CN210741808U - 段塞流及伪段塞流智能发生装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种段塞流及伪段塞流智能发生装置，包括气相通路、液相通路和智能控制器，两路流体混合后经过实验段后进入气液分离器，其特征在于，气相通路包括空压机、缓冲罐和气相调节阀，空压机提供气相，经气相开关阀进入缓冲罐，经过温度变送器、压力变送器、气相标准表、气相调节阀和气相三通阀后进入实验段，气相三通阀的第三端口用于气相排空；液相通路包括储液罐、泵，泵提供液相，依次经过经过温度变送器、压力变送器、液相标准表、液相调节阀和液相三通阀后进入实验段，液相三通阀的第三端口用于液相回流。本实用新型同时给出发生方法。本实用新型可以智能化产生液塞长度与液塞强度，实现对气液两相流段塞流或伪段塞流高效模拟。
Description
技术领域
本实用新型属于气液两相流伪段塞流及段塞流的流动特征及气液两相流量计量领域。
背景技术
气液两相流在化工、油气开采、核电以及冶金行业中普遍存在。受温度、压力、组分以及管径等因素的影响，气液两相流动在管道中会形成多种流型，如分层流、波状流、环状流、雾状流、段塞流或者伪段塞流等。其中伪段塞流及段塞流的存在对于生产的正常运行提出了极大的挑战，如油气开采中段塞流的存在不仅会加速设备的腐蚀，而且会影响油气的计量精度，更有甚者会引起管道和设备的震动而造成严重的安全隐患。
目前国内外已有一些油气公司及研究机构针对伪段塞流及段塞流的流量测量、捕捉以及消除进行了理论和实验研究。为了更好的模拟出现在工业现场的伪段塞流及段塞流，已有的伪段塞流及段塞流发生装置主要是基于自然流动形成或者模拟地形液塞发生，其缺点是管线的长度多达几十到上千米。其中比较具有代表性的有法国石油研究院，其管线长50米；中国石油大学，其管线长达340米；美国Tulsa大学，其管线长达420米；英国帝国理工学院，其环道长达36米。如此长距离的管线不仅占地面积大，而且运行的能耗较大，同时形成的液塞可调节性差。根据已有的流型图可知，在一定的气液相流量下所形成的伪段塞流及段塞流是一定的，其液塞长度、频率等特征均不可调节。
实用新型内容
针对已有的伪段塞流及段塞流发生装置中存在的问题，本实用新型提出了伪段塞流及段塞流智能装置。除了占地面积小，操作简单外，其最主要的特点是，再辅以软件程序或者通过可编程控制器实现的智能控制器，可以智能化产生液塞长度与液塞强度，实现对气液两相流段塞流或伪段塞流高效模拟。技术方案如下：
一种段塞流及伪段塞流智能发生装置，包括气相通路、液相通路和智能控制器，两路流体混合后经过实验段后进入气液分离器，其特征在于，气相通路包括空压机、缓冲罐和气相调节阀，空压机提供气相，经气相开关阀进入缓冲罐，经过温度变送器、压力变送器、气相标准表、气相调节阀和气相三通阀后进入实验段，气相三通阀的第三端口用于气相排空；液相通路包括储液罐、泵，泵提供液相，依次经过经过温度变送器、压力变送器、液相标准表、液相调节阀和液相三通阀后进入实验段，液相三通阀的第三端口用于液相回流；
智能控制器包括电气输入接口、进行信号处理的工控机和电气输出接口；电气输入接口用于采集各个变送器和标准表的输出值；工控机处理电气输入接口采集到的信息后，通过电气输出接口发出相应的指令；电气输出接口发出的指令用于控制气相调节阀开度、气相三通阀动作、液相调节阀开度、液相调节阀动作和液相三通阀动作；气相和液相在智能控制器的控制下，在实验段形成段塞流及伪段塞流。
附图说明
图1伪段塞流及段塞流智能发生装置结构图
图2周期性段塞流气液交替输入模式
图3周期性伪段塞流气连续液交替输入模式
图4周期性伪段塞流液连续气交替输入模式
图5随机性段塞流气液交替输入模式
图6随机性伪段塞流气连续液交替输入模式
图7随机性伪段塞流液连续气交替输入模式
附图说明如下：
1：空压机 2、8、14、15：开关阀 3：安全阀 4：缓冲罐 5、17：温压一体变送器 6：气相标准表 7、19：调节阀 9：智能控制器 10、20：三通阀 11：Y型接头 12：实验段 13：气液分离器16：泵 18：液相标准表 21：储液罐
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型的内容进行详细的描述。
本实用新型的段塞流及伪段塞流智能发生装置整体结构参见图1，主要包括空压机1，开关阀2、8、14、15，安全阀3，缓冲罐4，温压一体变送器5、17，气相标准表6，调节阀7、19，智能控制器9，三通阀10、20，Y型接头11，实验段12、气液分离器13，泵16，液相标准表18，储液罐21。其中空压机1提供气相，经开关阀2进入缓冲罐4，依次经过温压一体变送器5、气相标准表6、调节阀7、三通阀10以及Y型接头11进入实验段12。泵16提供液相，依次经过温压一体变送器17、液相标准表18、调节阀19、三通阀20以及Y型接头11进入实验段12。
整个装置都可由智能控制器9操纵完成，操作人员通过智能控制器9设置液塞发生时的气、液相流量、液塞持续的时间、液塞的频率、气塞持续的时间、气塞的频率以及气液输入的方式。设置完成后，智能控制器9会按照预设的程序形成符合要求的伪段塞流或者段塞流。可在实验段12处安装视窗以及其他传感器来研究伪段塞流或者段塞流的特征。液相经过气液分离器13后回到储液罐21，形成循环，气相则直接排空。
根据液塞周期的设定不同，可以分为周期性和随机性两种模式。其中周期性表示每次液塞持续的时间以及液塞发生的频率，或者气塞持续的时间以及气塞发生的频率是确定的；而随机性则表示每次液塞持续的时间以及液塞来临的频率或者气塞持续的时间以及气塞发生的频率是可调节的。根据气液输入的模式不同，可以分为气液交替输入模式、气连续液交替输入模式以及液连续气交替输入模式共三种。其中气液交替输入模式表示气相流经实验段12的时候，液相由旁通回储液罐21；同理，液相流经实验段12的时候，气相由旁通直接排空，此时形成的是段塞流。气连续液交替输入模式代表气相一直流经实验段12，不经过旁通，而液相交替输入流经实验段12，此时形成的是伪段塞流。液连续气交替输入模式代表液相一直流经实验段12，不经过旁通，而气相交替输入流经实验段12，此时形成的是伪段塞流。综上，发生器共有六种工作模式，分别为：“周期性段塞流气液交替输入模式”、“周期性伪段塞流气连续液交替输入模式”、“周期性伪段塞流液连续气交替输入模式”、“随机性段塞流气液交替输入模式”、“随机性伪段塞流气连续液交替输入模式”、“随机性伪段塞流液连续气交替输入模式”。其具体实现方式如下：
(1)周期性段塞流气液交替输入模式
首先通过智能控制器9设定气相流量Q m3/h和液相流量Wm3/h，然后设定气相持续的时间为t1，液相持续的时间为t2，选择周期性段塞流气液交替输入模式。开始后，气相经三通阀10切换到实验段12，液相经三通阀20切换到旁通，此时气相流经实验段12，液相经过旁通回储液罐21，持续时间t1；待定时到t1后，气相经三通阀10切换到旁通，液相经三通阀20切换到实验段12，此时气相经旁通排空，液相流经实验段12，持续时间t2；待定时到t2后，气相经三通阀10切换到实验段12，液相经三通阀20切换到旁通，此时气相流经实验段12，液相经过旁通回储液罐21，持续时间t1。如此循环往复则可以在实验段12处得到气相持续时间为t1，液相持续时间为t2的周期性气液交替输入的段塞流，如图2所示。
(2)周期性伪段塞流气连续液交替输入模式
首先通过智能控制器9设定气相流量Q m3/h和液相流量Wm3/h，然后设定液塞间隔的时间为t1，液相持续的时间t2，选择周期性伪段塞流气连续液交替输入模式。开始后，气相经三通阀10切换到实验段12，液相经三通阀20切换到旁通，此时气相流经实验段12，液相经过旁通回储液罐21，持续时间t1；待定时到t1后，气相经三通阀10依然保持切换到实验段12，液相经三通阀20也切换到实验段12，此时气液相均流经实验段12，持续时间t2；待定时到t2后，气相经三通阀10依然保持切换到实验段12，液相经三通阀20切换到旁通，此时气相流经实验段12，液相经过旁通回储液罐21，持续时间t1；如此循环往复则可以在实验段12处得到液塞间隔时间为t1，液相持续时间为t2的周期性气连续液交替输入的伪段塞流，如图3所示。
(3)周期性伪段塞流液连续气交替输入模式
首先通过智能控制器9设定气相流量Q m3/h和液相流量Wm3/h，然后设定气塞间隔的时间为t1，气相持续的时间t2，选择周期性伪段塞流液连续气交替输入模式。开始后，液相经三通阀20切换到实验段12，气相经三通阀10切换到旁通，此时液相流经实验段12，气相经过旁通排空，持续时间t1；待定时到t1后，液相经三通阀20依然保持切换到实验段12，气相经三通阀10也切换到实验段12，此时气液相均流经实验段12，持续时间t2；待定时到t2后，液相经三通阀20依然保持切换到实验段12，气相经三通阀10切换到旁通，此时液相流经实验段12，气相经旁通排空，持续时间t1；如此循环往复则可以在实验段12处得到气塞间隔时间为t1，气相持续时间为t2的周期性液连续气交替输入的伪段塞流，如图4所示。
(4)随机性段塞流气液交替输入模式
首先通过智能控制器9设定气相流量Q m3/h和液相流量Wm3/h，然后设定气液交替的次数，假设为3次。随后设定气相第一次持续的时间t1，液相第一次持续的时间t2，气相第二次持续的时间t3，液相第二次持续的时间t4，气相第三次持续的时间t5，液相第三次持续的时间t6，各次持续的时间可相同亦可不同。选择随机性段塞流气液交替输入模式。开始后，气相经三通阀10切换到实验段12，液相经三通阀20切换到旁通，此时气相流经实验段12，液相经旁通回储液罐21，持续时间t1；待定时到t1后，气相经三通阀10切换到旁通，液相经三通阀20切换到实验段12，此时气相经旁通排空，液相流经实验段12，持续时间t2；待定时到t2后，气相经三通阀10切换到实验段12，液相经三通阀20切换到旁通，此时气相流经实验段12，液相经旁通回储液罐21，持续时间t3；待定时到t3后，气相经三通阀10切换到旁通，液相经三通阀20切换到实验段12，此时气相经旁通排空，液相流经实验段12，持续时间t4；待定时到t4后，气相经三通阀10切换到实验段12，液相经三通阀20切换到旁通，此时气相流经实验段12，液相经旁通回储液罐21，持续时间t5；待定时到t5后，气相经三通阀10切换到旁通，液相经三通阀20切换到实验段12，此时气相经旁通排空，液相流经实验段12，持续时间t6。如此循环往复则可以在实验段12处得到3次随机性气液交替输入的段塞流，如图5所示。
(5)随机性伪段塞流气连续液交替输入模式
首先通过智能控制器9设定气相流量Q m3/h和液相流量Wm3/h，然后设定液塞来临的次数，假设为3次。随后设定液塞第一次间隔的时间t1，液相第一次持续的时间t2，液塞第二次间隔的时间t3，液相第二次持续的时间t4，液塞第三次间隔的时间t5，液相第三次持续的时间t6，各次持续以及间隔的时间可相同亦可不同。选择随机性伪段塞流气连续液交替输入模式。开始后，气相经三通阀10切换到实验段12，液相经三通阀20切换到旁通，此时气相流经实验段，液相经过旁通回储液罐21，持续时间t1；待定时到t1后，气相经三通阀10依然保持切换到实验段12，液相经三通阀20也切换到实验段12，此时气液相均流经实验段12，持续时间t2；待定时到t2后，气相经三通阀10依然保持切换到实验段12，液相经三通阀20切换到旁通，此时气相流经实验段12，液相经过旁通回储液罐21，持续时间t3；待定时到t3后，气相经三通阀10依然切换到实验段12，液相经三通阀20也切换到实验段12，此时气液相均流经实验段12，持续时间t4；待定时到t4后，气相经三通阀10依然保持切换到实验段12，液相经三通阀20切换到旁通，此时气相流经实验段12，液相经过旁通回储液罐21，持续时间t5；待定时到t5后，气相经三通阀10依然保持切换到实验段12，液相经三通阀20也切换到实验段12，此时气液相均流经实验段12，持续时间t6。如此循环往复则可以在实验段12处得到3次随机性气连续液交替输入的伪段塞流，如图6所示。
(6)随机性伪段塞流液连续气交替输入模式
首先通过智能控制器9设定气相流量Q m3/h和液相流量Wm3/h，然后设定气塞来临的次数，假设为3次。随后设定气塞第一次间隔的时间t1，气相第一次持续的时间t2，气塞第二次间隔的时间t3，气相第二次持续的时间t4，气塞第三次间隔的时间t5，气相第三次持续的时间t6，各次持续以及间隔的时间可相同亦可不同。选择随机性液连续气交替输入模式。开始后，液相经三通阀20切换到实验段12，气相经三通阀10切换到旁通，此时液相流经实验段12，气相经旁通排空，持续时间t1；待定时到t1后，液相经三通阀20依然保持切换到实验段12，气相经三通阀10也切换到实验段12，此时气液相均流经实验段12，持续时间t2；待定时到t2后，液相经三通阀20依然保持切换到实验段12，气相经三通阀10切换到旁通，此时液相流经实验段12，气相经旁通排空，持续时间t3；待定时到t3后，液相经三通阀依然保持切换到实验段12，气相经三通阀10也切换到实验段12，此时气液相均流经实验段12，持续时间t4；待定时到t4后，液相经三通阀20依然保持切换到实验段12，气相经三通阀10切换到旁通，此时液相流经实验段12，气相经旁通排空，持续时间t5；待定时到t5后，液相经三通阀20依然保持切换到实验段12，气相经三通阀10也切换到实验段12，此时气液相均流经实验段12，持续时间t6。如此循环往复则可以在实验段12处得到3次随机性液连续气交替输入的伪段塞流，如图7所示。
所有操作均可通过智能控制器9完成设定，一旦开始实验后，无需操作人员介入即可完成整个流程。
Claims (1)
1.一种段塞流及伪段塞流智能发生装置，包括气相通路、液相通路和智能控制器，两路流体混合后经过实验段后进入气液分离器，其特征在于，气相通路包括空压机、缓冲罐和气相调节阀，空压机提供气相，经气相开关阀进入缓冲罐，经过温度变送器、压力变送器、气相标准表、气相调节阀和气相三通阀后进入实验段，气相三通阀的第三端口用于气相排空；液相通路包括储液罐、泵，泵提供液相，依次经过温度变送器、压力变送器、液相标准表、液相调节阀和液相三通阀后进入实验段，液相三通阀的第三端口用于液相回流；
智能控制器包括电气输入接口、进行信号处理的工控机和电气输出接口；电气输入接口用于采集各个变送器和标准表的输出值；工控机处理电气输入接口采集到的信息后，通过电气输出接口发出相应的指令；电气输出接口发出的指令用于控制气相调节阀开度、气相三通阀动作、液相调节阀开度、液相调节阀动作和液相三通阀动作；气相和液相在智能控制器的控制下，在实验段形成段塞流及伪段塞流。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201922038826.8U CN210741808U (zh) | 2019-11-22 | 2019-11-22 | 段塞流及伪段塞流智能发生装置 |
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| CN201922038826.8U CN210741808U (zh) | 2019-11-22 | 2019-11-22 | 段塞流及伪段塞流智能发生装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN210741808U true CN210741808U (zh) | 2020-06-12 |
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| CN201922038826.8U Active CN210741808U (zh) | 2019-11-22 | 2019-11-22 | 段塞流及伪段塞流智能发生装置 |
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| CN (1) | CN210741808U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110823513A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-02-21 | 天津大学 | 段塞流及伪段塞流智能发生装置及方法 |
| CN113368725A (zh) * | 2021-06-04 | 2021-09-10 | 中国石油化工集团有限公司 | 管道流体流态发生装置及方法 |
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2019
- 2019-11-22 CN CN201922038826.8U patent/CN210741808U/zh active Active
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