变管径油水乳状液流态识别及成分检测实验系统技术方案

本实用新型专利技术涉及石油及化工过程的油水输运领域，尤其是一种变管径油水乳状液流态识别及成分检测实验系统。包括油水混合物循环部、热流体循环部和数据采集分析部，热流体循环部、数据采集分析部分别与油水混合物循环部连接；所述油水混合物循环部包括进口段、测试段、油水混合物容器和循环泵，进口段由直径不同的充分发展管路Ⅰ和充分发展管路Ⅱ组成，充分发展管路Ⅰ的一端与油水混合物容器连通，充分发展管路Ⅰ的另一端与充分发展管路Ⅱ连接，充分发展管路Ⅱ与测试段连接，测试段为长直管，在油水混合物容器的出口端设有循环泵。其实现了对油水混合物组分的检测，并可以确定油水混合物的液体状态和流变特性。

【技术实现步骤摘要】
变管径油水乳状液流态识别及成分检测实验系统
本技术涉及石油及化工过程的油水输运领域，尤其是一种变管径油水乳状液流态识别及成分检测实验系统。
技术介绍
油水乳状液的油水混合比例不同使得流体具有牛顿流体性质和非牛顿流体性质，存在油包水型(W/O)和水包油型(O/W)两种型态。海洋石油的集输管线和海底管线中油水乳状液的存在或乳状液的稳定性变化、以及乳状液的转相都会给生产带来很多问题，比如油包水乳状液中如果乳状液稳定性遭到破坏，或者因为发生转相造成的管路流动过程压降急剧升高，可能造成油管停输及凝聚等事故的发生。同时，由于油包水型(W/O)和水包油型(O/W)两种相态的乳状液粘度相差很大，因而其传递和输运性能均有很大差异。因此，实时在线检测管路中的油水混合物组分以确定管路中的油水液体状态也是工程上急需解决的难题。对于海洋平台和船舶油水分离装置的分离过程而言，油水混合物在分离前、分离中和分离后，流体混合物具有不同的流体性质，即牛顿流体性质或非牛顿流体性质。因此，了解油水混合物的流变特性以及在管路中的成分组成，对油水分离设备的高效分离和油水乳状液的输运系统设计，具有一定的工程参考价值。
技术实现思路
本技术的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提出了一种变管径油水乳状液流态识别及成分检测实验系统，其实现了对油水混合物组分的检测，并可以确定油水混合物的液体状态和流变特性。本技术的技术方案是：一种变管径油水乳状液流态识别及成分检测实验系统，其中，包括油水混合物循环部、热流体循环部和数据采集分析部，热流体循环部、数据采集分析部分别与油水混合物循环部连接；所述油水混合物循环部包括进口段、测试段、油水混合物容器和循环泵，进口段由直径不同的充分发展管路Ⅰ和充分发展管路Ⅱ组成，充分发展管路Ⅰ的一端与油水混合物容器连通，充分发展管路Ⅰ的另一端与充分发展管路Ⅱ连接，充分发展管路Ⅱ与测试段连接，测试段为长直管，在油水混合物容器的出口端设有循环泵；所述充分发展管路Ⅰ和充分发展管路Ⅱ内均安装有毕托管，在充分发展管路Ⅰ和充分发展管路Ⅱ的入口处均安装有压力测试点，充分发展管路Ⅰ和充分发展管路Ⅱ两端均安装有取压装置，两端的取压装置之间连接有差压变送器；所述测试段的外部设有热流循环部，热流循环部包括恒温水浴箱，测试段设置在恒温水浴箱内，测试段与数据采集部连接。通过恒温水浴箱对测试段内的油水混合物进行加热，通过改变外部环境，获得温度场改变时油水混合物的热物性变化数据。所述数据采集部包括直径为热电偶、温度数据转换模块和计算机，在靠近测试段的出口处，沿测试段内表面的径向均匀设置数个热电偶，相邻热电偶的探头之间的夹角相同，热电偶的探头顶端距离管中心的距离依次增加，热电偶与温度数据转换模块电连接，温度数据转换模块与计算机电连接。优选的，沿测试段内表面的径向均匀设置三个热电偶，分别为热电偶Ⅰ、热电偶Ⅱ和热电偶Ⅲ，相邻热电偶的探头之间的夹角均为120°，三个热电偶的探头顶端距离管中心的距离依次增加。热电偶探头位置视管径大小而定，以近壁面、管内上下半部、管径中心为宜。所述温度数据转换模块采用型号为研华ADAM4118的测温模块。对流换热温度波动范围不超过100℃。所述数据采集分析部还包括NI数据采集设备，NI数据采集设备用于采集进口段的压力、压差等信号，NI数据采集设备与计算机连接。本技术的有益效果：(1)通过使油水流体分别流过直径不同的充分发展管路和测试管路，在变径过程中确定油水流体的流变特性，从而确定不同的对流换热控制方程，以便对不同流变性质的流体建立合适的数学模型；(2)通过热流体循环系统，可以对流体加热并采集流体内部温度场，从而根据工程反问题方法确定油水乳状液组分。附图说明图1是本技术的连接结构示意图；图2是进口段的结构示意图；图3是热电偶的分布示意图。图中：1油水混合物容器；2循环泵；3进口段；301充分发展管路Ⅰ；302充分发展管路Ⅱ；4恒温水浴箱；5热电偶；501热电偶Ⅰ；502热电偶Ⅱ；503热电偶Ⅲ；6温度数据转换器；7计算机；8毕托管；9压力测试点；10差压变送器；11测试段。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术作进一步的说明。如图1所示，本技术所述的变管径油水乳状液流态识别及成分检测实验系统包括油水混合物循环部、热流体循环部和数据采集分析部，热流体循环部、数据采集分析部分别与油水混合物循环部连接，热流体循环部主要用于对油水混合物循环系统进行加热，数据采集分析部主要用于收集油水混合物循环部的参数，如温度、压力、压差等数据。油水混合物循环部包括进口段、测试段11、油水混合物容器1和循环泵2，进口段的一端与油水混合物容器1的出口端连通，进口段的另一端与测试段11连接，测试段11的另一端与油水混合物容器1的入口段连通，在油水混合物容器1的出口端设有循环泵2，通过循环泵2实现了油水混合物在系统内的循环流动。流变指数计算、流态识别与乳状液流体温度场变化都发生在这一部分。由于实验工质为不同油水比例的液体混合物，进口段长度的确定根据实际情况来确定，进口段的长度的设置必须要满足试验流体在进入测试段前成为充分发展的层流状态。为了通过流速和管路压降获得流体的流变系数，进口段由直径不同的充分发展管路Ⅰ301和充分发展管路Ⅱ302组成，充分发展管路Ⅰ301和充分发展管路Ⅱ302均由铜管制成。充分发展管路Ⅰ301和充分发展管路Ⅱ302的直径和长度主要根据实际的工程情况而定充分发展管路Ⅰ301的一端与油水混合物容器1连通，充分发展管路Ⅰ301的另一端与充分发展管路Ⅱ302连接，充分发展管路Ⅱ302与测试段11连接。进口段长度的确定根据实际情况来确定，但充分发展管路Ⅱ302的长度的设置必须要满足试验流体在进入加热段前成为充分发展的层流状态，其最短长度为l＝0.05·Re·Pr·d，其中l表示进口段长度，Re表示流体雷诺数，Pr表示流体普朗特数，d表示管径直径。充分发展管路Ⅰ301和充分发展管路Ⅱ302内均安装有毕托管8，通过毕托管8来测量工质流速。在充分发展管路Ⅰ301和充分发展管路Ⅱ302的入口处均安装有压力测试点9，用于测量管道内的压力，同时，充分发展管路Ⅰ301和充分发展管路Ⅱ302的两端均安装有取压装置，取压装置通过导压管与差压变送器10连接，通过差压变动器10测量流体分别流经充分发展管路Ⅰ301和充分发展管路Ⅱ302的压降，如图2所示。根据两段充分发展管路测得的流速、压降数据可以确定油水混合物的流变系数。测试段11是长直管段，目的是根据变化的热物性数据求得最终的油水组分。测试段11的外部设有热流循环部。热流循环部包括恒温水浴箱4、恒温水箱和循环泵，测试段11设置在恒温水浴箱4内。通过循环泵将恒温水箱内的温水不断送入恒温水浴箱4内，通过恒温水浴箱4对测试段11内的油水混合物进行加热，通过改变外部环境，获得温度场改变时油水混合物的热物性变化数据。测试段11也是由铜管制成，通过恒温水浴箱4加热后的测试段内的瞬时温度场通过数据采集分析部进行数据采集，数据采集部包括直径为1mm的K型热电偶、温度数据转换模块6及计算机7。如图3所示，在靠近测试段11的出口处，沿测试段11内表面的径向均匀设置三个热电偶，分别为热电偶Ⅰ501、热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变管径油水乳状液流态识别及成分检测实验系统，其特征在于：包括油水混合物循环部、热流体循环部和数据采集分析部，热流体循环部、数据采集分析部分别与油水混合物循环部连接；所述油水混合物循环部包括进口段、测试段(11)、油水混合物容器(1)和循环泵(2)，进口段由直径不同的充分发展管路Ⅰ(301)和充分发展管路Ⅱ(302)组成，充分发展管路Ⅰ(301)的一端与油水混合物容器(1)连通，充分发展管路Ⅰ(301)的另一端与充分发展管路Ⅱ(302)连接，充分发展管路Ⅱ(302)与测试段(11)连接，测试段(11)为长直管，在油水混合物容器(1)的出口端设有循环泵(2)；所述充分发展管路Ⅰ(301)和充分发展管路Ⅱ(302)内均安装有毕托管(8)，在充分发展管路Ⅰ(301)和充分发展管路Ⅱ(302)的入口处均安装有压力测试点(9)，充分发展管路Ⅰ(301)和充分发展管路Ⅱ(302)的两端均安装有取压装置，两端的取压装置之间连接有差压变送器(10)；所述测试段(11)的外部设有热流循环部，热流循环部包括恒温水浴箱(4)，测试段(11)设置在恒温水浴箱(4)内，测试段(11)与数据采集部连接。

【技术特征摘要】
1.一种变管径油水乳状液流态识别及成分检测实验系统，其特征在于：包括油水混合物循环部、热流体循环部和数据采集分析部，热流体循环部、数据采集分析部分别与油水混合物循环部连接；所述油水混合物循环部包括进口段、测试段(11)、油水混合物容器(1)和循环泵(2)，进口段由直径不同的充分发展管路Ⅰ(301)和充分发展管路Ⅱ(302)组成，充分发展管路Ⅰ(301)的一端与油水混合物容器(1)连通，充分发展管路Ⅰ(301)的另一端与充分发展管路Ⅱ(302)连接，充分发展管路Ⅱ(302)与测试段(11)连接，测试段(11)为长直管，在油水混合物容器(1)的出口端设有循环泵(2)；所述充分发展管路Ⅰ(301)和充分发展管路Ⅱ(302)内均安装有毕托管(8)，在充分发展管路Ⅰ(301)和充分发展管路Ⅱ(302)的入口处均安装有压力测试点(9)，充分发展管路Ⅰ(301)和充分发展管路Ⅱ(302)的两端均安装有取压装置，两端的取压装置之间连接有差压变送器(10)；所述测试段(11)的外部设有热流循环部，热流循环部包括恒温水浴箱(4)，测试段(11)设置在恒温水浴箱(4)内，测试段(11)与数据采集部连接。2.根据权利要求1所述的变管径油水乳状液流态识别及成分检测实验系统，其特征在于：所述数据采集部包括直径为热电偶...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅宁，张继，赵健，袁瀚，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：新型
国别省市：山东,37