CN111122648B - 一种带压输油管路中原油导热系数的在线测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带压输油管路中原油导热系数的在线测量装置及其使用方法，属于油气自动化计量技术领域。本发明所述设备包括：扁圆测量管段、铜板、空心薄铜板、空气压缩机、加热水浴、控温水浴、温度传感器、液位监测器、计算机处理***及相应的自动阀与管线。本发明同时公开了采用所述装置测量原油导热系数的方法。本发明结构简单，能够及时准确地测试出带压输油管道内的原油导热系数，且测试过程自动化程度高、降低了人员工作量。

Description

一种带压输油管路中原油导热系数的在线测量装置及方法

技术领域

本发明属于油气自动化计量技术领域，具体涉及一种带压输油管路中原油导热系数的在线测量装置及方法。

背景技术

随着工业发展，我国对于原油的需求量不断增加，相应地原油管道输送的发展也非常迅速。我国所产原油以石蜡基原油为主，其特点是蜡含量高、凝点高，往往需要采用加热输送的管输模式。安全、高效地进行加热管输可以降低管输过程中的运行成本、节能降耗。对于原油加热输送而言，原油导热系数是非常重要的一个参数。

目前，油田现场对于原油导热系数的测量主要采用取样法，对管输原油取样后，利用液体导热系数测量装置对原油导热系数进行测试，自动化程度低，不能实时监测管输原油导热系数变化。同时，现阶段所采用的的液体导热系数测量装置，一般采用非稳态传热的第二类边界条件进行温度场求解，需要高精密的发热铜针，对测量环境要求较高，不适应复杂多变的现场环境。

由此可见，一种经济高效的在线测量输油管路中原油导热系数的在线测量装置，可以实时自动的检测管输原油的导热系数变化，降低人员工作强度，对于保障管道的安全经济运行，具有重要的工程意义。但至今未见有此类装置的报道。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种适应复杂现场条件、且结构简单的输油管道内原油导热系数在线测量装置及其使用方法，用于实时测量原油管输过程中的原油导热系数。

为了实现本发明的目的，本发明提供一种带压输油管路中原油导热系数的在线测量装置，它包括扁圆测量管段、铜板、空心薄铜板、循环水套、加热水浴、控温水浴、自动旋转轴、空气压缩机、计算机、温度传感器、液位监测器及相应的自动阀与管线，其中，所述扁圆测量管段与输油管线相连，以保证能够实时获取待测的管输原油，所述铜板为扁圆测量管段的一端，以保证测量管段内的原油能够被空心薄铜板加热，所述空心薄铜板通过自动旋转轴与扁圆测量管段相连，以保证空心薄铜板能够自动与扁圆测量管段贴合或分离，所述加热水浴与空心薄铜板相连，以控制空心薄铜板的温度，控温水浴通过循环水套控制扁圆测量管段的初始温度，所述空气压缩机与扁圆测量管段相连，以排空测量管段内的原油，所述温度传感器和液位监测器处于扁圆测量管段内，以测量原油的温度及液位。

优选地，所述扁圆测量管段为大直径圆柱形结构，体积为15-25升，长度与半径比为1:5～1:10，且其一端为铜板，厚度小于2毫米。

优选地，所述空心薄铜板内部为空腔，注满循环水，其远离测量管段一端敷设有保温层，靠近测量管段一端旋转后可与所述铜板紧密贴合。

优选地，所述加热水浴控制空心薄铜板温度比室温高3-6℃，控温水浴控制测量管段内的原油温度比室温高1-2℃。

优选地，所述温度传感器测温点位于测量管段的中心轴线上，其中有一个温度传感器测量点位于测量管段中心。

本发明所提供的输油管道原油导热系数的在线测量方法，具体包括以下步骤：

1、原油进注：输油管道内的原油通过管输压力进注到所述扁圆测量管段内，利用所述液位监测器来判断原油是否充满测量管段，以保证测量管段内注满原油，且测量管段内的压力与管输压力相同；

2、原油加热：利用所述自动旋转轴控制空心薄铜板与测量管段分离，利用所述加热水浴加热空心薄铜板，并利用控温水浴通过循环水套加热测量管段内的原油，利用温度传感器判断测量管段内的原油温度达到预设的初始温度；

3、导热系数测量：当测量管段内原油温度稳定后，利用所述自动旋转轴控制空心薄铜板旋转，以较快速度与铜板贴合，利用所述温度传感器测量并记录较短时间内原油的温度变化，利用所述计算机以非稳态热传导的第三类边界条件拟合出原油的导热系数；

4、原油排出：温度测量完毕后，利用所述空气压缩机将测量管段内的原油排出，利用所述液位监测器判断原油是否排净，排净后，所述空气压缩机及控温水浴停止工作。

本发明适用于加热输送条件下，输油管道内原油导热系数的在线测量。由于本发明结构简单、操作方便，能够较为准确地测量带压条件下原油导热系数的含量，且在测量过程中计量周期短、计量损耗小，为实现输油管道内原油导热系数的在线测量提供技术手段。

附图说明

图1是本发明提供的输油管道内原油导热系数的在线测量装置示意图。

图2是扁圆测量管段内原油的温度随着位置和时间变化的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合附图对本发明作进一步地说明，但应该理解，本发明的范围并不限于此。

如图1所示，本发明所提供输油管道内原油导热系数的在线测量装置，包括扁圆测量管段1、铜板2、空心薄铜板3、循环水套4、加热水浴5、控温水浴6、自动旋转轴7、空气压缩机8、计算机9、温度传感器10、温度传感器11、温度传感器12、温度传感器13、温度传感器14、液位监测器15、进油阀16、空压机阀17、循环水阀18、循环水阀19、循环水阀20、循环水阀21与放空阀22、放空阀23。

所述扁圆测量管段1通过进油阀16与输油管线相连，所述铜板2为扁圆测量管段1的一端，所述空心薄铜板3通过自动旋转轴7与扁圆测量管段1相连，所述加热水浴5通过循环水阀20、循环水阀21与空心薄铜板3相连，所述控温水浴6通过循环水阀18、循环水阀19与循环水套4相连，循环水套4包裹除铜板2以外的扁圆测量管段1，空气压缩机8通过空压机阀17与扁圆测量管段1相连，与所述温度传感器10、温度传感器11、温度传感器12、温度传感器13、温度传感器14和液位监测器15处于扁圆测量管段1内。

导热系数测量实验开始前保证扁圆测量管段1水平放置并固定，所有阀门处于常闭状态，所述加热水浴5、控温水浴6及空气压缩机8处于关闭状态，所述空心薄铜板3与扁圆测量管段1保持紧密贴合，所述扁圆测量管段1的半径为0.3m，长度为0.06m，容积为17L，所述温度传感器10、温度传感器11、温度传感器12、温度传感器13、温度传感器14位于扁圆测量管段1内的中轴线上，距所述铜板2的距离分别为0.005m、0.01m、0.015m、0.03m、0.06m，所述液位监测器15也位于距铜板2距离为0.06m处。

原油进注：依次打开进油阀16与放空阀23，利用输油管道内的管输压力将原油进注到所述扁圆测量管段1内，利用所述液位监测器15判断原油是否充满扁圆测量管段1，原油充满后，依次关闭放空阀23与进油阀16；

原油加热：加热开始前，利用所述自动旋转轴7控制空心薄铜板3旋转180°，与扁圆测量管段1分离，依次打开循环水阀18、循环水阀19、循环水阀20、循环水阀21，利用所述加热水浴5控制空心薄铜板3温度为32℃，利用所述控温水浴6通过循环水套4加热扁圆测量管段1，直至所述温度传感器10、温度传感器11、温度传感器12、温度传感器13、温度传感器14测得扁圆测量管段1内的原油温度为30℃并稳定；

温度测量：利用所述自动旋转轴7控制空心薄铜板3旋转180°，以较快速度与所述铜板2紧密贴合，所述温度传感器10、温度传感器11、温度传感器12、温度传感器13、温度传感器14测量并记录0.5s、1s、1.5s时不同位置原油的温度变化，得到温度分布曲线L₁、L₂、L₃，通过计算机9以非稳态热传导的第三类边界条件拟合出原油的导热系数；

原油排出：依次打开放空阀22与空压机阀17，利用所述空气压缩机8将扁圆测量管段1内原油排出，利用所述液位监测器15判断原油是否排净，原油排净后，所述空气压缩机8停止工作，所述加热水浴5、控温水浴6停止工作，依次关闭空压机阀17、放空阀22与循环水阀18、循环水阀19、循环水阀20、循环水阀21。

由以上实施方式可见，本发明结构简单，测试过程自动化程度高、大幅降低人员工作量，可以实现带压输油管道内原油导热系数的在线测量要求。

Claims (6)

1.一种带压输油管路中原油导热系数的在线测量装置，包括扁圆测量管段(1)、铜板(2)、空心薄铜板(3)、循环水套(4)、加热水浴(5)、控温水浴(6)、自动旋转轴(7)、空气压缩机(8)、计算机(9)、第一温度传感器(10)、第二温度传感器(11)、第三温度传感器(12)、第四温度传感器(13)、第五温度传感器(14)、液位监测器(15)、进油阀(16)、空压机阀(17)、第一循环水阀(18)、第二循环水阀(19)、第三循环水阀(20)、第四循环水阀(21)与第一放空阀(22)、第二放空阀(23)，其特征在于，所述扁圆测量管段(1)与输油管线相连，所述铜板(2)为所述扁圆测量管段(1)的一端，所述空心薄铜板(3)通过自动旋转轴(7)与扁圆测量管段(1)相连，所述加热水浴(5)与所述空心薄铜板(3)相连，所述控温水浴(6)与所述循环水套(4)相连，所述空气压缩机(8)与所述扁圆测量管段(1)相连，所述第一温度传感器(10)、所述第二温度传感器(11)、所述第三温度传感器(12)、所述第四温度传感器(13)、所述第五温度传感器(14)和所述液位监测器(15)处于所述扁圆测量管段(1)内；

所述扁圆测量管段(1)通过所述进油阀(16)与输油管线相连，所述加热水浴(5)通过所述第三循环水阀(20)、所述第四循环水阀(21)与所述空心薄铜板(3)相连，所述控温水浴(6)通过所述第一循环水阀(18)、所述第二循环水阀(19)与所述循环水套(4)相连，所述循环水套(4)包裹除所述铜板(2)以外的所述扁圆测量管段(1)，所述空气压缩机(8)通过所述空压机阀(17)与所述扁圆测量管段(1)相连；

其中，所述第一温度传感器(10)、所述第二温度传感器(11)、所述第三温度传感器(12)、所述第四温度传感器(13)、所述第五温度传感器(14)位于所述扁圆测量管段(1)内的中轴线上，距所述铜板(2)的距离分别为0.005m、0.01m、0.015m、0.03m、0.06m，所述液位监测器(15)也位于距所述铜板(2)距离为0.06m处；

所述进油阀(16)与所述扁圆测量管段(1)连接的管线上设置第一管路，所述第一管路上设置所述第一放空阀(22)；

所述空压机阀(17)与所述扁圆测量管段(1)连接的管线上设置第二管路，所述第二管路上设置所述第二放空阀(23)。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述扁圆测量管段(1)为大直径圆柱形结构，体积为15-25升，长度与半径比为1:5-1:10，且其一端为所述铜板(2)，厚度小于2毫米。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述空心薄铜板(3)内部为空腔，注满循环水，其远离测量管段一端敷设有保温层，经旋转后，其靠近测量管段一端可与所述铜板(2)紧密贴合。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加热水浴(5)控制所述空心薄铜板(3)温度比室温高3-6℃，所述控温水浴(6)控制测量管段内的原油温度比室温高1-2℃。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第四温度传感器(13)测量点位于所述扁圆测量管段(1)中心。

6.一种输油管路中原油导热系数的在线测量方法，采用权利要求1-5之任一项所述的带压输油管路中原油导热系数的在线测量装置，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1.原油进注：测量开始前所有阀门保持常闭状态，测量开始后所述进油阀(16)与所述第二放空阀(23)依次自动打开，输油管道内的原油通过管输压力进入到扁圆测量管段(1)内，通过所述液位监测器(15)判断原油是否充满测量管段，充满后，所述第二放空阀(23)与所述进油阀(16)依次自动关闭；

S2.原油加热：加热开始前所述自动旋转轴(7)控制所述空心薄铜板(3)与测量管段分离，所述第一循环水阀(18)、所述第二循环水阀(19)、所述第三循环水阀(20)、所述第四循环水阀(21)依次自动打开，所述加热水浴(5)开始加热所述空心薄铜板(3)，所述控温水浴(6)开始通过所述循环水套(4)加热扁圆测量管段(1)，直至所述第一温度传感器(10)、所述第二温度传感器(11)、所述第三温度传感器(12)、所述第四温度传感器(13)、所述第五温度传感器(14)测得测量管段内原油温度为预设温度并稳定；

S3.导热系数测量：当测量管段内原油温度稳定后，所述自动旋转轴(7)控制所述空心薄铜板(3)旋转，以较快速度与所述铜板(2)贴合，所述第一温度传感器(10)、所述第二温度传感器(11)、所述第三温度传感器(12)、所述第四温度传感器(13)、所述第五温度传感器(14)测量并记录较短时间内原油的温度变化，直至所述第四温度传感器(13)处的温度发生变化，通过所述计算机(9)以非稳态热传导的第三类边界条件拟合出原油的导热系数；

S4.原油排出：温度测量完毕后，所述第一放空阀(22)与所述空压机阀(17)依次自动打开，通过所述空气压缩机(8)将所述扁圆测量管段(1)内原油排出，通过所述液位监测器(15)判断原油是否排净，排净后，所述空气压缩机(8)停止工作，所述加热水浴(5)、所述控温水浴(6)停止工作，所述空压机阀(17)、所述第一放空阀(22)与所述第一循环水阀(18)、所述第二循环水阀(19)、所述第三循环水阀(20)、所述第四循环水阀(21)依次自动关闭；

其中，所述第一温度传感器(10)、所述第二温度传感器(11)、所述第三温度传感器(12)、所述第四温度传感器(13)、所述第五温度传感器(14)测量并记录0.5s、1s、1.5s时不同位置原油的温度变化。

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