CN104374878A - 组合式多相流体管道内水合物生成实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了组合式多相流体管道内水合物生成实验装置，属于水合物流动安全领域。反应釜内有液相，气体经过气体增压泵增压注入反应釜中。反应釜筒体上的视窗可观测反应釜内水合物的生成情况。反应釜外的夹套充满冷却液对反应釜控温，冷却液由控温水浴控温循环。水合物生成过程中的温度和压力信号由数据采集系统收集。该装置有两种使用方法，第一种使用方法将该反应釜作为摇摆釜。动力摇摆系统里的电动机带动摇摆支架上的反应釜以釜体中心为支点，使反应釜两端上下摆动，从而带动反应釜内气液多相相互混合。第二种使用方法将反应釜作为搅拌釜。磁力搅拌系统中的磁力搅拌器提供外加磁场带动反应釜内磁子转动，对反应釜内的气液两相进行搅拌。

Description

组合式多相流体管道内水合物生成实验装置

技术领域

本发明涉及一种组合式多相流体管道内水合物生成实验装置，属于水合物流动安全领域。

背景技术

随着海上油气资源的开发，深海的管道流动安全问题成为能源工业的一个主要问题。水合物堵塞深海管道是流动安全的重要课题之一。在油气输送过程中，如果管道内条件有利于水合物的生成并使之稳定存在，则管道内的会生成水合物并导致管道内压力升高甚至产生堵塞，从而产生安全问题造成重大损失。

抑制管道内水合物生成的传统方法是向油气输送管道内注入水合物热力学抑制剂、加热油气输送管道和降低管道内的压力。添加水合物热力学抑制剂可以改变水合物的生成温度和压力，使水合物的生成温度降低，生成压力增高。加热油气管道和改变管道内压力能够使管道内的温度和压力条件远离水合物生成的临界点。新兴的风险控制技术包括向管道内添加水合物动力学抑制剂、水合物阻聚剂以及不添加任何添加剂的冷流技术。向管道内添加动力学抑制剂可以降低水合物的生成速率，延长水合物生成的时间。而添加阻聚剂虽然不能阻止水合物的生成，但是可以防止水合物颗粒粘附聚集形成堵塞。目前，管道内水合物控制技术用的主要是传统方法。由于油气开采的水域越来越深，传统方法收到经济的因素的限制。因此，流动安全的研究逐渐从传统方法转移到风险控制技术上。

作为风险控制技术的一个重要研究领域，水合物浆的生成和流动特性的研究还停留在实验研究阶段。当前的实验研究的主要方法是通过水合物浆流动实验模拟实际工程。总体来说，实验室研究主要分为两类：一类是高压容器实验，另一类是流动管道实验。这两类实验的方法不同，能够得到不同方面的水合物成核、诱导时间和传热传质信息。

发明内容

为了研究管道多相流动中水合物的生成、流动和沉积性质，本发明提供了一种组合式多相流体管道内水合物生成实验装置，该装置可以通过搅拌和摇摆的方式，模拟实际管道中多相流动产生的剪切力和紊流，并通过控制温度和压力条件，使流动的多相中生成水合物，从而研究多相流动中的水合物特性；该装置可以精准的控制反应温度和压力条件并实时采集数据，另外，该装置具备可视化功能，装置造价较低。该装置的发明对于研究多相流动中水合物的生成流动和沉积特性具有重要的意义。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种组合式多相流体管道内水合物生成实验装置，包括反应釜29、温度控制系统、供气增压系统、动力摇摆系统、磁力搅拌系统和数据采集系统。温度控制系统可以精确的控制反应釜内的温度；供气增压系统提供一定压力的气体给反应釜；动力摇摆系统以一定的摇摆角度和摇摆速度使反应釜整体摇摆并带动反应釜内的钢珠滚动，使气液多相相互接触，促进水合物生成；磁力搅拌系统使磁子转动搅拌气液多相，使气液多相相互接触，促进水合物生成；数据采集系统可以实时采集温度、压力信号，并进行实时分析。

所述反应釜29采用钛合金材质，反应釜29两端均可拆卸，其中，在反应釜29的一端设有进气口4、热电偶入口2、排气口5、进液口7和蓝宝石透光孔8，反应釜29内侧安装可拆卸搅拌轴23，可拆卸搅拌轴23上安装有磁子9；反应釜29另一端安装圆形蓝宝石视窗10；反应釜29的筒壁上对称设置长条形蓝宝石视窗24；反应釜29由固定支架12固定在夹套内11；所述夹套11采用不锈钢材质，夹套11两端均可拆卸，夹套11靠近反应釜29的蓝宝石透光孔8一端，相应设置冷却液入口1、热电偶入口2、进气口4、排气口5、进液口7和光源3，夹套11另一端安装圆形玻璃视窗28和冷却液出口22，夹套11筒壁上与反应釜29筒壁上的长条形蓝宝石视窗24相同的位置安装两个长条形玻璃视窗25。

所述温度控制系统包含控温水浴15和夹套11，控温水浴15使冷却液从夹套11的冷却液入口1注入，充满夹套11和反应釜29之间的腔体对反应釜29进行控温，冷却液从冷却液出口22排出，冷却液在夹套11和控温水浴15之间不断循环。

所述供气增压系统包含气罐14和气体增压泵18，气体经过气体增压泵18增压后通过进气口4进入反应。

所述动力摇摆系统包含钢珠21、摇摆支架19和电动机17，电动机17通过杠杆结构31与摇摆支架19相连，摇摆支架19上安装反应釜29，电动机17上的杠杆结构31上下运动带动摇摆支架19上下摆动，带动反应釜29内钢珠21滚动，摇摆支架19的摆动角度以水平方向为基准，向上摆动和向下摆动的最大角度为45°，摇摆支架19摆动的速度和角度可调。

所述的磁力搅拌系统包含磁力搅拌器27、可拆卸搅拌轴23和磁子9；反应釜29置于磁力搅拌器27上。

所述的数据采集系统包含计算机30、数据采集模块16、热电偶20和压力传感器24，数据采集模块16与热电偶20和压力传感器24相连，实时检测并采集反应釜29内的温度和压力数据。

其优点是：

1)反应釜能承受0－30Mpa的压力和268－288K，可以模拟海底油气输送管道的温度和压力条件；

2)反应釜内搅拌轴可以拆卸，使反应釜既可做反应釜使用，也可做摇摆釜使用；

3)反应釜内可拆卸搅拌轴位于反应釜内部，属于非侵入性搅拌方式，有利于增强反应釜的密封性；

4)反应釜安装了圆形蓝宝石玻璃视窗、长条形蓝宝石视窗和光源，夹套上安装了圆形玻璃视窗和长条形玻璃视窗，因此可以方便实时地观察反应釜内水合物的生成情况；

5)分离塔内温度控制系统采用夹套结构进行控温，能够实现对温度的快速、精确控制，满足高精度实验要求，；

6)反应釜采用钛合金材质，减小了反应釜本身对磁力搅拌器磁场的影响；

7)数据采集系统具备数据存储、实时数据和图像分析软件支持；

8)系统造价相对较低；

9)对于研究多相流动中水合物的生成、流动和沉积特性具有重要的基础意义，对于油气输送的流动安全领域中各种问题的解决具有重要意义。

附图说明

图1是一种组合式多相流体管道内水合物生成实验装置工作原理框图。

图2是一种组合式多相流体管道内水合物生成实验装置反应釜釜体结构图。

图3是一种组合式多相流体管道内水合物生成实验装置夹套右视图。

图4是一种组合式多相流体管道内水合物生成实验装置反应釜右视图。

图5是一种组合式多相流体管道内水合物生成实验装置夹套左视图。

图6是一种组合式多相流体管道内水合物生成实验装置反应釜左视图。

图7是一种组合式多相流体管道内水合物生成实验装置系统图(反应釜作摇摆釜使用)。

图8是一种组合式多相流体管道内水合物生成实验装置系统图(反应釜作搅拌釜使用)。

图中：1 冷却液入口；2 热电偶入口；3 光源；4 进气口；5 排气口；6 螺母；7 进液口；8 蓝宝石透光孔；9 磁子；10 圆形蓝宝石视窗；11 夹套；12 固定支架；13 光源线入口；14 气罐；15 控温水浴；16 数据采集模块；17 电动机；18 气体增压泵；19 摇摆支架；20 热电偶；21 钢珠；22 冷却液出口；23 可拆卸搅拌轴；24 长条形蓝宝石视窗；25 长条形玻璃视窗；26 底座；27 磁力搅拌器；28 圆形玻璃视窗；29 反应釜；30 计算机；31 杠杆结构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1所示为组合式多相流体管道内水合物生成实验装置工作原理框图，其工作过程为：反应釜内加入液相后安装反应釜并连接管路检查气密性，气体经气体增压泵增压后输入反应釜中，开启控温水浴对反应釜进行温度控制，开启动力摇摆系统或磁力搅拌系统，使反应釜内气液多相混合并生成水合物，反应过程中的工作参数如温度、压力由数据采集系统采集和实时分析，反应过程中用相机记录通过可视化窗口记录反应釜内的水合物生成情况。

图2所示为组合式多相流体管道内水合物生成实验装置反应釜内部结构图，下面按图中所示加以说明：

反应釜作为搅拌釜使用时，安装可拆卸搅拌轴。反应釜作为摇摆釜使用时，拆下可拆卸搅拌轴，在反应釜内放入直径略小于反应釜内径的钢珠。将反应釜和夹套两端安装好，确定密封完好后连接热电偶、进气口、排气口、冷却液入口和冷却液出口。

图7所示为组合式多相流体管道内水合物生成实验装置系统图反应釜作摇摆釜使用。

1温度控制系统工作过程为：实验开始时将控温水浴的温度设置到实验设定值，开启控温水浴，使冷却介质充满夹套来控制反应釜内的温度。

2供气增压系统工作过程为：打开气罐，开启气体增压泵，将气体注入反应釜，使釜内压力达到实验设定值。

3数据采集系统工作过程为：热电偶、压力传感器采集得到反应釜内温度、压力信号，这些信号被传输到数据采集的计算机由MCGS软件进行数据显示和存储。

4动力摇摆系统工作过程为：将反应釜安装并固定到摇摆支架上，设定好电动机的摇摆速度和摇摆角度，开启电动机，使反应釜开始摆动，钢珠滚动，反应釜内气液多相相互混合并开始反应。

图8所示为组合式多相流体管道内水合物生成实验装置系统图反应釜作搅拌釜使用。

反应釜作为搅拌釜使用时，温度控制系统、供气增压系统、数据采集系统的工作过程与反应釜作为摇摆釜时的工作过程相同。

磁力搅拌系统工作过程为：将反应釜安放在磁力搅拌器上，设定好磁力搅拌器的转速，开启磁力搅拌器，使反应釜内的磁子开始转动带动反应釜内气液多相相互混合并开始反应。

Claims (1)

1.一种组合式多相流体管道内水合物生成实验装置，其特征在于，该水合物生成实验装置包括反应釜(29)、温度控制系统、供气增压系统、动力摇摆系统、磁力搅拌系统和数据采集系统；

所述反应釜(29)采用钛合金材质，反应釜(29)两端均可拆卸，其中，在反应釜(29)的一端设有进气口(4)、热电偶入口(2)、排气口(5)、进液口(7)和蓝宝石透光孔(8)，反应釜(29)内侧安装可拆卸搅拌轴(23)，可拆卸搅拌轴(23)上安装有磁子(9)；反应釜(29)另一端安装圆形蓝宝石视窗(10)；反应釜(29)的筒壁上对称设置长条形蓝宝石视窗(24)；反应釜(29)由固定支架(12)固定在夹套内(11)；所述夹套(11)采用不锈钢材质，夹套(11)两端均可拆卸，夹套(11)靠近反应釜(29)的蓝宝石透光孔(8)一端，相应设置冷却液入口(1)、热电偶入口(2)、进气口(4)、排气口(5)、进液口(7)和光源(3)，夹套(11)另一端安装圆形玻璃视窗(28)和冷却液出口(22)，夹套(11)筒壁上与反应釜(29)筒壁上的长条形蓝宝石视窗(24)相同的位置安装两个长条形玻璃视窗(25)；

所述温度控制系统包含控温水浴(15)和夹套(11)，控温水浴(15)使冷却液从夹套(11)的冷却液入口(1)注入，充满夹套(11)和反应釜(29)之间的腔体对反应釜(29)进行控温，冷却液从冷却液出口(22)排出，冷却液在夹套(11)和控温水浴(15)之间不断循环；

所述供气增压系统包含气罐(14)和气体增压泵(18)，气体经过气体增压泵(18)增压后通过进气口(4)进入反应釜；

所述动力摇摆系统包含钢珠(21)、摇摆支架(19)和电动机(17)，电动机(17)通过杠杆结构(31)与摇摆支架(19)相连，摇摆支架(19)上安装反应釜(29)，电动机(17)上的杠杆结构(31)上下运动带动摇摆支架(19)上下摆动，带动反应釜(29)内钢珠(21)滚动，摇摆支架(19)的摆动角度以水平方向为基准，向上摆动和向下摆动的最大角度为45°，摇摆支架(19)摆动的速度和角度可调；

所述的磁力搅拌系统包含磁力搅拌器(27)、可拆卸搅拌轴(23)和磁子(9)；反应釜(29)置于磁力搅拌器(27)上；

所述的数据采集系统包含计算机(30)、数据采集模块(16)、热电偶(20)和压力传感器(24)，数据采集模块(16)与热电偶(20)和压力传感器(24)相连，实时检测并采集反应釜(29)内的温度和压力数据。