CN110108513A - 一种冷指表面蜡沉积物精确测厚与取样装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种冷指表面蜡沉积物精确测厚与取样装置,包括:固定支座、冷指夹、旋转支杆及测量尺,所述固定支座由底座和支杆组成,支杆安装在底座上,所述支杆上连接有冷指夹,带有沉积物的冷指被冷指夹所固定,所述的旋转支杆的一端与冷指夹滑动连接,旋转支杆的另一端连接有测量尺,本发明能够在滑道范围内任意方位精确测量取样沉积物厚度。

Description

一种冷指表面蜡沉积物精确测厚与取样装置及方法
技术领域
本发明涉及一种原油蜡沉积物精确测厚与取样装置,属于石油行业流动保障技术领域,尤其涉及一种冷指表面蜡沉积物精确测厚与取样装置及方法,主要适用于冷指实验装置的表面蜡沉积物厚度测量和取样。
背景技术
近年来,陆上油田开发逐渐进入中后期,海洋石油开发在世界范围内兴起,并逐渐成为热点。含蜡原油管输过程中,如果径向上存在温差且管壁温度低于原油析蜡点,则有蜡分子析出并在管道径向上形成蜡分子浓度梯度,溶解的蜡分子向管壁方向扩散并在管壁上形成蜡沉积物。随着沉积厚度的增加,蜡沉积会造成管道输量降低、能耗增加、停输再启动困难等问题,严重时甚至完全堵塞管道截面,造成巨大经济损失。我国所产原油80%以上为含蜡原油,随着海洋石油开发从近海向深海发展,海底管道周围温度可以低至4℃,发生蜡沉积的概率大幅增加,同时海底管道经常采用多相混输工艺,使得蜡沉积问题更加复杂、严重,增加了管输系统的安全风险。
蜡沉积过程主要受原油组成、壁面与油流温度、温差、流速、热历史和压力等因素影响。目前提出的蜡沉积机理主要有分子扩散、老化、剪切剥离、剪切弥散、重力沉降和布朗扩散,其中分子扩散、老化和剪切剥离被认为是蜡沉积过程中最主要的机理,剪切弥散作用尚存一定争议,而布朗扩散、重力沉降作用很小。在沉积过程中,蜡沉积速率是不断变化的,同时,不同厚度上的沉积物含蜡量、蜡分子碳数分布等性质也存在较大差异。与以往不同,学者开始从更微观的角度对蜡沉积进行研究,通过研究和分析不同沉积厚度上沉积物的性质可以准确反推蜡分子沉积速率、蜡晶析出规律、蜡分子扩散和反扩散速率等参数变化情况。而实验室中得到的蜡沉积物通常只有几毫米厚,所以精确测量沉积物厚度对其性质研究具有重要意义。
含蜡原油蜡沉积研究一直是石油行业的热点问题,学者通常采用环道装置和冷指装置进行蜡沉积实验:环道装置具有结构复杂、零部件多、占地面积大、建设成本高、用油量大、维护不便等弊端,相比之下,冷指蜡沉积实验装置则具有零部件少、占地面积小、建设成本低、用油量小、操控性好、维护简单等优点,因此在实验室中应用广泛。冷指实验装置主要由冷指罐和冷指构成,二者均连接有控温水浴,如此控制冷指罐罐壁温度和冷指表面温度,通常冷指表面的温度低于原油析蜡点,而冷指罐的温度高于原油析蜡点,在油壁之间形成温差,促使冷指表面形成蜡沉积物。目前,冷指沉积物测厚往往由实验人员手动进行,拿一个普通尺子嵌入到冷指表面的沉积物中读取沉积物厚度,尺子的刻度等设计都没有针对性,测量过程随意性大、误差大,且操作不方便。
发明内容
本发明针对上述现有技术中存在的问题,提供一种冷指表面蜡沉积物精确测厚与取样装置,解决了现有技术中冷指表面蜡沉积物厚度测量及取样不够精准的问题。
本发明的另一个目的在于提供一种冷指表面蜡沉积物精确测厚与取样的方法,可以对冷指上的不同空间位置沉积物进行精确取样测量。
本发明的技术方案如下:
一种冷指表面蜡沉积物精确测厚与取样装置,包括:固定支座、冷指夹、旋转支杆及测量尺,所述固定支座由底座和支杆组成,支杆安装在底座上,所述支杆上连接有冷指夹,带有沉积物的冷指被冷指夹所固定,所述的旋转支杆的一端与冷指夹滑动连接,旋转支杆的另一端连接有测量尺。
所述的支杆的上部和下部分别设置有冷指夹,上、下两个冷指夹结构相同,所述的冷指夹包括圆环本体和三个拧紧螺杆,三个拧紧螺杆与圆环本体螺纹连接,三个拧紧螺杆为第一拧紧螺杆、第二拧紧螺杆、第三拧紧螺杆,其中第一拧紧螺杆设置在靠近支杆的一侧,第二拧紧螺杆、第三拧紧螺杆设置在第一拧紧螺杆的两侧且与第一拧紧螺杆的延长线垂直,第二拧紧螺杆、第三拧紧螺杆在一条轴线上;所述圆环本体的上下表面设有滑道,滑道位于第二拧紧螺杆、第三拧紧螺杆之间的150°空间上。
所述三个拧紧螺杆的结构相同,拧紧螺杆包括螺杆、圆弧板和金属杆,螺杆的顶端嵌入式连接圆弧板,圆弧板的内表面设有橡胶层,金属杆的顶端与圆弧板固定连接且位于螺杆的两侧。
所述的滑道的横截面为直角U形槽,旋转支杆的一端嵌入滑道内,旋转支杆嵌入滑道中的一端横截面与滑道形状相匹配,旋转支杆与滑道之间设有滚珠,旋转支杆沿滑道在150°的空间内滑动。
所述的旋转支杆的另一端通过滑杆卡槽连接有滑杆,滑杆与旋转支杆垂直,滑块滑动设置在滑杆上,测量杆通过螺纹连接在滑块上,测量杆与滑杆垂直,所述的测量尺包括主测量尺和副尺,测量杆临近冷指的一端安装主测量尺,测量杆的另一端安装微调螺母,主测量尺的上方设置副尺,副尺通过支撑臂固定在滑块上。
所述的主测量尺量程150mm,最小分度值1mm,主测量尺两侧均有刻度,方便测量和读数,副尺量程49mm,最小分度值0.02mm,副尺配合主尺进行精确读数,精确到小数点后两位,无估读。
一种冷指表面蜡沉积物精确测厚与取样的方法,包括下述步骤:
1)将装置底座放在平整的桌面上,将实验得到的表面有蜡沉积物的冷指放入冷指夹,同时旋进三个拧紧螺杆夹住冷指,保证冷指表面与拧紧螺杆上的圆弧板中心相切,由此保证冷指与冷指夹同心,将冷指固定在支杆上,为沉积物测厚和取样做准备;
2)调整测量尺的位置,首先固定好上下滑动的滑块在需要取样的高度上,然后旋转微调螺母使主测量尺顶部刚好接触沉积物表面,此时读取副尺零刻度线在主尺上的位置并记录,而后继续旋转微调螺母直至主尺顶部与冷指表面接触,此时,再次读取副尺零刻度线在主尺上的位置并记录,两次读数之差就是蜡沉积物的厚度;测量完某一位置的沉积物厚度后,可以根据实验需要采用相同方法再测量其它位置的沉积物厚度,计算沉积物厚度平均值;
3)旋出主测量尺,再次将主测量尺顶部调整至与沉积物表面刚好接触的位置,根据实验需要旋进特定的取样厚度并固定,然后沿冷指夹上的滑道滑动旋转支杆,旋转支杆带动主测量尺刮取特定厚度的沉积物,依照此法,可以取得任一空间位置的沉积物样品,为测量不同厚度的沉积物性质提供精确样品。
所述测量方法依据测量公式:厚度=主测量尺读数+(副尺与主测量尺对齐的尺刻度)×分度值。
本发明的优点及特点是:
1、本发明用于固定表面有蜡沉积的冷指并对其进行多方位精确测量与取
样。每次可以在150°范围内对其进行测量和取样,如果需要,可以调节冷指夹,旋转冷指,对其他位置进行相同操作,从而可以对整个冷指表面的沉积物进行精确测量和取样。
2、拧紧螺杆与金属圆弧板为嵌入式组合方式,同时为确保圆弧板始终与冷指垂直,螺杆可以在金属圆弧板中自由旋转,螺杆通过旋转带动金属圆弧板沿金属杆方向前后运动,但金属圆弧板不会随螺杆的旋转而旋转。圆弧板以金属为结构框架,内表面有橡胶,增大摩擦力,防止冷指滑落。
3、测量装置分为主尺和副尺两部分,由主副尺刻度差代替估读从而减小误差,进行精确的测量与取样。有别于传统测量与取样只依靠实验人员主观判断。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为冷指夹结构示意图。
图3为旋转支杆与滑道连接结构示意图。
图4为拧紧螺杆的圆弧板与螺杆嵌入式结构示意图。
图5为拧紧螺杆与圆弧主体连接的结构示意图。
图6为微调螺母结构示意图。
图7为测量尺读数示意图。
图中,1为底座;2为支杆;3为抱箍;31为连杆;4为冷指夹;41为拧紧螺杆;42为金属支杆;43为圆弧板;44为滑道;5为冷指;51为冷指表面附着的蜡沉积物;6为旋转支杆; 61为滑杆卡槽;62为滑杆;63为滑块;64为滚珠;7为测量杆; 71为主测量尺;72为副尺,73为微调螺母。
具体实施方式
实施例
如图所示,一种冷指表面蜡沉积物精确测厚与取样装置,包括:固定支座、冷指夹、旋转支杆及测量尺,所述固定支座由底座1和支杆2组成,支杆2螺纹连接在底座1上,所述支杆2上连接有冷指夹4,冷指夹4连接连杆的一端,连杆31的另一端连接抱箍3,抱箍套装在支杆2上,带有沉积物的冷指5被冷指夹所固定,所述的旋转支杆6的一端与冷指夹4滑动连接,旋转支杆6的另一端连接有测量尺。
所述的支杆2的上部和下部分别设置有冷指夹4,上、下两个冷指夹结构相同,所述的冷指夹包括圆环本体和三个拧紧螺杆41,三个拧紧螺杆与圆环本体螺纹连接,三个拧紧螺杆为第一拧紧螺杆、第二拧紧螺杆、第三拧紧螺杆,其中第一拧紧螺杆设置在靠近支杆的一侧,第二拧紧螺杆、第三拧紧螺杆设置在第一拧紧螺杆的两侧且与第一拧紧螺杆的延长线垂直,第二拧紧螺杆、第三拧紧螺杆在一条轴线上;所述圆环本体的上下表面设有滑道44,滑道位于第二拧紧螺杆、第三拧紧螺杆之间的150°空间上。
所述三个拧紧螺杆的结构相同,拧紧螺杆包括螺杆、圆弧板43和金属杆42,螺杆的顶端嵌入式连接圆弧板43,圆弧板43的内表面设有橡胶层,金属杆42的顶端与圆弧板43固定连接且位于螺杆的两侧。圆弧板43以确保冷指与冷指夹同心,金属杆穿过冷指夹随圆弧板运动,橡胶层可以增大与冷指摩擦力,防止冷指滑落,圆弧板背面的两根金属支杆42,以确保圆弧板43始终与冷指5垂直。。所述螺杆与金属圆弧板为嵌入式组合方式,螺杆可以在金属圆弧板中自由旋转,螺杆通过旋转带动金属圆弧板沿金属杆方向前后运动,但金属圆弧板不会随螺杆的旋转而旋转。 冷指夹4通过拧紧螺杆41的调节结构,可根据不同直径的冷指5进行牢固的固定。
所述的滑道44的横截面为直角U形槽,旋转支杆6的一端嵌入滑道44内,旋转支杆6嵌入滑道中的一端横截面与滑道形状相匹配,旋转支杆6与滑道44之间设有滚珠64,旋转支杆6沿滑道在150°的空间内滑动,能够在滑道范围内任意方位测量沉积物厚度;滚珠64减小摩擦力,以提供测量装置多方位工作空间。
所述的旋转支杆6的另一端通过滑杆卡槽61连接有滑杆62,滑杆卡槽的中间为圆孔,滑杆卡槽的侧面设有螺栓,滑杆62穿过圆孔,通过螺栓顶住滑杆62来固定滑杆,滑杆62与旋转支杆6垂直,滑块63套装在滑杆62上,滑块与滑杆之间设有调整螺栓,滑块可在滑杆上滑动并通过调整螺栓固定,测量杆7通过螺纹连接在滑块63上,测量杆7与滑杆62垂直;所述的测量尺包括主测量尺71和副尺72,测量杆临近冷指的一端安装主测量尺71,测量杆的另一端安装微调螺母73,主测量尺71的上方设置副尺72,副尺通过支撑臂固定在滑块上。滑动滑块63,测量不同位置的蜡沉积厚度,转动旋转支杆6,多方位测量冷指表面蜡沉积厚度。测量尺可以沿滑杆上下滑动,也可以沿垂直于滑杆的方向任意移动,沿垂直于滑杆方向上的移动由微调螺母控制,通过旋转微调螺母来实现测量尺的移动,从而达到任意位置任意深度进行测量与取样。
所述的主测量尺量程150mm,最小分度值1mm,主测量尺两侧均有刻度,以便测量不同位置的微小差异,方便测量和读数,副尺量程49mm,最小分度值0.02mm,副尺配合主尺进行精确读数,精确到小数点后两位,无估读,由主副尺刻度差代替估读从而减小误差,可进行精确的测量与取样。
一种冷指表面蜡沉积物精确测厚与取样的方法,包括下述步骤:
1)将装置底座放在平整的桌面上,将实验得到的表面有蜡沉积物的冷指放入冷指夹,同时旋进三个拧紧螺杆夹住冷指,保证冷指表面与拧紧螺杆上的圆弧板中心相切,由此保证冷指与冷指夹同心,将冷指固定在支杆上,为沉积物测厚和取样做准备;
2)调整测量尺的位置,首先固定好上下滑动的滑块在需要取样的高度上,然后旋转微调螺母使主测量尺顶部刚好接触沉积物表面,此时读取副尺零刻度线在主尺上的位置并记录,而后继续旋转微调螺母直至主尺顶部与冷指表面接触,此时,再次读取副尺零刻度线在主尺上的位置并记录,两次读数之差就是蜡沉积物的厚度;测量完某一位置的沉积物厚度后,可以根据实验需要采用相同方法再测量其它位置的沉积物厚度,计算沉积物厚度平均值;
3)旋出主测量尺,再次将主测量尺顶部调整至与沉积物表面刚好接触的位置,根据实验需要旋进特定的取样厚度并固定,然后沿冷指夹上的滑道滑动旋转支杆,旋转支杆带动主测量尺刮取特定厚度的沉积物,依照此法,可以取得任一空间位置的沉积物样品,为测量不同厚度的沉积物性质提供精确样品。
所述测量方法依据测量公式:厚度=主测量尺读数+(副尺与主测量尺对齐的尺刻度)×分度值;图7中的读数示例为,7+4×0.02=7.08mm。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作;以上所述是本发明的具体实施例及所运用的技术原理,任何基于本发明技术方案基础上的等效变换,均属于本发明的保护范围之内。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (8)

1.一种冷指表面蜡沉积物精确测厚与取样装置,其特征在于包括:固定支座、冷指夹、旋转支杆及测量尺,所述固定支座由底座和支杆组成,支杆安装在底座上,所述支杆上连接有冷指夹,带有沉积物的冷指被冷指夹所固定,所述的旋转支杆的一端与冷指夹滑动连接,旋转支杆的另一端连接有测量尺。
2.根据权利要求1所述的一种冷指表面蜡沉积物精确测厚与取样装置,其特征在于所述的支杆的上部和下部分别设置有冷指夹,上、下两个冷指夹结构相同,所述的冷指夹包括圆环本体和三个拧紧螺杆,三个拧紧螺杆与圆环本体螺纹连接,三个拧紧螺杆为第一拧紧螺杆、第二拧紧螺杆、第三拧紧螺杆,其中第一拧紧螺杆设置在靠近支杆的一侧,第二拧紧螺杆、第三拧紧螺杆设置在第一拧紧螺杆的两侧且与第一拧紧螺杆的延长线垂直,第二拧紧螺杆、第三拧紧螺杆在一条轴线上;所述圆环本体的上下表面设有滑道,滑道位于第二拧紧螺杆、第三拧紧螺杆之间的150°空间上。
3.根据权利要求2所述的一种冷指表面蜡沉积物精确测厚与取样装置,其特征在于所述三个拧紧螺杆的结构相同,拧紧螺杆包括螺杆、圆弧板和金属杆,螺杆的顶端嵌入式连接圆弧板,圆弧板的内表面设有橡胶层,金属杆的顶端与圆弧板固定连接且位于螺杆的两侧。
4.根据权利要求2所述的一种冷指表面蜡沉积物精确测厚与取样装置,其特征在于所述的滑道的横截面为直角U形槽,旋转支杆的一端嵌入滑道内,旋转支杆嵌入滑道中的一端横截面与滑道形状相匹配,旋转支杆与滑道之间设有滚珠,旋转支杆沿滑道在150°的空间内滑动。
5.根据权利要求4所述的一种冷指表面蜡沉积物精确测厚与取样装置,其特征在于所述的旋转支杆的另一端通过滑杆卡槽连接有滑杆,滑杆与旋转支杆垂直,滑块滑动设置在滑杆上,测量杆通过螺纹连接在滑块上,测量杆与滑杆垂直,所述的测量尺包括主测量尺和副尺,测量杆临近冷指的一端安装主测量尺,测量杆的另一端安装微调螺母,主测量尺的上方设置副尺,副尺通过支撑臂固定在滑块上。
6.根据权利要求5所述的一种冷指表面蜡沉积物精确测厚与取样装置,其特征在于所述的主测量尺量程150mm,最小分度值1mm,主测量尺两侧均有刻度,方便测量和读数,副尺量程49mm,最小分度值0.02mm,副尺配合主尺进行精确读数,精确到小数点后两位,无估读。
7.根据权利要求1所述的一种冷指表面蜡沉积物精确测厚与取样装置的测厚与取样方法,其特征在于一种冷指表面蜡沉积物精确测厚与取样的方法,包括下述步骤:
1) 将装置底座放在平整的桌面上,将实验得到的表面有蜡沉积物的冷指放入冷指夹,同时旋进三个拧紧螺杆夹住冷指,保证冷指表面与拧紧螺杆上的圆弧板中心相切,由此保证冷指与冷指夹同心,将冷指固定在支杆上,为沉积物测厚和取样做准备;
2) 调整测量尺的位置,首先固定好上下滑动的滑块在需要取样的高度上,然后旋转微调螺母使主测量尺顶部刚好接触沉积物表面,此时读取副尺零刻度线在主尺上的位置并记录,而后继续旋转微调螺母直至主尺顶部与冷指表面接触,此时,再次读取副尺零刻度线在主尺上的位置并记录,两次读数之差就是蜡沉积物的厚度;测量完某一位置的沉积物厚度后,可以根据实验需要采用相同方法再测量其它位置的沉积物厚度,计算沉积物厚度平均值;
3)旋出主测量尺,再次将主测量尺顶部调整至与沉积物表面刚好接触的位置,根据实验需要旋进特定的取样厚度并固定,然后沿冷指夹上的滑道滑动旋转支杆,旋转支杆带动主测量尺刮取特定厚度的沉积物,依照此法,可以取得任一空间位置的沉积物样品,为测量不同厚度的沉积物性质提供精确样品。
8.根据权利要求7所述的一种冷指表面蜡沉积物精确测厚与取样方法,其特征在于所述测量方法依据测量公式:厚度=主测量尺读数+(副尺与主测量尺对齐的尺刻度)×分度值。
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