CN103792105A - 模拟清管过程水力脉冲的实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种模拟清管过程水力脉冲的实验装置，该实验装置包括实验管道系统、与实验管道系统连接的供气系统、供水系统和排水系统及对实验管道进行测量和数据采集的测量与数据采集系统；实验管道系统包括测试管道，测试管道由进口向出口的方向呈向下倾斜设置，测试管道的进口端连接有快接蝶阀，测试管道的出口端连接有收球筒；测量与数据采集系统包括有电磁测速器，电磁测速器包括有多个等间距缠绕在测试管道外壁上的感应线圈，清管器上设有磁铁；该实验装置能模拟清管过程中清管器的运动特性及清管器头部气液流动变化规律，研究清管过程中清管器前端气液流动产生压力激增的变化规律及影响因素；其结构合理、设计巧妙、测量设备先进。

Description

模拟清管过程水力脉冲的实验装置

技术领域

本发明是关于一种油气管道的实验装置，是用于模拟在管道试压排水过程中高速清管器与前端气液两相的相互作用所产生的压力脉冲的实验装置，尤其涉及一种模拟清管过程水力脉冲的实验装置。

背景技术

对于刚建成的油气管道，试压是保证管道安全运行的重要手段，也是工程竣工投产前对管道进行安全检查的必要环节，施压包括了强度试压和严密性试压。通过试验能够检验管道的质量，及时发现管道存在的缺陷，以便采取措施尽早排除管线中的安全隐患。为了保证安全，通常使用水为施压介质。在试压完成之后，需要将管道内残留的水排出。实际工程中一般是利用压缩空气推动清管器将管道内的试压水推至管口排出。在这个清管器推动液体排水的过程中，如果管道中存在滞留气，或者是清管器后端的高压气体泄漏到液段后，在清管器头部就会产生气液两相流动，在清管器的高速冲击下，就会产生水力脉冲，会使管道压力急剧升高从而对管路造成巨大的破坏。

气液流动实验管道作为气液两相流动过程中管流特性、压力升高规律等方面的主要实验研究手段，其实验结果对实际管道的设计和运行操作具有很强的适用性和指导作用，一直是国内外研究油气管道气液流动水力脉冲的特性和压力脉冲形成过程的重要手段，但是这些现有的实验管道都不能模拟清管过程中清管器推动液柱产生气液两相流动的过程，特别是不能模拟清管过程中高速运动的清管器冲击对气液两相流动的影响，在清管器高速运动的过程中无法扑捉清管器并进行追踪，不足以对试压排水过程复杂的水力脉冲特性进行模拟。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种模拟清管过程水力脉冲的实验装置，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟清管过程水力脉冲的实验装置，以能够模拟清管过程清管器的运动特性以及清管器头部气液流动变化规律，研究清管过程中清管器前端气液流动产生压力激增的变化规律及影响因素。

本发明的另一目的在于提供一种模拟清管过程水力脉冲的实验装置，能够通过控制变量法探究不同的因素对压力激增大小的影响。

本发明的目的是这样实现的，一种模拟清管过程水力脉冲的实验装置，所述模拟清管过程水力脉冲的实验装置包括有实验管道系统、与所述实验管道系统连接的供气系统、供水系统和排水系统、以及对所述实验管道系统进行测量和数据采集的测量与数据采集系统；所述实验管道系统包括有测试管道，该测试管道由进口向出口的方向呈向下倾斜设置，所述测试管道的进口端连接有快接蝶阀，测试管道的出口端连接有收球筒，所述快接蝶阀和收球筒分别用于发送和接收在测试管道内移动的清管器；所述供气系统具有供气管，所述供气管的一端连接有空气压缩机，供气管另一端与所述快接蝶阀相连；所述供水系统具有供水管，所述供水管的一端连接有储水罐，供水管另一端与收球筒相连；所述排水系统具有排水管，所述排水管的一端连接有储水箱，排水管另一端与所述收球筒相连；所述测量与数据采集系统包括有电磁测速器，所述电磁测速器包括有多个等间距缠绕在所述测试管道外壁上的感应线圈，所述清管器上设有磁铁；所述电磁测速器连接于计算机。

在本发明的一较佳实施方式中，所述测试管道由透明有机玻璃管制成，测试管道总长度为7.85m，上下高差为6.13m。

在本发明的一较佳实施方式中，所述测量与数据采集系统还包括有设置在测试管道外侧的高速摄像机，高速摄像机与所述计算机相连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述实验管道系统还包括有一段水平管道，所述水平管道连接在测试管道的出口端与收球筒之间。

在本发明的一较佳实施方式中，所述电磁测速器中的感应线圈设置10个，等间距70cm缠绕在测试管道外壁。

在本发明的一较佳实施方式中，所述电磁测速器中设有过滤杂波的滤波器。

在本发明的一较佳实施方式中，所述供水系统中，在储水罐与收球筒之间设有水泵；在储水罐与所述水泵之间连接有液体过滤器。

在本发明的一较佳实施方式中，所述供气系统中，在空气压缩机与所述快接蝶阀之间设有缓冲罐；在缓冲罐与快接蝶阀之间连接有气体过滤器。

在本发明的一较佳实施方式中，所述排水系统中，在排水管与储水箱之间并联设置有多个排水阀。

在本发明的一较佳实施方式中，在所述测试管道的进口端和出口端均设有放空球阀。

在本发明的一较佳实施方式中，所述实验管道系统、供气系统、供水系统和排水系统中均设有截断阀；所述排水系统中设有流量计；所述收球筒上设有压力传感器。

在本发明的一较佳实施方式中，所述快接蝶阀由一个快接法兰和蝶阀组成。

由上所述，本发明的模拟清管过程水力脉冲的实验装置，能够模拟清管过程中清管器的运动特性以及清管器头部气液流动变化规律，研究清管过程中清管器前端气液流动产生压力激增的变化规律及影响因素。本装置充分考虑了清管器运动对气液两相流动的影响的因素，紧密结合现场实际工况，其结构合理、设计巧妙、测量设备先进。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为本发明模拟清管过程水力脉冲的实验装置的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明提出一种模拟清管过程水力脉冲的实验装置100，所述模拟清管过程水力脉冲的实验装置100包括有实验管道系统1、与所述实验管道系统1连接的供气系统2、供水系统3和排水系统4、以及对所述实验管道系统1进行测量和数据采集的测量与数据采集系统5；

所述实验管道系统1包括有测试管道11，该测试管道11由进口端111向出口端112的方向呈向下倾斜设置，所述测试管道的进口端和出口端均设有放空球阀1111、1121，所述测试管道11的进口端111连接有快接蝶阀6，测试管道11的出口端112连接有收球筒7，在本实施方式中，测试管道11的出口端112与收球筒7的第一进口连接，在收球筒7的第一进口前方的管道中还设有截断阀13；所述快接蝶阀6和收球筒7分别用于发送和接收在测试管道内移动的清管器（图中未示出）；在本实施方式中，所述快接蝶阀6由一个快接法兰62和蝶阀61组成，可通过所述快接法兰62将所述清管器放入所述测试管道11中，所述快接蝶阀6其具有控制背压来调节清管器初始速度和发送清管器的功能；

所述供气系统2具有供气管21，所述供气管21的一端连接有空气压缩机22，空气压缩机22用于将外界气体压缩输入供气管21内，供气管21另一端与所述快接蝶阀6相连，在空气压缩机22与所述快接蝶阀6之间设有缓冲罐23，外界气体通过连接在供气管21上的缓冲罐23缓冲后推动清管器进入测试管道11内；在本实施方式中，缓冲罐23是由四个串联的缓冲罐体组成的，能起到稳定从空压机中出来的高压气体；在缓冲罐23与快接蝶阀6之间连接有气体过滤器24，在气体过滤器24两端沿气体流动方向分别设有截断阀25和压力表26,通过供气系统2可以向实验管道系统1提供稳定流动的气体；其中，气体过滤器24用于过滤供气管21内气体中的杂质，压力表26用于采集供气管21内流经的气体的压力；

所述供水系统3具有供水管31，所述供水管31的一端连接有储水罐32，供水管另一端与收球筒7的第二进口连接；在储水罐32与收球筒7之间设有水泵33；在储水罐32与所述水泵33之间连接有液体过滤器34，用于过滤储水罐32内液体中的杂质；在水泵33与收球筒7之间还设有截断阀35；该供水系统3用于向实验管道系统1提供液相流体，其供水管31通过水泵33将储水罐32内的水打入所述收球筒7并提供给实验管道系统1；

所述排水系统4用于收集实验管道系统1排出的水，排水系统4具有排水管41，所述排水管41的一端通过排水阀组43连接于一储水箱42，排水管另一端与所述收球筒7的出口相连；所述排水阀组43由在排水管与储水箱之间并联设置的多个排水阀构成，可以通过选择性开闭排水阀来控制排水速度；所述排水管上与收球筒7出口连接部位还设有流量计44和截断阀45；

所述测量与数据采集系统5包括有电磁测速器51，所述电磁测速器51中包括有多个等间距缠绕在所述测试管道11外壁上的感应线圈511，所述清管器上设有磁铁；所述电磁测速器51连接于一计算机52；所述收球筒7上设有压力传感器71；所述清管器经过所述感应线圈时，会产生感应电流脉冲，通过数据卡传到计算机终端；在本实施方式中，所述电磁测速器51中设有过滤杂波的滤波器（图中未示出）。

进一步，在本实施方式中，所述测试管道11是由透明有机玻璃管制成的，测试管道11总长度为7.85m，上下高差为6.13m；所述测量与数据采集系统5还包括有设置在透明测试管道外侧的高速摄像机53，高速摄像机53正对测试管道11的上半部分，其用于捕捉测试管道11内清管器运动过程和气液两相介质的瞬时流动状态，高速摄像机8将其拍摄的图像传输给计算机52进行储存并显示。

在本实施方式中，所述电磁测速器51中的感应线圈设置10个，等间距70cm缠绕在测试管道11外壁。

在本实施方式中，所述实验管道系统1还包括有一段水平管道12，所述水平管道12通过一弯头14连接在测试管道11的出口端112与收球筒第一进口之间；所述截断阀13设置在所述水平管道12中。

利用该模拟清管过程水力脉冲的实验装置100进行模拟实验的过程如下：

如图1所示，首先，关闭蝶阀61打开放空球阀1111，打开水泵33、截断阀35和截断阀13，并关闭排水阀组43和截断阀45；当液位上升到设定位置时关闭截断阀35；打开空气压缩机22和截断阀25，使压力达到设定的值后关闭空气压缩机22；接下来打开快接法兰62，将清管器置入测试管道进口端111后复原；然后打开数据采集系统等待测量数据；放空球阀1111后打开蝶阀61的同时打开排水阀组43和截断阀45；清管器发出且液位开始下降，当收球筒7收到清管器后关闭截断阀13；关闭蝶阀61并打开放空球阀1111释放管道内剩余压力；将清管器取出后恢复，收集实验数据并保存，打扫试验现场等待进行下一次试验。

在本实施方式中，可以选择不同过盈量、不同重量、不同磁性、不同构造的清管器来进行实验。可以通过选择性开闭所述排水阀组中的一个或多个排水阀来控制排水速度。

本发明的模拟清管过程水力脉冲的实验装置，可用于模拟清管过程中清管器的运动特性以及清管器头部气液流动变化规律，研究清管过程中压力脉冲变化规律及影响因素，通过设计实验方案来完成实验目标。本装置充分考虑了清管器运动对气液两相流动的影响的因素，紧密结合现场实际工况，与现有技术相比具有以下优点：

1）结构合理：本发明的实验管道系统、供水系统、供气系统、收发球系统和排水系统之间衔接紧凑，充分利用实验室有限空间，供水系统、供气系统和排水系统之间切换方便且各测量设备满足仪表的安装要求。

2）设计巧妙：本发明的采用快接蝶阀代替笨重的发球筒，能够满足试验的频繁发球的要求；所述清管器速度测量系统包括高速摄像机和电磁测速器两个部分，相互独立运作且可以相互验证数据；将供水系统和排水系统联系在一起，在收球筒末端分开，并且两个系统都能够独立的运行。

3）测量设备先进：本发明在有机玻璃管上安装了电磁测速器，能够测量带磁铁的清管器在管道内运行的速度；在测试管道上采用高速摄像机进行拍摄，使得数据采集量大大增加，同时也能斧正电磁测速器对清管器速度的测量；另外，运用压力传感器、压力表和流量计对相关数据的采集，避免人工操作误差，实现数据采集自动化。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (12)

1.一种模拟清管过程水力脉冲的实验装置，所述模拟清管过程水力脉冲的实验装置包括有实验管道系统、与所述实验管道系统连接的供气系统、供水系统和排水系统、以及对所述实验管道系统进行测量和数据采集的测量与数据采集系统；其特征在于：所述实验管道系统包括有测试管道，该测试管道由进口向出口的方向呈向下倾斜设置，所述测试管道的进口端连接有快接蝶阀，测试管道的出口端连接有收球筒，所述快接蝶阀和收球筒分别用于发送和接收在测试管道内移动的清管器；所述供气系统具有供气管，所述供气管的一端连接有空气压缩机，供气管另一端与所述快接蝶阀相连；所述供水系统具有供水管，所述供水管的一端连接有储水罐，供水管另一端与收球筒相连；所述排水系统具有排水管，所述排水管的一端连接有储水箱，排水管另一端与所述收球筒相连；所述测量与数据采集系统包括有电磁测速器，所述电磁测速器包括有多个等间距缠绕在所述测试管道外壁上的感应线圈，所述清管器上设有磁铁；所述电磁测速器连接于计算机。

2.如权利要求1所述的模拟清管过程水力脉冲的实验装置，其特征在于：所述测试管道由透明有机玻璃管制成，测试管道总长度为7.85m，上下高差为6.13m。

3.如权利要求2所述的模拟清管过程水力脉冲的实验装置，其特征在于：所述测量与数据采集系统还包括有设置在测试管道外侧的高速摄像机，高速摄像机与所述计算机相连接。

4.如权利要求3所述的模拟清管过程水力脉冲的实验装置，其特征在于：所述实验管道系统还包括有一段水平管道，所述水平管道连接在测试管道的出口端与收球筒之间。

5.如权利要求1所述的模拟清管过程水力脉冲的实验装置，其特征在于：所述电磁测速器中的感应线圈设置10个，等间距70cm缠绕在测试管道外壁。

6.如权利要求1所述的模拟清管过程水力脉冲的实验装置，其特征在于：所述电磁测速器中设有过滤杂波的滤波器。

7.如权利要求1所述的模拟清管过程水力脉冲的实验装置，其特征在于：所述供水系统中，在储水罐与收球筒之间设有水泵；在储水罐与所述水泵之间连接有液体过滤器。

8.如权利要求1所述的模拟清管过程水力脉冲的实验装置，其特征在于：所述供气系统中，在空气压缩机与所述快接蝶阀之间设有缓冲罐；在缓冲罐与快接蝶阀之间连接有气体过滤器。

9.如权利要求1所述的模拟清管过程水力脉冲的实验装置，其特征在于：所述排水系统中，在排水管与储水箱之间并联设置有多个排水阀。

10.如权利要求1所述的模拟清管过程水力脉冲的实验装置，其特征在于：在所述测试管道的进口端和出口端均设有放空球阀。

11.如权利要求1所述的模拟清管过程水力脉冲的实验装置，其特征在于：所述实验管道系统、供气系统、供水系统和排水系统中均设有截断阀；所述排水系统中设有流量计；所述收球筒上设有压力传感器。

12.如权利要求1所述的模拟清管过程水力脉冲的实验装置，其特征在于：所述快接蝶阀由一个快接法兰和蝶阀组成。

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