CN103116015A - 原油蜡沉积速率测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种控制应力型原油结蜡装置，本装置由结蜡筒、样品筒、低阻旋转机构、高速旋转机构、恒温油浴、升降机构、恒温水浴、测量系统、电控系统及数据采集处理系统组成，通过恒温油浴、恒温水浴对原油及结蜡筒壁面进行控温，使它们达到要求的温度；通过计算机数据采集系统、低阻旋转机构及高速旋转机构使得样品筒产生旋转，并可设置旋转速度；通过升降机构调节结蜡筒的升降。通过改变恒温油浴、恒温水浴的温度以及样品筒的旋转速度可以进行不同油温、壁温及转速下的原油结蜡规律实验。

Description

原油蜡沉积速率测量装置

技术领域

本发明涉及一种原油结蜡测量装置，尤其适用于高含蜡原油结蜡速率测量。

背景技术

管道输送原油是当前普遍采用的输油方式，具有占地少、输量大、能耗少、运费低，密闭运行，安全性高，便于管理和集中控制等优点。在原油管道运输过程中，当管壁温度低于析蜡点且低于油流温度时，原油中的蜡结晶析出并与原油中的其他组分一道沉积在管壁上，这一现象称为原油管道的蜡沉积。

我国大多数油田生产的原油为含蜡原油，管道输送含蜡原油将不可避免地带来管道结蜡问题。管道结蜡将减少管路的有效流通面积，增大输送压力，降低输送能力，同时还会给管道停输后的再启动带来困难，严重时还可能造成堵管事故。计算表明，对一条直径为500毫米的输油管，2毫米厚的结蜡层使其通过能力下降2.5%，而输送成本也增加2.5%。据有关统计可知，在原油的开采和输送过程中，有关结晶和沉积问题使世界石油工业每年的损失达数十亿美元。故研究输油管中的蜡沉积规律对节约费用，管线设计，确保管线安全输送以及制定合理的清管方案提供科学依据，都具有重要的实际意义。

为了精确模拟含蜡原油的蜡沉积过程，掌握结蜡规律，寻找合理的清、防蜡方法，各国学者进行了大量的试验和理论研究，建立了多种蜡沉积试验装置来测量管道中的蜡沉积厚度以及蜡沉积总量，以研究含蜡原油在各种流态条件下的蜡沉积过程。在实验室内对蜡沉积进行模拟的方法有各种各样，从原理上来讲都是使原油和石蜡沉积表面具有一定的温差，大致可分为3类。

第一类是静态“冷指”和“冷板”法，这类方法的工作原理是将通有冷却介质的金属管或金属板浸入原油中，控制原油和冷却介质的温度，测量在规定时间内金属管或金属板上沉积的石蜡量。这种静态装置不能有效的反应管道实际运行时的动态结蜡情况。第二类是转盘法，转盘法的工作原理是将通有冷却介质的金属盘浸入原油中，金属盘在电机带动下转动，控制原油和冷却介质的温度以及金属盘的转速，测量在规定时间内金属盘上沉积的石蜡量。该方法测量和控制比较方便，但是蜡要沉积在旋转的圆盘上，这与实际管道内原油流动沉积在固定表面上是不一致的。第三类是环道法，环道法的工作原理是将原油在管道内循环，管道浸于冷却介质中，控制原油的流量、原油和冷却介质的温度，测量在规定时间内管道内壁上的结蜡量。但是这种环道测量蜡沉积厚度比较麻烦，因为原油粘度随测量时间的延长发生变化，很难确定压降增大是由于管径变小还是粘度变化引起的，同时，环道用油多耗时长。

发明内容

本发明的目的是提供一种含蜡原油蜡沉积速率测量装置，简便迅速而准确的测量含蜡原油在不同条件下的蜡沉积速率，为现场了解管道结蜡情况以及确定清管周期提供重要依据。

本发明的目的是这样实现的：原油蜡沉积速率测量装置由结蜡筒、样品筒、低阻旋转机构、高速旋转机构、升降机构、恒温油浴、恒温水浴、测量系统、电控系统及数据采集处理系统等组成。在一个箱体内安装有导热油槽，位于导热油槽后方的高速旋转机构固定在上箱板上。高速旋转机构中的交流伺服电机与低阻旋转机构通过低阻轴承相连，从而产生转动；同时，高速旋转机构依靠小同步轮和同步带连接样品筒所嵌入的轴承套并带动样品筒旋转。置于样品筒内部的结蜡筒与升降机构相连并固定于立式导向杆上，可以通过转动手柄上下升降，结蜡筒的温度由其内部的蛇形盘管里的恒温水流来控制；样品筒下部大部分浸入导热油槽以通过导热油槽内油温来控制样品筒内油样的温度。蛇形盘管和导热油槽的温度控制分别通过箱体左右两侧的恒温油浴和恒温水浴来实现。蛇形盘管的进口及出口两端弯曲与盘管主体成90度，蛇形盘管的进口和出口分别通过保温塑料水管连接恒温水浴的出口和进口。整个蛇形盘管卡在扭矩传感器连接块内；扭矩传感器连接块的上部连接扭矩传感器并通过螺母固定在扭矩测量支撑左端，扭矩传感器连接块的下部连接结蜡筒并通过螺母固定。扭矩传感器将测量的扭矩变化的力学信号转化为电信号，通过数据线传输到数据采集卡上。导热油槽的入口由保温导热油管连接恒温油浴的出口，导热油槽的出口由保温导热油管连接恒温油浴的入口，通过恒温油浴控制导热油槽的油温。

电控系统主要由三菱MJ-R3伺服、数据采集卡等组成，与扭矩和各温度的显示仪表一并在电控箱内。交流伺服电机通过数据线与三菱MJ-R3伺服相连，由三菱MJ-R3伺服来完成对电机的速度的调节以及计速。三菱MJ-R3伺服的USB端口通过数据线与计算机连接，实现计算机操控电机的目的，同时交流伺服电机的转速会通过三菱MJ-R3伺服实时显示在计算机上。数据采集卡输入端与扭矩传感器、恒温水浴温度探针、恒温油浴的温度探针通过数据线连接，输出端通过数据线连接计算机和相关电控箱上的显示仪表上。数据采集卡将测得的扭矩、油浴温度，水浴温度的电信号转化为数字信号，并将各个数字信号实时显示在计算机终端和电控箱上对应的仪表上。

本发明的有益效果是：因为本装置实现了结蜡装置的小型化，所以实验装置体积小，占地面积少，所需实验油样少且实验装置投资成本相对较低；结蜡筒实现了自由升降，故可以直接称量其壁面上结蜡量，方便准确；本装置除用于常规的结蜡模拟和预测外，还可以用于评价防蜡剂的效果、研究结蜡层组成等；本装置配有数据采集处理系统，由计算机采集的数据经处理可生成原始数据报表、分析报表以及曲线图，同时生成数据库文件格式，可随时导入EXCEL文档以便用户灵活使用。

附图说明

图1是本发明所述的原油蜡沉积速率测量装置的整体示意图。

图2是本发明所述的测量装置的电控箱示意图。

图3是本发明所述的测量装置的结蜡筒与扭矩测量系统支撑的剖面图。

图4是本发明所述的测量装置的旋转系统与样品筒的剖面图。

图5是本发明所述测量装置的数据采集与处理的计算机程序框图。

图中，1—恒温水浴，2—保温塑料水管，3—转动手柄，4—立式导向杆，5—升降机构，6—结蜡筒，7—防挥发筒盖，8—样品筒，9—电控箱，10—阀门，11—保温导热油管，12—温度探针，13—蛇形盘管，14—蛇形盘管进水口，15—扭矩传感器连接块，16—扭矩传感器，17—扭矩测量支撑，18—吊钩，19—蛇形盘管出水口，20—导热油进口，21—交流伺服电机，22—低阻轴承，23—电机连接轴，24—小同步轮，25—同步带，26—高速旋转轴承，27—转动轴套，28—固定板，29—导热油出口，30-导热油槽，31-箱体，32-温度探针，33-扭矩显示仪表，34-原油温度显示仪表，35-结蜡筒壁面温度显示仪表，36-电源按钮开，37-电源按钮关，38-恒温油浴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来进一步描述本发明。

本实施例是一实验样机，其整体结构如图1所示。本发明所述的原油蜡沉积速率测量装置由结蜡筒6、样品筒8、低阻旋转机构、高速旋转机构、升降机构5、恒温油浴38、恒温水浴1、测量系统、电控系统及数据采集处理系统等组成。在一个箱体31内安装有导热油槽30，位于导热油槽30后方的高速旋转机构固定在上箱板上。高速旋转机构中的交流伺服电机21与低阻旋转机构通过电机连接轴23的低阻轴承22相连，从而产生转动；同时，高速旋转机构依靠小同步轮24和同步带25连接样品筒8所嵌入的轴承套并带动样品筒8旋转。置于样品筒8内部的结蜡筒6与升降机构5相连并固定于立式导向杆4上，可以通过转动手柄3上下升降，结蜡筒6的温度由其内部的蛇形盘管13里的恒温水流来控制；样品筒8下部大部分浸入导热油槽30以通过导热油槽30内油温来控制样品筒8内油样的温度。蛇形盘管13和导热油槽30的温度控制分别通过箱体31左右两侧的恒温油浴38和恒温水浴1来实现。蛇形盘管13的进口及出口两端弯曲与盘管主体成90度，蛇形盘管13的进口和出口分别通过保温塑料水管2连接恒温水浴1的出口和进口。整个蛇形盘管13卡在扭矩传感器连接块15内；扭矩传感器连接块15的上部连接扭矩传感器16并通过螺母固定在扭矩测量支撑17左端，扭矩传感器连接块15的下部连接结蜡筒6并通过螺母固定。扭矩传感器16将测量的扭矩变化的力学信号转化为电信号，通过数据线传输到数据采集卡上。导热油槽30的入口由保温导热油管11连接恒温油浴38的出口，导热油槽30的出口由保温导热油管11连接恒温油浴38的入口，通过恒温油浴38控制导热油槽30的油温。

通过恒温水浴1对结蜡筒6进行降温，使结蜡筒6壁面达到所需温度，二者通过保温塑料水管2连接；恒温油浴38通过保温导热油管11与样品筒8相连，并对样品筒8进行加热，使样品筒内原油达到所需温度；结蜡筒6通过扭矩测量支撑与升降机构5相连，升降机构5可在立式导向杆4上随着转动手柄3的转动而上下移动；电控箱9通过数据传输线与测量系统以及计算机相连，通过计算机上的数据采集软件可以控制样品筒8的转速。

图2为本发明所述测量装置的电控箱9的示意图，电控箱面板上主要包括装置电源按钮开36和电源按钮关37以及三个仪表，分别是扭矩显示仪表33、原油温度显示仪表34和结蜡壁温度显示仪表35，扭矩显示仪表33通过数据传输线与扭矩传感器相连，实时显示结蜡筒6的扭矩并反馈到计算机上的数据采集软件上；原油温度显示仪表34通过数据传输线与导热油槽30中的温度探针32相连，实时显示样品筒8内原油的温度并反馈到计算机上的数据采集软件上；结蜡壁温度显示仪表35通过数据传输线与结蜡筒6壁面处温度探针12相连，实时显示结蜡筒6壁面处的温度并反馈到计算机上的数据采集软件上。

结蜡筒与扭矩测量系统支撑的剖面如图3所示，温度探针12固定在结蜡筒6外壁处，并通过数据传输线与图2中的结蜡壁温度显示仪表35相连；蛇形盘管进水口14及蛇形盘管出水口19同时搭在扭矩传感器连接块15和吊钩18两侧，使得蛇形盘管13固定在结蜡筒6内部；扭矩传感器连接块15上部连接扭矩传感器16，可以将结蜡筒6收到的扭矩反映到扭矩传感器16上；扭矩传感器16上部通过螺母固定在扭矩测量支撑17左侧，扭矩测量支撑17右侧可以通过螺母连接升降机构5，整个结蜡筒及扭矩测量系统可随升降机构上下运动。

旋转系统与样品筒的剖面如图4所示，旋转系统以及样品筒都固定在装置箱体31的上板上；导热油槽30固定在箱体31内部，导热油槽30左侧下部的导热油进口20与恒温油浴38的出口相连，导热油槽30右侧上部的导热油出口29与恒温油浴38的进口相连；固定板28通过螺母固定在箱体31上，位于导热油槽30的上部，轴承套27与高速旋转轴承26相连固定于固定板28内部，样品筒8可以卡在轴承套27中，并通过螺母固定；交流伺服电机21的电机连接轴23与低阻轴承22相连固定在箱体31左侧内部，电机连接轴23上部与小同步轮24相连；使用同步带25将小同步轮24和轴承套27连接起来，使得样品筒8在交流伺服电机21的带动下旋转。

工作原理及过程，通过恒温油浴及恒温水浴控制样品筒内原油温度和结蜡筒外壁处温度，使得结蜡筒外壁处温度低于样品筒内油温且小于原油析蜡点，同时控制样品筒在某一速度下旋转，使得结蜡筒壁面处原油处于一定的剪切强度下，此时结蜡筒外壁上将会有蜡层产生，在一段时间后可以将结蜡筒升起来称量沉积在壁面上的沉积量。这样就可以模拟原油在一定剪切应力和油壁温差下的结蜡实验。

具体实验过程为：将试验油样放入样品筒8中，通过计算机上的数据采集软件设置样品筒8转速，在数据采集软件上输入转速后，计算机向交流伺服电机21发射信号，交流伺服电机21带动小转轮24转动并通过同步带25最终带动样品筒以规定转速转动。根据结蜡实验要求的原油温度和结蜡筒6壁面温度，设定并控制恒温油浴38和恒温水浴1的温度。温度探针32探测原油的温度，另一温度探针12探测结蜡筒壁面处温度，并将实时数据通过电控箱9上的原油温度显示仪表34，结蜡筒壁面温度显示仪表35显示出来。当原油温度及结蜡筒壁面温度达到实验要求的温度时，转动转动手柄3，控制升降机构5在立式导向杆4上下降，使得结蜡筒6同时下降至样品筒8内油面以下。结蜡筒壁面处受到的扭矩可以通过扭矩传感器16测得，并在电控箱9上的扭矩显示仪表33上显示出来。蜡沉积实验结束后，转动转动手柄3，提起结蜡筒6，称取壁面上的蜡沉积量以及量取壁面上蜡沉积层的长度。

由以上工作过程可见，本发明结构较为简单，占地面积小，操作较为简便；耗油量少，试验周期短；且各实验条件能够从微观上很好的与现场条件相吻合，可以充分的反应各种现场条件下原油的结蜡情况。本实验装置采用的测量结蜡方法为直接称重法，简单准确，能够准确反映实验结果。

Claims (6)

1.一种原油蜡沉积速率测量装置，包括结蜡筒、样品筒、低阻旋转机构、高速旋转机构、恒温油浴、升降机构、恒温水浴、测量系统、电控系统及数据采集处理系统，其特征是，在一个箱体内安装有导热油槽，位于导热油槽后方的高速旋转机构固定在上箱板上，高速旋转机构中的交流伺服电机与低阻旋转机构通过电机连接轴外套低阻轴承相连，从而产生转动；同时，高速旋转机构依靠小同步轮和同步带连接样品筒所嵌入的轴承套并带动样品筒旋转；样品筒内部的结蜡筒与升降机构相连并固定于立式导向杆上，通过转动手柄上下升降，结蜡筒的温度由其内部的蛇形盘管里的恒温水流来控制；样品筒下部大部分浸入导热油槽以通过导热油槽内油温来控制样品筒内油样的温度；蛇形盘管的进口及出口两端弯曲与盘管主体成90度，蛇形盘管的进口和出口分别通过保温塑料水管连接恒温水浴的出口和进口，整个蛇形盘管卡在扭矩传感器连接块内，扭矩传感器连接块的上部连接扭矩传感器并通过螺母固定在扭矩测量支撑左端，扭矩传感器连接块的下部连接结蜡筒并通过螺母固定，扭矩传感器将测量的扭矩变化的力学信号转化为电信号，通过数据线传输到数据采集卡上；导热油槽的入口由保温导热油管连接恒温油浴的出口，导热油槽的出口由保温导热油管连接恒温油浴的入口，通过恒温油浴控制导热油槽的油温；所述测量系统包括扭矩测量系统、速度测量系统和温度测量系统。

2.根据权利要求1所述的原油蜡沉积速率测量装置，其特征是，所述低阻旋转机构包括低阻轴承及其轴承套。

3.根据权利要求1所述的原油蜡沉积速率测量装置，其特征是，所述高速旋转机构由高速旋转电机、高速旋转轴承及其轴承套、速度调节器通过联轴节连接组成。

4.根据权利要求1所述的原油蜡沉积速率测量装置，其特征是，所述的扭矩测量系统由通过螺母固定在扭矩测量支撑左端的扭矩传感器连接块连接微量程扭矩传感器，数显仪表与微量程扭矩传感器通过数据线连接。

5.根据权利要求1所述的原油蜡沉积速率测量装置，其特征是，所述速度测量系统包括速度测量机构及速度显示仪表。

6.根据权利要求1所述的原油蜡沉积速率测量装置，其特征是，所述的温度测量系统包括温度测量探针及其显示仪表。

Images