CN115598212A - 一种co2管道输送相态检测***及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种CO2管道输送相态检测***及检测方法，通过设置了液化定温舱、气化定温舱对检测的CO2管道输送气体进行定向的转化，再使用声波检测传感装置对相应的液相以及气相的CO2进行声波图谱的检测和绘制，得到相应的液相以及气相的CO2声波图谱，在CO2管道输送相态检测时可以对其主要参数进行比对即可得到管道输送的CO2的相态，上述方式规避了由于CO2管道输送中气体混合杂质的存在造成的经验公式对相态的预估误差，同时相对于估值公式需要弱化部分参数，本申请在声波图谱中还可以选取更多的参数进行比较，提高了检测的精准度。
Description
技术领域
本申请涉及CO2管道输送相态检测领域，具体涉及一种CO2管道输送相态检测***及检测方法。
背景技术
在CCS***的CO2管道运输过程中，由于传输距离较长且受到管道周围环境的影响，管道中的CO2不可避免的会发生相态的改变，产生气液两相CO2流，因此，需要对水平管道内气液两相CO2进行相态测量，通过在线相态检测，确保CO2管道安全、可靠输送。输送CO2时，管道内多相流动产生的热度、压降比单相流动的压降大，易造成冲蚀，一般要求输送介质为单相。同时CO2的临界温度和压力均较低，输送之前如不采取特殊处理，在输过程中易因环境温度和压降的影响导致相态变化，因此为了保证CO2 管道的安全、高效运行，必须对管输条件下CO2的热度、性质、运动状态等有全面的认识和了解，科学合理地确定管道设计及运行方案。
现有技术中的CO2管道输送相态检测***主要分为两种，对管道内相态直接检测的检测***以及设置在管道外间接对管道内的CO2的色谱进行检测进而得到相态的间接检测，间接检测相比于直接对管道内相态进行检测的直接检测技术而言，属于非侵入式检测方法，检测装置简单、安全、环保，且不对输送管道进行破坏不影响管道输送，但现有技术中对CO2管道输送的间接检测，均需要先测量输送气体的种类，进一步根据现有认知中对输送气体的相态方程进行预先设置，此时在测量得出输送气体的参数后既可以实现CO2管道输送的相态检测；此时现有技术中的经验方程以及参数测量成为相态检测的关键，但由于CO2管道输送气体大多为混合气体且杂质气体的含量和组分不一致，因此其经验方程并不准确，且需要多次测量进行修正，难以准确的对CO2管道输送的相态进行检测。
基于现有技术中的上述缺陷，本申请设置了一种CO2管道输送相态检测***及检测方法，基于CO2混合气体中占比最多的CO2的物理性质，CO2 的临界温度为31.2摄氏度左右，临界压力是7.38MPa。当温度高于31.2摄氏度，压力再大也不会液化；温度低于31.2摄氏度，液化压力随温度降低而降低，通过对CO2管道输送的气体进行单独特定条件下的对照检测，将CO2 混合气体置于特殊临界状态后改变其温度参数，结合回归分析方法得到一定温度条件下的相态随着压力变化的回归方程，并使用上述回归方程对CO2 管道输送进行相态检测。
发明内容
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种CO2管道输送相态检测***，其特征在于：包括主检测管道、调节装置、液化定温舱、气化定温舱以及混合检测腔，所述调节装置包括液化定温舱压力调节器以及气化定温舱压力调节器，所述液化定温舱通过液化定温舱压力调节器与所述主检测管道连通，所述气化定温舱通过气化定温舱压力调节器与所述主检测管道连通；所述液化定温舱的温度设定为CO2输送管道的温度，所述液化定温舱压力调节器可以调节所述液化定温舱内压力至所述液化定温舱内的CO2全部液化；所述气化定温舱的温度设定为CO2输送管道所输送CO2的临界温度以上，所述气化定温舱压力调节器调节所述气化定温舱内压力为与所述液化定温舱内压力相同；所述液化定温舱以及所述气化定温舱的一端分别设置有液化检测管道、气化检测管道以及混合检测腔，声波检测传感装置设置在所述液化检测管道、气化检测管道以及混合检测腔上用于检测所述液化检测管道、气化检测管道以及混合检测腔内的声波信号并将所述声波信号放大传递给中控台制作相应的声波图谱。
进一步的，所述液化检测管道包括第一液化检测管道以及第二液化检测管道，所述所述气化检测管道包括第一气化检测管道以及第二气化检测管道，所述第二液化检测管道与所述第二气化检测管道均与所述混合检测腔连通设置，所述声波检测传感装置具有三组，三组所述声波检测传感装置的其中两组分别设置在所述第一液化检测管道以及所述第一气化检测管道上，其余一组声波检测传感装置设置在所述混合检测腔上。
进一步的，所述第二液化检测管道上设置有液化流量阀，所述第二气化检测管道上设置有气化流量阀，所述液化流量阀与所述气化流量阀可以调节所述混合检测腔内的液相以及气相的CO2的比例。
进一步的，所述相态检测***还包括分别设置在主检测管道左右两侧的进料管和出料管，所述主检测管道通过所述进料管和出料管与CO2输送管道相通。
进一步的，所述进料管上还设置有压力检测仪、温度检测仪以及流量阀门，压力检测仪以及温度检测仪可以检测所述CO2输送管道内原始的温度以及压力，流量阀门可以测量进入所述主检测管道内的CO2流量。
进一步的，所述主检测管道上还设置有固定支架，所述固定支架可以将所述CO2管道输送相态检测***固定在所述CO2输送管道上。
进一步的，所述CO2管道输送相态检测***还包括支撑架，所述液化定温舱以及气化定温舱通过支座固定设置在所述支撑架上，所述液化定温舱以及气化定温舱上还设置有支撑座，所述主检测管道固定设置在所述支撑座上。
一种CO2管道输送相态检测方法，其特征在于：所述CO2管道输送相态检测方法使用前述的CO2管道输送相态检测***进行检测，所述CO2管道输送相态检测方法包括以下步骤：
A)打开主检测管道上进料管的阀门，使CO2输送管道内的CO2进入主检测管道内，并检测所述CO2输送管道内原始的温度以及压力，测量进入所述主检测管道内的CO2流量；
B)将所述液化定温舱的温度设定为CO2输送管道内原始的温度，将所述主检测管道内的CO2输送至所述液化定温舱，并调节所述液化定温舱内压力至所述液化定温舱内的CO2全部液化；
C)将所述气化定温舱的温度设定为CO2输送管道所输送CO2的临界温度，并使用所述气化定温舱压力调节器202调节所述气化定温舱内压力为与所述液化定温舱内压力相同，将所述主检测管道内的CO2输送至所述气化定温舱，并调节所述气化定温舱内温度至所述气化定温舱内的CO2全部气化；
D)将所述液化定温舱内的液化CO2输送至第一液化检测管道并通过声波检测传感装置进行液化相态声波图谱的绘制，将所述气化定温舱内的气化 CO2输送至第一气化检测管道并通过声波检测传感装置进行气化相态声波图谱的绘制；将所述液化定温舱内的液化CO2以及所述气化定温舱内的气化CO2分别输送至所述第二液化检测管道与所述第二气化检测管道，并通过液化流量阀以及气化流量阀控制所述混合检测腔内液相以及气相的CO2的比例，分别绘制不同比例下的相态声波图谱；
E)停止将主检测管道内的CO2输送至所述液化定温舱以及所述气化定温舱，并通过所述主检测管道上设置的声波检测仪对所述主检测管道内的 CO2进行相态声波图谱的绘制。
进一步的，所述中控台可以进行气化相态声波图谱、液化相态声波图谱以及不同比例下的相态声波图谱的绘制，并提取气化相态声波图谱、液化相态声波图谱以及不同比例下的相态声波图谱的振幅、频率、峰值以及周期参数作为比较参数。
进一步的，所述中控台可以获取所述声波检测仪对所述主检测管道内的 CO2进行声波检测的相态声波图谱，并将检测得到的相态声波图谱与所述气化相态声波图谱、液化相态声波图谱以及不同比例下的相态声波图谱进行相关性比较计算，得出CO2管道输送的相态检测结论。
有益效果
(1)本申请通过设置了液化定温舱、气化定温舱对检测的CO2管道输送气体进行定向的转化，再使用声波检测传感装置对相应的液相以及气相的 CO2进行声波图谱的检测和绘制，得到相应的液相以及气相的CO2声波图谱，在CO2管道输送相态检测时可以对其主要参数进行比对即可得到管道输送的CO2的相态，上述方式规避了由于CO2管道输送中气体混合杂质的存在造成的经验公式对相态的预估误差，同时相对于估值公式需要弱化部分参数，本申请在声波图谱中还可以选取更多的参数进行比较，提高了检测的精准度；
(2)进一步的，本申请通过混合检测腔的设置可以进一步调节液相以及气相的CO2的比例进行混合，对混合后CO2进行声波图谱的检测和绘制，可以得到相应比例的液相以及气相混合的CO2声波图谱；本申请通过混合检测腔5的设置可以进一步调节液相以及气相的CO2的比例进行混合，得到一定比例混合下CO2的声波图谱，此时可以对实际的所需要检测的CO2 输送管道的CO2的混合相态情况进行检测，丰富了检测区间。
附图说明
图1为本发明CO2管道输送相态检测***整体结构示意图一；
图2为本发明CO2管道输送相态检测***的声波检测传感装置局部放大图；
图3为本发明CO2管道输送相态检测***的主检测管道局部放大图；
图4为本发明CO2管道输送相态检测***的液化定温舱、气化定温舱局部放大图；
图5为本发明CO2管道输送相态检测***的调节装置局部放大图一；
图6为本发明CO2管道输送相态检测***的调节装置局部放大图二；
图7为本发明CO2管道输送相态检测***的整体结构示意图二。
具体实施方式
以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-7，一种CO2管道输送相态检测***，包括主检测管道1、调节装置2、液化定温舱3、气化定温舱4以及混合检测腔5，所述调节装置2 包括液化定温舱压力调节器201以及气化定温舱压力调节器202，所述液化定温舱3通过液化定温舱压力调节器201与所述主检测管道1连通，所述气化定温舱4通过气化定温舱压力调节器202与所述主检测管道1连通；所述液化定温舱3的温度设定为CO2输送管道(此处指CO2管道输送相态检测***所需要检测的CO2输送管道)的温度，所述液化定温舱压力调节器201 可以调节所述液化定温舱3内压力至所述液化定温舱3内的CO2全部液化；所述气化定温舱4的温度设定为CO2输送管道所输送CO2的临界温度以上，所述气化定温舱压力调节器202调节所述气化定温舱4内压力为与所述液化定温舱3内压力相同；所述液化定温舱3以及所述气化定温舱4的一端分别设置有液化检测管道301、气化检测管道401以及混合检测腔5，声波检测传感装置6设置在所述液化检测管道301、气化检测管道401以及混合检测腔5上用于检测所述液化检测管道301、气化检测管道401以及混合检测腔 5内的声波信号并将所述声波信号放大传递给中控台8制作相应的声波图谱。
由于CO2管道输送气体大多为混合气体且杂质气体的含量和组分不一致，因此现有技术中通过经验方程迭代参数的方式对相态进行检测的间接测量方式并不准确，需要多次测量参数进行修正，难以准确的对CO2管道输送的相态进行检测，而直接检测又会破坏管道内的输送连续性且检测成本高，本申请通过设置了液化定温舱3、气化定温舱4对检测的CO2管道输送气体进行定向的转化，再使用声波检测传感装置6对相应的液相以及气相的CO2进行声波图谱的检测和绘制，得到相应的液相以及气相的CO2声波图谱，在CO2管道输送相态检测时可以对其主要参数进行比对即可得到管道输送的CO2的相态，上述方式规避了由于CO2管道输送中气体混合杂质的存在造成的经验公式对相态的预估误差，同时相对于估值公式需要弱化部分参数，本申请在声波图谱中还可以选取更多的参数进行比较，提高了检测的精准度。
进一步的，所述液化检测管道301包括第一液化检测管道302以及第二液化检测管道303，所述所述气化检测管道401包括第一气化检测管道402 以及第二气化检测管道403，所述第二液化检测管道303与所述第二气化检测管道403均与所述混合检测腔5连通设置，所述声波检测传感装置6具有三组，三组所述声波检测传感装置6的其中两组分别设置在所述第一液化检测管道302以及所述第一气化检测管道402上，其余一组声波检测传感装置6设置在所述混合检测腔5上。本申请通过混合检测腔5的设置可以进一步调节液相以及气相的CO2的比例进行混合，在所述气化定温舱4内压力与所述液化定温舱3内压力相同的基础上，进行不同温度下的液相以及气相的CO2的混合虽然会影响混合后CO2的相态比例，但在混合后的一段时间内，其对混合后CO2的相态比例影响不大，此时对混合后CO2进行声波图谱的检测和绘制，可以得到相应比例的液相以及气相混合的CO2声波图谱；本申请通过混合检测腔5的设置可以进一步调节液相以及气相的CO2的比例进行混合，得到一定比例混合下CO2的声波图谱，此时可以对实际的所需要检测的CO2输送管道的CO2的混合相态情况进行检测，丰富了检测区间。
优选的，所述混合检测腔5内所述液相CO2与气相CO2的质量小于等于0.3(气相进行输送为主)；优选的，所述混合检测腔5内所述液相CO2 与气相CO2的质量比大于等于20(液相进行输送为主)；现有技术中输量越大，管道长度越长，二氧化碳超临界/液态管道输送的经济性越明显，因此实际CO2管道输送时根据管道设计可以选择液相以及气相进行输送，本申请可以根据实际运输情况选择所述混合检测腔5内进行比较检测的液相以及气相混合的CO2比例。
优选的，所述第二液化检测管道303上设置有液化流量阀304，所述第二气化检测管道403上设置有气化流量阀404，所述液化流量阀304与所述气化流量阀404可以调节所述混合检测腔5内的液相以及气相的CO2的比例。
进一步的，所述相态检测***还包括分别设置在主检测管道1左右两侧的进料管101和出料管102，所述主检测管道1通过所述进料管101和出料管102与CO2输送管道相通。
进一步的，所述进料管101上还设置有压力检测仪、温度检测仪以及流量阀门103，压力检测仪以及温度检测仪可以检测所述CO2输送管道内原始的温度以及压力，流量阀门103可以测量进入所述主检测管道1内的CO2 流量。
优选的，所述主检测管道1上还设置有固定支架104，所述固定支架104 可以将所述CO2管道输送相态检测***固定在所述CO2输送管道上。
进一步的，所述CO2管道输送相态检测***还包括支撑架7，所述液化定温舱3以及气化定温舱4通过支座701固定设置在所述支撑架7上，所述液化定温舱3以及气化定温舱4上还设置有支撑座702，所述主检测管道1 固定设置在所述支撑座702上。
进一步的，所述主检测管道1上还设置有声波检测仪9，所述声波检测仪9包括发射装置、接收装置以及声波传感器，所述声波传感器可以将信号传递至所述中控台8制作声波图谱并提取振幅、频率等参数。
一种CO2管道输送相态检测方法，包括以下步骤：
A)打开主检测管道1上进料管101的阀门，使CO2输送管道内的CO2 进入主检测管道1内，并检测所述CO2输送管道内原始的温度以及压力，测量进入所述主检测管道1内的CO2流量；
B)将所述液化定温舱3的温度设定为CO2输送管道内原始的温度，将所述主检测管道1内的CO2输送至所述液化定温舱3，并调节所述液化定温舱3内压力至所述液化定温舱3内的CO2全部液化；
C)将所述气化定温舱4的温度设定为CO2输送管道所输送CO2的临界温度，并使用所述气化定温舱压力调节器202调节所述气化定温舱4内压力为与所述液化定温舱3内压力相同，将所述主检测管道1内的CO2输送至所述气化定温舱4，并调节所述气化定温舱4内温度至所述气化定温舱4 内的CO2全部气化；
D)将所述液化定温舱3内的液化CO2输送至第一液化检测管道302并通过声波检测传感装置6进行液化相态声波图谱的绘制，将所述气化定温舱4内的气化CO2输送至第一气化检测管道402并通过声波检测传感装置6进行气化相态声波图谱的绘制；将所述液化定温舱3内的液化CO2以及所述气化定温舱4内的气化CO2分别输送至所述第二液化检测管道303与所述第二气化检测管道403，并通过液化流量阀304以及气化流量阀404控制所述混合检测腔5内液相以及气相的CO2的比例，分别绘制不同比例下的相态声波图谱；
E)停止将主检测管道1内的CO2输送至所述液化定温舱3以及所述气化定温舱4，并通过所述主检测管道1上设置的声波检测仪9对所述主检测管道1内的CO2进行相态声波图谱的绘制。
进一步的，所述中控台8可以进行气化相态声波图谱、液化相态声波图谱以及不同比例下的相态声波图谱的绘制，并提取气化相态声波图谱、液化相态声波图谱以及不同比例下的相态声波图谱的振幅、频率、峰值以及周期参数作为比较参数。
进一步的，所述中控台8可以获取所述声波检测仪9对所述主检测管道 1内的CO2进行声波检测的相态声波图谱，并将检测得到的相态声波图谱与所述气化相态声波图谱、液化相态声波图谱以及不同比例下的相态声波图谱进行相关性比较计算，得出CO2管道输送的相态检测结论。
由于现有技术中CO2管道输送气体大多为混合气体且杂质气体的含量和组分不一致，因此现有技术中的间接测量方式并不准确，且通常需要先测量杂质气体的含量和组分通过上述数值对间接测量的参数进行修改正，且经验公式中为了方便计算对次要因子进行了舍弃，导致难以准确的对CO2管道输送的相态比例进行检测，而直接检测又会破坏管道内的输送连续性且检测成本高，本申请通过设置了液化定温舱3、气化定温舱4对检测的CO2管道输送气体进行定向的转化，再使用声波检测传感装置6对相应的液相以及气相的CO2进行声波图谱的检测和绘制，得到相应的液相以及气相的CO2 声波图谱，在CO2管道输送相态检测时可以对其主要参数进行比对即可得到管道输送的CO2的相态，上述方式规避了由于CO2管道输送中气体混合杂质的存在造成的经验公式对相态的预估误差，同时相对于估值公式需要弱化部分参数，本申请在声波图谱中还可以选取更多的参数进行比较，提高了检测的精准度；进一步的，本申请通过混合检测腔5的设置可以进一步调节液相以及气相的CO2的比例进行混合，对混合后CO2进行声波图谱的检测和绘制，可以得到相应比例的液相以及气相混合的CO2声波图谱；本申请通过混合检测腔5的设置可以进一步调节液相以及气相的CO2的比例进行混合，得到一定比例混合下CO2的声波图谱，此时可以对实际的所需要检测的CO2输送管道的CO2的混合相态情况进行检测，丰富了检测区间。
以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种CO2管道输送相态检测***，其特征在于：包括主检测管道、调节装置、液化定温舱、气化定温舱以及混合检测腔，所述调节装置包括液化定温舱压力调节器以及气化定温舱压力调节器，所述液化定温舱通过液化定温舱压力调节器与所述主检测管道连通，所述气化定温舱通过气化定温舱压力调节器与所述主检测管道连通；所述液化定温舱的温度设定为CO2输送管道的温度，所述液化定温舱压力调节器可以调节所述液化定温舱内压力至所述液化定温舱内的CO2全部液化；所述气化定温舱的温度设定为CO2输送管道所输送CO2的临界温度以上，所述气化定温舱压力调节器调节所述气化定温舱内压力为与所述液化定温舱内压力相同；所述液化定温舱以及所述气化定温舱的一端分别设置有液化检测管道、气化检测管道以及混合检测腔，声波检测传感装置设置在所述液化检测管道、气化检测管道以及混合检测腔上用于检测所述液化检测管道、气化检测管道以及混合检测腔内的声波信号并将所述声波信号放大传递给中控台制作相应的声波图谱。
2.根据权利要求1所述的CO2管道输送相态检测***，其特征在于：所述液化检测管道包括第一液化检测管道以及第二液化检测管道，所述所述气化检测管道包括第一气化检测管道以及第二气化检测管道，所述第二液化检测管道与所述第二气化检测管道均与所述混合检测腔连通设置，所述声波检测传感装置具有三组，三组所述声波检测传感装置的其中两组分别设置在所述第一液化检测管道以及所述第一气化检测管道上，其余一组声波检测传感装置设置在所述混合检测腔上。
3.根据权利要求2所述的CO2管道输送相态检测***，其特征在于：所述第二液化检测管道上设置有液化流量阀，所述第二气化检测管道上设置有气化流量阀，所述液化流量阀与所述气化流量阀可以调节所述混合检测腔内的液相以及气相的CO2的比例。
4.根据权利要求2所述的CO2管道输送相态检测***，其特征在于：所述相态检测***还包括分别设置在主检测管道左右两侧的进料管和出料管，所述主检测管道通过所述进料管和出料管与CO2输送管道相通。
5.根据权利要求4所述的CO2管道输送相态检测***，其特征在于：所述进料管上还设置有压力检测仪、温度检测仪以及流量阀门，压力检测仪以及温度检测仪可以检测所述CO2输送管道内原始的温度以及压力，流量阀门可以测量进入所述主检测管道内的CO2流量。
6.根据权利要求2所述的CO2管道输送相态检测***，其特征在于，所述主检测管道上还设置有固定支架，所述固定支架可以将所述CO2管道输送相态检测***固定在所述CO2输送管道上。
7.根据权利要求2所述的CO2管道输送相态检测***，其特征在于，所述CO2管道输送相态检测***还包括支撑架，所述液化定温舱以及气化定温舱通过支座固定设置在所述支撑架上，所述液化定温舱以及气化定温舱上还设置有支撑座，所述主检测管道固定设置在所述支撑座上。
8.一种CO2管道输送相态检测方法，其特征在于：所述CO2管道输送相态检测方法使用权利要求2-7任一项所述的CO2管道输送相态检测***进行检测，所述CO2管道输送相态检测方法包括以下步骤：
A)打开主检测管道上进料管的阀门，使CO2输送管道内的CO2进入主检测管道内，并检测所述CO2输送管道内原始的温度以及压力，测量进入所述主检测管道内的CO2流量；
B)将所述液化定温舱的温度设定为CO2输送管道内原始的温度，将所述主检测管道内的CO2输送至所述液化定温舱，并调节所述液化定温舱内压力至所述液化定温舱内的CO2全部液化；
C)将所述气化定温舱的温度设定为CO2输送管道所输送CO2的临界温度，并使用所述气化定温舱压力调节器调节所述气化定温舱内压力为与所述液化定温舱内压力相同，将所述主检测管道内的CO2输送至所述气化定温舱，并调节所述气化定温舱内温度至所述气化定温舱内的CO2全部气化；
D)将所述液化定温舱内的液化CO2输送至第一液化检测管道并通过声波检测传感装置进行液化相态声波图谱的绘制，将所述气化定温舱内的气化CO2输送至第一气化检测管道并通过声波检测传感装置进行气化相态声波图谱的绘制；将所述液化定温舱内的液化CO2以及所述气化定温舱内的气化CO2分别输送至所述第二液化检测管道与所述第二气化检测管道，并通过液化流量阀以及气化流量阀控制所述混合检测腔内液相以及气相的CO2的比例，分别绘制不同比例下的相态声波图谱；
E)停止将主检测管道内的CO2输送至所述液化定温舱以及所述气化定温舱，并通过所述主检测管道上设置的声波检测仪对所述主检测管道内的CO2进行相态声波图谱的绘制。
9.根据权利要求8所述的CO2管道输送相态检测方法，其特征在于，所述中控台可以进行气化相态声波图谱、液化相态声波图谱以及不同比例下的相态声波图谱的绘制，并提取气化相态声波图谱、液化相态声波图谱以及不同比例下的相态声波图谱的振幅、频率、峰值以及周期参数作为比较参数。
10.根据权利要求8所述的CO2管道输送相态检测方法，其特征在于，所述中控台可以获取所述声波检测仪对所述主检测管道内的CO2进行声波检测的相态声波图谱，并将检测得到的相态声波图谱与所述气化相态声波图谱、液化相态声波图谱以及不同比例下的相态声波图谱进行相关性比较计算，得出CO2管道输送的相态检测结论。
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