CN101419137B - 室内原油流变性测试自动取样装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种室内原油流变性测试自动取样装置。它是取样筒(4)底部与开关体(15)以螺纹进行联接，开关体(15)置入孔套(18)中再通过油样出油嘴(13)在模拟罐(1)外通过螺纹联接并固定；取样筒(4)的上部穿过模拟罐密封盖(2)的开孔后通过带有排气口的联接法兰(5)与模拟罐密封盖(2)固定；步进电动机(6)的步进电动螺杆(8)通过固定螺栓(7)与丝杠内筒(9)相连，丝杠内筒(9)通过联接杆(10)与活塞(11)联接，步进电动螺杆(8)、固定螺栓(7)、丝杠内筒(9)、联接杆(10)构成了本装置的传动机构；该传动机构置入取样筒(4)，控制该传动机构的步进电动机(6)与联接法兰(5)联接并固定；取样筒(4)的底部设有自力式弹簧和钢珠组成的油嘴开关装置(14)。

Description

室内原油流变性测试自动取样装置

技术领域

本发明是一种室内原油流变性测试自动取样装置。涉及其它类不包括的测试和管道系统技术领域。

背景技术

我国的原油多为“高含蜡、高凝点、高粘度”原油，在原油管道的设计、投产、运行和优化输送过程中，都需要进行原油表观粘度、凝点、粘温曲线、屈服值、触变性等原油流变性测试，为各类方案的制定提供工艺计算参数。然而准确进行原油的流变性测试就要考察以下影响因素：(1)同一原油管道输送多个产区原油的混兑比例；(2)加热输送管道的热处理温度；(3)不同输量条件下的管输剪切条件；(4)添加降凝剂输送工艺的加剂量。研究上述因素对原油流变性的影响的方法之一就是室内进行原油模拟处理，在模拟过程完毕后取样进行原油流变性测试。因此室内原油流变性测试实验中的取样环节，是决定测试油样流变性参数是否精确的关键。

目前在室内原油流变性模拟测试中采用人工手动取样的方式，即当室内原油模拟罐中的原油在模拟过程中需要取样测试倾点或(和)粘度时，手动打开模拟罐取样阀使油样从模拟罐中流入处于保温环境中的取样器皿(例如烧杯)内，而后手持取样器皿向测试仪器样品杯中倾倒规定数量的测试油样，然后进行测试。这个过程中存在以下问题：一是取样和倾倒过程中无法定量控制对油样的剪切强度，即无法保证整个过程中对油样的剪切与模拟罐内一致，因而会影响测试结果的真实性和重复性；二是取样过程缓慢，中间衔接环节多，油样温度易受外界环境影响。在取样和倾倒测试油样过程中，油样脱离了原有的模拟温度环境，室温条件成为了主导因素，这对于对温度和所经受的热历史极其敏感的原油及其流变性测试来说非常不利。三是个体差异影响较大，不同人取样测试导致不同的测量误差，致使实验结果出现异常时，无法判断何种因素造成这类影响。总之，室内原油流变性测试实验中的取样环节，是决定油样流变性测试参数是否准确的关键环节之一，而上述手动取样测试环节中由于取样方式自身原因产生的诸多不确定因素都有可能因引起测试结果出现误差而使漫长而复杂的实验油样模拟过程前功尽弃，从而导致整个实验失败。

发明内容

本发明的目的是发明一种用于室内原油流变性测试实验的实用、迅速、准确的室内原油流变性测试自动取样装置。

本发明专用于现有室内原油流变测试实验的循环水套原油模拟罐1，在循环水套原油模拟罐1的底部开孔并焊接孔套18，同时模拟罐密封盖2开孔，以使本发明可以与循环水套原油模拟罐1进行装配。如图1所示，本发明主要由取样筒4、联接法兰5、步进电动机6、固定螺栓7、步进电动螺杆8、丝杠内筒9、联接杆10、活塞11、油样进油嘴12、油样出油嘴13、油嘴开关装置14和开关体15组成。取样筒4底部与开关体15以螺纹进行联接，开关体15置入孔套18中再通过油样出油嘴13在循环水套原油模拟罐1外通过螺纹联接并固定；取样筒4的上部穿过模拟罐密封盖2的开孔后通过带有排气口的联接法兰5与模拟罐密封盖2固定；步进电动机6的步进电动螺杆8通过固定螺栓7与丝杠内筒9相连，丝杠内筒9通过联接杆10与活塞11联接，这样，步进电动螺杆8、固定螺栓7、丝杠内筒9、联接杆10就构成了本装置的传动机构；该传动机构置入取样筒4，控制该传动机构的步进电动机6与联接法兰5联接并固定；取样筒4的底部设有自力式弹簧和钢珠组成的油嘴开关装置14，该油嘴开关装置14在模拟罐内罐3一侧有油样进油嘴12，在循环水套原油模拟罐1的外部有油样出油嘴13，控制油样的进、出。

其中：

取样筒4的形状如图7所示，它是一圆管，其一端在端口的内径略大，另一端有内螺纹；

联接法兰5的形状如图5、图6所示，其形状是在一短管两端有法兰盘，一端为固定步进电动机6的方形法兰，另一端为与模拟罐密封盖2连接的圆形法兰，在联接法兰5的中部有排气孔；

步进电动螺杆8的形状如图1所示，它就是一螺杆；

丝杠内筒9的形状如图8、图9所示，它是在一圆管的下端封口并固连一实心杆，在杆上有与联接杆10连接的横孔，在丝杠内筒9的上开口端有与步进电动螺杆8配合的内螺纹；

联接杆10的形状如图10所示，它是两端有叉的短杆，且在叉上有连接孔；

活塞11的形状如图11所示，它是在活塞的一侧有活塞杆且杆头为插入联接杆10叉的扁头，且在扁头上有连接孔；

油样出油嘴13的形状如图2、图3所示，它的截面成“碗”形，上端外周成六边形，“碗”内上部有内螺纹，下部有小孔。

油嘴开关装置14的结构如图2、图3所示，它是在圆柱形开关体15的中心竖向开一个变径孔，同时开关体15的上部横向开一个变径孔，两孔中心轴线垂直相交。在横向变径孔内安装进油弹簧16和进油钢珠17后在进油弹簧16后端装封堵块21；在竖向变径孔下部安装出油钢珠19和出油弹簧20后，由开关体15底部的外螺纹与在模拟罐1外的油样出油嘴13通过螺纹联接并固定；油嘴开关装置14由孔套18与循环水套原油模拟罐1固连(见图1)。

工作原理

本发明工作时，首先通过步进电动机6控制步进电动螺杆8的行程将活塞11置于取样筒4的最底部，以使活塞11提升时在取样筒4下部空间处于真空状态，此时，油样进油嘴12和油样出油嘴13的油嘴开关装置14受到弹簧力的作用，封闭油样进油嘴12和油样出油嘴13。当从模拟罐1中向取样筒4内吸入油样时，控制步进电动机6以一定速提起活塞11到设定位置，此过程中，油嘴开关装置14的进油钢珠17及进油弹簧16受到大气压的作用压缩并移动，油样通过油样进油嘴12进入取样筒4，而油嘴开关装置14的出油钢珠19及出油弹簧20伸涨，油样出油嘴13处于关闭状态。吸进油样完毕时，油嘴开关装置14的进油钢珠17及进油弹簧16受到弹簧力的作用，油样进油嘴12关闭。当要排出油样时，控制步进电动机6以一定速下降活塞11，此过程中，油嘴开关装置14里的出油钢珠19及出油弹簧20受到活塞压力的作用使弹簧压缩并移动，油样通过油样出油嘴13排出取样筒4，而油样进油嘴12仍处于关闭状态。排出油样完毕时，油嘴开关装置14的出油钢珠19及出油弹簧20受到弹簧力的作用，油样出油嘴13关闭。

可见，本发明结构较为简单，用于室内原油流变性测试实验时，实验人员通过向步进电动机6发送取样时间、取样量等指令，控制自动取样装置完成取样过程，克服了人工手动取样方式带来的计量误差过大，导致测试数据不精确的弊端；取样过程与测试之间衔接紧密，可以保证整个取样过程中温度无波动、对油样的剪切与罐内剪切一致，从而实现了室内原油流变性模拟和测试过程的无缝连接；也避免了人为因素的影响，一致性好，进一步提高了相关实验和研究的精度和重复性。

附图说明

图1室内原油流变性测试自动取样装置构成示意图

图2油嘴开关装置结构及进油状态图

图3油嘴开关装置结构及出油状态图

图4循环水套原油模拟罐结构示意图

图5联接法兰正剖视图

图6联接法兰俯视图

图7取样筒正剖视图

图8丝杠内筒正剖视图

图9丝杠内筒俯视图

图10联接杆正剖视图

图11活塞正剖视图

其中  1-循环水套原油模拟罐    2-模拟罐密封盖

      3-模拟罐内罐            4-取样筒

      5-联接法兰              6-步进电动机

      7-固定螺栓              8-步进电动螺杆

      9-丝杠内筒              10-联接杆

      11-活塞                 12-油样进油嘴

      13-油样出油嘴           14-油嘴开关装置

      15-开关体               16-进油弹簧

      17-进油钢珠             18-孔套

      19-出油钢珠             20-出油弹簧

      21-封堵块

具体实施方式

实施例。以本例来说明本发明的具体实施方式并对本发明作进一步的说明。本例是一实验样机，其构成如图1所示。本装置是在循环水套原油模拟罐1的底部开孔并焊接孔套18，同时模拟罐密封盖2开孔，以使本装置与循环水套原油模拟罐1进行装配。本装置主要由取样筒4、联接法兰5、步进电动机6、固定螺栓7、步进电动螺杆8、丝杠内筒9、联接杆10、活塞11、油样进油嘴12、油样出油嘴13、油嘴开关装置14和开关体15组成。取样筒4底部与开关体15以螺纹进行联接，开关体15置入孔套18中再通过油样出油嘴13在循环水套原油模拟罐1外通过螺纹联接并固定；取样筒4的上部穿过模拟罐密封盖2的开孔后通过带有排气口的联接法兰5与模拟罐密封盖2固定；步进电动机6的步进电动螺杆8通过固定螺栓7与丝杠内筒9相连，丝杠内筒9通过联接杆10与活塞11联接；这样，步进电动螺杆8、固定螺栓7、丝杠内筒9、联接杆10就构成了本装置的传动机构；该传动机构置入取样筒4，控制该传动机构的步进电动机6与联接法兰5联接并固定；取样筒4的底部设有自力式弹簧和钢珠组成的油嘴开关装置14，该油嘴开关装置14在模拟罐内罐3一侧有油样进油嘴12，在循环水套原油模拟罐1的外部有油样出油嘴13，控制油样的进、出。

其中油嘴开关装置14的结构如图2、图3所示，通过孔套18固定于循环水套原油模拟罐1的底部(见图1)。油嘴开关装置14是在圆柱形开关体15的中心竖向开一个变径孔，同时开关体15的上部横向开一个变径孔，两孔中心轴线垂直相交。在横向变径孔内安装进油弹簧16和进油钢珠17后在进油弹簧16后端装封堵块21；在竖向变径孔下部安装出油钢珠19和出油弹簧20后，由开关体15底部的外螺纹与在模拟罐1外的油样出油嘴13通过螺纹联接并固定。  其主要尺寸：本例配套的循环水套原油模拟罐1是实验室常用的用于原油流变性测试实验的油样模拟处理装置，其外形尺寸为高190mm，内罐直径为Φ108mm，外罐直径为Φ160mm，密封盖2开孔直径为Φ22mm，模拟罐1底部开孔直径为Φ18mm；步进电动机6选二相步进电动机FL57STH76-04A；取样筒4为Φ25mm、长167mm的钢管，管内径20mm，上口有长4.5mm、直径Φ23mm的口；联接法兰5是一Φ24mm管段两端有法兰，高度73mm，法兰下部的管外径23mm，与取样筒4配合；丝杠内筒9截面成音叉状，即上为Φ16mm开口管，下封口后固连Φ4.6mm短杆，全长102.5mm，短杆长9mm，其上有一Φ3mm连接孔，丝杠内筒9上口壁厚加厚，成Φ19mm、高4mm的凸环台，其上有与取样筒4连接的孔；联接杆10是两端开叉的Φ12mm、长50.4mm钢柱，叉口宽5mm、长9mm，两叉部有横穿的Φ3mm连接孔；活塞11是Φ20mm、长20mm的塞再连31mm长的杆，杆头为宽4.6mm、长9mm的扁头，杆头有Φ3mm的连接孔；油嘴开关装置14的开关体15为长38mm、上端Φ25mm、下端Φ16mm，中心孔为Φ7mm，在出油钢珠19的上口孔径为Φ5mm且与出油钢珠19成球面接触，在距开关体15上端7mm、下端21mm的上下10mm部位安装进油弹簧16和进油钢珠17，它是一Φ7mm的与中心孔垂直交叉的横孔，但在另一端为Φ5mm的油样进油嘴12。

本实验样机经多次用于室内原油流变性测试实验，克服了人工手动取样方式带来的计量误差过大，导致测试数据不精确的弊端；取样过程与测试之间衔接紧密，可以保证整个取样过程中温度无波动、对油样的剪切与罐内剪切一致，从而实现了室内原油流变性模拟和测试过程的无缝连接；也避免了人为因素的影响，一致性好，进一步提高了相关实验和研究的精度和重复性。是一种实用、取样迅速、数据准确的室内原油流变性测试自动取样装置。

Claims (8)

1.一种室内原油流变性测试自动取样装置，包括循环水套原油模拟罐(1)，在循环水套原油模拟罐(1)的底部开孔并焊接孔套(18)，模拟罐密封盖(2)开孔，其特征是该自动取样装置由取样筒(4)、联接法兰(5)、步进电动机(6)、固定螺栓(7)、步进电动螺杆(8)、丝杠内筒(9)、联接杆(10)、活塞(11)、油样进油嘴(12)、油样出油嘴(13)、油嘴开关装置(14)和开关体(15)组成，取样筒(4)底部与开关体(15)以螺纹进行联接，开关体(15)置入孔套(18)中再通过油样出油嘴(13)在模拟罐(1)外通过螺纹联接并固定；取样筒(4)的上部穿过模拟罐密封盖(2)的开孔后通过带有排气口的联接法兰(5)与模拟罐密封盖(2)固定；步进电动机(6)的步进电动螺杆(8)通过固定螺栓(7)与丝杠内筒(9)相连，丝杠内筒(9)通过联接杆(10)与活塞(11)联接，步进电动螺杆(8)、固定螺栓(7)、丝杠内筒(9)、联接杆(10)构成了本装置的传动机构；该传动机构置入取样筒(4)，控制该传动机构的步进电动机(6)与联接法兰(5)联接并固定；取样筒(4)的底部设有自力式弹簧和钢珠组成的油嘴开关装置(14)，该油嘴开关装置(14)在模拟罐内罐(3)一侧有油样进油嘴(12)，在循环水套原油模拟罐(1)的外部有油样出油嘴(13)。

2.根据权利要求1所述的室内原油流变性测试自动取样装置，其特征是所述油嘴开关装置(14)是在圆柱形开关体(15)的中心竖向开一个变径孔，同时开关体(15)的上部横向开一个变径孔，两孔中心轴线垂直相交；在横向变径孔内安装进油弹簧(16)和进油钢珠(17)后在进油弹簧(16)后端装封堵块(21)；在竖向变径孔下部安装出油钢珠(19)和出油弹簧(20)后，由开关体(15)底部的外螺纹与在模拟罐(1)外的油样出油嘴(13)通过螺纹联接并固定。

3.根据权利要求1所述的室内原油流变性测试自动取样装置，其特征是所述取样筒(4)的形状是一圆管，其一端在端口的内径略大，另一端有内螺纹。

4.根据权利要求1所述的室内原油流变性测试自动取样装置，其特征是所述联接法兰(5)的形状是在一短管两端有法兰盘，一端为固定步进电动机(6)的方形法兰，另一端为与模拟罐密封盖(2)连接的圆形法兰，在联接法兰(5)的中部有排气孔。

5.根据权利要求1所述的室内原油流变性测试自动取样装置，其特征是所述丝杠内筒(9)的形状是在一圆管的下端封口并固连一实心杆，在实心杆上有与联接杆(10)连接的横孔，在丝杠内筒(9)的上开口端有与步进电动螺杆(8)配合的内螺纹。

6.根据权利要求1所述的室内原油流变性测试自动取样装置，其特征是所述联接杆(10)的形状是两端有叉的短杆，且在叉上有连接孔。

7.根据权利要求1所述的室内原油流变性测试自动取样装置，其特征是所述活塞(11)的形状是在活塞的一侧有活塞杆且杆头为插入联接杆(10)叉的扁头，并在扁头上有连接孔。

8.根据权利要求1所述的室内原油流变性测试自动取样装置，其特征是所述油样出油嘴(13)的截面成“碗”形，上端外周成六边形，“碗”内上部有内螺纹，下部有小孔。

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