[实用新型]天然气管道水合物模拟生成测试装置

说明书

技术领域

本实用新型是一种天然气水合物模拟生成测试装置，涉及管道系统技术领域。

背景技术

天然气水合物是以甲烷为主的轻烃和非烃组分在一定温度和压力条件下，与水分子结合形成的笼状似冰固体化合物。水分子通过氢键结合形成部分多面体的笼，气体分子在范德华力作用下被包围在晶格之中。一般水合物形成条件为：

(1)天然气中有液态水存在或含有过饱和状态汽：

(2)具有一定的温度与压力；

(3)有结晶中心存在。

水合物一旦形成后，就会减少管道的流通面积，产生节流，加速水合物的进一步形成。水合物不仅可能导致管道堵塞，也可造成分离设备和仪表的堵塞。天然气长输管道内压力温度变化复杂，沿输气管线呈较陡的下降趋势。仅利用入口压力温度来判断水合物的形成是很不精确的。精确预测水合物的形成以及形成的具体位置，对于正确做出管道防堵计划具有重要的经济意义。

天然气输送的主要方式是管道输送。天然气管线投产运行过程中，需注入水进行试压，正常运行后仍有部分的水残留；并且，天然气夹带入管线的水也在管道内凝聚。天然气在输送过程中，由于受高速流动、搅动、高压脉动等因素的影响，在管道弯头、调压器、孔板、粗糙管壁等位置易形成水合物，造成管道、分离设备和仪表管路堵塞，严重威胁输送安全。在天然气输送生产中，对冰堵问题只能做到随时出现，随时防治。经过多年的研究，目前对天然气水合物的晶体结构、形成过程、促进以及抑制都有了比较深入的研究。但对于实际运行的输气管线中的天然气形成条件、部位、历程以及形成结构及机理等相关的研究非常鲜见。从技术发展趋势和生产需求角度，需要开发一套模拟装置，用以进行天然气管道积水情况、天然气水合物形成历程及机理、形成条件等相关问题的研究。管道天然气水合物模拟生成装置可以用于管道天然气水合物形成相关问题的研究，为天然气管道结构设计、管道防堵、安全输送提供保障。

CN101718710A公开了一种用于氢气水合物特性研究的可视化实验装置及方法，但此装置及方法不能够快速确定导致天然气管道水合物生成的管件管段。

实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种能够通过接近于真实天然气管道运输状态的模拟管路的运行、配合多种测量手段实现对天然气管道积水情况、天然气水合物形成历程及机理、形成条件进行测试且操作简单、测量手段多样、测量数据接近实际管道输送环境的天然气管道水合物模拟生成测试装置。

本实用新型的管道天然气水合物模拟生成装置如图1所示，包括压力降测试管段9、粗糙管壁测试管段10、低温测试管段11、弯头测试管段12、流量计测试管段15和储气罐1、流量控制阀2、法兰3、循环冷却装置4、储气罐开关阀5、高压喷雾装置6、注射器7、模拟主管道8、压缩机13、流量计14、温度信息采集设备16、视频采集设备17、压力信息采集设备18、计算机中控系统19测试设备。

储有测试气体的储气罐1经管道接储气罐开关阀5和流量控制阀2，在该两阀之间安装高压喷雾装置6和注射器7；流量控制阀2后依次串接压力降测试管段9、粗糙管壁测试管段10、低温测试管段11、弯头测试管段12、流量计测试管段15和模拟主管道8；在粗糙管壁测试管段10两端有法兰3与低温测试管段11连接；低温测试管段11外周包有循环冷却装置4，循环冷却装置4连有压缩机13；流量计测试管段15安装有流量计14；压力降测试管段9、粗糙管壁测试管段10、低温测试管段11、弯头测试管段12和流量计测试管段15均安装视频采集设备17、温度信息采集设备16和压力信息采集设备18；温度信息采集设备16、视频采集设备17、压力信息采集设备18与计算机中控系统19连接。

所述储气罐1中的测试气体选用CO₂气体；

所述高压喷雾装置6和注射器7选用市销产品，它能将液态水以雾状微滴的形态注入模拟主管道8；

所述模拟主管道8为与工业用天然气输送管道材质相近的钢材或其他材质；

所述粗糙管壁测试管段10内壁表面粗糙度远大于模拟主管道8其他管段；且与模拟主管道8采用法兰3连接，拆卸更换内壁表面粗糙度不同的管段；

所述流量计测试管段15根据要求结合工业用管道流量计实例选择流量计类型；

所述循环冷却装置4及温度感应装置附有管道温度传感器及温度控制仪，根据需要将管段内流体温度稳定地控制在-10～20℃范围内；

所述弯头测试管段12开有注水孔，根据实验需要向弯头管段注入液体水；