CN204556598U - 一种水合物浆沉积模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水合物浆沉积模拟实验装置，包括：可调速的摆动式可视水合物反应釜，带有视窗，设置变频电机和连杆轴承实现反应釜摆动，且摆动速度可调；恒流供气系统、恒流供液系统，分别以恒定速度向反应釜内通入气体和溶液；水浴温控系统，控制反应釜水浴夹套的温度；数据采集和处理系统，在线实时采集反应釜内水合物在管壁表面生成、粘附、消融过程。本实用新型的特点是：反应釜通过摆动模拟出油气管线内水合物浆的动态沉积情况，可视范围大，方便研究不同的温压、抑制剂、壁面润湿条件下水合物沉积层的形成机理、形态结构和沉积层的分解机制，以制定相应的水合物防控方案。该装置体积小、结构简单、造价远低于环道装置。

Description

一种水合物浆沉积模拟实验装置

技术领域

本实用新型涉及油气输送管线流动安全保障领域，特别涉及一种水合物浆沉积模拟实验装置。

背景技术

海底油气管线低温高压的输送条件、长距离大高差的路由状况、堵塞后维修成本高昂的形势使得水合物防治问题十分突出。通常认为水合物颗粒聚集是造成水合物堵塞的主要原因，但目前并未发现因颗粒聚集而导致油气管道水合物堵塞的现场证据。不少现场案例(Tommeliten Gamma油田、Werner Bolley油田等)表明水合物在管壁上的沉积最终导致了堵塞，近年来，研究者普遍意识到将颗粒聚集作为水合物堵塞机理的局限性，开始对水合物管壁沉积机制进行研究。

目前，实验室大多采用微机械测力装置进行水合物沉积研究，但该装置仅能进行水合物颗粒-壁面受力分析等静态研究，无法模拟水合物在实际流动情况下的沉积过程；水合物沉积动态研究则以大型环道实验为主，但环道本身具有造价高、历程短、沉积效应与聚集效应无法去耦等诸多缺点，特别是环道可视范围有限的特点使得研究人员无法监测水合物沉积的整个过程。可见，利用现有实验装置进行水合物沉积研究比较困难。

实用新型内容

针对背景技术的不足，本实用新型提供了一种水合物浆沉积模拟实验装置，该装置主体为一可调速的摆动式可视水合物反应釜，整套系统可以实现对水合物沉积的动态研究，并对沉积全过程进行在线实时监测，便于研究人员确定不同的温压、抑制剂、壁面润湿条件下水合物沉积层的形成机理、形态结构和沉积层的分解机制，以制定相应的水合物防控方案。

本实用新型的技术方案如下：

一种水合物浆沉积模拟实验装置，包括可调速的摆动式可视水合物反应釜、恒流供气系统、恒流供液系统、水浴温控系统、数据采集和处理系统、数据采集卡；所述的数据采集卡连接计算机，液罐连接恒流泵与反应釜一端连接，气瓶连接阀门和质量流量计与反应釜一端连接：

反应釜，带有视窗，设置变频电机和连杆轴承实现反应釜摆动，且摆动速度可调；

恒流供气系统、恒流供液系统，分别以恒定速度向反应釜内通入气体和溶液；

水浴温控系统，用于控制反应釜水浴夹套的温度；

数据采集和处理系统，采集反应釜、恒流供气系统的各项参数并进行分析处理。

所述的一种水合物浆沉积模拟实验装置，所述反应釜一端底部安装有连杆机构，连杆与皮带轮连接，皮带轮经皮带与变频电机相连。变频电机运行后，动力经皮带传至皮带轮，进而带动连杆机构，实现反应釜绕支座转轴摆动。其有益效果在于，通过反应釜的摆动，反应釜中的液相不断流动，水合物动态沉积，从而模拟出实际管道内水合物浆的沉积过程。

所述的一种水合物浆沉积模拟实验装置，所述变频电机工作频率由变频器调节。变频器对电源频率进行调整可改变变频电机转速，从而调节反应釜摆动速度。其有益效果在于，通过调节反应釜摆动速度，改变了反应釜内液相流速和雷诺数，从而得以研究雷诺数对水合物沉积的影响。

所述的一种水合物浆沉积模拟实验装置，所述反应釜带有一矩形蓝宝石视窗，实验时通过视窗可观察到水合物在反应釜内壁面上的沉积过程。所述反应釜未带视窗部位的外壁上设置有水浴夹套，水浴夹套一端底部设有入液口，另一端顶部设有出液口，入液口和出液口通过软管分别与恒温水浴出水口和入水口连接。其有益效果是，延长了温控介质在水浴夹套内的滞留时间，强化了换热效果。

所述的一种水合物浆沉积模拟实验装置，所述反应釜安装一个压力传感器和两个温度传感器，温度传感器一个置于反应釜顶端，另一置于反应釜底端，分别用于采集釜内气相、液相温度；所述水浴夹套安装一温度传感器。

所述的一种水合物浆沉积模拟实验装置，所述恒流供液系统由液罐、恒流泵、止回阀等组成，其中恒流泵内含高压柱塞。其有益效果是反应釜内水合物沉积层形成后，可由恒流泵向反应釜内注入甲醇、乙二醇等抑制剂，研究抑制剂作用下水合物沉积层的消融特性。

所述的一种水合物浆沉积模拟实验装置，所述数据采集和处理系统在线实时采集反应釜内水合物在管壁表面生成、粘附、消融过程。其有益效果是：实现对水合物沉积全过程的观察，通过图像处理软件可分析沉积层形态结构、形成和分解机理等。

本实用新型的有益效果：反应釜通过摆动模拟出油气管线内水合物浆的动态沉积情况，可视范围大，方便研究不同的温压、抑制剂、壁面润湿条件下水合物沉积层的形成机理、形态结构和沉积层的分解机制，以制定相应的水合物防控方案；该装置体积小、结构简单、易于操作、造价远低于环道装置。

附图说明

图1：本实用新型的结构示意图。

符号说明

1变频器，2连杆轴承，3皮带轮，4皮带，5变频电机，6支座转轴，7水浴夹套，8恒温水浴，9数据采集卡，10计算机，11气瓶，12减压阀，13液罐，14质量流量计，15恒流泵，16视窗，17安全阀，18反应釜。V1-V13为各阀门，除三通阀V8、止回阀V10，其余均为截止阀。

具体实施方式：

如图1所示，本实用新型的一种水合物浆沉积模拟实验装置，包括可调速的摆动式可视水合物反应釜、恒流供气系统、恒流供液系统、水浴温控系统、数据采集和处理系统。

所述反应釜18顶部安装有测量气相压力和温度的压力传感器和温度传感器，另设有气体、溶液注入口和入口截止阀V12，放空管路上装有放空截止阀V13和安全阀17；底部安装有排污阀V4和一个测量液相温度的温度传感器；中部设有视窗16，未设视窗部位的外壁上装有水浴夹套7和进液截止阀V1、出液截止阀V11以及一个温度传感器。反应釜18一端底部与连杆轴承2连接，变频器1和变频电机5相连，该变频电机5经皮带4将动力传至皮带轮3，进而带动连杆轴承2转动。

所述恒流供气系统由气瓶11、减压阀12、质量流量计14、截止阀V5、V6、V7组成；质量流量计14可对进气量进行控制并将流量信号远传。

所述恒流供液系统由液罐13、截止阀V9、恒流泵15、单向阀V10组成；在单向阀V10保护下，即便在高压运行情况时，恒流泵15仍可向反应釜18内 注入水溶液或抑制剂。所述恒流供气、供液系统经三通阀V8与反应釜18连接，连接管路为耐高压软管。

所述水浴温控系统由恒温水浴8、截止阀V2、V3组成；恒温水浴8出水阀V2经常压软管与水浴夹套进液截止阀V1连接，恒温水浴8进水阀V3经常压软管与水浴夹套出液截止阀V11连接。

所述数据采集和处理系统由所述反应釜18上温度和压力传感器、所述水浴温控系统温度传感器、数据采集卡9、计算机10、图像采集相机和相关数据处理软件、数据信号线等组成。

一种水合物浆沉积模拟实验装置运行步骤如下：

排出反应釜18内液固杂质：打开阀门V12，关闭反应釜18上其他阀门，使用恒流泵15向反应釜18内注入清洗剂进行清洗，清洗后打开排污阀V4排出废液，重复以上步骤直至反应釜内无液固杂质，使用氮气对反应釜18进行干燥处理。

排出反应釜18内气相杂质：打开阀门V12，关闭反应釜18上其他阀门，调节节流阀12，向反应釜18内通入实验用气体至4兆帕，随后打开放空阀V13放空，重复该步骤2-3次排出反应釜18内气相杂质。

打开变频器1设定变频电机5实验时所需频率，启动变频电机5，使反应釜18按设定频率进行摆动。

启动水浴温控系统，调节恒温水浴8温度设定值至所需实验温度，打开阀门V1、V2、V3和V11，使温控介质在水浴夹套7内循环，对反应釜18进行降温。

使用恒流供液、供气系统向反应釜18内注入实验用溶液和气体：打开阀门V12，关闭反应釜18上其他阀门，启动恒流泵15，向反应釜内注入配好的实验用溶液；调节节流阀12，向反应釜18内通入实验用气体并维持在设定压力。

待反应釜18内形成稳定的水合物沉积层后，可进行水合物分解实验：进行注抑制剂分解实验时，使用恒流泵15向反应釜18内注入配好的水合物抑制剂；进行升温分解实验时，调节恒温水浴8温度设定值至所需实验温度；进行降压分解实验时，打开放空阀V13对反应釜18降压。

启动数据采集和处理系统，测量并记录实验开始至结束过程中反应釜18内压力以及气液相温度、气相流量、变频器频率等参数，使用置于视窗16外的相机在线实时采集反应釜18内水合物在管壁表面生成、粘附、消融过程，通过图像处理软件分析沉积层的形态结构和形成、分解机理等。

以上所述实施例仅用于解释本申请，并不用于限定本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种水合物浆沉积模拟实验装置，其特征在于：包括可调速的摆动式可视水合物反应釜、恒流供气系统、恒流供液系统、水浴温控系统、数据采集和处理系统、数据采集卡；所述的数据采集卡连接计算机，液罐连接恒流泵与反应釜一端连接，气瓶连接阀门和质量流量计与反应釜一端连接：

反应釜，带有视窗，设置变频电机和连杆轴承实现反应釜摆动，且摆动速度可调；

恒流供气系统、恒流供液系统，分别以恒定速度向反应釜内通入气体和溶液；

水浴温控系统，用于控制反应釜水浴夹套的温度；

数据采集和处理系统，采集反应釜、恒流供气系统的各项参数并进行分析处理。

2.根据权利要求1所述的一种水合物浆沉积模拟实验装置，其特征在于：所述反应釜一端底部安装有连杆机构，连杆与皮带轮连接，皮带轮经皮带与变频电机相连。

3.根据权利要求2所述的一种水合物浆沉积模拟实验装置，其特征在于：所述变频电机工作频率由变频器调节。

4.根据权利要求1所述的一种水合物浆沉积模拟实验装置，其特征在于：所述反应釜带有一矩形蓝宝石视窗，未带视窗部位的外壁上设置有水浴夹套，水浴夹套一端底部设有入液口，另一端顶部设有出液口，入液口和出液口通过软管分别与恒温水浴出水口和入水口连接。

5.根据权利要求1所述的一种水合物浆沉积模拟实验装置，其特征在于：所述反应釜安装一个压力传感器和两个温度传感器，温度传感器一个置于反应釜顶端，另一置于反应釜底端；所述水浴夹套安装一温度传感器。

6.根据权利要求1所述的一种水合物浆沉积模拟实验装置，其特征在于：所述恒流供液系统由液罐、恒流泵、止回阀组成，其中恒流泵内含高压柱塞。

7.根据权利要求1所述的一种水合物浆沉积模拟实验装置，其特征在于：所述数据采集和处理系统在线实时采集反应釜内水合物在管壁表面生成、粘附、消融过程。