CN101430221A - 天然气管道内粒子成像装置 - Google Patents
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Abstract
天然气管道内粒子成像装置，应用于天然气管道流量测试技术领域。包括成像装置、粒子加注装置和粒子回收装置。特征：粒子加注装置包括氮气瓶、高压釜和喷嘴组成。氮气瓶、高压釜和喷嘴之间由管线连接。喷嘴连接在天然气管道上，在天然气管道上有透明管。在管线出口端连接有粒子回收装置。粒子回收装置的天然气进入口的端部连接有向上弯管，弯管的端部固定双头螺栓。在筒体内上部固定有滤筒，在筒体上有天然气排出口在筒体的底部有出液口。效果是：能在中压天然气透明管中进行粒子成像测试，满足带压天然气管道流场可视化要求。
Description
技术领域
本发明涉及天然气管道流量测试技术领域，特别涉及天然气管道内粒子成像装置，是一种天然气管道内流场特性对流量计计量性能影响研究的装置，是一种天然气管道内流场特性对流量计计量性能影响粒子加注及其成像装置。
背景技术
随着计算机技术与图像处理技术的快速发展，产生了粒子成像测速技术(PIV)。PIV技术的最大贡献是突破了LDV(Laser DopplerVelocity)激光多普勒测速仪等空间单点测量技术的局限性，既具备了单点测量技术的精度和分辨率，又能获得平面流场显示的整体结构和瞬态图像，可在同一时刻记录下整个流场的有关信息，并且可分别给出平均速度、脉动速度及应变率等，同时它还是一种非接触式的测量方法。
目前，欧美发达国家一直很重视流量计上游管道中各阻流件(弯管、变径管、阀门等)对流量计上游管段的流态分布及涡流对流量测量的影响研究，尤其是这些阻流件使流态分布规律产生畸变和涡流对流量测量的负面影响。80年代起日本、法国、英国已经开始利用PIV技术在液体与空气方面进行了研究，取得了一些成就。但应用于天然气计量研究，未见公开成果。目前，德国物理技术研究院(PTB)应用PIV技术在天然气计量方面初步展开了研究，但未见公开报道。国内进行了许多天然气计量宏观方面研究，同时清华大学、北京石油大学等单位在液体可视化方面开展了PIV技术研究工作，但与天然气流量计量相结合并在带压管道中开展计量研究在国内尚属空白，也没有天然气管道内流场特性对流量计计量性能影响研究的装置。
中国专利公开号为CN 101078773A，提供了一种“流场可视化方法及装置”。流场可视化装置是在平台上装有照相机、光源、遮光板，聚光镜和盛粒子器皿。光源发出红外线或紫外线光，通过遮光板和聚光镜所形成的光束照射盛粒子器皿，粒子在流体介质中显示其运动轨迹，通过照相机记录其运动轨迹。该发明应用粒子加注装置向天然气管道加入5——10μm吸收不可见光(红外或紫外)的粒子成像，使用数码相机和激光光源，直接记录粒子移动轨迹；省去了PIV***的高速CCD和激光器及粒子相关性分析计算软件。
发明内容
本发明的目的是：提供一种天然气管道内粒子成像装置，用粒子成像设备、透明管、粒子加注装置，在中压天然气可视管段中进行粒子成像测试，粒子成像现场测试数据与数值模拟试验，以获得流态分布规律和流态是否畸变和涡流，根据试验结果进行分析比对分析，找出天然气计量管道内不同阻流件对流态及对流量计性能影响规律，作为现场使用中安装的天然气流量计不规范或某些使用条件发生变化后对流量计性能造成计量影响量的估计提供依据；正确指导现场流量计的选型、安装、使用。
本发明采用的技术方案是：天然气管道内粒子成像装置，包括成像装置、粒子加注装置和粒子回收装置。
成像装置包括双脉冲激光器、同步脉冲触发器、双曝光数码相机、图像采集卡和计算机。计算机连接双曝光数码相机和图像采集卡，图像采集卡连接同步脉冲触发器并通过同步脉冲触发器连接双脉冲激光器。同步脉冲触发器同时触发双脉冲激光器和数码相机。双脉冲激光器发出片光源照亮天然气管道的透明管内的流场，用数码相机对被照亮的透明管截面进行连续拍摄。同步脉冲触发器保证双脉冲激光器与数码相机同步工作。计算机通过图像采集卡读入所拍图像并对其进行分析处理，计算出所拍透明管内截面的流场特性参数。本领域技术人员能完成成像装置，并利用粒子成像测速技术(PIV)完成流体测试。
其特征在于：粒子加注装置包括氮气瓶、高压釜和喷嘴组成。氮气瓶与高压釜入口之间由管线连接；高压釜出口与喷嘴之间由管线连接。喷嘴连接在天然气管道上，并且喷嘴固定的位置在天然气管道的管线进口端，即安装的位置依次是天然气管线进口端、喷嘴、透明管和管线出口端。天然气首先经过管线进口端，到达喷嘴，从喷嘴流过后到达透明管，通过透明管后流入管线出口端。在管线出口端连接有粒子回收装置。
所述的透明管包括有机玻璃管，在有机玻璃管内壁涂有吸光涂层。吸光涂层是荧光粉和透明环氧树脂混合而成，采用真空镀膜涂敷在有机玻璃管内壁，有机玻璃管的两端固定有钢制法兰。采用法兰将透明管连接在天然气管道中间。
有机玻璃管可以采用离心浇铸特制成Φ130×15的厚壁管，能承受最高压力为4.0MPa。
为了提高粒子雾化程度，提高的成像效果，要求粒子均匀分布，粒径在2μm～10μm之间。喷嘴有1个喷孔，喷孔的直径在0.08～0.2mm之间。
把高压液体氮气通入高压釜；打开高压釜气相阀门，使汽化后的氮蒸汽由喷嘴喷出，氮蒸汽在天然气管道中遇冷后雾化，达到成像要求。
粒子回收装置包括由滤筒、筒体、天然气进入口和天然气排出口。在筒体的中部有天然气进入口，天然气进入口的端部连接有向上弯管，弯管的端部固定在筒体内的托盘中心孔上，托盘上部有滤筒，在筒体上有天然气排出口，天然气排出口的高度在滤筒中部相对的位置。在筒体的底部有出液口，出液口的作用是排污。
流经天然气管道内并经过喷嘴加注粒子后的天然气，成像测试后需要把加注粒子清除干净后才能外输。粒子回收装置起到清除成像粒子的作用。带有加注粒子的天然气由天然气进入口进入粒子回收装置的滤筒内部，经过悬浮在天然气中的液滴微粒通过粒子回收装置的滤筒时，液滴与滤膜丝网产生碰撞、吸附、分离和聚结。液滴由微粒颗粒渐渐聚结成颗粒，最后在重力作用下沿滤筒外表面流到筒体下部的存液区内。通过滤筒的天然气由天然气排出口排出。使气、液两相分区流动不会产生二次反混。
所述的筒体为立式压力罐。
所述的滤筒的结构是折叠聚结滤芯。
聚结效率取决于滤层滤膜最小孔径和流体在滤层内的运动状态，本项目聚结器气液分离效率：当粒径≥3μm时为80％；当粒径≥5μm时为98％。
本发明的有益效果：本发明天然气管道内粒子成像装置，能在中压天然气透明管中进行粒子成像测试。技术创新点是：
(1)高压雾化粒子发生器：以纯净水为工作介质，粒子粒径2μm～10μm，分布均匀，能满足带压天然气管道流场可视化要求。
(2)透明管：透光率≥90％，采用特制钢法兰连接安装，可承受压力4.0MPa，内壁添加吸光涂层可削弱激光反射引起的亮带，采用高精度的设备定位坐标，提高了PIV流量测试准确度。
(3)正压通风房：为了避免泄漏的天然气进入操作房内引起***，操作房采用正压通风，操作房内保持500Pa～800Pa左右的正压，从而保证电器设备及设备操作人员的安全。
利用此项技术及计算机数字模拟技术研究典型管路阻流件产生的流场对流量计计量准确度的影响，将宏观、外在、投资大、模拟实验次数有限的实验研究(用不同的仪器、仪表，在不同安装管路条件下，用标准装置与被测仪表的外观显示值比较，分析不同安装条件被测仪表的影响)转变为微观、内在、投资小、模拟实验次数可无限地研究影响仪表性能的作用机理，正确指导现场流量计的设计、选型、安装、使用，减小流场对流量测量准确度影响，提高计量准确度。
通过消除透明管道内壁反光、提高粒子加注装置加注粒子的均匀度以及采用高精度的设备定位坐标架，可进一步提高PIV流量测试精度，可发展为新一代的流量标准装置。
附图说明
图1是天然气管道内粒子成像装置原理示意图；
图2是天然气管道内粒子成像装置的粒子加注示意图；
图3粒子回收装置结构剖面示意图。
图中，1.双脉冲激光器，2.透明管，3.同步脉冲触发器，4.数码相机，5.图像采集卡，6.计算机，7.氮气瓶，8.高压釜，9.管线，10.喷嘴，11.管线进口端，12.管线出口端，13.天然气进入口，14.筒体，15.滤筒，16.双头螺栓，17.天然气排出口，18.弯头，19.出液口。
具体实施方式
实施例1：以透明管2直径为130mm，壁厚为15mm。喷嘴10的孔径为0.15mm的天然气管道内粒子成像装置为例，对本发明作进一步详细说明。
参阅图1。本发明天然气管道内粒子成像装置，包括成像装置、粒子加注装置和粒子回收装置。
成像装置包括双脉冲激光器1、同步脉冲触发器3、双曝光数码相机4、图像采集卡5和计算机6。计算机6连接双曝光数码相机4和图像采集卡5，图像采集卡5连接同步脉冲触发器3并通过同步脉冲触发器3连接双脉冲激光器1。同步脉冲触发器3同时触发双脉冲激光器1和数码相机4。双脉冲激光器1发出片光源照亮天然气管道的透明管2内的流场，用数码相机4对被照亮的透明管2截面进行连续拍摄。同步脉冲触发器3保证双脉冲激光器1与数码相机4同步工作。计算机6通过图像采集卡5读入所拍图像并对其进行分析处理，计算出所拍透明管2内截面的流场特性参数。
粒子加注装置包括氮气瓶7、高压釜8和喷嘴10组成。氮气瓶7与高压釜8入口之间由直径为10mm的管线9连接。高压釜8出口与喷嘴10之间由管线9连接。喷嘴10连接在天然气管道上，并且喷嘴10固定的位置在天然气管道的管线进口端11，即安装的位置依次是天然气管线进口端11、喷嘴9、透明管2和管线出口端12。喷嘴10喷射方向在管线的中心轴线上。在管线出口端10连接有粒子回收装置。
所述的透明管2包括有机玻璃管，在有机玻璃管内壁涂有吸光涂层。吸光涂层是荧光粉和透明环氧树脂混合而成，采用真空镀膜涂敷在有机玻璃管内壁，有机玻璃管的两端固定有钢制法兰。采用法兰将透明管2连接在天然气管道中间。有机玻璃管可以采用离心浇铸特制成Φ130×15mm的厚壁管，能承受最高压力为4.0MPa。
粒子回收装置包括由滤筒15、筒体14、天然气进入口13和天然气排出口17。筒体14为立式压力罐，直径为700mm，高度为1000mm。在筒体14的中部有天然气进入口13，天然气进入口13的端部连接有向上弯管18，弯管18的端部固定双头螺栓16。在筒体14内上部固定有滤筒15，滤筒15的结构是折叠聚结滤芯。在筒体14上有天然气排出口17，天然气排出口17的高度在滤筒15中部相对的位置。在筒体14的天然气排出口17处安装有法兰。在筒体14的底部有出液口19。
Claims (6)
1、一种天然气管道内粒子成像装置，包括成像装置、粒子加注装置和粒子回收装置，成像装置采用双脉冲激光器(1)、同步脉冲触发器(3)、双曝光数码相机(4)、图像采集卡(5)和计算机(6)，计算机(6)连接双曝光数码相机(4)和图像采集卡(5)，图像采集卡(5)连接同步脉冲触发器(3)并通过同步脉冲触发器(3)连接双脉冲激光器(1)，
其特征在于：粒子加注装置包括氮气瓶(7)、高压釜(8)和喷嘴(10)组成，氮气瓶(7)与高压釜(8)入口之间由管线(9)连接；高压釜(8)出口与喷嘴(10)之间由管线(9)连接，喷嘴(10)连接在天然气管道上，并且喷嘴(10)固定的位置在天然气管道的管线进口端(11)，即安装的位置依次是天然气管线进口端(11)、喷嘴(9)、透明管(2)和管线出口端(12)，天然气首先经过管线进口端(11)，到达喷嘴(9)，从喷嘴(9)流过后到达透明管(2)，通过透明管(2)后流入管线出口端(12)，在管线出口端(10)连接有粒子回收装置；
粒子回收装置包括由滤筒(15)、筒体(14)、天然气进入口(13)和天然气排出口(17)，在筒体(14)的中部有天然气进入口(13)，天然气进入口(13)的端部连接有向上弯管(18)，弯管(18)的端部固定在筒体(14)内的托盘中心孔上，托盘上部有滤筒(15)，在筒体(14)上有天然气排出口(17)，天然气排出口(17)的高度在滤筒(15)中部相对的位置，在筒体(14)的底部有出液口(19)。
2、根据权利要求1所述的天然气管道内粒子成像装置，其特征是：所述的透明管(2)包括有机玻璃管，在有机玻璃管内壁涂有吸光涂层，吸光涂层是荧光粉和透明环氧树脂混合而成，采用真空镀膜涂敷在有机玻璃管内壁，有机玻璃管的两端固定有钢制法兰，采用法兰将透明管(2)连接在天然气管道中间。
3、根据权利要求2所述的天然气管道内粒子成像装置，其特征是：有机玻璃管可以采用离心浇铸特制成Φ130×15的厚壁管，能承受最高压力为4.0MPa。
4、根据权利要求1所述的天然气管道内粒子成像装置，其特征是：所以所述的喷嘴(10)有1个喷孔，喷孔的直径在0.08～0.2mm之间。
5、根据权利要求1所述的天然气管道内粒子成像装置，其特征是：所述的喷嘴(10)的喷射方向在管线的中心轴线上。
6、根据权利要求1、2、3、4或5所述的天然气管道内粒子成像装置，其特征是：所述的滤筒(15)采用的是折叠聚结滤芯。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20090513 |