CN110345382B - 大口径半气体低温高压金属管的管体温度测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大口径半气体低温高压金属管的管体温度测试装置，包括测量气体温度的第一温度传感器、测量液体温度的第二温度传感器和位于金属管管壁的第三温度传感器，第一传感器通过第一安装座安装在金属管管壁上，第一传感器插入到金属管气体中，第二传感器通过第二安装座安装在金属管管壁上，第二传感器伸入到金属管的液体中，所述第三传感器安装在金属管的顶部，第三传感器至少包含两个，第三传感器均匀安装在金属管顶部。本发明的大口径半气体低温高压金属管的管体温度测试装置，采用管内液体、气体和管壁组合式梯次温度测试和管体温度的实时监控，可获得金属管管内液体、气体温度和管壁的实时温度值，方法安全、可靠，数据准确。
Description
技术领域
本发明涉及大口径半气体低温高压金属管的管体温度测试装置，属于测量领域。
背景技术
高压油气管道服役环境复杂，部分管线地处寒冷地区，站场环境极限温度可达到-30～-45℃。站场钢管、弯管和管件需裸露在极寒的外部环境下服役，低温脆断的敏感性相对提高。如果管道发生低温脆性导致的断裂事故，将会造成不可估量的损失。因此，为避免管道发生低温脆性断裂，国内外广泛开展了大口径低温高压金属油气管道的断裂控制设计和韧性指标确定的研究。大口径半气体低温高压金属管的管体温度测试是进行管道低温脆性断裂控制的重要环节，现有温度测量装置不能准确的对大口径半气体低温高压金属管温度进行测量。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种大口径半气体低温高压金属管的管体温度测试装置，采用管内液体、气体和管壁组合式梯次温度测试和管体温度的实时监控，可获得金属管管内液体、气体温度和管壁的实时温度值，方法安全、可靠，数据准确。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的大口径半气体低温高压金属管的管体温度测试装置，包括测量气体温度的第一温度传感器、测量液体温度的第二温度传感器和位于金属管管壁的第三温度传感器，所述第一传感器通过第一安装座安装在金属管管壁上，第一传感器插入到金属管气体中，所述第二传感器通过第二安装座安装在金属管管壁上，第二传感器伸入到金属管的液体中，所述第三传感器安装在金属管的顶部，第三传感器至少包含两个，第三传感器均匀安装在金属管顶部。
作为优选，所述第一温度传感器为半插入式温度传感器，通过在金属管上开设的螺纹孔和安装座与金属管连接，第一温度传感器探针长度为2倍管壁厚度，安装位置为距离管体端部L/4、金属管上部偏离管体垂直中心线10℃，L为金属管长度。
作为优选，对金属管进行加压降温时半插入式温度传感器测量的温度Tqi之间的温度差须大于0.5℃，加压降温结束管体稳定后温度差需小于0.1℃。
作为优选，所述第二温度传感器为插入式温度传感器，插入式温度传感器通过在金属管上开设的螺纹孔和安装座与金属管连接，第二温度传感器探针长度为
式中R为金属管半径，h为液面高度，n为液体在目标压力下的体积压缩率；安装位置为距离管体端部L/4、高度为h/2处，L为金属管长度。
作为优选，对金属管进行加压降温时插入式温度传感器测量的温度Tyi之间的温度差须大于1℃，加压降温结束管体稳定后后温度差需小于0.2℃。
作为优选，所述第三温度传感器为贴片式表面温度传感器，第三温度传感器沿金属管轴线从中心线处间隔1m进行逐个布置。
作为优选，所述第三温度传感器测量的温度Tbi之间的温度差在降温阶段须小于0.5℃，加压降温结束管体稳定后温度差需小于0.1℃。
作为优选，所述第三温度传感器先用502胶水进行临时固定，5分钟后用AB胶进行覆盖固定。
作为优选，对温度测试各单元的状态进行监测与控制，在降温阶段|Tyi-Tqi|须大于10℃、|Tqi-Tbi|须大于0.5℃，在降温结束后的稳定阶段|Tyi-Tqi|须小于5℃、|Tqi-Tbi|须小于0.1℃。
一种上述的大口径半气体低温高压金属管的管体温度测试装置的方法，包含以下步骤：
(1)将第一传感器、第二传感器和第三传感器安装在金属管上；
(2)低温高压氮气降温加压单元快速将管内压力提高至Pm/2，检查测试单元器件的安装密封性；
(3)完全打开泄压阀，将管内压力降低至P0，P0为环境气压；
(4)液氮降温单元将金属管管壁、管内气体温度降低至f Tm，Tm为目标温度，f为温度调节因子，f为1.05～1.1，此时管内液体和气体之间存在较大的温度差；
(5)关闭泄压阀，低温高压氮气降温加压单元快速将管内压力提高至Pm，Pm为目标压力；
(6)第一传感器、第二传感器和第三传感器测量金属管内气体、液体以及管壁的温度。
在本发明中，所述金属管的顶部两端设有第一接口和泄压管，第一接口通过第一阀门与低温高压氮气降温加压装置连接，所述油气管上还设有第二接口，第二接口与液氮加注装置连接，在泄压管上安装有泄压阀，在油气管内安装有温度传感器和压力传感器，所述低温高压氮气降温加压装置包含液氮罐、低温液体加压装置和气化器，液氮经低温液体加压装置进入气化器转化为低温高压氮气，再经低温高压氮气输送管，通过阀门连接方式将低温高压氮气注入管内气体中。液氮确实降温明显，但同时液氮注入金属管即为氮气，如果不开泄压阀，金属管内气体压力会迅速增大，直至超过目标压力，而此时降温幅度尤其是管内气体的降温幅度会非常小，所以必须两阶段降温，第一阶段用液氮先把金属管内液体、尤其是气体温度降下来，然后把金属管上的液氮注入口阀门关闭(这个步骤很重要，防止管内液体倒流)，再进行第二阶段氮气注入加压(不能用普通空气加压，因为气体压缩会放热，会使管内气体温度迅速升高，使用氮气加压会有效控制这一点)，同时通过管内液体温度，可以降温到-30度。在大口径高压金属管中，需要对气体、液体均降温到-30度是不容易完成的，利用本发明的系统，可以实现该目的，配合第一传感器、第二传感器和第三传感器，实现温度的精确测试。通过该温度测试装置，实现大口径半气体低温高压金属管实现低温的目的。
有益效果：本发明的大口径半气体低温高压金属管的管体温度测试装置，采用管内液体、气体和管壁组合式梯次温度测试和管体温度的实时监控，可获得金属管管内液体、气体温度和管壁的实时温度值，方法安全、可靠，数据准确；
附图说明
图1是本发明的正面布置示意图。
图2是本发明中传感器截面布置示意图。
图3是本发明中温度控制结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1至图3所示，本发明的大口径半气体低温高压金属管的管体温度测试装置，包括测量气体温度的第一温度传感器、测量液体温度的第二温度传感器和位于金属管管壁的第三温度传感器，所述第一传感器通过第一安装座安装在金属管管壁上，第一传感器插入到金属管气体中，所述第二传感器通过第二安装座安装在金属管管壁上，第二传感器伸入到金属管的液体中，所述第三传感器安装在金属管的顶部，第三传感器至少包含两个，第三传感器均匀安装在金属管顶部。
在本发明中，所述第一温度传感器为半插入式温度传感器1，通过在金属管上开设的螺纹孔和安装座与金属管连接，第一温度传感器探针长度为2倍管壁厚度，安装位置为距离管体端部L/4、金属管上部偏离管体垂直中心线10℃，L为金属管长度。对金属管进行加压降温时插入式温度传感器2测量的温度Tqi之间的温度差须大于0.5℃，加压降温结束管体稳定后温度差需小于0.1℃。
在本发明中，所述第二温度传感器为插入式温度传感器2，插入式温度传感器2通过在金属管上开设的螺纹孔和安装座与金属管连接，第二温度传感器探针长度为
式中R为金属管半径，h为液面高度4，n为液体在目标压力下的体积压缩率；安装位置为距离管体端部L/4、高度为h/2处，L为金属管长度。对金属管进行加压降温时插入式温度传感器2测量的温度Tyi之间的温度差须大于1℃，加压降温结束管体稳定后后温度差需小于0.2℃。
在本发明中，所述第三温度传感器为贴片式表面温度传感器3，第三温度传感器沿金属管轴线从中心线处间隔1m进行逐个布置。所述第三温度传感器测量的温度Tbi之间的温度差在降温阶段须小于0.5℃，加压降温结束管体稳定后温度差需小于0.1℃。所述第三温度传感器先用502胶水进行临时固定，5分钟后用AB胶进行覆盖固定。
在本发明中，对温度测试各单元的状态进行监测与控制，在降温阶段|Tyi-Tqi|须大于10℃、|Tqi-Tbi|须大于0.5℃，在降温结束后的稳定阶段|Tyi-Tqi|须小于5℃、|Tqi-Tbi|须小于0.1℃。
针对长度为10.8m，直径为1422mm，壁厚0.021m，液面高度41m，管内液体气体温度-30℃、12MPa压力的X90金属管爆破试验，金属管降温采用如下步骤：
插入式温度传感器2通过在金属管上开设的螺纹孔和安装座与金属管连接。根据金属管管径、管内液体高度、管内气体压力以及测试要求，插入式温度传感器2的探针长度为0.6m；安装位置为距离管体端部2.7m、高度为0.5m处。降温时插入式温度传感器2测量的温度Tyi之间的温度差为2℃，加压降温结束管体稳定后后温度差为0.1℃。半插入式温度传感器1通过在金属管上开设的螺纹孔和安装座与金属管连接。根据金属管管径、壁厚以及管内气体温度扰动特性，传感器的探针长度为0.042m，安装位置为距离管体端部2.7m、金属管上部偏离管体垂直中心线10℃。加压降温时半插入式温度传感器1测量的温度Tqi之间的温度差为1℃，加压降温结束管体稳定后温度差为0.05℃。贴片式温度传感器沿金属管轴线从中心线处间隔1m进行逐个布置。贴片式温度传感器先用502胶水进行临时固定，5分钟后用AB胶进行覆盖固定。贴片式温度传感器测量的温度Tbi之间的温度差在降温阶段为0.4℃，加压降温结束管体稳定后温度差为0.05℃。
由于管内液体、气体的扰动，在降温阶段|Tyi-Tqi|控制在12℃、|Tqi-Tbi|控制在1℃，在降温结束后的测量管体温度时|Tyi-Tqi|为4℃、|Tqi-Tbi|为0.05℃，金属管内液体、气体温度较为稳定，液体温度为-34℃、气体和管壁温度为-30℃。
一种上述的大口径半气体低温高压金属管的管体温度测试装置的方法，包括以下步骤：
(1)将第一传感器、第二传感器和第三传感器安装在金属管上；
(2)低温高压氮气降温加压单元快速将管内压力提高至Pm/2，检查测试单元器件的安装密封性；
(3)完全打开泄压阀，将管内压力降低至P0；
(4)液氮降温单元将金属管管壁、管内气体温度降低至f Tm，Tm为目标温度，f为温度调节因子，f为1.05～1.1，此时管内液体和气体之间存在较大的温度差；
(5)关闭泄压阀，低温高压氮气降温加压单元快速将管内压力提高至Pm，Pm为目标压力。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种大口径半气体低温高压金属管的管体温度测试装置，其特征在于：包括测量气体温度的第一温度传感器、测量液体温度的第二温度传感器和位于金属管管壁的第三温度传感器，所述第一温度传感器通过第一安装座安装在金属管管壁上，第一温度传感器插入到金属管气体中，所述第二温度传感器通过第二安装座安装在金属管管壁上，第二温度传感器伸入到金属管的液体中，所述第三温度传感器安装在金属管的顶部，第三温度传感器至少包含两个，第三温度传感器均匀安装在金属管顶部；所述金属管的顶部两端设有第一接口和泄压管，第一接口通过第一阀门与低温高压氮气降温加压装置连接，金属管上还设有第二接口，第二接口与液氮加注装置连接，在泄压管上安装有泄压阀，在金属管内安装有温度传感器和压力传感器，所述低温高压氮气降温加压装置包含液氮罐、低温液体加压装置和气化器，液氮经低温液体加压装置进入气化器转化为低温高压氮气，再经低温高压氮气输送管，通过阀门连接方式将低温高压氮气注入管内气体中。
2.根据权利要求1所述的大口径半气体低温高压金属管的管体温度测试装置，其特征在于：所述第一温度传感器为半插入式温度传感器，通过在金属管上开设的螺纹孔和安装座与金属管连接，第一温度传感器探针长度为2倍管壁厚度，安装位置为距离管体端部L/4、金属管上部偏离管体垂直中心线10℃，L为金属管长度。
3.根据权利要求1或2所述的大口径半气体低温高压金属管的管体温度测试装置，其特征在于：对金属管进行加压降温时半插入式温度传感器测量的温度Tqi之间的温度差须大于0.5℃，加压降温结束管体稳定后温度差需小于0.1℃。
4.根据权利要求1所述的大口径半气体低温高压金属管的管体温度测试装置，其特征在于：所述第二温度传感器为插入式温度传感器，插入式温度传感器通过在金属管上开设的螺纹孔和安装座与金属管连接，第二温度传感器探针长度为
式中R为金属管半径，h为液面高度，n为液体在目标压力下的体积压缩率；安装位置为距离管体端部L/4、高度为h/2处，L为金属管长度。
5.根据权利要求1所述的大口径半气体低温高压金属管的管体温度测试装置，其特征在于，对金属管进行加压降温时插入式温度传感器测量的温度Tyi之间的温度差须大于1℃，加压降温结束管体稳定后后温度差需小于0.2℃。
6.根据权利要求1所述的大口径半气体低温高压金属管的管体温度测试装置，其特征在于：所述第三温度传感器为贴片式表面温度传感器，第三温度传感器沿金属管轴线从中心线处间隔1m进行逐个布置，所述第三温度传感器先用502胶水进行临时固定，5分钟后用AB胶进行覆盖固定。
7.根据权利要求1所述的大口径半气体低温高压金属管的管体温度测试装置，其特征在于：所述第三温度传感器测量的温度Tbi之间的温度差在降温阶段须小于0.5℃，加压降温结束管体稳定后温度差需小于0.1℃。
8.根据权利要求1所述的大口径半气体低温高压金属管的管体温度测试装置，其特征在于，对温度测试各单元的状态进行监测与控制，在降温阶段|Tyi-Tqi|须大于10℃、|Tqi-Tbi|须大于0.5℃，在降温结束后的稳定阶段|Tyi-Tqi|须小于5℃、|Tqi-Tbi|须小于0.1℃，Tyi表示液体的温度，Tqi表示气体温度，Tbi表示上方管壁的温度。
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