CN203719875U - 模拟油气管道气液流动水力脉冲的实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为模拟油气管道气液流动水力脉冲的实验装置，该实验装置包括有实验管道系统、与实验管道系统连接的供气系统、供水系统、排水和排气系统以及对实验管道系统进行测量和数据采集的测量与数据采集系统；该实验管道系统包括有测试管道和与测试管道连接的水平管道，测试管道的进口端连接有第一蝶阀，测试管道的出口端与水平管道连接，水平管道设置在一倾角调节架上；水平管道由多段管体串联构成，最后一段管体的末端构成水平管道的封闭端，各管体之间分别连接有第二蝶阀；测量与数据采集系统包括有设置在测试管道外侧的第一高速摄像机；该实验装置能够模拟油气管道气液流动水力脉冲的特性和压力脉冲形成过程，研究和预测脉冲压力的变化规律。

Description

模拟油气管道气液流动水力脉冲的实验装置

技术领域

本实用新型是关于一种油气管道的实验装置，是用于模拟油气管道气液流动水力脉冲的特性和压力脉冲形成过程的实验装置，尤其涉及一种模拟油气管道气液流动水力脉冲的实验装置。

背景技术

油气管道的凸起位置可能存在气囊，当启泵或者开阀时，会形成气液两相流动，气液流动会引起管道内压力的脉冲，造成对管壁的连续冲击，当冲击力超过管材的承压能力时会造成管道爆裂。

起伏地形管道的水流冲击气囊给管道设计者和管道运行管理者都带来了难题。管道中含有气体并且发生气液两相流动并产生水力脉冲，会使管道压力急剧升高从而对管路造成巨大的破坏。

气液流动实验管道作为气液两相流动过程中管流特性、压力升高规律等方面的主要实验研究手段，其实验结果对实际管道的设计和运行操作具有很强的适用性和指导作用，一直是国内外研究油气管道气液流动水力脉冲的特性和压力脉冲形成过程的的重要手段，但这些实验管道都不足以研究起伏地区的水流冲击的特点，可以调控的背压范围太小，无法变化管路末端的倾角，无法模拟真实情况下倾斜向下的管道情况，也无法改变气囊的位置和大小。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种模拟油气管道气液流动水力脉冲的实验装置，以克服现有技术的缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种模拟油气管道气液流动水力脉冲的实验装置，以模拟油气管道气液流动水力脉冲的特性和压力脉冲形成的过程，并且研究和预测脉冲压力的变化规律。

本实用新型的目的是这样实现的，一种模拟油气管道气液流动水力脉冲的实验装置，所述模拟油气管道气液流动水力脉冲的实验装置包括有实验管道系统、与所述实验管道系统连接的供气系统、供水系统、排水和排气系统以及对所述实验管道系统进行测量和数据采集的测量与数据采集系统；所述实验管道系统包括有测试管道和与测试管道连接的水平管道，所述测试管道由透明有机玻璃管制成，该测试管道由进口端向出口端的方向呈向下倾斜设置，所述测试管道的进口端连接有第一蝶阀，测试管道的出口端与水平管道连接，所述水平管道设置在一倾角调节架上；所述水平管道由多段管体串联构成，最后一段管体的末端构成水平管道的封闭端，所述各管体之间分别连接有第二蝶阀；所述供气系统具有供气管，所述供气管的一端连接有空气压缩机，供气管另一端与所述第一蝶阀相连；所述供水系统具有第一供水管，所述第一供水管的一端连接有储水罐，第一供水管另一端并联有第二供水管和第三供水管，该第二供水管连通到水平管道中的第一段管体，该第三供水管连通到水平管道中的最后一段管体；所述排水和排气系统包括有储水箱，水平管道中的各段管体分别设有带阀门的排气管，所述各排气管连通至储水箱，水平管道中前后两段管体之外的中间各管体分别设有带阀门的排水管；所述测量与数据采集系统包括有设置在测试管道外侧的第一高速摄像机，第一高速摄像机与一计算机相连接。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述水平管道中的各段管体由钢管构成。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述水平管道中位于中间的一段管体由透明有机玻璃管构成并形成观察管，对应该段观察管的外侧设有第二高速摄像机，所述第二高速摄像机与所述计算机相连。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述水平管道中的最后一段管体由收球筒构成。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述水平管道的前端和后端分别设有一压力传感器。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述第一供水管中依序设有液体过滤器、水泵和第一球阀；所述第二供水管和第三供水管中分别设有第二球阀和第三球阀。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述供气系统中，在空气压缩机与所述第一蝶阀之间设有缓冲罐；在缓冲罐与第一蝶阀之间连接有压力表和气体过滤器。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述缓冲罐由一级缓冲罐和二级缓冲罐串联构成；在一级缓冲罐与二级缓冲罐之间设有截断阀。

在本实用新型的一较佳实施方式中，在所述测试管道的进口端设有放空球阀。

由上所述，本实用新型的模拟油气管道气液流动水力脉冲的实验装置，能够模拟油气管道气液流动水力脉冲的特性和压力脉冲形成的过程，可以研究和预测脉冲压力的变化规律；本装置可以通过开闭不同管道上的阀门来切换实验流程，完成实验目标；其结构合理、设计巧妙、测量设备先进。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1：为本实用新型模拟油气管道气液流动水力脉冲的实验装置的结构示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，本实用新型提出一种模拟油气管道气液流动水力脉冲的实验装置100，所述模拟油气管道气液流动水力脉冲的实验装置100包括有实验管道系统1、与所述实验管道系统连接的供气系统2、供水系统3、排水和排气系统4以及对所述实验管道系统进行测量和数据采集的测量与数据采集系统5；

所述实验管道系统1包括有测试管道11和与测试管道11连接的水平管道12，所述测试管道11由透明有机玻璃管制成，该测试管道11由进口端111向出口端112的方向呈向下倾斜设置，所述测试管道11的进口端111连接有第一蝶阀6，所述测试管道的进口端111设有放空球阀1111，测试管道11的出口端112通过一橡胶软管与水平管道12连接，所述水平管道12设置在一倾角调节架（图中未示出）上，可根据实验需要通过倾角调节架将所述水平管道12调整至规定倾斜角度（所述倾角调节架的调整角度范围为30°、20°、10°、5°、0°、-5°等五个倾角）；所述水平管道12由多段管体串联构成，具体地，在本实施方式中，所述水平管道12由五段管体121、122、123、124和125串联构成，最后一段管体125的末端构成水平管道12的封闭端，所述各管体之间分别连接有第二蝶阀126、127、128和129；

供气系统2用于向实验管道系统1提供稳定压力的气体；所述供气系统2具有供气管21，所述供气管21的一端连接有空气压缩机22（空气压缩机用于将外界气体压缩输入供气管内），供气管21另一端与所述第一蝶阀6相连，在空气压缩机22与所述第一蝶阀6之间设有缓冲罐23；在缓冲罐23与第一蝶阀6之间连接有压力表24和气体过滤器25；

供水系统3用于向实验管道系统1提供液相流体；所述供水系统3具有第一供水管31，所述第一供水管31的一端连接有储水罐34，第一供水管31另一端并联有第二供水管32和第三供水管33，该第二供水管32连通到水平管道中的第一段管体121，该第三供水管23连通到水平管道中的最后一段管体125，所述第一供水管31中依序设有液体过滤器35、水泵36和第一球阀37，液体过滤器35用于过滤储水罐34内液体中的杂质；所述第二供水管32和第三供水管33中分别设有第二球阀321和第三球阀331，可以控制水平管道中的液段和气段的位置；

排水和排气系统4用于实验管道系统1中流体的排放；所述排水和排气系统4包括有储水箱41，水平管道12中的各段管体分别设有带阀门的排气管42、43、44、45和46，所述各排气管连通至储水箱41，前后两段管体121和125之外的中间各管体分别设有带阀门的排水管47、48和49；所述测量与数据采集系统5包括有设置在测试管道11外侧的第一高速摄像机51，第一高速摄像机51与一计算机52相连接。

进一步，在本实施方式中，所述水平管道12中的各段管体可由钢管构成；在完成相关实验之后，所述水平管道12中位于中间的一段管体可由透明有机玻璃管替代并形成相应的观察管，此时，对应该段观察管的外侧可设置第二高速摄像机53，所述第二高速摄像机53也与计算机52相连。

如图1所示，在本实施方式中，所述水平管道12中的最后一段管体125可由一收球筒替代。

所述水平管道12中的前段管体121和后段管体125上分别设有一压力传感器1211和1251。

进一步，在本实施方式中，所述缓冲罐23可由三个一级缓冲罐231、232、233和一个二级缓冲罐234串联构成；在一级缓冲罐与二级缓冲罐之间设有截断阀26。

利用该模拟油气管道气液流动水力脉冲的实验装置进行模拟实验的过程如下：

首先，关闭实验管道系统1的第一蝶阀6，打开放空阀门1111；开启供气系统2的空气压缩机22，外界空气通过空气压缩机22被压入一级缓冲罐231、232、233，打开二级缓冲罐234前的截断阀26，一级缓冲罐231、232、233中的压缩气体进入二级缓冲罐234内，调整二级缓冲罐234前的截断阀26以控制达到实验预定压力值；接着，关闭排气管42、43、44、45和46上的阀门，关闭排水管47、48和49上的阀门，开启供水系统3的水泵36，储水罐34内的液体在液体过滤器35内过滤后，经水泵36泵入供水管31内，而后流入实验管道系统1的水平管道12中，并控制其达到测试管道的预定液面；通过控制开闭水平管道上的相应的第二蝶阀126、127、128、129和调整排水管47、48、49上的阀门，以达到调整气段和液段的长度和位置，通过闭合气段两端的第二蝶阀来保持气段；供水完毕后，关闭放空阀1111，打开气段所对应的排气管的阀门；打开测试管道11上端的第一蝶阀6，压力稳定后，同时打开两个气段间的第二蝶阀，让液段冲击气段。

根据本实用新型的一个实施方式，该模拟油气管道气液流动水力脉冲的实验装置可以选择多个第二蝶阀中的任何两个进行调整，以形成储气段。

根据本实用新型的一个实施方式，该模拟油气管道气液流动水力脉冲的实验装置可以通过倾角调节架来调节水平管道的末端倾角。

根据本实用新型的一个实施方式，在使用较低背压，确保安全的情况下，可以将储气管道的钢管替换为透明有机玻璃管作为观察管，采用高速摄像机进行拍摄。

本实用新型的模拟油气管道气液流动水力脉冲的实验装置，能够模拟油气管道气液流动水力脉冲的特性和压力脉冲形成的过程，可以研究和预测脉冲压力的变化规律；可以通过开闭不同管道上的阀门来切换实验流程，完成实验目标。该实验装置具有以下优点：

1）结构合理：本实用新型的供水系统、供气系统、排气和排水系统与实验管道系统之间衔接紧凑，充分利用实验室有限空间，供水系统、供气系统、排气和排水系统之间切换方便且各测量设备满足仪表的安装要求。

2）设计巧妙：本实用新型的实验管道系统中的水平管道巧妙的使用了多段管体和多个第二蝶阀的组合，以达到控制气段和液段的位置和长短；实验管道系统的水平管道设置在一倾角调节架上，可以调节末端倾角。供水系统与之配合，从末端注水，可以排净指定管道的气体。

3）测量设备先进：本实用新型在实验管道系统中安装了高精度的压力传感器，有效降低了实验误差，在水平管道的观察管上采用高速摄像机进行拍摄，可以直接扑捉流型变化，为研究提供了更为充足的实验支持；另外，压力传感器和高速摄像机通过数据线与计算机终端相连，避免了人工操作误差，实现了数据采集自动化。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (9)

1.一种模拟油气管道气液流动水力脉冲的实验装置，所述模拟油气管道气液流动水力脉冲的实验装置包括有实验管道系统、与所述实验管道系统连接的供气系统、供水系统、排水和排气系统以及对所述实验管道系统进行测量和数据采集的测量与数据采集系统；其特征在于：所述实验管道系统包括有测试管道和与测试管道连接的水平管道，所述测试管道由透明有机玻璃管制成，该测试管道由进口端向出口端的方向呈向下倾斜设置，所述测试管道的进口端连接有第一蝶阀，测试管道的出口端与水平管道连接，所述水平管道设置在一倾角调节架上；所述水平管道由多段管体串联构成，最后一段管体的末端构成水平管道的封闭端，所述各管体之间分别连接有第二蝶阀；所述供气系统具有供气管，所述供气管的一端连接有空气压缩机，供气管另一端与所述第一蝶阀相连；所述供水系统具有第一供水管，所述第一供水管的一端连接有储水罐，第一供水管另一端并联有第二供水管和第三供水管，该第二供水管连通到水平管道中的第一段管体，该第三供水管连通到水平管道中的最后一段管体；所述排水和排气系统包括有储水箱，水平管道中的各段管体分别设有带阀门的排气管，所述各排气管连通至储水箱，水平管道中前后两段管体之外的中间各管体分别设有带阀门的排水管；所述测量与数据采集系统包括有设置在测试管道外侧的第一高速摄像机，第一高速摄像机与一计算机相连接。

2.如权利要求1所述的模拟油气管道气液流动水力脉冲的实验装置，其特征在于：所述水平管道中的各段管体由钢管构成。

3.如权利要求1所述的模拟油气管道气液流动水力脉冲的实验装置，其特征在于：所述水平管道中位于中间的一段管体由透明有机玻璃管构成并形成观察管，对应该段观察管的外侧设有第二高速摄像机，所述第二高速摄像机与所述计算机相连。

4.如权利要求1所述的模拟油气管道气液流动水力脉冲的实验装置，其特征在于：所述水平管道中的最后一段管体由收球筒构成。

5.如权利要求1所述的模拟油气管道气液流动水力脉冲的实验装置，其特征在于：所述水平管道的前端和后端分别设有一压力传感器。

6.如权利要求1所述的模拟油气管道气液流动水力脉冲的实验装置，其特征在于：所述第一供水管中依序设有液体过滤器、水泵和第一球阀；所述第二供水管和第三供水管中分别设有第二球阀和第三球阀。

7.如权利要求1所述的模拟油气管道气液流动水力脉冲的实验装置，其特征在于：所述供气系统中，在空气压缩机与所述第一蝶阀之间设有缓冲罐；在缓冲罐与第一蝶阀之间连接有压力表和气体过滤器。

8.如权利要求7所述的模拟油气管道气液流动水力脉冲的实验装置，其特征在于：所述缓冲罐由一级缓冲罐和二级缓冲罐串联构成；在一级缓冲罐与二级缓冲罐之间设有截断阀。

9.如权利要求1所述的模拟油气管道气液流动水力脉冲的实验装置，其特征在于：在所述测试管道的进口端设有放空球阀。