CN106959356A - 一种原油管道清管实验装置套件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种原油管道清管实验装置套件，包括环道系统和清管实验系统；该环道系统含有依次连接成闭合回路的油罐(1)、蜡沉积管段(9)和齿轮油泵(6)，蜡沉积管段(9)能够模拟原油在运输过程中的蜡沉积过程，蜡沉积管段(9)能够被卸下；该清管实验系统能够测量蜡沉积管段(9)内壁的蜡沉积物强度和清蜡阻力。该原油管道清管实验装置套件采用环道系统获得输油管道内真实的蜡沉积物，采用清管实验系统进行原油管道通球清蜡的室内模拟。能够研究含蜡原油在管输条件下的蜡沉积规律和蜡层性质，以及清管过程蜡层破坏规律，进而探究清管过程与蜡沉积过程、蜡沉积物性质之间的内在联系。

Description

一种原油管道清管实验装置套件

技术领域

本发明涉及原油管道输送模拟实验设备领域，具体的是一种原油管道清管实验装置套件。

背景技术

蜡沉积是含蜡原油生产和输送中常见的问题。蜡在原油中的溶解度随温度的降低而下降，当油温降低到析蜡点温度时，蜡因过饱和而结晶析出。因此若管壁温度低于析蜡点，就会生成蜡沉积物，减小管道流通面积，降低管道输送能力，增加运行能耗，严重时甚至引发管道蜡堵或生产停输事故。我国所产原油80％以上为含蜡原油，蜡沉积问题尤为严重。迄今为止，原油管道结蜡已在全球范围内造成了巨大的经济损失。因此，蜡沉积问题一直是国内外石油界关注和研究的热点。生产上，可以通过管道保温或伴热、添加化学防蜡剂等措施来预防蜡沉积的生成，但这些措施并不总是经济可行。一般地，生产上主要使用机械清管器定期清管来疏通管道，降低管道压降，提高管道的输送能力。

进行清管作业时，首先由输油站的发球装置经过一定的流程将清管球投放到管道中。清管过程中，油流推动清管器在管线内运动，剥离管壁沉积物进而推出管外。清管器运动过程中，清管器主要受到过球压差力、球壁间的过盈摩擦力、管壁蜡沉积物的抗剪阻力和运动方向清管器重力分力(倾斜管段)的作用。其中，管壁蜡沉积物阻力尤为关键，它直接影响管壁蜡层的剥落规律。

虽然管道清管对于相当数量管道而言是常态化作业，但是目前通球清蜡作业严重依赖现场操作经验，选球经验化，导致清管作业中卡球、蜡堵风险极高。如果对管壁沉积层阻力估计不足，就有可能发生“卡球”事故；对球前积蜡阻力估计不足，就有可能发生“蜡堵”事故。如果清管器被卡在管道中，将会影响到管道的正常运行，甚至会引发管道初凝、停输事故。为了避免此类事故的发生，很有必要研究清管过程中管壁蜡层剥离规律，为制订合理的清蜡方案提供理论依据。

名词解释：

结蜡：含蜡原油在管道输送过程中，当温度降低至析蜡点(即原油中的蜡开始结晶析出时的温度)以下时，蜡析出沉积在管道内壁上。随着蜡层厚度的增加，输油管道流通面积减小，流动阻力增加，管道输送能力降低，运行能耗增加，严重时甚至引发管道蜡堵或生产停输事故。因此在输油管道运行过程中，必须定期实施清管，清除管道内的蜡沉积物和其他杂质以保障管道的安全经济运行。

清管：清除输油管道内的蜡沉积物、凝油层，输气管道内的凝液、水合物，以及铁锈、泥沙、水垢等其他杂质的过程。清管器广泛应用于油气管道清管。清管时，在油(气)管道的泵站、热站(或压缩机站)向管道投放清管器(球)，在清洗管道内流体压力的推动下向前移动，依靠清管器自身所具有的刮削、冲刷、振动、破碎等功能，刮削管壁污垢，将堆积在管道内的杂质推出管外。

清管器(球)：指为清除油气管道内壁上的蜡、凝油、水合物、凝液、泥砂和铁锈等杂物而向管内投放的与管内壁严密接触的专用工具。按材质、形状、结构和用途，清管器可以分为多种类型。一般地，皮碗清管器主要通过密封皮碗来刮除管壁沉积物。皮碗一般有直板和碟形两种，皮碗一般有0-5％的过盈量。

环道：一种模拟实际输油管道蜡沉积过程的实验装置，通常由油罐、油泵、管道、温度控制系统等组成，其中管道与油罐形成回路。原油在泵的作用下循环流动，通过控制原油温度和管壁温度形成油壁温差，原油中的蜡结晶析出沉积在管道内壁上，从而实现对实际管道蜡沉积过程的模拟。环道可以对油温、壁温、流速、流量等影响蜡沉积过程的重要参数进行精确控制，是研究蜡沉积的重要实验手段。

发明内容

为了研究输油管道内蜡的沉积和剥离问题，本发明提供了一种原油管道清管实验装置套件，该原油管道清管实验装置套件采用环道系统获得输油管道内真实的蜡沉积物，采用清管实验系统进行原油管道通球清蜡的室内模拟。首次实现了针对管输条件下真实蜡沉积物的清管实验，能够研究含蜡原油在管输条件下的蜡沉积规律和蜡层性质，以及清管过程蜡层破坏规律，进而探究清管过程与蜡沉积过程、蜡沉积物性质之间的内在联系。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种原油管道清管实验装置套件，包括环道系统和清管实验系统；该环道系统含有依次连接成闭合回路的油罐、蜡沉积管段和齿轮油泵，蜡沉积管段能够模拟原油在运输过程中的蜡沉积过程，蜡沉积管段能够被卸下；该清管实验系统能够测量蜡沉积管段内壁的蜡沉积物强度和清蜡阻力。

油罐和齿轮油泵之间依次连接有第一阀门、三通、第一扫线排空管和第五阀门，齿轮油泵和蜡沉积管段之间依次连接有第二扫线排空管、直管段和第二阀门，蜡沉积管段和油罐之间设置有第三阀门，蜡沉积管段为圆筒形，第一扫线排空管连接有第一排空阀，第二扫线排空管连接有第二排空阀。

蜡沉积管段呈水平状态，蜡沉积管段位于齿轮油泵的上方，油罐位于蜡沉积管段的左侧，直管段位于蜡沉积管段的右侧，直管段呈直立状态，第一扫线排空管和第二扫线排空管均呈水平状态，第一阀门与三通的第一个端头连接，第一扫线排空管通过两个45度弯头与三通的第二个端头连接，三通的第三个端头连接有放空阀，三通的第一个端头朝上，三通的第三个端头朝下。

在该环道系统中，相邻的两个部件之间通过快装卡箍的连接，该快装卡箍呈圆环状，该快装卡箍含有对称设置的第一半卡环和第二半卡环，第一半卡环的一端和第二半卡环的一端铰接，第一半卡环的断面和第二半卡环的断面均呈U形，该U形的开口朝向该快装卡箍的圆心，第一半卡环的另一端设有第一凸出部，第二半卡环的另一端设有第二凸出部，第一凸出部内设有开口曹，第二凸出部连接有螺栓，螺栓能够穿过该开口曹，螺栓的一端连接有螺母，当旋拧螺母时，螺母能够顶抵第一凸出部使第一凸出部和第二凸出部之间的距离缩小。

油罐为圆筒状，油罐的中心线沿竖直方向设置，油罐外套设有第一保温铜管和第二保温铜管，第一保温铜管和第二保温铜管均为螺旋线形，第一保温铜管与第二保温铜管平行，第一保温铜管的断面与第二保温铜管的断面均为矩形，第一保温铜管的入口端和第二保温铜管的出口端均位于油罐的上端，第一保温铜管的出口端和第二保温铜管的入口端均位于油罐的下端。

油罐连接有入口接头和出口接头，入口接头位于出口接头的上方，入口接头的一端位于油罐内，入口接头的另一端位于油罐外，入口接头的一端的内径比入口接头的另一端的内径小30％～70％。

蜡沉积管段的两端设有第一法兰，蜡沉积管段外套设有保温水套，蜡沉积管段和保温水套之间形成环形的封闭空腔，该封闭空腔内设有螺旋隔板，保温水套的一端设有水浴进水口，保温水套的另一端设有水浴出水口。

该原油管道清管实验装置套件还包括变径管段，该变径管段的一端设有第二法兰，该变径管段的一端的内径小于该变径管段的另一端的内径，该变径管段的内壁表面呈圆锥状结构，该变径管段的一端的内径等于蜡沉积管段的内径，该变径管段的一端能够与蜡沉积管段的一端同轴对接。

该原油管道清管实验装置套件还包括对中管段，该对中管段的一端设有第三法兰，该对中管段的两端内均设有端板，两个端板的中心均设有中心孔，两个中心孔的中心线均与该对中管段的中心线重合，该对中管段的一端能够与蜡沉积管段的另一端同轴对接。

该原油管道清管实验装置套件还包括能够插入蜡沉积管段内的清管器，该清管器包括直板清管器和碟形清管器；直板清管器含有第一主体和第一中心钢丝绳，第一主体含有两个圆形板，该两个圆形板之间通过第一圆柱连接，第一主体由聚氨酯在第一中心钢丝绳外一体浇注成型，第一中心钢丝绳为一根不锈钢钢丝绳弯曲制成，第一中心钢丝绳在该两个圆形板的两端外各形成一个吊环，第一中心钢丝绳位于第一主体的中心；碟形清管器含有第二主体和第二中心钢丝绳，第二主体含有两个碟形板，该两个碟形板之间通过第二圆柱连接，第二主体由聚氨酯在第二中心钢丝绳外一体浇注成型，第二中心钢丝绳为一根不锈钢钢丝绳弯曲制成，第二中心钢丝绳在该两个碟形板的两端外各形成一个吊环，第二中心钢丝绳位于第二主体的中心。

本发明的有益效果是：

1、首次实现了对真实蜡沉积物的清管模拟实验；

2、清管器采用聚氨酯泡沫一体浇筑成型技术；

3、环道系统各部分之间采用快装卡箍连接，拆卸方便，提高了装置的密封性能；

4、采用撬装设计，便于装置的拆卸、组装、移动和运输；

5、增大了管径，满足了清管器制作要求以及清管实验要求

6、油罐和蜡沉积段均采用一种特殊的铜管保温方式，防止“死区”形成，避免壁面温度不均匀分布；

7、设计了变径段使清管器平顺进入蜡沉积段；

8、对中管段可以避免牵引拉钩对蜡层的破坏；

9、环道停泵后，吹扫与电加热相结合，避免了管道内凝油对下次实验产生影响；

10、清管器牵引速度和行程精准控制；

11、拉力测试数据的实时采集与检测。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明所述该环道系统的结构示意图。

图2是快装卡箍的主视图。

图3是2中沿A-A方向的剖视图。

图4是油罐的结构示意图。

图5是蜡沉积管段的结构示意图。

图6是变径管段和对中管段的使用状态示意图。

图7是直板清管器的结构示意图。

图8是蝶形清管器的结构示意图。

图9是第一中心钢丝绳与固定扣的连接结构示意图。

图10是环道蜡沉积物清蜡曲线。

1、油罐；2、第一阀门；3、三通；4、第一排空阀；5、第五阀门；6、齿轮油泵；7、第二排空阀；8、第二阀门；9、蜡沉积管段；10、第三阀门；11、第一扫线排空管；12、第二扫线排空管；13、直管段；14、放空阀；

21、第一半卡环；22、第二半卡环；23、第一凸出部；24、第二凸出部；25、螺栓；26、螺母；

31、第一保温铜管；32、第二保温铜管；

41、入口接头；42、出口接头；

51、第一法兰；52、保温水套；53、螺旋隔板；54、水浴进水口；55、水浴出水口；

61、第二法兰；

71、第三法兰；72、端板；73、中心孔；

81、直板清管器；82、第一主体；83、第一中心钢丝绳；84、吊环；85、碟形清管器；86、第二主体；87、第二中心钢丝绳；88、牵引拉钩；89、固定扣。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种原油管道清管实验装置套件，包括环道系统和清管实验系统；该环道系统含有通过管道或接头依次连接成闭合回路的油罐1、蜡沉积管段9和齿轮油泵6，蜡沉积管段9能够模拟原油在运输过程中的蜡沉积过程，蜡沉积管段9能够被卸下；该清管实验系统能够测量蜡沉积管段9内壁的蜡沉积物强度和清蜡阻力，如图1所示。

在该环道系统中，原油逆时针循环流动，蜡沉积管段9的温度可以通过水浴控制，从而模拟原油在管道运输的过程中的析出过程，蜡沉积管段9内壁能够形成真实的蜡沉积物，蜡沉积管段9与其左右两侧的接头可拆卸连接，即蜡沉积管段9能够从环道系统中卸下并安装于清管实验系统，如图1所示，这样即可研究含蜡原油在管输条件下的蜡沉积规律和蜡层性质，以及清管过程蜡层破坏规律，进而探究清管过程与蜡沉积过程、蜡沉积物性质之间的内在联系。

在本实施例中，油罐1和齿轮油泵6之间依次连接有第一阀门2、三通3、第一扫线排空管11和第五阀门5，齿轮油泵6和蜡沉积管段9之间依次连接有第二扫线排空管12、直管段13和第二阀门8，蜡沉积管段9和油罐1之间设置有第三阀门10，蜡沉积管段9为圆筒形，第一扫线排空管11连接有第一排空阀4，第二扫线排空管12连接有第二排空阀7。

在本实施例中，该环道系统大致呈口字形，蜡沉积管段9呈水平状态，蜡沉积管段9位于上部，齿轮油泵6位于下部，即蜡沉积管段9位于齿轮油泵6的上方，油罐1位于蜡沉积管段9的左侧，直管段13位于蜡沉积管段9的右侧，直管段13呈直立状态，第一扫线排空管11和第二扫线排空管12均呈水平状态，第一扫线排空管11和第二扫线排空管12分别位于齿轮油泵6的左右两侧，第一阀门2与三通3的第一个端头连接，第一扫线排空管11通过两个45度弯头与三通3的第二个端头连接，三通3的第三个端头连接有放空阀14，三通3的第一个端头朝上，三通3的第三个端头朝下，如图1所示。另外，所有的阀门均为球阀。

现有的环道装置多以研究蜡沉积规律为目的，没有考虑清管过程，因此管径通常很小(小至10mm)，在现有技术条件下无法加工适用这种小管径的清管器，因而无法对蜡沉积段进行清管实验。本发明增大了管径，该环道系统的所有管段内径(包括蜡沉积管段9)均为29mm，这样可以方便的加工出与该管径相匹配的清管器进行清管实验。

在本实施例中，整个环道装置的外部均敷设有保温材料以减少散热。传统的环道各部件之间通常采用焊接及螺纹连接，固定在支架上，容易出现密封不严，油品渗漏的情况，并且无法移动，发生故障时难以拆卸维修。针对以上问题，本发明采用快装卡箍连接，如图2所示，该快装卡箍呈圆环状，该快装卡箍含有上下对称设置的第一半卡环21和第二半卡环22，第一半卡环21的左端和第二半卡环22的左端铰接，第一半卡环21的断面和第二半卡环22的断面均呈U形，该U形的开口朝向该快装卡箍的圆心，第一半卡环21的右端设有第一凸出部23，第二半卡环22的右端设有第二凸出部24，第一凸出部23内设有开口曹，第二凸出部24连接有螺栓25，螺栓25能够穿过该开口曹，螺栓25的上端连接有螺母26，螺栓25的下端可以与第二凸出部24固定连接或铰接，当旋拧螺母26时，螺母26能够顶抵第一凸出部23使第一凸出部23和第二凸出部24之间的距离缩小，如图2和图3所示。

在该环道系统中，相邻的两个部件之间通过所述快装卡箍的连接，所述部件可以为图1中所以有附图标记的部件。部件的连接端设有法兰盘，所述法兰盘的外边缘的厚度小于内边缘的厚度，即所述法兰盘带锥度且该两个法兰盘均插接于所述开口曹内，这样第一凸出部23和第二凸出部24之间的距离缩小时第一半卡环21和第二半卡环22将两个法兰盘向中间挤压，从而实现紧固。两个法兰盘之间设有硅胶垫片起密封作用。相较于焊接，该快装卡箍连接装拆方便，密封严密，有效杜绝了了原油在循环过程中跑、冒、漏、滴。该环道系统中任一部件出现故障均可便捷地拆卸维修，组装方便。针对传统环道固定于某一位置无法移动的缺点，通过对装置尺寸的科学设计和各部件的合理布局，实现了设备的小型化，首次形成了撬装式环道实验装置，便于装置的移动和运输。环道系统和清管实验系统也可以采用撬装式设计与一个实验平台上。

在该环道系统中，油罐1为圆筒状，油罐1的中心线沿竖直方向设置，油罐1的内径为250mm，外径为290mm，高度为220mm，总罐容约10L，除去上部进油口所占空间，可用容积为7L左右。油罐内外壁之间为环空结构，环空间隙15mm，环空结构通常用于水浴。现有水浴的水流在环空水套中流动时会存在“死区”，即该区域的水几乎不发生流动，导致油罐对应位置处壁温异常偏低。为解决这一问题，常规的方法是在油罐环空水套内部设置肋片式导流槽，即在油罐内外壁之间焊接数条薄肋片，肋片在罐壁周向上均匀分布，从罐底到罐顶螺旋上升。这种方法一定程度上促进了环空水套内水流温度的均匀分布，但是由于肋片之间的各水流通道入口与水套进水口之间的距离不一致，导致距离油罐环空水套进水口较近的水流通道流量大，保温效果好，而远离油罐环空水套进水口的水流通道流量小，在油罐较大的情况下，这一部分水流通道流量极小，近似于不带导流槽时的“死区”，保温效果很差。因此，肋片式导流槽不能从根本上解决油罐环空水套温度分布不均的问题。此外，由于肋片式导流槽位于环空内外壁之间，焊接时难以保证肋片与内外壁均接触良好而没有缝隙，加工难度大。针对肋片式导流槽的缺陷，设计了一种特殊的铜管保温方式。

该铜管保温方式包括套设于油罐1外的第一保温铜管31和第二保温铜管32，第一保温铜管31和第二保温铜管32均与水浴装置连接，第一保温铜管31和第二保温铜管32中水流的方向相反，第一保温铜管31和第二保温铜管32均为螺旋线形，第一保温铜管31与第二保温铜管32平行，第一保温铜管31和第二保温铜管32均紧贴着油罐1的外表面，第一保温铜管31与第二保温铜管32的形状类似于双头螺纹的螺牙，第一保温铜管31的断面与第二保温铜管32的断面均为矩形，第一保温铜管31的入口端和第二保温铜管32的出口端均位于油罐1的上端，第一保温铜管31的出口端和第二保温铜管32的入口端均位于油罐1的下端。与圆形截面铜管相比，矩形截面铜管与环空水套内壁接触面积更大，热交换更充分。水流在铜管内流动过程中，温度有一定程度的降低，如果采用单一铜管，会出现入口附近温度较高，出口附近温度较低的情况，因此在油罐环空空间中螺旋平行敷设了两条铜管，其中一条铜管水流由下往上流动，另一条铜管水流由上往下流动，这样有效降低了整个油罐环空温度分布的不均匀性。铜管具有很好的韧性，可以方便地紧密敷设在油罐环空上。铜管与油罐内壁直接接触，与油罐外壁之间敷设了隔热层，减少散热。由于无需焊接铜管，大大降低了加工难度，如图4所示。

油罐1的温度由水浴装置控制，油罐1设有两个进水口和出水口，且位于油罐两侧，进出水口与水浴由乳胶软管连接。油罐1的连接有入口接头41和出口接头42，出口接头42位于底部，入口接头41位于油罐的上部，入口接头41位于出口接头42的上方，入口接头41和出口接头42的内径均为29mm。在油罐出油口处设置了过滤网以防止杂质进入油泵。在低流量条件下，水平管段内可能存在油品只在管段下部流动，而管段上部为空气的情况，即“不满流现象”。为解决这一问题，在油罐进油口端部采用了缩径设计，即如图4所示，入口接头41的一端位于油罐1内，入口接头41的另一端位于油罐1外，入口接头41的一端的内径比入口接头41的另一端的内径小30％～70％。具体的，入口接头41的右侧内径为29mm，入口接头41的左侧内径为20mm。由于缩径段的存在，提高了油流在水平段的压力，从而避免了不满流。

在本实施例中，第一阀门2用于控制油罐1的出油；放空阀13为放空阀，用于实验结束时放空油罐内1的油品；第五阀门5为泵前阀，停泵时可截断泵上游油品；第二阀门8和第三阀门10用于控制蜡沉积管段9。在实验结束时，环道内温度迅速降低，不可避免会有残油存在，会对蜡沉积段蜡沉积物产生影响，同时残油会掺混到下次实验油品中。为了解决这一问题，一方面设置了电加热设备，用于管线加热保温以及停泵后化油所用。加热设备主要包括电伴热带，温度控制器，继电器，热电偶构成。热电偶是温度感应器，将温度信号转化为电信号传递给温度控制器，温度控制器根据设定温度与热电偶实测温度控制继电器的闭合，从而控制电伴热带工作与否。停泵后打开电伴热带升高管道温度，然后打开第一排空阀4和第二排空阀7，用大功率吹风机从进出油孔吹扫管线，清除管内残油。齿轮油泵6为油流的循环提供动力，主要参数包括：功率：370W，转速：2800r/min，扬程：30m。泵与变频器相连，用于控制泵转速，从而控制原油流速。

蜡沉积管段9是本装置的核心部分，通过水浴控制蜡沉积管段9的管壁温度，从而在管壁形成蜡沉积物。其详细结构如图5所示：蜡沉积管段9的两端设有第一法兰51，蜡沉积管段9外套设有保温水套52，蜡沉积管段9与保温水套52之间形成环形的封闭空腔，该封闭空腔内设有螺旋隔板53，保温水套52的一端设有水浴进水口54，保温水套52的另一端设有水浴出水口55。第一法兰51用于与管道相连，为避免水流“死区”的问题，同样采用上述的铜管保温方式，便于更好地传热控温。水浴进水口54和水浴出水口55由乳胶软管与水浴装置相连，从而控制蜡沉积段管壁温度。

蜡沉积管段9在完成蜡析出沉积后进行拉力测试实验之前，必须将杆状的牵引拉钩88穿过蜡沉积管段9，在蜡沉积管段9的尾部与清管器前部的吊环84相连。为了使清管器平顺的进入蜡沉积段，本发明设计了一个变径管段，如图6所示，该变径管段的一端设有第二法兰61，该变径管段的一端的内径小于该变径管段的另一端的内径，该变径管段的内壁表面呈圆锥状结构，该变径管段的一端的内径等于蜡沉积管段9的内径，该变径管段的一端能够与蜡沉积管段9的一端同轴对接，即该变径管段与蜡沉积管段9连接时，该变径管段与蜡沉积管段9的轴线重合。具体的，该变径管段左侧的内径为29mm，与蜡沉积管段9的内径一致；该变径管段右侧的内径为31mm。该变径管段的左侧与蜡沉积管段9的尾部通过上述快装卡箍连接，进行拉力测试实验前，将清管器置于此该变径管段内，从而实现清管器平顺进入蜡沉积段。

在进行拉力测试实验时，如果采用钢丝绳牵引清管器运动，在钢丝绳穿过蜡沉积管段9时，由于钢丝绳的柔性，不可避免会破坏蜡沉积层。为了解决这一问题，采用了轻质刚性拉钩牵引清管器，并且设计了一个特殊的拉钩对中装置，即如图6所示的该对中管段。该对中管段的一端设有第三法兰71，该对中管段的两端内均设有端板72，两个端板72的中心均设有中心孔73，两个端板72完全相同，端板72与该对中管段可拆卸连接，两个中心孔73的中心线均与该对中管段的中心线重合，该对中管段的一端能够与蜡沉积管段9的另一端同轴对接。具体的，中心孔73的直径为3mm，略大于牵引拉钩88直径，便于牵引拉钩88的自由穿梭。如图6所示，在进行拉力测试实验前，先将该对中管段与蜡沉积管段9两部分组合在一起，然后用卡箍与蜡沉积管段9前部相连接，这样牵引拉钩88只能依次穿过对中管段的两个中心孔73沿着蜡沉积管段9轴线方向运动，从而避免了在穿插连接清管器时对蜡沉积层的破坏。牵引拉钩分别于清管器和拉力计连接好以后，取下对中管段卡箍，将对中管段两部分分离后拆下，然后进行拉力测试实验。

在本实施例中，该原油管道清管实验装置套件还包括能够插入蜡沉积管段9内的清管器，该清管器包括直板清管器81和碟形清管器85。直板清管器81含有第一主体82和第一中心钢丝绳83，第一主体82含有两个圆形板，该两个圆形板之间通过第一圆柱连接，即第一主体82含有两个圆形板和第一圆柱连接，第一主体82由聚氨酯在第一中心钢丝绳83外一体浇注成型，第一中心钢丝绳83为一根不锈钢钢丝绳弯曲制成，第一中心钢丝绳83在该两个圆形板的两端外各形成一个吊环84，第一中心钢丝绳83位于第一主体82的中心，如图7所示，第一中心钢丝绳83外套设有固定扣89，固定扣89也被浇注于聚氨酯内。碟形清管器85含有第二主体86和第二中心钢丝绳87，第二主体86含有两个碟形板，该两个碟形板之间通过第二圆柱连接，即第二主体86含有两个碟形板和第二圆柱连接，第二主体86由聚氨酯在第二中心钢丝绳87外一体浇注成型，第二中心钢丝绳87为一根不锈钢钢丝绳弯曲制成，第二中心钢丝绳87在该两个碟形板的两端外各形成一个吊环84，第二中心钢丝绳87位于第二主体86的中心，如图8所示，第二中心钢丝绳87外套设有固定扣89，固定扣89也被浇注于聚氨酯内。固定扣89呈圆柱状，固定扣89内含有两个轴向通孔，如图9所示，两个轴向通孔能够用于插接固定第一中心钢丝绳83或第二中心钢丝绳87，即固定扣89用于固定第一中心钢丝绳83或第二中心钢丝绳87，从而便于聚氨酯的浇注成型。

针对蜡沉积管段9内径尺寸特点(29mm)，采用聚氨酯材料一体浇筑成型于不锈钢钢丝绳上，从而满足了小尺寸清管器的制作要求。清管器内部为不锈钢钢丝绳，在清管器前后各形成一个吊环84，前面的吊环与牵引拉钩连接，进行清蜡实验。后面的吊环主要是出于安全考虑：若清蜡过程中牵引拉钩88与清管器前部吊环意外脱离，可通过清管器后的吊环将清管器拖拉出来。清管器吊环、牵引拉钩与拉力传感器的连接和拆卸均十分方便。

在本实施例中，清管实验系统主要由清管器系统、动力与控制系统、测量与数据采集系统构成。其中所述动力与控制系统主要由伺服电机、减速箱、绕线器、PLC控制器、伺服控制器、液晶指示屏及开关电源组成，测量与数据采集系统主要由KH-1000数显式拉力计和拉力实时监测软件组成。清管实验系统能够使清管器在蜡沉积管段9内轴向移动的过程中测量清管器所受的阻力，通过分析该阻力可以研究含蜡原油在管输条件下的蜡沉积规律和蜡层性质，以及清管过程蜡层破坏规律，进而探究清管过程与蜡沉积过程、蜡沉积物性质之间的内在联系。该清管实验系统的具体结构和工作过程与中国专利CN 104568625A(公开日期2015年4月29日)中公开的《原油管道通球清蜡模拟实验装置及实验方法》相同，本发明不再详细介绍。

下面介绍该原油管道清管实验装置套件的使用方法：

一、实验步骤

1、取油样3L，提前两小时加热至实验温度；

2、提前半小时打开电伴热装置和与油罐1相连的水浴，使得该水浴内循环水和管道预热至实验温度。同时打开蜡沉积管段9相连的水浴，使其温度预热至实验时蜡沉积段管壁温度。

3、关闭第一阀门2，将预热至实验温度的油样倒入油罐1。

4、关闭放空阀14和第一扫线阀4、第二扫线阀7，打开第一阀门2、第五阀门5、第二阀门8、第三阀门10。

5、启动齿轮泵6并通过变频器调节转速，使得原油流速达到实验设定速度。

6、装置运行实验要求的时间后停泵，关闭第一阀门2，打开第二扫线阀7，并立即用强力吹风机从油罐回流孔吹扫管道，防止原油在蜡沉积管段9下部因温度降低凝固，影响拉力实验测试的准确性。

7、卸下蜡沉积管段9(保持蜡沉积段与水浴相连并且水浴温度不变)，用金属丝刮取少量蜡沉积管段9内各位置沉积蜡层置于分液瓶内，供物性测试用。

8、将蜡沉积管段9固定于支架上，将拉力计与牵引拉钩88的一端连接，如图6所示连接牵引拉钩88的另一端与吊环84连接，将牵引绳适当收紧，保证不锈钢丝、拉力传感器和牵引绳水平段处于试验管道轴线上。

9、打开拉力实时监测软件，然后启动伺服电机，使牵引拉钩88拉动如图6所示的清管器，进行清蜡实验，测量清管力。

10、重复步骤8、9，测试清管器与蜡沉积管段9的管壁之间的摩擦力(即基线力)，这样用步骤9获得的清管道减去基线力，便获得实验条件下的蜡层破坏力。

11、对清下的蜡样和清蜡残余蜡样称重以计算清蜡效率。

12、关闭第一扫线阀4，打开排空阀14，再打开第一阀门2，放空罐内原油。

13、启动电加热设备，加热管道适当时间后打开第一扫线阀4、第二扫线阀7，进行扫线作业。

二、实验结果

实验条件：

表1、实验条件

清管球类型	85HA直板
		运行时间(h)	40
油温/壁温(℃)	41/35
		流速(m/s)	0.4

实验结果：

1、蜡层破坏力

如图10所示，将清蜡曲线第一个持平阶段(3个以上数据点)对应的蜡层阻力的平均值视为蜡层破坏力。其中第一个点对应位置作为蜡层开始破坏位置。由图10可知，蜡层开始破坏位置在5.3cm处，蜡层破坏力为8N。

2、清蜡效率

清蜡量：10.5g

基线力测试刮下蜡样质量：0.05g

残余蜡样质量：0.47g

表2、环道实验清蜡效率

进行了对比试验：在其他实验条件不变的情况下，改变油温，获得了不同油温条件下结蜡量和清蜡阻力的变化规律，并对蜡沉积段出口上部所取得的蜡沉积物样品含蜡量进行了测试。

表3、对比实验条件

组别	第一组	第二组	第三组
				清管球类型	85HA直板	85HA直板	85HA直板
运行时间(h)	40	40	40
				壁温(℃)	35	35	35
流速(m/s)	0.4	0.4	0.4
				油温(℃)	41	44	47

表4、对比实验结果

组别	第一组	第二组	第三组
				结蜡量(g)	11.02	14.3	18.91
清管阻力(N)	7	8	8.5
				清蜡效率(％)	98	99.5	99.31
含蜡量(％)	28.85	31.86	39.1

由表1至表4可知，在其他实验条件不变的情况下，结蜡量和清管阻力均随油流温度的提高而增大；而清蜡效率变化较小，这是由于管壁蜡沉积物较为松软，清管器通过时能够刮下大部分蜡沉积物。蜡沉积物含蜡量随着油温的升高而增大。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (10)

1.一种原油管道清管实验装置套件，其特征在于，该原油管道清管实验装置套件包括环道系统和清管实验系统；

该环道系统含有依次连接成闭合回路的油罐(1)、蜡沉积管段(9)和齿轮油泵(6)，蜡沉积管段(9)能够模拟原油在运输过程中的蜡沉积过程，蜡沉积管段(9)能够被卸下；

该清管实验系统能够测量蜡沉积管段(9)内壁的蜡沉积物强度和清蜡阻力。

2.根据权利要求1所述的原油管道清管实验装置套件，其特征在于，油罐(1)和齿轮油泵(6)之间依次连接有第一阀门(2)、三通(3)、第一扫线排空管(11)和第五阀门(5)，齿轮油泵(6)和蜡沉积管段(9)之间依次连接有第二扫线排空管(12)、直管段(13)和第二阀门(8)，蜡沉积管段(9)和油罐(1)之间设置有第三阀门(10)，蜡沉积管段(9)为圆筒形，第一扫线排空管(11)连接有第一排空阀(4)，第二扫线排空管(12)连接有第二排空阀(7)。

3.根据权利要求2所述的原油管道清管实验装置套件，其特征在于，蜡沉积管段(9)呈水平状态，蜡沉积管段(9)位于齿轮油泵(6)的上方，油罐(1)位于蜡沉积管段(9)的左侧，直管段(13)位于蜡沉积管段(9)的右侧，直管段(13)呈直立状态，第一扫线排空管(11)和第二扫线排空管(12)均呈水平状态，第一阀门(2)与三通(3)的第一个端头连接，第一扫线排空管(11)通过两个45度弯头与三通(3)的第二个端头连接，三通(3)的第三个端头连接有放空阀(14)，三通(3)的第一个端头朝上，三通(3)的第三个端头朝下。

4.根据权利要求2所述的原油管道清管实验装置套件，其特征在于，在该环道系统中，相邻的两个部件之间通过快装卡箍的连接，该快装卡箍呈圆环状，该快装卡箍含有对称设置的第一半卡环(21)和第二半卡环(22)，第一半卡环(21)的一端和第二半卡环(22)的一端铰接，第一半卡环(21)的断面和第二半卡环(22)的断面均呈U形，该U形的开口朝向该快装卡箍的圆心，第一半卡环(21)的另一端设有第一凸出部(23)，第二半卡环(22)的另一端设有第二凸出部(24)，第一凸出部(23)内设有开口曹，第二凸出部(24)连接有螺栓(25)，螺栓(25)能够穿过该开口曹，螺栓(25)的一端连接有螺母(26)，当旋拧螺母(26)时，螺母(26)能够顶抵第一凸出部(23)使第一凸出部(23)和第二凸出部(24)之间的距离缩小。

5.根据权利要求1所述的原油管道清管实验装置套件，其特征在于，油罐(1)为圆筒状，油罐(1)的中心线沿竖直方向设置，油罐(1)外套设有第一保温铜管(31)和第二保温铜管(32)，第一保温铜管(31)和第二保温铜管(32)均为螺旋线形，第一保温铜管(31)与第二保温铜管(32)平行，第一保温铜管(31)的断面与第二保温铜管(32)的断面均为矩形，第一保温铜管(31)的入口端和第二保温铜管(32)的出口端均位于油罐(1)的上端，第一保温铜管(31)的出口端和第二保温铜管(32)的入口端均位于油罐(1)的下端。

6.根据权利要求1所述的原油管道清管实验装置套件，其特征在于，油罐(1)连接有入口接头(41)和出口接头(42)，入口接头(41)位于出口接头(42)的上方，入口接头(41)的一端位于油罐(1)内，入口接头(41)的另一端位于油罐(1)外，入口接头(41)的一端的内径比入口接头(41)的另一端的内径小30％～70％。

7.根据权利要求1所述的原油管道清管实验装置套件，其特征在于，蜡沉积管段(9)的两端设有第一法兰(51)，蜡沉积管段(9)外套设有保温水套(52)，蜡沉积管段(9)和保温水套(52)之间形成环形的封闭空腔，该封闭空腔内设有螺旋隔板(53)，保温水套(52)的一端设有水浴进水口(54)，保温水套(52)的另一端设有水浴出水口(55)。

8.根据权利要求7所述的原油管道清管实验装置套件，其特征在于，该原油管道清管实验装置套件还包括变径管段，该变径管段的一端设有第二法兰(61)，该变径管段的一端的内径小于该变径管段的另一端的内径，该变径管段的内壁表面呈圆锥状结构，该变径管段的一端的内径等于蜡沉积管段(9)的内径，该变径管段的一端能够与蜡沉积管段(9)的一端同轴对接。

9.根据权利要求8所述的原油管道清管实验装置套件，其特征在于，该原油管道清管实验装置套件还包括对中管段，该对中管段的一端设有第三法兰(71)，该对中管段的两端内均设有端板(72)，两个端板(72)的中心均设有中心孔(73)，两个中心孔(73)的中心线均与该对中管段的中心线重合，该对中管段的一端能够与蜡沉积管段(9)的另一端同轴对接。

10.根据权利要求1所述的原油管道清管实验装置套件，其特征在于，该原油管道清管实验装置套件还包括能够插入蜡沉积管段(9)内的清管器，该清管器包括直板清管器(81)和碟形清管器(85)；

直板清管器(81)含有第一主体(82)和第一中心钢丝绳(83)，第一主体(82)含有两个圆形板，该两个圆形板之间通过第一圆柱连接，第一主体(82)由聚氨酯在第一中心钢丝绳(83)外一体浇注成型，第一中心钢丝绳(83)为一根不锈钢钢丝绳弯曲制成，第一中心钢丝绳(83)在该两个圆形板的两端外各形成一个吊环(84)，第一中心钢丝绳(83)位于第一主体(82)的中心；

碟形清管器(85)含有第二主体(86)和第二中心钢丝绳(87)，第二主体(86)含有两个碟形板，该两个碟形板之间通过第二圆柱连接，第二主体(86)由聚氨酯在第二中心钢丝绳(87)外一体浇注成型，第二中心钢丝绳(87)为一根不锈钢钢丝绳弯曲制成，第二中心钢丝绳(87)在该两个碟形板的两端外各形成一个吊环(84)，第二中心钢丝绳(87)位于第二主体(86)的中心。