CN113933746B - 一种流体管道输送过程静电测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种流体管道输送过程静电测量装置，包括微电流计、电荷仪、法拉第筒、多通道数据采集系统和介质输送管路；所述介质输送管路包括储罐、介质、储罐出口和入口之间通过连接管道顺序连接有螺杆泵、前端阀门、流量计、逸散罐、第一绝缘管道、待测管道、第二绝缘管道和末端阀门，所述介质在管道和储罐里循环流动；所述待测管道设有泄漏孔和测量电极；所述微电流计输入端与待测管道连接，输出端接地；所述法拉第筒设置在泄漏孔下方；所述电荷仪输入端与法拉第筒连接；所述电荷仪数据输出端与电脑端多通道数据采集系统连接。本发明通过测量管道的静电参数，实现对管道静电危险性评估。
Description
技术领域
本发明涉及一种流体管道输送过程静电测量装置及测量方法，属于管道防护技术领域。
背景技术
石油及其产品的电导率低，在管道内运输时，与管壁摩擦易发生电荷分离从而在管壁与油品接触面形成等量异号的双电层，管壁上的电荷可以通过静电接地泄漏到大地中，油品中的电荷则会随着油流流动在管内形成流动电流。管内的静电荷不断积累，如果管道发生泄漏可能在有限空间内形成爆炸性混合气体，当静电积累到一定程度，甚至可能发生静电放电，造成火灾、爆炸等灾害事故。
现在，管道静电测量装置都是针对完整管道进行静电检测，但是当管道正常运行且良好接地时，发生静电事故的概率较低，而当管道发生泄漏时，不仅会造成可燃介质的泄漏，也会增大发生静电放电的几率，但是现有技术中心未见有对管道泄漏的静电测量。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种流体管道输送过程静电测量装置及测量方法，可适用于管道正常流动和泄漏两种状态下的测量，通过测量管道对地泄漏电流、流动电流以及泄漏介质电荷量，从而评估管道静电危险性。
为达到上述目的，本发明是采用下述方案实现的：
本发明提供了一种流体管道输送过程静电测量装置，包括微电流计、电荷仪、法拉第筒、多通道数据采集系统和介质输送管路；所述介质输送管路包括储罐、介质、储罐出口和入口之间通过连接管道顺序连接有螺杆泵、前端阀门、流量计、逸散罐、第一绝缘管道、待测管道、第二绝缘管道和末端阀门，所述介质在管道和储罐里循环流动；所述待测管道设有泄漏孔和测量电极；所述微电流计输入端与待测管道连接，输出端接地；所述法拉第筒设置在泄漏孔下方；所述电荷仪输入端与法拉第筒连接；所述电荷仪数据输出端与电脑端的多通道数据采集系统连接。
优选的，所述储罐、逸散罐、待测管道和连接管道为304不锈钢材质。
优选的，所述储罐外壳接地，所述储罐出口设置在底部，入口设置在顶部。
优选的，所述螺杆泵安装防爆电机，电机电信号连接有变频控制器，控制所述螺杆泵的输出流量。
优选的，所述逸散罐为圆柱形容器，所述逸散罐接地。
优选的，所述第一绝缘管道和第二绝缘管道为PPR材质，所述第一绝缘管道和第二绝缘管道通过活接接头与待测管道连接。
优选的，所述泄漏孔外焊接有球阀，控制泄漏流率；所述测量电极设置在泄漏孔上游，所述测量电极材料为铜丝，直径2mm，所述测量电极外由绝缘材料包裹，一端深入管道内部，另一端连接所述微电流计，所述测量电极距离管壁位置可以调节。
本发明还提供了一种适用于所述流体管道输送过程静电测量装置的测量方法，包括如下方法中的一种或多种组合：
方法一：
启动微电流计进行预热，启动螺杆泵，使介质在输送管路中循环流动；
保持待测管道上的泄漏孔球阀关闭，将微电流计输入端连接至待测管道上，开启微电流计数据采集功能，得到一段时间内管道对地泄漏电流值；
将微电流计输入端与测量电极管道外一端连接，调节测量电极管内一端距管壁于不同位置，开启微电流计采集功能，测量待测管道内距管壁不同位置处介质流动电流值，得到径向流动电流值分布i(r)，根据公式(1)可以得到管内径向电荷密度分布q(r)：
式中，S为测量电极的表面积，f是摩擦系数，a为待测管道内径，r为测量电极距待测管道中心的距离，u(r)为管内径向不同位置处的介质的轴向速度，与管内的流动状态有关；
基于管内的径向电荷密度分布q(r)，根据泊松方程得到管内的电势分布Φ(r)，判断管道的静电危险性；
测量结束后，顺序关闭微电流计及螺杆泵。
方法二：
启动电荷仪进行预热，启动螺杆泵，使介质在输送管路中循环流动；
将电荷仪输入端与法拉第筒连接，电荷仪数据输出端与电脑端连接，电脑端开启多通道数据采集系统采集功能；
打开泄漏孔上的球阀，球阀出口下方放置法拉第筒，使泄漏介质流入法拉第筒内，采用多通道数据采集系统通过电荷仪测量法拉第筒内泄漏介质携带静电荷量；
基于泄漏口处介质发生射流，泄漏口处电荷密度(qL)可以由公式(2)计算得到：
式中，C1是与介质性质有关的系数，ur为泄漏速度，τ为介质的弛豫时间，a为待测管道内径，r为测量电极距待测管道中心的距离；
根据泊松方程得到泄漏口处的电势，根据泄漏口电势大小判断管道发生泄漏后的静电危险性；
测量结束后，顺序关闭球阀、电荷仪及螺杆泵。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
1、本发明提通过测量流体管道输送过程的静电参数，实现对管道静电危险性评估。
2、本发明结构简单，不仅能够测量正常管道输送过程产生静电参数，而且能够测量管道泄漏后静电参数，为管道的安全运行和日常维护提供帮助。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种流体管道输送过程静电测量装置的连接结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种待测管道的结构示意图；
其中，附图标记为：1、储罐；2、介质；3、连接管道；4、螺杆泵；5、前端阀门；6、流量计；7、逸散罐；8、第一绝缘管道；9、第二绝缘管道；10、待测管道；11、泄漏孔；12、球阀；13、测量电极；14、绝缘材料；15、末端阀门；16、微电流计；17、电荷仪；18、法拉第筒；19、电脑。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明的具体实施作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
如图1和2所示，本实施例提供了一种流体管道输送过程静电测量装置，由储罐1、介质2、连接管道3、螺杆泵4、前端阀门5、流量计6、逸散罐7、第一绝缘管道8、第二绝缘管道9、待测管道10、泄漏孔11、球阀12、测量电极13、绝缘材料14、末端阀门15、微电流计16、电荷仪17、法拉第筒18和电脑19组成。储罐1用于承装介质2，储罐1出口通过连接管道3连接螺杆泵4入口，螺杆泵4出口连接前端阀门5，前端阀门5连接所述流量计6，流量计6连接逸散罐7入口，逸散罐7出口连接第一绝缘管道8，第一绝缘管道8与待测管道9一端连接，待测管道9另一端与第二绝缘管道10相连，第二绝缘管道10与末端阀门15连接，末端阀门15与储罐1入口连接。
储罐1材质为304不锈钢，用于承装介质2，储罐1外壳接地，所述储罐1出口在底部，入口在顶部，使所述介质2形成循环流动。连接管道3为304不锈钢金属管道，第一绝缘管道8和第二绝缘管道9材质为PPR，第一绝缘管道8和第二绝缘管道9通过活接与待测管道10连接。
螺杆泵4上安装变频防爆电机，变频控制器与所述螺杆泵4的电信号连接，用于控制所述螺杆泵4的输出流量。
逸散罐7为圆柱形容器，逸散罐7外壳接地，用于使介质2在进入待测管道10前泄漏掉介质所带电荷，入口接所述流量计6，目的是防止所述逸散罐7影响所述流量计6示数，出口接第一绝缘管道8。
所述待测管道10两端连接第一绝缘绝缘管道8和第二绝缘管道9，目的是采用绝缘管道隔绝前端管道产生的电荷，待测管道10中间开一个泄漏孔11，所述泄漏孔11外焊接一个球阀12，用于控制泄漏流率，所待测管道10泄漏孔11上游设置一测量电极13，材料为铜丝，直径2mm，测量电极13外由绝缘材料14包裹，测量电极13一端深入待测管道10内部，另一端连接微电流计16，测量电极13距离管壁位置可以调节，采用微电流计16测量待测管道10内距离管壁不同位置处介质流动电流值。
微电流计16为CXT2683B型微电流计，所述微电流计16输入端通过测试线与待测管道10静电卡箍连接，所述微电流计16接地线与插座地线连接，目的是使管壁上产生的静电荷通过所述微电流计16流入大地，以此来测量待测管道10对地泄漏电流值。
电荷仪17为EST111型电荷仪，所述电荷仪17输入端与法拉第筒18连接，所述法拉第筒18放在所述泄漏孔11球阀12下方，所述EST406多通道数据采集系统安装于电脑19并与所述电荷仪17数据输出端连接。
实施例2
本实施例提供了一种流体管道输送过程静电测量方法，应用于实施例1中的流体管道输送过程测量装置，可适用于管道正常流动和泄漏两种状态下的测量，方法包括如下方法中的一种或多种组合：
测量前首先启动微电流计16和电荷仪17，预热15min，将微电流计16的测试线接在待测管道10的静电卡箍上，使介质2在装置内循环流动。
1)正常流动
保持待测管道10上的泄漏孔11关闭，将微电流计16输入端连接至待测管道10上，开启微电流计16数据采集功能，得到一段时间内管道对地泄漏电流值；
然后将微电流计16输入端与测量电极13管道外一端连接，开启微电流计16采集功能，测量待测管道10内距管壁某一位置处介质流动电流值，调节测量电极13管内一端距管壁不同位置，采用微电流计16测量得到径向流动电流值分布。
根据公式(1)可以得到管内径向电荷密度分布q(r),
式中，S为测量电极的表面积，f是摩擦系数，a为待测管道内径，r为测量电极距待测管道10中心的距离，u(r)为管内径向不同位置处的介质的轴向速度，与管内的流动状态有关；
在得到管内的径向电荷密度分布后，再根据泊松方程可以得到管内的电势分布Φ(r)，从管内电势分布可以判断管道的静电危险性。
2)泄漏
首先将电荷仪17输入端与法拉第筒18连接，电荷仪17数据输出端与电脑19连接，在电脑19上开启多通道数据采集系统采集功能，然后打开泄漏孔11上的球阀12，球阀12出口下方放置法拉第筒18，使泄漏介质2流入法拉第筒18内，采用多通道数据采集系统通过电荷仪17测量法拉第筒18内泄漏介质2携带静电荷量，电荷量越大，泄漏介质2危险性越高。
由于泄漏孔11处介质发生射流，泄漏孔11处电荷密度(qL)可以由公式(2)计算得到，
式中，C1是与介质性质有关的系数，ur为泄漏速度，τ为介质的弛豫时间，a为待测管道内径，r为测量电极距待测管道10中心的距离。
再根据泊松方程可以得到泄漏孔11处的电势，从而可以确定根据泄漏孔11电势大小判断管道发生泄漏后的静电危险性。
测量结束后，顺序关闭球阀12、微电流计16、电荷仪17及螺杆泵4。
综上所述，本发明通过测量管道的静电参数，实现对管道静电危险性评估。
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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种流体管道输送过程静电测量装置，其特征在于，包括微电流计、电荷仪、法拉第筒、多通道数据采集系统和介质输送管路；所述介质输送管路包括储罐、介质、储罐出口和入口之间通过连接管道顺序连接有螺杆泵、前端阀门、流量计、逸散罐、第一绝缘管道、待测管道、第二绝缘管道和末端阀门，所述介质在管道和储罐里循环流动；所述待测管道设有泄漏孔和测量电极；所述微电流计输入端与待测管道连接，输出端接地；所述法拉第筒设置在泄漏孔下方；所述电荷仪输入端与法拉第筒连接；所述电荷仪数据输出端与电脑端的多通道数据采集系统连接；
所述的流体管道输送过程静电测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下方法中的一种或多种组合：
方法一：
启动微电流计进行预热，启动螺杆泵，使介质在输送管路中循环流动；
保持待测管道上的泄漏孔球阀关闭，将微电流计输入端连接至待测管道上，开启微电流计数据采集功能，得到一段时间内管道对地泄漏电流值；
将微电流计输入端与测量电极管道外一端连接，调节测量电极管内一端距管壁于不同位置，开启微电流计采集功能，测量待测管道内距管壁不同位置处介质流动电流值，得到径向流动电流值分布i(r)，根据公式(1)可以得到管内径向电荷密度分布q(r)：
式中，S为测量电极的表面积，f是摩擦系数，a为待测管道内径，r为测量电极距待测管道中心的距离，u(r)为管内径向不同位置处的介质的轴向速度，与管内的流动状态有关；
基于管内的径向电荷密度分布q(r)，根据泊松方程得到管内的电势分布Φ(r)，判断管道的静电危险性；
测量结束后，顺序关闭微电流计及螺杆泵。
方法二：
启动电荷仪进行预热，启动螺杆泵，使介质在输送管路中循环流动；
将电荷仪输入端与法拉第筒连接，电荷仪数据输出端与电脑端连接，电脑端开启多通道数据采集系统采集功能；
打开泄漏孔上的球阀，球阀出口下方放置法拉第筒，使泄漏介质流入法拉第筒内，采用多通道数据采集系统通过电荷仪测量法拉第筒内泄漏介质携带静电荷量；
基于泄漏口处介质发生射流，泄漏口处电荷密度(qL)可以由公式(2)计算得到：
式中，C1是与介质性质有关的系数，ur为泄漏速度，τ为介质的弛豫时间，a为待测管道内径，r为测量电极距待测管道中心的距离；
根据泊松方程得到泄漏口处的电势，根据泄漏口电势大小判断管道发生泄漏后的静电危险性；
测量结束后，顺序关闭球阀、电荷仪及螺杆泵。
2.根据权利要求1所述的流体管道输送过程静电测量装置，其特征在于，所述储罐、逸散罐、待测管道和连接管道为304不锈钢材质。
3.根据权利要求1所述的流体管道输送过程静电测量装置，其特征在于，所述储罐外壳接地，所述储罐出口设置在底部，入口设置在顶部。
4.根据权利要求1所述的流体管道输送过程静电测量装置，其特征在于，所述螺杆泵安装防爆电机，电机电信号连接有变频控制器，控制所述螺杆泵的输出流量。
5.根据权利要求1所述的流体管道输送过程静电测量装置，其特征在于，所述逸散罐为圆柱形容器，所述逸散罐接地。
6.根据权利要求1所述的流体管道输送过程静电测量装置，其特征在于，所述第一绝缘管道和第二绝缘管道为PPR材质，所述第一绝缘管道和第二绝缘管道通过活接接头与待测管道连接。
7.根据权利要求1所述的流体管道输送过程静电测量装置，其特征在于，所述泄漏孔外焊接有球阀，控制泄漏流率；所述测量电极设置在泄漏孔上游，所述测量电极材料为铜丝，直径2mm，所述测量电极外由绝缘材料包裹，一端深入管道内部，另一端连接所述微电流计，所述测量电极距离管壁位置可以调节。
8.根据权利要求1所述的流体管道输送过程静电测量装置，其特征在于，所述微电流计型号为CXT2683B，所述电荷仪型号为EST111，所述多通道数据采集系统型号为EST406。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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