)形體，所述兩個(gè)環(huán)形體通過多個(gè)沿圓周對(duì)稱分布的長(zhǎng)條桿固定連接形成一整體結(jié)構(gòu)，所述兩個(gè)環(huán)形體上分別設(shè)有徑向分布的細(xì)線，所述多個(gè)第二溫度熱電偶由所述細(xì)線纏繞并軸向固定在所述內(nèi)熱電偶支架上。
7.如權(quán)利要求6所述的埋地原油管道停輸溫降實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述管內(nèi)熱電偶支架整體采用工程塑料制成。
8.如權(quán)利要求1所述的埋地原油管道停輸溫降實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:所述管外熱電偶支架包括固定套在實(shí)驗(yàn)管段外壁的金屬環(huán)，所述金屬環(huán)周向焊接有多個(gè)沿實(shí)驗(yàn)管段徑向延伸的金屬片， 每個(gè)金屬片上設(shè)有多個(gè)固定第三溫度熱電偶的小孔。
9.如權(quán)利要求8所述的埋地原油管道停輸溫降實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:多個(gè)第三溫度熱電偶軸向設(shè)置在金屬片上。
【文檔編號(hào)】F17D5/00GK103968254SQ201410177665
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】宇波, 劉人瑋, 邱峰 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(北京)