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天然气输送管道温降和压降特性研究的实验装置及方法

专利类型 发明公开 法律事件 公开;
专利有效性 公开 当前状态 公开
申请号 CN202510029037.5 申请日 2025-01-08
公开(公告)号 CN119914836A 公开(公告)日 2025-05-02
申请人 中海石油(中国)有限公司; 中海石油(中国)有限公司北京研究中心; 申请人类型 企业
发明人 王军; 张明; 于邦廷; 熊亮; 李鹏程; 余晓毅; 第一发明人 王军
权利人 中海石油(中国)有限公司,中海石油(中国)有限公司北京研究中心 权利人类型 企业
当前权利人 中海石油(中国)有限公司,中海石油(中国)有限公司北京研究中心 当前权利人类型 企业
省份 当前专利权人所在省份:北京市 城市 当前专利权人所在城市:北京市东城区
具体地址 当前专利权人所在详细地址:北京市东城区朝阳门北大街25号 邮编 当前专利权人邮编:100010
主IPC国际分类 F17D5/00 所有IPC国际分类 F17D5/00G01M99/00F17D3/01F17D1/065F17D1/04F17C7/00F17C13/00F17C13/02
专利引用数量 0 专利被引用数量 0
专利权利要求数量 10 专利文献类型 A
专利代理机构 北京纪凯知识产权代理有限公司 专利代理人 欧阳威;
摘要 本 发明 涉及一种 天然气 输送管道温降和压降特性研究的实验装置及方法,其中实验装置包括天然气 接口 、进气管和封闭循环回路,进气管的进气端与天然气接口相连通,进气管的出气端与封闭循环回路相连通;封闭循环回路上设置有封闭循环起点和封闭循环终点,封闭循环回路上设置有气体增速 泵 ;其中启动所述气体增速泵,使所述封闭循环回路内的天然气气体定向流动,同时采集所述封闭循环回路的封闭循环起点和封闭循环终点的 温度 值和压 力 值,以研究天然气输送管道温降和压降特性。本发明公开的天然气输送管道温降和压降特性研究的实验装置,可精确测量不同掺氢比 下管 输压差、温差等管输特性参数,有效评估不同掺氢比下天然气管道传输特性的影响。
权利要求

1.一种天然气输送管道温降和压降特性研究的实验装置,其特征在于,包括一个天然气接口(11)、一个进气管(10)和一个封闭循环回路,
所述进气管(10)的进气端与所述天然气接口(12)相连通,所述进气管(10)的出气端与所述封闭循环回路相连通;
所述封闭循环回路上设置有封闭循环起点(A)和封闭循环终点(B),所述封闭循环起点(A)分别设置有第一温度传感器和第一传感器,所述封闭循环终点(B)分别设置有第二温度传感器和第二压力传感器
所述封闭循环回路上设置有气体增速(30);
其中,所述封闭循环回路充装满天然气,用于模拟天然气输送管道;
启动所述气体增速泵(30),使所述封闭循环回路内的天然气气体定向流动,同时采集所述封闭循环回路的封闭循环起点(A)和封闭循环终点(B)的温度值和压力值,比较封闭循环起点(A)和封闭循环终点(B)的温差和压差,以研究天然气输送管道温降和压降特性。
2.根据权利要求1所述的实验装置,其特征在于,还包括至少一个氢气瓶(12),所述氢气瓶(12)的出气口和所述天然气接口(11)并联连接且汇集于在所述进气管(10)的进气端。
3.根据权利要求2所述的实验装置,其特征在于,还包括若干个氮气瓶(13),所述氮气瓶(13)的出气口与所述氢气瓶(12)的出气口、所述天然气接口(11)并联连接且汇集于在所述进气管(10)的进气端。
4.根据权利要求1所述的实验装置,其特征在于,
所述封闭循环回路包括左盘管(21)、右盘管(22)和外环管路(24),
所述左盘管(21)和所述右盘管(22)均由管道自下而上依次盘旋而成,所述左盘管(21)和所述右盘管(22)的底部分别设置有盘管进气端(20),所述左盘管(21)的盘管进气端(20)通过左三通(31)与所述进气管(10)的出气端相连通,所述右盘管(22)的盘管进气端(20)通过右三通阀(32)与所述进气管(10)的出气端相连通;
所述左盘管(21)和所述右盘管(22)的顶部分别设置有出气口,且所述左盘管(21)和所述右盘管(22)顶部的出气口之间通过连接管(23)连通,所述左盘管(21)和所述右盘管(22)底部的盘管进气端(20)分别与所述外环管路(24)的两端相连通,所述外环管路(24)、所述左盘管(21)、所述连接管(23)和所述右盘管(22)共同连成所述封闭循环回路;
所述封闭循环起点(A)设定在所述左盘管(21)的盘管进气端(20)与所述进气管(10)的出气端的结合处,所述封闭循环终点(B)设定在所述右盘管(22)的盘管进气端(20)与所述进气管(10)的出气端的结合处。
5.根据权利要求4所述的实验装置,其特征在于,
所述外环管路(24)包括主管道部、左弧形部和右弧形部,所述主管道部的两端分别通过左弧形部和右弧形部与所述左盘管(21)和所述右盘管(22)底部的盘管进气端(20)相连通;
所述气体增速泵(30)设置在所述外环管路(24)的主管道部上;
所述外环管路(24)的主管道部中央位置上设置有真空泵(41)。
6.根据权利要求5所述的实验装置,其特征在于,
所述外环管路(24)的左弧形部上还设置有排空阀(42);
所述外环管路(24)的左弧形部和右弧形部上分别设置有开关阀(43)。
7.根据权利要求5所述的实验装置,其特征在于,
所述外环管路(24)的主管道部从左至右依次设置有流量调节阀(51)、所述气体增速泵(30)、第一流化床(52)、流量计(53)、气体缓冲罐(54)、第二流化床(55)。
8.根据权利要求6所述的实验装置,其特征在于,
所述左盘管(21)和所述右盘管(22)之间的连接管(23)上设置为第三温度压力检测点(C),所述第三温度压力检测点(C)上分别设置有第三温度传感器和压力变送器;
所述外环管路(24)的主管道部设置有第四温度压力检测点(D),所述第四温度压力检测点(D)上分别设置有第四温度传感器和压力变送器。
9.一种天然气输送管道温降和压降特性研究的实验方法,采用权利要求1至8任一所述的实验装置,其特征在于,包括:
步骤一:启动真空泵(41),对所述封闭循环回路内部进行抽真空;
步骤二:开展纯天然气工况下天然气长管道输送温降和压降特性研究的实验,包括以下步骤:
步骤21:除了排空阀(42)以外,所述封闭循环回路内的其它阀都打开;
步骤22:分别打开天然气接口(11)的阀门、减压阀、控制阀,天然气气体通过进气管(10)进入封闭循环回路内并在封闭循环回路内充装,直至封闭循环回路内的天然气气体压力达到压力设计值;
步骤23:关闭左三通阀(31)中进气管(10)向所述左盘管(21)的盘管进气端(20)流通的阀门和右三通阀(32)中进气管(10)向所述右盘管(22)的盘管进气端(20)流通的阀门,停止进气管(10)向封闭循环回路内注入天然气气体;
步骤24:打开气体增速泵(30),使所述封闭循环回路内的天然气气体定向流动,直至所述封闭循环起点(A)和所述封闭循环终点(B)的压力传感器采集到的压力值处于稳定状态;
步骤25:所述封闭循环起点(A)的第一温度传感器和第一压力传感器分别采集所述封闭循环起点(A)的温度和压力,所述封闭循环终点(B)的第二温度传感器和第二压力传感器分别采集所述封闭循环终点(B)的温度和压力;并且根据所述封闭循环起点(A)和所述封闭循环终点(B)的温度,获得天然气输送管道温降,根据所述封闭循环起点(A)和所述封闭循环终点(B)的压力,获得天然气输送管道压降;
步骤26:关闭气体增速泵(30),打开排空阀(42),使所述封闭循环回路内的天然气气体排出。
10.一种掺氢天然气输送管道温降和压降特性研究的实验方法,采用权利要求1至8任一所述的实验装置,其特征在于,包括
步骤S1:利用分压法分别计算掺氢天然气中氢气和天然气各自的分压;
步骤S2:启动真空泵(41),对所述封闭循环回路内部进行抽真空;
步骤S3:开展掺氢天然气工况下天然气长管道输送温降和压降特性研究的实验,包括以下步骤:
步骤S31:向所述封闭循环回路内充入天然气气体,直至天然气气体压力达到天然气的分压,关闭天然气接口(11)的阀门;
步骤S32:打开氢气瓶(12)的阀门,向所述封闭循环回路内充装氢气气体,直至所述封闭循环回路内的压力示数达到掺氢天然气的设计总压,获得掺氢天然气;
步骤S33:打开气体增速泵(30),使所述封闭循环回路内的掺氢天然气气体定向流动,直至所述封闭循环起点(A)和所述封闭循环终点(B)的压力传感器采集到的压力值处于稳定状态;
步骤S34:所述封闭循环起点(A)的第一温度传感器和第一压力传感器分别采集所述封闭循环起点(A)的温度和压力,所述封闭循环终点(B)的第二温度传感器和第二压力传感器分别采集所述封闭循环终点(B)的温度和压力;并且根据所述封闭循环起点(A)和所述封闭循环终点(B)的温度,获得掺氢天然气输送管道温降,根据所述封闭循环起点(A)和所述封闭循环终点(B)的压力,获得掺氢天然气输送管道压降;
步骤S35:关闭气体增速泵(30),打开排空阀(42),使所述封闭循环回路内的掺氢天然气气体排出。

说明书全文

天然气输送管道温降和压降特性研究的实验装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及天然气输送技术领域,具体涉及一种天然气输送管道温降和压降特性研究的实验装置及方法。

背景技术

[0002] 传统化石能源的消耗不仅导致资源枯竭,还加剧了温室气体的排放,对环境造成了严重影响。因此,发展清洁、低的能源形式成为必然选择。氢气作为一种清洁能源,其燃烧产物仅为,具有零排放的特点,被认为是未来能源结构中的重要组成部分。在可再生能源领域,如电、光伏等,由于发电具有间歇性和不稳定性,导致部分电无法被电网及时消纳,形成了所谓的“弃电”问题。通过电解水等方式,将这些弃电转化为氢气并储存起来,是解决弃电问题的有效途径之一。掺氢天然气管道输送正是利用这一思路,将氢气与天然气混合后通过管道输送至终端用户,实现了氢气的长距离、大规模运输和利用。天然气管道输送系统在全球范围内已经相对成熟和完善,具有输送成本低、效率高、安全性好等优点。将氢气掺入天然气中,利用现有的天然气管道进行输送,不仅可以降低氢气的运输成本,还可以充分利用现有的基础设施资源,减少重复建设。
[0003] 尽管掺氢天然气管道输送具有诸多优势,但仍面临一些技术挑战。例如,氢气的掺入会对天然气管道的材料性能产生影响,可能引发氢脆等安全问题;同时,掺氢比的选择、混合工艺的设计等也需要进一步研究和优化。因此,需要加强对掺氢天然气管道输送技术的研究和开发,推动相关标准和规范的制定和完善。然而,现有技术方案尚不能为解决长管道掺氢天然气运输提供全面的数据支持,其缺少高压掺氢天然气长管道的输气平台,在可提供的参数测量方面缺少压差和其温度变化信息。
[0004] 总之,目前缺乏对管输的压差和温度等参数特性进行研究的实验装置及方法。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种天然气输送管道温降和压降特性研究的实验装置及方法,用于解决目前缺乏对管输的压差和温度等参数特性进行研究的实验装置及方法的问题。
[0006] 为实现上述目的,本发明采取以下技术方案:第一方面,本发明公开了一种天然气输送管道温降和压降特性研究的实验装置,包括一个天然气接口、一个进气管和一个封闭循环回路,
所述进气管的进气端与所述天然气接口相连通,所述进气管的出气端与所述封闭循环回路相连通;
所述封闭循环回路上设置有封闭循环起点和封闭循环终点,所述封闭循环起点分别设置有第一温度传感器和第一压力传感器,所述封闭循环终点分别设置有第二温度传感器和第二压力传感器;
所述封闭循环回路上设置有气体增速
其中,所述封闭循环回路充装满天然气,用于模拟天然气输送管道;
启动所述气体增速泵,使所述封闭循环回路内的天然气气体定向流动,同时采集所述封闭循环回路的封闭循环起点和封闭循环终点的温度值和压力值,比较封闭循环起点和封闭循环终点的温差和压差,以研究天然气输送管道温降和压降特性。
[0007] 进一步地,还包括至少一个氢气瓶,所述氢气瓶的出气口和所述天然气接口并联连接且汇集于在所述进气管的进气端。
[0008] 进一步地,还包括若干个氮气瓶,所述氮气瓶的出气口与所述氢气瓶的出气口、所述天然气接口并联连接且汇集于在所述进气管的进气端。
[0009] 优选地,所述封闭循环回路包括左盘管、右盘管和外环管路,所述左盘管和所述右盘管均由管道自下而上依次盘旋而成,所述左盘管和所述右盘管的底部分别设置有盘管进气端,所述左盘管的盘管进气端通过左三通与所述进气管的出气端相连通,所述右盘管的盘管进气端通过右三通阀与所述进气管的出气端相连通;所述左盘管和所述右盘管的顶部分别设置有出气口,且所述左盘管和所述右盘管顶部的出气口之间通过连接管连通,所述左盘管和所述右盘管底部的盘管进气端分别与所述外环管路的两端相连通,所述外环管路、所述左盘管、所述连接管和所述右盘管共同连成所述封闭循环回路;所述封闭循环起点设定在所述左盘管的盘管进气端与所述进气管的出气端的结合处,所述封闭循环终点设定在所述右盘管的盘管进气端与所述进气管的出气端的结合处。
[0010] 进一步地,所述外环管路包括主管道部、左弧形部和右弧形部,所述主管道部的两端分别通过左弧形部和右弧形部与所述左盘管和所述右盘管底部的盘管进气端相连通;所述气体增速泵设置在所述外环管路的主管道部上;所述外环管路的主管道部中央位置上设置有真空泵。
[0011] 进一步地,所述外环管路的左弧形部上还设置有排空阀;所述外环管路的左弧形部和右弧形部上分别设置有开关阀。
[0012] 进一步地,所述外环管路的主管道部从左至右依次设置有流量调节阀、所述气体增速泵、第一流化床、流量计、气体缓冲罐、第二流化床。
[0013] 进一步地,所述左盘管和所述右盘管之间的连接管上设置为第三温度压力检测点,所述第三温度压力检测点上分别设置有第三温度传感器和压力变送器;所述外环管路的主管道部设置有第四温度压力检测点,所述第四温度压力检测点上分别设置有第四温度传感器和压力变送器。
[0014] 第二方面,本发明还公开了一种天然气输送管道温降和压降特性研究的实验方法,采用上述的实验装置,包括:步骤一:启动真空泵,对所述封闭循环回路内部进行抽真空;
步骤二:开展纯天然气工况下天然气长管道输送温降和压降特性研究的实验,包括以下步骤:
步骤21:除了排空阀以外,所述封闭循环回路内的其它阀都打开;
步骤22:分别打开天然气接口的阀门、减压阀、控制阀,天然气气体通过进气管进入封闭循环回路内并在封闭循环回路内充装,直至封闭循环回路内的天然气气体压力达到压力设计值;
步骤23:关闭左三通阀中进气管向所述左盘管的盘管进气端流通的阀门和右三通阀中进气管向所述右盘管的盘管进气端流通的阀门,停止进气管向封闭循环回路内注入天然气气体;
步骤24:打开气体增速泵,使所述封闭循环回路内的天然气气体定向流动,直至所述封闭循环起点和所述封闭循环终点的压力传感器采集到的压力值处于稳定状态;
步骤25:所述封闭循环起点的第一温度传感器和第一压力传感器分别采集所述封闭循环起点的温度和压力,所述封闭循环终点的第二温度传感器和第二压力传感器分别采集所述封闭循环终点的温度和压力;并且根据所述封闭循环起点和所述封闭循环终点的温度,获得天然气输送管道温降,根据所述封闭循环起点和所述封闭循环终点的压力,获得天然气输送管道压降;
步骤26:关闭气体增速泵,打开排空阀,使所述封闭循环回路内的天然气气体排出。
[0015] 第三方面,本发明还公开了一种掺氢天然气输送管道温降和压降特性研究的实验方法,采用上述的实验装置,包括步骤S1:利用分压法分别计算掺氢天然气中氢气和天然气各自的分压;
步骤S2:启动真空泵,对所述封闭循环回路内部进行抽真空;
步骤S3:开展掺氢天然气工况下天然气长管道输送温降和压降特性研究的实验,包括以下步骤:
步骤S31:向所述封闭循环回路内充入天然气气体,直至天然气气体压力达到天然气的分压,关闭天然气接口的阀门;
步骤S32:打开氢气瓶的阀门,向所述封闭循环回路内充装氢气气体,直至所述封闭循环回路内的压力示数达到掺氢天然气的设计总压,获得掺氢天然气;
步骤S33:打开气体增速泵,使所述封闭循环回路内的掺氢天然气气体定向流动,直至所述封闭循环起点和所述封闭循环终点的压力传感器采集到的压力值处于稳定状态;
步骤S34:所述封闭循环起点的第一温度传感器和第一压力传感器分别采集所述封闭循环起点的温度和压力,所述封闭循环终点的第二温度传感器和第二压力传感器分别采集所述封闭循环终点的温度和压力;并且根据所述封闭循环起点和所述封闭循环终点的温度,获得掺氢天然气输送管道温降,根据所述封闭循环起点和所述封闭循环终点的压力,获得掺氢天然气输送管道压降;
步骤S35:关闭气体增速泵,打开排空阀,使所述封闭循环回路内的掺氢天然气气体排出。
[0016] 与现有技术相比,本发明的有益效果在于:(一)本发明公开了一种天然气输送管道温降和压降特性研究的实验装置,包括一个天然气接口、一个进气管和一个封闭循环回路,进气管的进气端与天然气接口相连通,进气管的出气端与封闭循环回路相连通;封闭循环回路上设置有封闭循环起点和封闭循环终点,封闭循环起点分别设置有第一温度传感器和第一压力传感器,封闭循环终点分别设置有第二温度传感器和第二压力传感器;封闭循环回路上设置有气体增速泵;其中,封闭循环回路充装满天然气,用于模拟长距离高压天然气输送管道;启动气体增速泵,使所述封闭循环回路内的天然气气体定向流动,同时采集所述封闭循环回路的封闭循环起点和封闭循环终点的温度值和压力值,比较封闭循环起点和封闭循环终点的温差和压差,以研究天然气输送管道温降和压降特性。本发明公开的天然气输送管道温降和压降特性研究的实验装置,可实现管道压力的精确控制,避免传输过程大的压力波动,可精确测量不同掺氢比下管输压差、温差等管输特性参数,研究掺氢天然气传输过程中可能产生的分层现象,有效评估不同掺氢比下天然气管道传输特性的影响。
[0017] (二)本发明公开了一种天然气输送管道温降和压降特性研究的实验方法,包括纯天然气和掺氢天然气工况下天然气长管道输送温降和压降特性研究的实验,针对长距离高压燃气管道设备的设计、掺入氢气对管输特性的影响研究不足的问题,采用盘管的布置方案,既完成了长管道设计,又节约了实验用地,还可进一步增加盘管研究更长管道的实验参数。能够平稳且精确地控制掺氢比,测定如压差和温度等参数的管输特性,并进行数据记录和分析。
[0018] 此外,本发明还具有以下优点:1、整套装置采用循环测试系统,很大程度上减小了用气量。采用盘管布置方案,在保证管长的基础上减小了装置的占地面积。
[0019] 2、装置采用气体增速泵作为动力设备,并通过流化床和气体缓冲罐的布置减缓泵造成压力波动,便于数据的精准测量。
[0020] 3、装置主体采用一体化集成设计、撬装式设计方案,具有操作简单、便于维护、成本较低、多层安全防护及预警等特点。
[0021] 4、通过将氢气掺入天然气中,利用现有的天然气管道进行输送提供理论支撑,不仅可以降低氢气的运输成本,还可以利用现有的天然气管道基础设施资源。对掺氢天然气管道输送技术的研究和开发,为相关标准和规范的制定和完善提供指导,具有显著的工程意义。附图说明
[0022] 图1是本发明实施例1提供的天然气输送管道温降和压降特性研究的实验装置的俯视图;图2是图1中除掉撬装支架等且保留管路的涉及封闭循环回路的结构示意图;
图3是本发明实施例1提供的天然气输送管道温降和压降特性研究的实验装置的正面视图;
图4是本发明实施例1提供的天然气输送管道温降和压降特性研究的实验装置的侧面视图;
图5是本发明实施例1提供的天然气输送管道温降和压降特性研究的实验装置的背面视图;
图6 是图5中涉及到进气管、盘管进气端到左盘管和右盘管之间连接的结构示意图;
图7是图6中涉及到封闭循环起点和封闭循环终点的结构示意图。
[0023] 附图标记说明:A‑封闭循环起点,B‑封闭循环终点,C‑第三温度压力检测点,D‑第四温度压力检测点;10‑进气管,11‑天然气接口,12‑氢气瓶,13‑氮气瓶;
2‑撬装支架,20‑盘管进气端,21‑左盘管,22‑右盘管,23‑连接管,24‑外环管路;
30‑气体增速泵,31‑左三通阀,32‑右三通阀;
41‑真空泵,42‑排空阀,43‑开关阀,
51‑流量调节阀,52‑第一流化床,53‑流量计,54‑气体缓冲罐,55‑第二流化床;
61‑电气控制柜,62‑数字采集控制板。

具体实施方式

[0024] 下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式,然而应当理解,可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反,提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明,并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0025] 为了解决目前缺乏对管输的压差和温度等参数特性进行研究的实验装置及方法的问题,本发明公开了一种天然气输送管道温降和压降特性研究的实验装置,包括一个天然气接口、一个进气管和一个封闭循环回路,进气管的进气端与天然气接口相连通,进气管的出气端与封闭循环回路相连通;封闭循环回路上设置有封闭循环起点和封闭循环终点,封闭循环起点分别设置有第一温度传感器和第一压力传感器,封闭循环终点分别设置有第二温度传感器和第二压力传感器;封闭循环回路上设置有气体增速泵;其中,封闭循环回路充装满天然气,用于模拟长距离高压天然气输送管道;启动气体增速泵,使所述封闭循环回路内的天然气气体定向流动,同时采集所述封闭循环回路的封闭循环起点和封闭循环终点的温度值和压力值,比较封闭循环起点和封闭循环终点的温差和压差,以研究天然气输送管道温降和压降特性。本发明公开的天然气输送管道温降和压降特性研究的实验装置,可实现管道压力的精确控制,避免传输过程大的压力波动,可精确测量不同掺氢比下管输压差、温差等管输特性参数,研究掺氢天然气传输过程中可能产生的分层现象,有效评估不同掺氢比下天然气管道传输特性的影响。
[0026] 实施例1:一种天然气输送管道温降和压降特性研究的实验装置本发明实施例1提供一种天然气输送管道温降和压降特性研究的实验装置,下面对其结构进行详细描述。
[0027] 参考图1、图3、图4和图5,该天然气输送管道温降和压降特性研究的实验装置包括一个天然气接口11、一个进气管10和一个封闭循环回路。
[0028] 参考图2,并结合图1,所述进气管10的进气端与所述天然气接口12相连通,所述进气管10的出气端与所述封闭循环回路相连通;所述封闭循环回路上设置有封闭循环起点A和封闭循环终点B,所述封闭循环起点A分别设置有第一温度传感器和第一压力传感器,所述封闭循环终点B分别设置有第二温度传感器和第二压力传感器,如图5至图7所示。
[0029] 所述封闭循环回路上设置有气体增速泵30;其中,所述封闭循环回路充装满天然气,用于模拟天然气输送管道;
启动所述气体增速泵30,使所述封闭循环回路内的天然气气体定向流动,同时采集所述封闭循环回路的封闭循环起点A和封闭循环终点B的温度值和压力值,比较封闭循环起点A和封闭循环终点B的温差和压差,以研究天然气输送管道温降和压降特性。
[0030] 具体地,所述封闭循环起点A的第一压力传感器和所述封闭循环终点B的第二压力传感器均为高精度单点压力传感器,其量程为0 10 MPa,精度为0.1%,用于测量实验管输压~力。
[0031] 所述封闭循环起点A的第一温度传感器和所述封闭循环终点B的第二温度传感器均为PT100温度传感器,属于热电偶温度传感器,其量程为‑50 120℃,精度为±0.05℃ ±~ ~0.5℃。
[0032] 为了研究掺氢天然气长管道输送,需要通入氢气,因此该天然气输送管道温降和压降特性研究的实验装置还包括至少一个氢气瓶12,所述氢气瓶12的出气口和所述天然气接口11并联连接且汇集于在所述进气管10的进气端。
[0033] 为了方便抽真空,以保证管道内气浓度处于极限氧浓度以下,进而降低可燃气体在充装过程中发生燃爆的风险,该天然气输送管道温降和压降特性研究的实验装置还包括若干个氮气瓶13,所述氮气瓶13的出气口与所述氢气瓶12的出气口、所述天然气接口11并联连接且汇集于在所述进气管10的进气端。
[0034] 作为一种具体的实施方式,继续参考图2,所述封闭循环回路包括左盘管21、右盘管22和外环管路24。
[0035] 所述左盘管21和所述右盘管22均由管道自下而上依次盘旋而成,所述左盘管21和所述右盘管22的底部分别设置有盘管进气端20,所述左盘管21的盘管进气端20通过左三通阀31与所述进气管10的出气端相连通,所述右盘管22的盘管进气端20通过右三通阀32与所述进气管10的出气端相连通。
[0036] 所述左盘管21和所述右盘管22的顶部分别设置有出气口,且所述左盘管21和所述右盘管22顶部的出气口之间通过连接管23连通,所述左盘管21和所述右盘管22底部的盘管进气端20分别与所述外环管路24的两端相连通,所述外环管路24、所述左盘管21、所述连接管23和所述右盘管22共同连成所述封闭循环回路。
[0037] 其中,左三通阀31能够控制进气管10的出气端与左盘管21的盘管进气端20之间的导通与否;右三通阀32能够控制进气管10的出气端与右盘管22的盘管进气端20之间的导通与否。
[0038] 当左三通阀31和右三通阀32分开控制进气管10的出气端与左盘管21和右盘管22的盘管进气端20之间的导通时,气体从进气管10流入至左盘管21和右盘管22的盘管进气端20。
[0039] 具体地,所述气体增速泵30设置在所述外环管路24上。其中所述气体增速泵30在高压条件下能够保证氢气气密性,且可以远程控制,最大流速为25 m/s,流速调控精度为0.1 m/s。
[0040] 当设定所述左盘管21的盘管进气端20与所述进气管10的出气端的结合处作为所述封闭循环起点A时,气流在所述封闭循环回路内定向流动,依次经过所述外环管路24、所述左盘管21、所述连接管23、所述右盘管22,直至到达所述右盘管22的盘管进气端20与所述进气管10的出气端的结合处,正好构成气体在所述左盘管21和所述右盘管22的内部循环,则所述右盘管22的盘管进气端20与所述进气管10的出气端的结合处能作为所述封闭循环终点B。因此,所述封闭循环起点A设定在所述左盘管21的盘管进气端20与所述进气管10的出气端的结合处,所述封闭循环终点B设定在所述右盘管22的盘管进气端20与所述进气管10的出气端的结合处。
[0041] 进一步地,继续参考图2,所述外环管路24包括主管道部、左弧形部和右弧形部,所述主管道部的两端分别通过左弧形部和右弧形部与所述左盘管21和所述右盘管22底部的盘管进气端20相连通;所述气体增速泵30设置在所述外环管路24的主管道部上;所述外环管路24的主管道部中央位置上设置有真空泵41。
[0042] 具体地,真空泵41为防爆真空泵,用于真空惰化
[0043] 为了方便放空,所述外环管路24的左弧形部上还设置有排空阀42。
[0044] 具体地, 所述排空阀42为排空防爆开关阀。
[0045] 为了方便控制封闭循环回路内的气体流通,所述外环管路24的左弧形部和右弧形部上分别设置有开关阀43。
[0046] 具体地,开关阀43为防爆开关阀。
[0047] 为了方便控制气体从进气管10向封闭循环回路内流通,所述进气管10上设置有进气开关阀。
[0048] 具体地,所述进气开关阀为进气防爆开关阀。
[0049] 为了方便封闭循环回路内的气体缓冲,所述外环管路24的主管道部设置有气体缓冲罐54。
[0050] 具体地,参考图,所述外环管路24的主管道部从左至右依次设置有流量调节阀51、所述气体增速泵30、第一流化床52、流量计53、气体缓冲罐54、第二流化床55。
[0051] 具体地,所述流量调节阀51为高压防爆流量调节阀。
[0052] 具体地,所述流量计53为高压防爆流量计。
[0053] 第一流化床52和第二流化床55,用于减弱由于气体增速泵30运行过程中可能引起的管道内压力波动。
[0054] 气体缓冲罐54,用于减弱气体增速泵30在实际运行过程中引起的压力波动。
[0055] 当气体进入封闭循环回路,经过气体增速泵30及第一流化床52,然后通过气体缓冲罐54,最后再通过第二流化床55,使气体稳速定向流动,期间通过流量调节阀51调节系统内流量。
[0056] 为了检测封闭循环回路内部流通气体的温度和压力,所述左盘管21和所述右盘管22之间的连接管23上设置为第三温度压力检测点C,所述第三温度压力检测点C上分别设置有第三温度传感器和压力变送器;所述外环管路24的主管道部设置有第四温度压力检测点D,所述第四温度压力检测点D上分别设置有第四温度传感器和压力变送器。
[0057] 其中,第三温度传感器、第四温度传感器均为普通的温度传感器。
[0058] 为了方便安置封闭循环回路的左盘管21、右盘管22和外环管路24,该天然气输送管道温降和压降特性研究的实验装置还包括撬装支架2,左盘管21、右盘管22和外环管路24设置在撬装支架2上。
[0059] 具体地,撬装支架2的承重2500 kg,用于承载整个实验平台。
[0060] 撬装支架2采用翘装式设计,是一套4.2×2.5×2.5 m3的框体上。
[0061] 封闭循环回路的外环管路24的管道材质为304不锈,管道外径为45 mm,壁厚为4 mm。
[0062] 封闭循环回路内设计压力为12 MPa,设计两套盘管,每套管长为60 m,总长为120 m。盘管外径为1.6 m,盘管高度为1.6 m。
[0063] 为了方便将实验装置的移动至户外和增强实验过程安全性,所述撬装支架2的底部还配置有万向轮。
[0064] 为了方便控制和分配压力,该天然气输送管道温降和压降特性研究的实验装置还包括电气控制柜61,电气控制柜61用于各类电器控制元器件如气体增速泵18、流量计、气动阀的远程控制。
[0065] 具体地,排空阀42、开关阀43、进气防爆开关阀均为可远程控制的阀门,气体增速泵30为可远程控制的,气体增速泵30的控制器、所述排空阀42、开关阀43、进气防爆开关阀的控制器以及所有的压力表设置在所述电气控制柜内。因此通过电气控制柜61的压力表利用分压法,来实现不同的掺氢比。
[0066] 具体地,通过压力表利用分压法来控制不同掺氢配比,然后将配比好的气源通入气体缓冲罐使其充分混合,进一步经过气体增速泵30与第一流化床52使其以指定流速稳定输出,最终进入盘状管道使其进行气体循环,通过温度和压力传感器来监测不同工况条件下的实验参数。
[0067] 为了方便根据所述封闭循环起点A和所述封闭循环终点B的温度计算温降,以及根据所述封闭循环起点A和所述封闭循环终点B的压力计算压降,该天然气输送管道温降和压降特性研究的实验装置还包括数字采集控制板62,所述封闭循环起点A的第一温度传感器和第一压力传感器、所述封闭循环终点B的第二温度传感器和第二压力传感器分别与数字采集控制板62相连。
[0068] 实施例2:一种天然气输送管道温降和压降特性研究的实验方法本发明实施例2提供一种天然气输送管道温降和压降特性研究的实验方法,采用实施例1的实验装置,该实验方法包括以下步骤:
步骤一:启动真空泵41,对所述封闭循环回路内部进行抽真空,包括以下步骤:
步骤11:打开氮气瓶13阀门,向所述封闭循环回路内注入氮气,直至所述封闭循环回路内的氮气压力达到常压;
步骤12:启动真空泵,对所述封闭循环回路内部进行抽真空,直至所述封闭循环回路内的氧气浓度降至安全限度以下,保证管道内氧气浓度处于极限氧浓度以下,进而降低可燃气体在充装过程中发生燃爆的风险;
步骤13:将所有阀门都关闭。
[0069] 步骤二:开展纯天然气工况4Mpa下天然气长管道输送温降和压降特性研究的实验,包括以下步骤:步骤21:除了排空阀42以外,所述封闭循环回路内的其它阀门都打开。
[0070] 步骤22:分别打开天然气接口11的阀门、减压阀、控制阀,天然气气体通过进气管10进入封闭循环回路内并在封闭循环回路内充装,直至封闭循环回路内的天然气气体压力达到压力设计值。
[0071] 具体地,所述天然气为甲烷气体。
[0072] 具体地,压力设计值为4Mpa。
[0073] 其中,当封闭循环回路内的甲烷气体和天然气接口11的压力形成平衡且不足以达到设计压力时,更换天然气接口11,继续向管道内充装气体。
[0074] 步骤23:关闭左三通阀31中进气管10向所述左盘管21的盘管进气端20流通的阀门和右三通阀32中进气管10向所述右盘管22的盘管进气端20流通的阀门,停止进气管10向封闭循环回路内注入天然气气体。
[0075] 步骤24:打开气体增速泵30,使所述封闭循环回路内的天然气气体定向流动,直至所述封闭循环起点A和所述封闭循环终点B的压力传感器采集到的压力值处于稳定状态。
[0076] 具体地,所述稳定状态指的是压力值波动不超过5%千。
[0077] 步骤25:所述封闭循环起点A的第一温度传感器和第一压力传感器分别采集所述封闭循环起点A的温度和压力,所述封闭循环终点B的第二温度传感器和第二压力传感器分别采集所述封闭循环终点B的温度和压力;并且根据所述封闭循环起点A和所述封闭循环终点B的温度,获得天然气输送管道温降,根据所述封闭循环起点A和所述封闭循环终点B的压力,获得天然气输送管道压降。
[0078] 步骤26:关闭气体增速泵30,打开排空阀42,使所述封闭循环回路内的天然气气体排出。
[0079] 实施例3:一种掺氢天然气长管道输送温降和压降特性研究的实验方法本发明实施例3提供一种掺氢天然气长管道输送温降和压降特性研究的实验方法,为掺氢天然气工况下天然气长管道输送温降和压降特性研究的实验方法,采用实施例1的实验装置,该实验方法包括以下步骤:步骤S1:利用分压法分别计算掺氢天然气中氢气和天然气各自的压力;
具体地,管道长度为130米,其中实验管道为120米,内径37mm,能够装入的气体体积为90L,如果氢气占氢气和天然气的混合物的体积含量为30%,利用分压法需要的氢气
1.2Mpa,甲烷气体压力为2.8Mpa。掺氢天然气的设计总压为4 Mpa。
[0080] 步骤S2:启动真空泵41,对所述封闭循环回路内部进行抽真空,包括以下步骤:步骤S21:打开氮气瓶13阀门,向所述封闭循环回路内注入氮气,直至所述封闭循环回路内的氮气压力达到常压;
步骤S22:启动真空泵,对所述封闭循环回路内部进行抽真空,直至所述封闭循环回路内的氧气浓度降至安全限度以下,保证管道内氧气浓度处于极限氧浓度以下,进而降低可燃气体在充装过程中发生燃爆的风险;
步骤S23:将所有阀门都关闭。
[0081] 步骤S3:开展掺氢天然气工况下天然气长管道输送温降和压降特性研究的实验,包括以下步骤:步骤S31:向所述封闭循环回路内充入天然气气体,直至天然气气体压力达到天然气的分压,关闭天然气接口11的阀门;
具体地,所述天然气为甲烷。
[0082] 具体地,天然气的分压的2.8Mpa。
[0083] 步骤S32:打开氢气瓶12的阀门,向所述封闭循环回路内充装氢气气体,直至所述封闭循环回路内的压力示数达到掺氢天然气的设计总压,获得掺氢天然气。
[0084] 其中,当所述封闭循环回路内的氢气气体和氢气瓶12内的压力形成平衡且不足以达到设计压力时,更换氢气瓶12,继续向所述封闭循环回路内充装气体,直至达到掺氢天然气的设计总压。
[0085] 步骤S33:打开气体增速泵30,使所述封闭循环回路内的掺氢天然气气体定向流动,直至所述封闭循环起点A和所述封闭循环终点B的压力传感器采集到的压力值处于稳定状态。
[0086] 步骤S34:所述封闭循环起点A的第一温度传感器和第一压力传感器分别采集所述封闭循环起点A的温度和压力,所述封闭循环终点B的第二温度传感器和第二压力传感器分别采集所述封闭循环终点B的温度和压力;并且根据所述封闭循环起点A和所述封闭循环终点B的温度,获得掺氢天然气输送管道温降,根据所述封闭循环起点A和所述封闭循环终点B的压力,获得掺氢天然气输送管道压降。
[0087] 步骤S35:关闭气体增速泵30,打开排空阀42,使所述封闭循环回路内的掺氢天然气气体排出。
[0088] 最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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