CN109632619A - 一种模拟高压多相流动起伏管路腐蚀实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种模拟高压多相流动起伏管路腐蚀实验装置，可用于模拟是天然气管道、油气混输管道、输送CO2管道等在地形起伏复杂条件下的管内腐蚀情况。一种模拟高压多相流动起伏管路腐蚀实验装置，包括管路系统及与管路系统分别连接的动力系统及压力系统；其特征在于：所述管路系统包括框架及位于框架内的管道支架，管道支架与框架之间转动连接；管道支架上设有转动托盘，转动托盘上设有实验管道；管道支架通过连杆与动力系统连接；所述实验管道分别与压力系统及温度控制系统连接；实验管道均设有腐蚀速率检测装置。本发明能够保持较长的试验时间，获得与管线现场相符的实验数据。

Description

一种模拟高压多相流动起伏管路腐蚀实验装置
技术领域
本发明涉及一种模拟高压多相流动起伏管路腐蚀实验装置，可用于模拟是天然气管道、油气混输管道、输送CO2管道等在地形起伏复杂条件下的管内腐蚀情况。
背景技术
2016－2020年，全国成品油输油管道将从现有的2.1万公里增加到3.3万公里，增长57%，天然气管道里程将从6.4万公里增加到10.4万公里，提高62.5%；延长油田输油管道将从现有的1700公里增加到2000公里左右，天然气管道里程将从1800公里增加到2600公里左右。如此规模庞大的油气输送管线，面临极大的安全风险。
延长油田所在地区为典型的黄土高原区，海拔900m～1600m。黄土覆盖几十米至300米，沧海桑田，长期自然力的侵蚀，形成复杂的山高、坡陡、塬、梁、峁、沟等最具高原特征的地形地貌。油田所在地区地形起伏较大，管道敷设途径山地、沟壑、河谷、村庄、林地、农田等，导致延长油田地区铺设管线内腐蚀状态较难掌握，亟需适合延长油田地形特点的合适评价方法。
最近几年，低油价趋势愈来愈明显，国内油企大都采取了降本增效的应对措施，油气集输管道占到油气田开发成本的35%以上，因此，为减少管道里程，减少油气处理单元，各大油企均大范围尝试了湿天然气管线多相输送，减少湿气处理段元；油气管线多相混输，减少了油气处理单元以及管线里程等。这些新的输送工艺进一步增加了油气输送管线的安全风险，因此，亟需建立复杂地形条件下，多相流动管线内腐蚀评价方法。
多相流内腐蚀研究中，环道实验能够很好的模拟管流的流动状态，但却很难实现对多相流管道内腐蚀有重要影响的运行压力、温度等因素的模拟，甚至一些腐蚀介质的模拟也会受到限制；高压釜实验能够很好的模拟管道运行压力、温度、腐蚀介质等因素对多相流管道内腐蚀的影响，但是却无法实现管内流动条件的模拟；目前的电化学实验方法，不管是普通电化学实验还是微区电化学实验都很难呈现多相流管道内腐蚀的原貌。因此亟需设计一种综合环道实验、高压釜实验、电化学实验优点的高压多相流动起伏管路模拟实验装置。
发明内容
本发明旨在针对上述问题，提出一种模拟高压多相流动起伏管路腐蚀实验装置，可用于模拟是天然气管道、油气混输管道、输送CO2管道等在地形起伏复杂条件下的管内腐蚀情况。
本发明的技术方案在于：
一种模拟高压多相流动起伏管路腐蚀实验装置，包括管路系统及与管路系统分别连接的动力系统及压力系统；其特征在于：所述管路系统包括框架及位于框架内的管道支架，管道支架与框架之间转动连接；管道支架上设有转动托盘，转动托盘上设有实验管道；管道支架通过连杆与动力系统连接；所述实验管道分别与压力系统及温度控制系统连接；实验管道均设有腐蚀速率检测装置。
所述动力系统包括依次连接的电机、减速机及转动凸轮，转动凸轮的凸轮面上设有孔洞；所述孔洞与管道支架之间通过连杆实现连接。
所述转动托盘为与管道支架任意平行两边实现连接的连接杆，连接杆至少为2条；实验管道与连接杆垂直设置，并与连接杆固定连接。
还包括与连接杆垂直设置且连接的钢板，钢板两分别与管道支架连接；且钢板上设有3个圆孔。所述转动凸轮的凸轮面上设有离轴心不同距离的3个孔洞，所述任意孔洞与任意圆孔之间通过连杆连接，从而连通动力系统与管路系统。通过改变圆孔及孔洞，管路系统的起伏倾角不同，连杆连接孔洞离轴心越近，管路系统的振动倾角越小。任意调整电机转速，通过连杆为管路吸引提供动力，确保本实验装置能够运转5-10天。
所述压力系统包括依次连接的压力管道与高压瓶，实验管道通过针型阀连接压力管道进而连接高压瓶。同时为各个实验管道提供所需的压力和气体成分，另外同时为各个实验管道通氮除氧，节约实验布置时间；保证各个实验管道内压力条件保持一致。
所述温度控制系统包括依次设置在实验管道外表面的温度传感器及加热带，所述加热带还连接有温度控制柜。加热带可加热至150℃，温度控制柜控制精度为±1℃，温度计量程为0-200℃。
所述实验管道包含8根金属管道，还包括对比管道，对比管道为有机玻璃管道；金属管道和有机玻璃管道内径一致，且其内部设有相同体积分数的液态水；所述腐蚀速率检测装置包括腐蚀速率在线监测系统或腐蚀挂片速率检测装置；其中，任意一根金属管道上设有腐蚀速率在线监测系统，其余金属管道上设有腐蚀挂片速率检测装置，形成对比。
所述腐蚀速率在线监测系统包括电感腐蚀检测仪或者线性极化腐蚀检测仪。
所述腐蚀挂片速率检测装置包括挂片支架及腐蚀挂片，所述挂片支架通过螺纹设置于实验管道的一端，所述每一个挂片支架上设有2个腐蚀挂片。
本发明的技术效果在于：
1、相比高压釜试验，本发明能够很好的模拟管流的流动状态，包括气液两相体积比，管内流速，管内腐蚀介质成分等影响管线内腐蚀的腐蚀因素；
2、相比现场试验，本发明能够很好的模拟管流工况，包括管线运行压力，管线运行温度以及管线起伏角度等影响管线内腐蚀的参数；
3、通过金属管道上的在线腐蚀检测仪，本发明能够实时监测管线内部均匀腐蚀速率和点腐蚀趋势，准确掌握管线内腐蚀动态；
4、因腐蚀试验周期较长，一般有30天左右，本发明能够同时进行8组实验，缩短了试验时间；
5、本发明能够保持较长的试验时间，获得与管线现场相符的实验数据。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明转动托盘示意图。
图3是本发明管路系统与压力系统连接示意图。
图4是本发明金属管道与腐蚀速率在线监测系统的连接示意图。
图5是本发明实验金属管道示意图。
图6是本发明钢板示意图。
图7是本发明转轴示意图。
图8是本发明转动凸轮示意图。
图9是本发明连杆示意图。
图10是本发明实验装置运行示意图。
附图说明：1-框架；2-转轴；3-钢板；4-管道支架；5-实验管道；6-连杆；7-电机；8-减速机；9-转动凸轮；12-高压瓶；13-减压阀，10-转动托盘。
具体实施方式
一种模拟高压多相流动起伏管路腐蚀实验装置，包括管路系统及与管路系统分别连接的动力系统及压力系统；所述管路系统包括框架1及位于框架1内的管道支架4，管道支架4与框架1之间通过转轴2转动连接；管道支架4上设有转动托盘10，转动托盘10上设有实验管道5；管道支架4通过连杆6与动力系统连接；所述实验管道5分别与压力系统及温度控制系统连接；实验管道5均设有腐蚀速率检测装置。
所述动力系统包括依次连接的电机7、减速机8及转动凸轮9，转动凸轮9的凸轮面上设有孔洞；所述孔洞与管道支架4之间通过连杆6实现连接。
所述转动托盘10为与管道支架4任意平行两边实现连接的连接杆，连接杆为2条；实验管道5与连接杆垂直设置，并与连接杆固定连接。还包括与连接杆垂直设置且连接的钢板3，钢板3两分别与管道支架4连接；且钢板3上设有3个圆孔。所述转动凸轮9的凸轮面上设有离轴心不同距离的3个孔洞，所述任意孔洞与任意圆孔之间通过连杆6连接，从而连通动力系统与管路系统。通过改变圆孔及孔洞，管路系统的起伏倾角不同，连杆6连接孔洞离轴心越近，管路系统的振动倾角越小。任意调整电机7转速，通过连杆6为管路吸引提供动力，确保本实验装置能够运转5-10天。本实施例中转速为1700r/min，减速机8的减速比为50:1。
所述压力系统包括依次连接的压力管道与高压瓶12，实验管道5通过针型阀连接压力管道进而连接高压瓶12。同时为各个实验管道5提供所需的压力和气体成分，另外同时为各个实验管道5通氮除氧，节约实验布置时间；保证各个实验管道5内压力条件保持一致，最大压力可达5MPa。。
所述温度控制系统包括依次设置在实验管道5外表面的温度传感器及加热带，所述加热带还连接有温度控制柜。加热带可加热至150℃，温度控制柜控制精度为±1℃，温度计量程为0-200℃。
所述实验管道5包含8根金属管道，还包括对比管道，对比管道为有机玻璃管道；金属管道和有机玻璃管道内径一致，且其内部设有相同体积分数的液态水；所述腐蚀速率检测装置包括腐蚀速率在线监测系统或腐蚀挂片速率检测装置；其中，任意一根金属管道上设有腐蚀速率在线监测系统，其余金属管道上设有腐蚀挂片速率检测装置，形成对比。
所述腐蚀速率在线监测系统包括电感腐蚀检测仪或者线性极化腐蚀检测仪。
所述腐蚀挂片速率检测装置包括挂片支架及腐蚀挂片，所述挂片支架通过螺纹设置于实验管道5的一端，所述每一个挂片支架上设有2个腐蚀挂片。
本实施例8根金属管道， 1根有机玻璃管道，实验管道5及对比管道均匀布置在转动托盘10中间位置，在动力系统的支持下，随转动托盘10做上下往复运动，如图10所示，主要实现：
1、由水平状态顺时针匀速转动到与水平线呈α角的下坡状态，如图10中1所示；
2、由α角的下坡状态逆时针匀速转动到水平状态，如图10中2所示；
3、由水平状态逆时针匀速转动到与水平线呈α角的上坡状态，如图10中3所示；
4、由α角的上坡状态顺时针匀速转动到水平状态，如图10中4所示，至此完成一次完整的运行过程，起伏过程模拟实际管路中一个真实的起伏管路。
假设实验管道5和对比管道内包含气液介质；以实验管道5和对比管道内底部液体为研究对象，研究如图10中1所示的运行过程中，实验管道5和对比管道内底部液体所能达到的最大速度。液体运行最大路程s，即实验管道5和对比管道长度为1m；液体的初始速度v0为0；液体运行时间t，可以知道t=T/4，T表示实验装置完成一次完整的运行过程的时间周期，实验装置中电机7的转速为1400转/分钟，减速机8的减速比为50：1，得到高压起伏管路模拟实验装置完成一次完整的运行过程的时间周期T=2.4-6s，因此，实验装置完成如图10中1所示的运行过程的时间为0.6-1.5s；要求得到底部液体所能达到的最大速度v，仍需要知道液体运行的加速度a，由上述分析可以知道，实验装置完成如图10中1所示的运行过程中加速度a一直是变化的，是运行时间t的函数，即a=f(t)，根据数学知识，不考虑液体在管内的摩擦效应，可以知道a=9.8sin(50t)，式中0<t<0.6-1.5s。
依据上述分析可以得到底部液体所能达到的最大速度约为0.18-0.45m/s，考虑到实验管道5管壁摩擦力以及管内大部分液体距管道底部仍有一定距离等因素，实际的实验管道5内液体所能达到的最大速度会小于0.18-0.45m/s，大约在0.15-0.4m/s左右。
本发明在运行初期，需进行以下实验：
（1）实验管道5密封保压实验，应用高压瓶12将实验管道5打至实验所需压力，保持一个小时，如果压力保持不变，则保压实验成功；
（2）压力标定实验，为保证模拟实验装置操作压力的精度，在高压瓶12设置有减压阀13和压力表，两级压力示数保证压力精度。打压保压过程中，观察实验管道5的压力表示数是否与减压阀13示数一致，如果一致，标记压力表；如果不一致则检查维修压力表，或更换压力表；
（3）温度标定实验，为保证模拟实验装置操作温度的精度，应用温度控制柜保证温度精度，并根据实验方案设置实验温度；
（4）标记腐蚀挂片，包括其尺寸、重量、标号、所属实验管道5号；
（5）标记腐蚀介质，配置之前查明腐蚀介质溶解度，腐蚀介质需要整体配置，即一次性配置所需同规格腐蚀介质；
（6）实验管道5裹敷加热带，加热带端部与挂片支架处齐平，以方便盛装腐蚀介质；腐蚀介质装入实验管道5和对比管道，装之前测量实验管道5容积，依据容积裝盛腐蚀介质；
（7）实验管道5裝盛腐蚀介质结束之后，需要安装挂片支架及腐蚀挂片，腐蚀挂片支架需要密封胶密封，密封时间20小时以上，密封过程中，保持挂片支架端处在最高位置，以保证腐蚀挂片不被腐蚀；
（8）密封胶固结以后，往实验管道5中冲高压氮气2个小时，以除净氧气，后依据实验方案往管道中充CO2或其他气体，直到达到实验要求；
（9）本实施例，待达到压力要求以后，依据实验方案，设置温度。

Claims (10)

1.一种模拟高压多相流动起伏管路腐蚀实验装置，包括管路系统及与管路系统分别连接的动力系统及压力系统；其特征在于：所述管路系统包括框架（1）及位于框架（1）内的管道支架（4），管道支架（4）与框架（1）之间转动连接；管道支架（4）上设有转动托盘（10），转动托盘（10）上设有实验管道（5）；管道支架（4）通过连杆（6）与动力系统连接；所述实验管道（5）分别与压力系统及温度控制系统连接；实验管道（5）均设有腐蚀速率检测装置。
2.根据权利要求1所述的模拟高压多相流动起伏管路腐蚀实验装置，其特征在于：所述动力系统包括依次连接的电机（7）、减速机（8）及转动凸轮（4），转动凸轮（4）的凸轮面上设有孔洞；所述孔洞与管道支架（4）之间通过连杆（6）实现连接。
3.根据权利要求2所述的模拟高压多相流动起伏管路腐蚀实验装置，其特征在于：所述转动托盘（10）为与管道支架（4）任意平行两边实现连接的连接杆，连接杆至少为2条；实验管道（5）与连接杆垂直设置，并与连接杆固定连接。
4.根据权利要求3所述的模拟高压多相流动起伏管路腐蚀实验装置，其特征在于：还包括与连接杆垂直设置且连接的钢板（3），钢板（3）两分别与管道支架（4）连接；且钢板（3）上设有若干圆孔。
5.根据权利要求4所述的模拟高压多相流动起伏管路腐蚀实验装置，其特征在于：所述转动凸轮（4）的凸轮面上设有离轴心不同距离的若干孔洞，所述任意孔洞与任意圆孔之间通过连杆（6）连接，从而连通动力系统与管路系统。
6.根据权利要求5所述的模拟高压多相流动起伏管路腐蚀实验装置，其特征在于：所述压力系统包括依次连接的压力管道与高压瓶（12），实验管道（5）通过针型阀连接压力管道进而连接高压瓶（12）。
7.根据权利要求6所述的模拟高压多相流动起伏管路腐蚀实验装置，其特征在于：所述温度控制系统包括依次设置在实验管道（5）外表面的温度传感器及加热带，所述加热带还连接有温度控制柜。
8.根据权利要求7所述的模拟高压多相流动起伏管路腐蚀实验装置，其特征在于：所述实验管道（5）包含8根金属管道，还包括对比管道，对比管道为有机玻璃管道；金属管道和有机玻璃管道内径一致，且其内部设有相同体积分数的液态水；所述腐蚀速率检测装置包括腐蚀速率在线监测系统或腐蚀挂片速率检测装置；其中，任意一根金属管道上设有腐蚀速率在线监测系统，其余金属管道上设有腐蚀挂片速率检测装置。
9.根据权利要求8所述的模拟高压多相流动起伏管路腐蚀实验装置，其特征在于：所述腐蚀速率在线监测系统包括电感腐蚀检测仪和线性极化腐蚀检测仪。
10.根据权利要求9所述的模拟高压多相流动起伏管路腐蚀实验装置，其特征在于：所述腐蚀挂片速率检测装置包括挂片支架及腐蚀挂片，所述挂片支架通过螺纹设置于实验管道（5）的一端，所述每一个挂片支架上设有2个腐蚀挂片。
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GR01 Patent grant
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