CN206818430U - 一种模拟液体长输管道密闭输送的实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模拟液体长输管道密闭输送的实验装置，包括模拟油品长距离输送管道的基本水力工艺系统和管道监控系统两部分。所述基本水力工艺系统包括：长距离的实验管路、储液罐、储气罐与空气压缩机和4个模拟泵站，每个站内设2台离心水泵，可串联或并联运行，其中一台为变频调速泵。管道监控系统包括：安装在模拟泵站和管道上的自动化仪表、泵站控制柜、中控计算机和通信网络等。本实用新型是用于模拟油品长距离输送管道在不同工况条件下的水力工艺特征，以及模拟长距离输油管道的控制系统的控制模式和操作。本装置紧密结合现场实际情况，将管道输送工艺和操作控制集于一体，具有结构合理、内容充实、设备先进、安全环保等特点。

Description

一种模拟液体长输管道密闭输送的实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种模拟液体长输管道密闭输送的实验装置。

背景技术

管道输送是油气产品最主要、最理想的输送方式，在我国经济高速发展的今天，长输管道为经济的发展提供着源源不断的动力，在国民经济中的地位日趋重要。随着管道输送技术发展以及计算机技术的应用，投入实际生产的管道系统基本都配套装备了比较先进的SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition，数据采集与监视控制系统)系统，以协助运营者完成日常的管道调度。这样一来，管道SCADA系统调度人员的培训需求与日俱增。

管道输送操作人员培训主要是通过理论知识的讲解结合实际现场的生产实习，加强对相关专业知识的掌握，提高管道运行操作水平。但现场实习成本高，受安全要求限制，只能观看不能操作，实习内容不断简化，实习教学效果下降。因此采用环道模拟实验的方式，是现今管道操作从业人员培训的首选。如中国专利CN101192353A，公开日期2008年6月4日，公开了《一种管道输油模拟装置》，该装置除首站外，每个泵站设置一台泵，通过调节阀开度进行压力控制，压力、温度及阀开度由一套PLC控制控制。该装置流量及泵站压力不能调节，输送工艺没有涉及管道清管操作的设备和流程，也没有涉及起伏管段输送运行的工艺及设备，控制系统简单，与工程实际管道差异较大。

实用新型内容

为了更好的模拟液体在长输管道中输送的情况，本实用新型提供了一种模拟液体长输管道密闭输送的实验装置，该模拟液体长输管道密闭输送的实验装置可以用于模拟液体管道长距离输送工艺，通过管道控制系统设备开关及阀门切换完成目标实验，可模拟工程上多种管道运行工况。本实验装置紧密结合现场实际情况，将管道输送工艺集于一体，具有结构合理、切近工程实际、设备先进、安全环保等特点。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种模拟液体长输管道密闭输送的实验装置，包括：

模拟油品长距离输送管道的基本水力系统，含有储液罐和至少一座模拟泵站，储液罐和所述模拟泵站通过实验管路串联，所述一座模拟泵站含有两台水泵，所述一座模拟泵站内的两台水泵能够以串联的方式运行、并联的方式运行或分别单独工作的方式运行；

监测与控制系统，用于检测和控制该模拟液体长输管道密闭输送的实验装置的运行。

在一座模拟泵站内，该实验管路包括进泵站管线和出泵站管线，所述两台水泵分别为第一台泵和第二台泵，进泵站管线的一端与第一台泵的入口连接，出泵站管线的一端与第二台泵的出口连接，第一台泵的出口通过第一连接管线与出泵站管线连接，第二台泵的入口通过第二连接管线与进泵站管线连接，第一连接管线和第二连接管线之间通过第三连接管线连接，所述两台水泵中的一台为工频定速泵，所述两台水泵中的另一台为变频调速泵。

进泵站管线上设有第一阀门，第一阀门位于第一台泵的入口和第二连接管线之间，第一连接管线上依次设有第二阀门和第三阀门，第二阀门位于第一台泵的出口和第三连接管线之间，第二连接管线上依次设有第四阀门和第五阀门，第四阀门位于第二台泵的入口和第三连接管线之间，第五阀门位于第三连接管线和进泵站管线之间，第三连接管线上设有第六阀门，出泵站管线上依次设有第七阀门和第八阀门，第七阀门位于第二台泵的出口和第一连接管线之间，第八阀门位于第一连接管线和出泵站管线的另一端之间。

该模拟液体长输管道密闭输送的实验装置含有通过所述实验管路串联的多座所述模拟泵站，在每座所述模拟泵站内还配有2台压力变送器和1台水泵变频器；该2台压力变送器与进泵站管线和出泵站管线一一对应连接，该水泵变频器与所述变频调速泵连接，第八阀门为电动调节阀，第三阀门、第五阀门和第六阀门均为气动调节阀，进泵站管线和出泵站管线上均设置有1台电磁流量计，所述监测与控制系统包括设置于每座所述模拟泵站内的站控柜，所述压力变送器、电动调节阀、气动调节阀、水泵变频器和电磁流量计均与该站控柜连接。

该模拟液体长输管道密闭输送的实验装置包括沿所述实验管路等间距设置的四座结构相同的模拟泵站，该四座结构相同的模拟泵站分别为第一座模拟泵站、第二座模拟泵站、第三座模拟泵站和第四座模拟泵站，第一座模拟泵站、第二座模拟泵站、第三座模拟泵站、第四座模拟泵站和储液罐通过该实验管路串联呈闭合环路，第二座模拟泵站、第三座模拟泵站和第四座模拟泵站并联有越站管线和越站阀。

该模拟液体长输管道密闭输送的实验装置包括多座模拟泵站，该实验管路包括与所述模拟泵站的出口一一对应连接的多条主管路，该模拟液体长输管道密闭输送的实验装置还用于放置主管路的桁架，该桁架含有沿竖直方向设置的多个存放层；每条主管路均含有两根蛇形盘管，该两根蛇形盘管一一对应的设置于相邻的两个该存放层内，该两根蛇形盘管连通，每根所述蛇形盘管的长度为76米，每根所述蛇形盘管均为无缝不锈钢管。

主管路并联有清管旁通管段，清管旁通管段含有依次连接的清管入口管线、清管器发球筒、第一球阀、清管观察管、第二球阀、清管器收球筒和清管出口管线；清管观察管为透明有机玻璃管，清管入口管线上设有第九阀门，清管出口管线上设有第十阀门，清管入口管线通过第一支管线与清管观察管的入口端连接，第一支管线上设有第十一阀门，清管出口管线通过第二支管线与清管观察管的出口端连接，第二支管线上设有第十二阀门，第一支管线的入口端位于第九阀门和主管路之间，第二支管线的出口端位于第十阀门和主管路之间。

主管路并联有起伏总管段，起伏总管段为透明有机玻璃管，起伏总管段含有依次连接的上坡管段、中间起伏管段和下坡管段，上坡管段含有依次连接的第一水平段和第一向上倾斜段，中间起伏管段呈倒V型，下坡管段含有依次连接的第二水平段和第二向上倾斜段，该第一向上倾斜段和第二向上倾斜段与中间起伏管段的两端对应密封连接。

该模拟液体长输管道密闭输送的实验装置还含有空气压缩机和储气罐，储气罐与空气压缩机连接，空气压缩机与该实验管路连接，空气压缩机能够向该实验管路喷吹气体使该实验管路内清洁。

所述站控柜内包括1台配备以太网通信功能的PLC、1台具有远程控制功能的变频器和1台具有RS485通信接口的液晶触控屏，该变频器和液晶触控屏均与该PLC连接，该液晶触控屏上能够显示该模拟泵站内的工作流程、设备的工作状态、仪表的测量值和设定值，该液晶触控屏具有液面切换功能，操作人员能够通过该液晶触控屏控制该模拟泵站内所述两台水泵的启停、所述气动调节阀的开闭、所述变频调速泵的模式切换、所述变频调速泵的转速调节、所述电动调节阀的开度调节、所述气动调节阀的顺序动作。

所述监测与控制系统还包括2台计算机、1台用于网络通信的网络交换机、2台用于视频监视的网络摄像头，该2台计算机均安装有组态软件，每个该站控柜内的PLC、所述2台计算机、所述1台网络交换机和所述2台网络摄像头通过网线相连构成局域网；所述2台计算机中的一台用于实现对任意一座所述模拟泵站的远程控制，所述2台计算机中的另一台用于实现对所述模拟液体长输管道密闭输送的实验装置的状态显示和远程控制；每台所述计算机均配有2个显示屏，一个屏幕显示该实验装置的流程图，另一个屏幕显示仪表参数；每台所述计算机均能够显示整个模拟系统的流程和设备状态、显示单个所述模拟泵站的流程和设备状态、显示单台水泵的工作状态和控制界面、显示单个所述调节阀的设置界面、显示各个所述调节阀的控制界面、显示整个该实验装置的仪表参数、设置站场级别、控制中心级别的操作权限。

本实用新型的有益效果是：该模拟液体长输管道密闭输送的实验装置可以用于模拟液体管道长距离输送工艺，通过管道控制系统设备开关及阀门切换完成目标实验，可模拟工程上多种管道运行工况。本实验装置紧密结合现场实际情况，将管道输送工艺集于一体，具有结构合理、切近工程实际、设备先进、安全环保等特点。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是该模拟液体长输管道密闭输送的实验装置的总体结构示意图。

图2是一座模拟泵站的体结构示意图。

图3是清管旁通管段的结构示意图。

图4是起伏总管段的结构示意图。

图5是一座模拟泵站的站控柜操作面板示意图。

图6是所述监测与控制系统的结构示意图。

1、第一座模拟泵站；2、第二座模拟泵站；3、第三座模拟泵站；4、第四座模拟泵站；5、储液罐；6、越站管线；7、主管路；8、空气压缩机；9、储气罐；

11、进泵站管线；12、出泵站管线；13、第一连接管线；14、第二连接管线；15、第三连接管线；

21、第一阀门；22、第二阀门；23、第三阀门；24、第四阀门；25、第五阀门；26、第六阀门；27、第七阀门；28、第八阀门；

30、清管旁通管段；31、清管入口管线；32、清管器发球筒；33、第一球阀；34、清管观察管；35、第二球阀；36、清管器收球筒；37、清管出口管线；38、第九阀门；39、第十阀门；310、第一支管线；311、第十一阀门；312、第二支管线；313、第十二阀门；314、排汽阀；315、排汽阀；316、第十三阀门；317、第十三阀门；318、第十四阀门；

40、起伏总管段；41、上坡管段；42、中间起伏管段；43、下坡管段；

51、控制计算机；52、站控计算机；53、网络交换机；54、网络摄像头；

13、第一台泵；14、第二台泵；

101、第一台泵；102、第二台泵；201、第三台泵；202、第四台泵；301、第五台泵；302、第六台泵；401、第七台泵；402、第八台泵。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

一种模拟液体长输管道密闭输送的实验装置，主要包括模拟油品长距离输送管道的基本水力系统和监测与控制系统两部分，所述模拟油品长距离输送管道的基本水力系统，含有储液罐5和至少一座模拟泵站，储液罐5和所述模拟泵站通过实验管路串联，一座所述模拟泵站含有两台水泵，一座所述模拟泵站内的两台水泵能够以串联的方式运行、并联的方式运行或分别单独工作的方式运行，所述监测与控制系统用于检测和控制该模拟液体长输管道密闭输送的实验装置的运行，如图1和图2所示。

在本实施例中，一座模拟泵站内的该实验管路包括进泵站管线11和出泵站管线12，所述两台水泵分别为第一台泵101和第二台泵102，进泵站管线11的一端与第一台泵101的入口连接，出泵站管线12的一端与第二台泵102的出口连接，第一台泵101的出口通过第一连接管线13与出泵站管线12连接，第二台泵102的入口通过第二连接管线14与进泵站管线11连接，第一连接管线13和第二连接管线14之间通过第三连接管线15连接，所述两台水泵中的一台为工频定速泵，所述两台水泵中的另一台为变频调速泵。进泵站管线11上设有第一阀门21，第一阀门21位于第一台泵101的入口和第二连接管线14之间，第一连接管线13上依次设有第二阀门22和第三阀门23，第二阀门22位于第一台泵101的出口和第三连接管线15之间，第二连接管线14上依次设有第四阀门24和第五阀门25，第四阀门24位于第二台泵102的入口和第三连接管线15之间，第五阀门25位于第三连接管线15和进泵站管线11之间，第三连接管线15上设有第六阀门26，出泵站管线12上依次设有第七阀门27和第八阀门28，第七阀门27位于第二台泵102的出口和第一连接管线13之间，第八阀门28位于第一连接管线13和出泵站管线12的另一端之间。

在本实施例中，该模拟液体长输管道密闭输送的实验装置包括沿所述实验管路等间距设置的四座结构相同的模拟泵站，该四座模拟泵站分别为第一座模拟泵站1、第二座模拟泵站2、第三座模拟泵站3和第四座模拟泵站4，第一座模拟泵站1、第二座模拟泵站2、第三座模拟泵站3、第四座模拟泵站4和储液罐5通过该实验管路串联呈闭合环路，第二座模拟泵站2、第三座模拟泵站3和第四座模拟泵站4并联有越站管线6，越站管线6上设有越站阀。所述实验管路上并联有的2段特殊工况演示管段，所述2段特殊工况演示管段分别为清管旁通管段30和起伏总管段40。

具体的，每个泵站配有2台小型不锈钢离心式水泵(第一台泵101和第二台泵102，一台为工频定速泵，一台为变频调速泵)。每座泵站的2台离心泵可单台运行，也可2台串联或并联运行。为了便于调节每个泵站的特性，每座泵站的第1台泵为工频定速泵，第2台泵可工频运行，也可通过变频器进行调速运行。通过这种配置，每座泵站的调节范围非常大，可以适应各种实验工况的要求。每台水泵设有一个进口阀和一个出口阀为手动球阀。2台泵的串并联流程切换可通过之间的3个气动球阀实现。在站的出口还设有一台压力调节阀，用于调节出站的压力。泵、气动球阀和电动调节阀可通过计算机控制。

在每台水泵的进出口还分别设有1台压力表用于指示该处的压力，在站的进出口位置各设有1台压力变送器用于测量泵站的进出口压力(第一泵站未设进站压力变送器)。首站及末站配有电磁流量计，这些仪表的数据都可由控制区内的每个站的PLC控制器进行采集，并通过站控HMI面板或远传中控计算机集中显示，本装置所采用的仪表均为工业级仪表。

每个模拟泵站设有一个站控柜，所述站控柜内包括1台配备以太网通信功能的PLC、1台具有远程控制功能的变频器和1台具有RS485通信接口的液晶触控屏，该变频器和液晶触控屏均与该PLC连接，该液晶触控屏上能够显示该模拟泵站内的工作流程、设备的工作状态、仪表的测量值和设定值，该液晶触控屏具有液面切换功能，操作人员可通过屏幕上界面软件中提供按钮及触控屏上的软键进行功能页面的切换、泵站内的水泵的启停、气动球阀的开闭、变频泵的模式切换、变频泵的转速调节、电动调节阀的开度调节、气动球阀顺序动作的操作。所述站控柜负责该站两台水泵的就地启停控制、流程切换阀的开关、2号泵工频变频工作的切换及数据采集与传递。控制均可通过计算机或站控HMI设备远程操作。

在本实施例中，该模拟液体长输管道密闭输送的实验装置包括多座模拟泵站，该实验管路包括与所述模拟泵站的出口一一对应连接的多条主管路7，该模拟液体长输管道密闭输送的实验装置还用于放置主管路7的桁架，该桁架含有沿竖直方向设置的多个存放层。每条主管路7均含有两根蛇形盘管，该两根蛇形盘管一一对应的设置于相邻的两个该存放层内，该两根蛇形盘管连通，每根所述蛇形盘管的长度为76米，每根所述蛇形盘管均为无缝不锈钢管。该模拟液体长输管道密闭输送的实验装置包括四段主管路7，由于图纸大小的原因，图1中仅表示了三段。

具体的，该实验管路的管径主要为DN25的无缝不锈钢管，材质为SS304，管路的连接形式为焊接和法兰。模拟泵站内的连接管路主要实现进站增压、2台水泵的串并联流程切换等功能。在这部分管路上还安装了该站的各种检测仪表。主管路7指的是模拟长输管线的管路，是环道装置中最大的设备，本装置的主管路采用DN25无缝不锈钢管，管长610.2米，管径为1英寸，主管路共8层，最底层架设在桁架上，每层蛇形盘绕了2圈管路，单层76米，从第一个泵站的出口开始依次从下向上盘绕，泵站之间的管路为2层，从第8层返回水罐。辅助管路是指与主管路相连的一些管路，主要用于连接水罐、气罐、以及放空和排气等功能。

在本实施例中，第二座模拟泵站2和第三座模拟泵站3之间的主管路7并联有清管旁通管段30，清管旁通管段30含有依次连接的清管入口管线31、清管器发球筒32、第一球阀33、清管观察管34、第二球阀35、清管器收球筒36和清管出口管线37。清管器发球筒32和清管器收球筒36均为现有装置，清管器发球筒32能够向清管观察管34投入清理钢球，清管器收球筒36能够回收清管观察管34内的清理钢球。清管观察管34为透明有机玻璃管，清管入口管线31上设有第九阀门38，清管出口管线37上设有第十阀门39，清管入口管线31通过第一支管线310与清管观察管34的入口端连接，第一支管线310上设有第十一阀门311，清管出口管线37通过第二支管线312与清管观察管34的出口端连接，第二支管线312上设有第十二阀门313，第一支管线310的入口端位于第九阀门38和主管路7之间，第二支管线312的出口端位于第十阀门39和主管路7之间，如图3所示。

具体的，为了更好的观察清管器的运动，清管旁通管段30的管径为DN50，清管观察管34为12m长的有机玻璃透明管段，两端为不锈钢管，长1.8m，与透明管段法兰连接。在管段的两端分别设有清管器发球筒和清管器收球筒，其上设有排气阀和泄放阀。收、发球筒的一端为1台DN50的不锈钢球阀，另一端为快开盲板，可通过专用扳手打开和关闭。该管段用于演示长距离输油管道的输油站内的收发清管器的基本操作，并可观察到清管器在管道内的运动过程。

环道正常运行时，可设置进行收发清管器的操作，首先将清管器放入发球筒中，清管器直径可选择0.9倍～1.2倍的管内径，关闭快开盲板，检查收球筒设备是否良好，切换正常运行管线至旁通管段，运行正常后，首先打开收球筒与管道的连接阀，如有空气打开排气阀排空，检查密封良好无泄漏及设备问题后，切换阀门正式进行发送清管器操作，打开发球筒与主管道连接阀，清管器随流体进入清管旁通段，中间12m为透明管段可观察清管器运行过程及推动预先设置好的固体颗粒运行的状况，清管器进入收球筒后，切换至旁通收球筒流程，对收球筒进行压力泄放，常压后再打开快开盲板将清管器取出，对收球筒进行清理，检查清管器磨损情况，做好记录。如不需要再次进行清管实验，将流程切换至原主管道流程，打开泄放阀将清管旁通管段内流体泄放，设备状态设备号，以备下次使用。

在本实施例中，主管路7并联有起伏总管段40，起伏总管段40为透明有机玻璃管，用于演示长距离管道起伏管路停输不满流现象及高点压力控制。起伏总管段40含有依次连接的上坡管段41、中间起伏管段42和下坡管段43，上坡管段41含有依次连接的第一水平段和第一向上倾斜段，中间起伏管段42呈倒V型，下坡管段43含有依次连接的第二水平段和第二向上倾斜段，该第一向上倾斜段和第二向上倾斜段与中间起伏管段42的两端对应密封连接，如图4所示。

具体的，起伏总管段40设于第二座模拟泵站2和第三座模拟泵站3之间，在进行其他实验时可关闭。如图3所示，起伏总管段40的管径为DN25，整个管段长6.2米，其中上坡段和下坡段各有2.1米长的不锈钢管段，中间起伏段为透明有机玻璃管，与不锈钢管段法兰连接，倾斜段和水平段夹角约135°，通过第二座模拟泵站2的出口调压阀控制压力，可实现停输时管道内由于压力过低所造成的不满流工况，同时，在管段两端各设一个截断阀，可用于实现模拟管道高点压力控制。

管道正常运行时将第二座模拟泵站2和第三座模拟泵站3之间的管道切换至起伏管段，通过第二座模拟泵站2出口调压阀调节压力，停输后管道内流体运动情况及管道压力变化，或停输的同时关闭起伏段两端的阀门，与不关闭阀门相比，研究理解管道高点压力控制过程及必要性。

在本实施例中，该模拟液体长输管道密闭输送的实验装置还含有空气压缩机8、储气罐9、数据采集系统和控制单元，储气罐9与空气压缩机8连接，空气压缩机8与该实验管路连接，空气压缩机8能够向该实验管路喷吹气体使该实验管路内清洁，该数据采集系统能够采集该模拟液体长输管道密闭输送的实验装置的实验数据，该控制单元能够控制该模拟液体长输管道密闭输送的实验装置的运行，该数据采集系统与该控制单元(计算机)连接。

具体点，本装置中储液罐5外净容积约0.6m³的不锈钢水罐，该罐为敞口常压容器。回水口在罐上部侧面，出水口在罐底部。罐内水位可通过水罐侧面的玻璃管液位计显示。水罐底部为出水管线和放空阀。当实验完成后，可由罐底放空阀控制排水，将罐内存水排出。该罐即作为首站的注入罐，又作为末站接收罐。水罐与第一座模拟泵站1之间设有“Y”型不锈钢过滤器，连接方式为螺纹连接。空气压缩机8为启动流程阀提供驱动气源、管线的扫线等，实验结束后将管道内的积水吹扫干净，空气压缩机与储气罐相连。

本装置设置有一套简化的三级控制系统。本系统省略了实际管道中的部分辅助系统，但保留了长输管道SCADA系统的基本结构和工艺控制系统的主要功能。就地控制级为基于PLC控制器和站控柜上按钮的就地硬开关控制(如图5所示)，站控系统基于HMI嵌入式控制系统，控制中心级是通过以太网通讯的远程中控计算机。通过站场PLC可实现现场信号的采集，记录和显示所有的模拟量、并对状态量进行控制。通过这套监控系统，所有模拟泵站中的水泵的启停操作均可在控制区由计算机完成，也可在现场由手动或站控HMI完成。每个泵站的出站调节阀配有电动执行器，也可由计算机或站控HMI进行阀位的远程控制和显示，同时也具有现场手动操作功能。每个泵站的两台水泵机组可以并联工作，也可以串联工作，更可以单泵运行，4种操作方式通过3个气动阀的开关来切换工作流程，气动阀切换流程可由中控计算机、站控HMI面板自动/手动操作，同时就地站控柜也可通过按键现场手动开关阀们。这些功能与目前现场的操作模式是基本一致的，培训人员通过这些操作可初步了解现场管道的多级控制模式。

具体的，所述监测与控制系统还包括2台计算机、1台用于网络通信的网络交换机53、2台用于视频监视的网络摄像头54，该2台计算机均安装有组态软件，并安装有与模拟系统配套的组态程序，每个该站控柜内的PLC、所述2台计算机、所述1台网络交换机和所述2台网络摄像头通过网线相连构成局域网；如图6所示，所述2台计算机中的一台用于实现对任意一座所述模拟泵站的远程控制，所述2台计算机中的另一台用于实现对所述模拟液体长输管道密闭输送的实验装置的状态显示和远程控制。以上设备组成了管道模拟装置的简易SCADA系统，实现对模拟装置的现场级、站场级、控制中心级的三级控制模式。

每台所述计算机均配有2个显示屏，一个屏幕显示该实验装置的流程图，另一个屏幕显示仪表参数；组态程序可以图形方式显示整个模拟系统的流程和设备状态，所以每台所述计算机均能够显示整个模拟系统的流程和设备状态、显示单个所述模拟泵站的流程和设备状态、显示单台水泵的工作状态和控制界面、显示单个所述调节阀的设置界面、显示各个所述调节阀的控制界面、显示整个该实验装置的仪表参数、设置站场级别、控制中心级别的操作权限。

本装置的主要工艺流程是仿照目前长距离输油管道的主要运行流程设置的。在整条管线的沿线上共设有4个模拟泵站，形成一个密闭的水力系统，与目前长输管线所使用的密闭输油方式的基本流程是一致的。本装置的流动介质是水，储存在水罐中。这里的水罐既是首站的储罐，同时也作为管线末站的储罐。水从水罐流入1号泵站(第一座模拟泵站1)，经增压后进入管道。1号泵站为模拟管道的首站，除1号泵站外，其余泵站还具有越站流程。在每个泵站内配有2台小型离心泵，可实现串、并联运行，其中1台可控制转速，用以模拟现场管线的调速泵。在2号泵站和3号泵站之间的管段上还设置了一段演示段，包括清管器收发管段以及起伏管段。管道中输送的水依次经过各个泵站和管道后最终流回水罐。

该控制单元的控制中心系统以组态软件为开发平台进行系统操作界面和数据库系统的开发，并与PLC进行通讯。基于计算机的控制界面对全线4个泵站进行集中控制。通过总流程界面，可以进入各站场工艺系统中了解泵站工作状况的相关参数，对各站的泵和阀进行操作，以及流程的自动切换和泵站出口调节阀的PID控制。

本实验装置根据如上所述的工艺流程，配合油气储运专业教学，可开展如下实验：

1、“从泵到泵”密闭输送实验

2、管道动态调节实验

3、管道异常工况实验

4、管道堵塞工况实验

5、管道泄漏工况实验

6、管道收发清管器演示实验

7、管道不满流工况演示实验

下面进行具体介绍：为了方便介绍，第一座模拟泵站1、第二座模拟泵站2、第三座模拟泵站3和第四座模拟泵站4分别称为1号泵站、2号泵站、3号泵站和4号泵站。

1、管线启输

长输管道教学实验环道以水为实验介质，真实环道为控制对象。在实验开始之前要做好一系列的准备工作。

首先进入各站的阀室，手动或自动将流程切换到串联流程，各站调节阀调到100％开度。依次进入各站阀室，从首站到末站逐个启动1号泵。

首站(1号泵站)的第一台泵101启动后，管道中的水开始流动，各站进出口压力都有所上升。其中1号站出站压力最高，4号站最低，2-4号站由于站内摩阻，出口压力均小于入口压力。

依次启动泵第三台泵201、第五台泵301和第七台泵401，观察压力曲线的最大最小值，保证各站进站压力不低于最小进站压力，出站压力不大于最大允许操作压力。

随着各站的泵开启，流量有所增加。稳定后，各泵站流量基本保持一致，压力维持恒定，管道自动达到平衡状态，完成单泵运行的密闭输送实验，如图6所示。

2、管线停输

停输也是密闭输送的正常工况之一。保持各截止阀和调节阀的开关状态，按以下次序停止各站的泵机组：第七台泵401->第五台泵301->第三台泵201->第一台泵101->第八台泵402->第六台泵302->第四台泵202->第二台泵P102。

3、压力越站

管线正常运行时，由于某些原因，需要减少中间站，这些被临时停掉的站需要压力越站。压力越站时要注意配合上下游站场的调节阀开度，保证各站压力越站后下游压力不会过低，以免造成下游泵站汽蚀。

以3号站压力越站为例，初始状态时各泵站都只开一台定速泵，流量和压力都保持平衡状态。缓慢关小3号站出口调压阀，3号站上游压力上升，下游压力下降。为了保证4号站入口压力不过低，4号站出口调节阀关小开度，节流憋压，使4号站入口压力足够高。

先将3号站出口调压阀切换到自动模式，对出口压力实施PID控制。然后，3号站停泵，下游压力小幅下降。由于先前4号站的节流憋压，4号站出口压力在可控的安全水平。没有切到越站之前，3号站内存在一定摩阻，由水受泵制动造成。

最后，手动开启越站球阀，3号站进出口压差消失，管道达到平衡状态。整个越站过程，流量逐步下降，从初始的3.28m³/h降到2.77m³/h。

4、清管操作

环道正常运行时，可设置进行收发清管器的操作，首先将清管器放入发球筒中，关闭快开盲板，检查收球筒设备是否良好，即打开第十一阀门311和第十二阀门313，关闭原主管段上的第十四阀门318，切换正常运行管线至旁通管段，运行正常后，首先打开收球筒与管道的第一球阀33和第十阀门39，如有空气则打开排汽阀314进行排气，检查密封良好无泄漏及设备问题后，关闭第十二阀门313，随后正式进行发送清管器操作，打开发球筒与主管道连接的第九阀门38和第二球阀35，打开排气阀315进行排气，清管器随流体进入清管旁通段，中间12m为透明管段，可观察清管器运行过程及推动预先设置好的固体颗粒运行的状况，清管器进入收球筒后，打开第十一阀门311和第十二阀门313，关闭第二球阀35、第十阀门39、第九阀门38和第一球阀33，将清管器从收球筒中取出操作前，应先打开第十三阀门316进行压力泄放，常压后再打开快开盲板将清管器取出，对收球筒进行清理，检查清管器磨损情况，做好记录。如不需要再次进行清管实验，将流程切换至原主管道流程即则打开主管道的第十四阀门318，关闭第十一阀门311和第十二阀门313，打开泄放阀将清管旁通管段内流体泄放，设备状态设备号，以备下次使用。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，不能以其限定实用新型实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本实用新型中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (10)

1.一种模拟液体长输管道密闭输送的实验装置，其特征在于，该模拟液体长输管道密闭输送的实验装置包括：

模拟油品长距离输送管道的基本水力系统，含有储液罐(5)和至少一座模拟泵站，储液罐(5)和所述模拟泵站通过实验管路串联，所述一座模拟泵站含有两台水泵，所述一座模拟泵站内的两台水泵能够以串联的方式运行、并联的方式运行或分别单独工作的方式运行；

监测与控制系统，用于检测和控制该模拟液体长输管道密闭输送的实验装置的运行。

2.根据权利要求1所述的模拟液体长输管道密闭输送的实验装置，其特征在于，在一座模拟泵站内，该实验管路包括进泵站管线(11)和出泵站管线(12)，所述两台水泵分别为第一台泵(101)和第二台泵(102)，进泵站管线(11)的一端与第一台泵(101)的入口连接，出泵站管线(12)的一端与第二台泵(102)的出口连接，第一台泵(101)的出口通过第一连接管线(13)与出泵站管线(12)连接，第二台泵(102)的入口通过第二连接管线(14)与进泵站管线(11)连接，第一连接管线(13)和第二连接管线(14)之间通过第三连接管线(15)连接，所述两台水泵中的一台为工频定速泵，所述两台水泵中的另一台为变频调速泵；

进泵站管线(11)上设有第一阀门(21)，第一阀门(21)位于第一台泵(101)的入口和第二连接管线(14)之间，第一连接管线(13)上依次设有第二阀门(22)和第三阀门(23)，第二阀门(22)位于第一台泵(101)的出口和第三连接管线(15)之间，第二连接管线(14)上依次设有第四阀门(24)和第五阀门(25)，第四阀门(24)位于第二台泵(102)的入口和第三连接管线(15)之间，第五阀门(25)位于第三连接管线(15)和进泵站管线(11)之间，第三连接管线(15)上设有第六阀门(26)，出泵站管线(12)上依次设有第七阀门(27)和第八阀门(28)，第七阀门(27)位于第二台泵(102)的出口和第一连接管线(13)之间，第八阀门(28)位于第一连接管线(13)和出泵站管线(12)的另一端之间。

3.根据权利要求2所述的模拟液体长输管道密闭输送的实验装置，其特征在于，该模拟液体长输管道密闭输送的实验装置含有通过所述实验管路串联的多座所述模拟泵站，在每座所述模拟泵站内还配有2台压力变送器和1台水泵变频器；该2台压力变送器与进泵站管线(11)和出泵站管线(12)一一对应连接，该水泵变频器与所述变频调速泵连接，第八阀门(28)为电动调节阀，第三阀门(23)、第五阀门(25)和第六阀门(26)均为气动调节阀，进泵站管线(11)和出泵站管线(12)上均设置有1台电磁流量计，所述监测与控制系统包括设置于每座所述模拟泵站内的站控柜，所述压力变送器、电动调节阀、气动调节阀、水泵变频器和电磁流量计均与该站控柜连接。

4.根据权利要求1所述的模拟液体长输管道密闭输送的实验装置，其特征在于，该模拟液体长输管道密闭输送的实验装置包括沿所述实验管路等间距设置的四座结构相同的模拟泵站，该四座结构相同的模拟泵站分别为第一座模拟泵站(1)、第二座模拟泵站(2)、第三座模拟泵站(3)和第四座模拟泵站(4)，第一座模拟泵站(1)、第二座模拟泵站(2)、第三座模拟泵站(3)、第四座模拟泵站(4)和储液罐(5)通过该实验管路串联呈闭合环路，第二座模拟泵站(2)、第三座模拟泵站(3)和第四座模拟泵站(4)并联有越站管线(6)和越站阀。

5.根据权利要求1所述的模拟液体长输管道密闭输送的实验装置，其特征在于，该模拟液体长输管道密闭输送的实验装置包括多座模拟泵站，该实验管路包括与所述模拟泵站的出口一一对应连接的多条主管路(7)，该模拟液体长输管道密闭输送的实验装置还用于放置主管路(7)的桁架，该桁架含有沿竖直方向设置的多个存放层；

每条主管路(7)均含有两根蛇形盘管，该两根蛇形盘管一一对应的设置于相邻的两个该存放层内，该两根蛇形盘管连通，每根所述蛇形盘管均为无缝不锈钢管。

6.根据权利要求5所述的模拟液体长输管道密闭输送的实验装置，其特征在于，主管路(7)并联有清管旁通管段(30)，清管旁通管段(30)含有依次连接的清管入口管线(31)、清管器发球筒(32)、第一球阀(33)、清管观察管(34)、第二球阀(35)、清管器收球筒(36)和清管出口管线(37)；

清管观察管(34)为透明有机玻璃管，清管入口管线(31)上设有第九阀门(38)，清管出口管线(37)上设有第十阀门(39)，清管入口管线(31)通过第一支管线(310)与清管观察管(34)的入口端连接，第一支管线(310)上设有第十一阀门(311)，清管出口管线(37)通过第二支管线(312)与清管观察管(34)的出口端连接，第二支管线(312)上设有第十二阀门(313)，第一支管线(310)的入口端位于第九阀门(38)和主管路(7)之间，第二支管线(312)的出口端位于第十阀门(39)和主管路(7)之间。

7.根据权利要求5所述的模拟液体长输管道密闭输送的实验装置，其特征在于，主管路(7)并联有起伏总管段(40)，起伏总管段(40)为透明有机玻璃管，起伏总管段(40)含有依次连接的上坡管段(41)、中间起伏管段(42)和下坡管段(43)，上坡管段(41)含有依次连接的第一水平段和第一向上倾斜段，中间起伏管段(42)呈倒V型，下坡管段(43)含有依次连接的第二水平段和第二向上倾斜段，该第一向上倾斜段和第二向上倾斜段与中间起伏管段(42)的两端对应密封连接。

8.根据权利要求1所述的模拟液体长输管道密闭输送的实验装置，其特征在于，该模拟液体长输管道密闭输送的实验装置还含有空气压缩机(8)和储气罐(9)，储气罐(9)与空气压缩机(8)连接，空气压缩机(8)与该实验管路连接，空气压缩机(8)能够向该实验管路喷吹气体使该实验管路内清洁。

9.根据权利要求3所述的模拟液体长输管道密闭输送的实验装置，其特征在于，所述站控柜内包括1台配备以太网通信功能的PLC、1台具有远程控制功能的变频器和1台具有RS485通信接口的液晶触控屏，该变频器和液晶触控屏均与该PLC连接；

该液晶触控屏上能够显示该模拟泵站内的工作流程、设备的工作状态、仪表的测量值和设定值，该液晶触控屏具有液面切换功能，操作人员能够通过该液晶触控屏控制该模拟泵站内所述两台水泵的启停、所述气动调节阀的开闭、所述变频调速泵的模式切换、所述变频调速泵的转速调节、所述电动调节阀的开度调节、所述气动调节阀的顺序动作。

10.根据权利要求3所述的模拟液体长输管道密闭输送的实验装置，其特征在于，所述监测与控制系统还包括2台计算机、1台用于网络通信的网络交换机、2台用于视频监视的网络摄像头，每个该站控柜内的PLC、所述2台计算机、所述1台网络交换机和所述2台网络摄像头通过网线相连构成局域网。