專利名稱：天然氣管道減阻劑性能測試裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種天然氣管道減阻劑性能測試裝置。涉及管道系統(tǒng)技術領域。
背景技術：
天然氣是污染最小、最清潔的能源。因此在一次能源中的比重迅速提高，天然氣管網快速發(fā)展。國內外各個地區(qū)，甚至不同季節(jié)都對天然氣的需求有較大的變化，這就要求輸氣管網具有一定的調節(jié)能力，尤其是在保障安全的條件下迅速增加輸量。當氣體流經管道時，粗糙度會引起摩擦進而產生氣體渦流，造成能量損失，從而造成管道的壓力損失。對處于完全紊流狀態(tài)的天然氣管道輸送而言，管壁粗糙度對摩擦系數(shù)影響最大，要增加輸量就得減小管壁粗糙度。于是著眼于減小管壁粗糙度的天然氣管道減阻劑就應運而生。然而在減阻劑涂于管道內壁后減阻效果如何評價或多種減阻劑如何比對選出性能優(yōu)異者，就需要有一種科學的測試技術。目前雖然也有測試的方法，但都是靠手工測試，較簡單，準確度不高。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種可靠、準確、自動化程度高的天然氣管道減阻劑性能效 本發(fā)明是基于在室內小型氣體環(huán)道測試管段的內壁上形成減阻劑分子膜，測定和
比較成膜前后環(huán)道輸送氣體時的沿程阻力損失，從而確定化學品膜是否可以減少流體與管
壁之間的摩擦而起減阻作用，進一步比較不同類化學品的減阻作用大小。"減阻"顯而易見就是減少沿程阻力損失，而沿程阻力損失是由流體的粘滯力造成
的摩擦損失。這種摩擦損失的大小與流體的流動狀態(tài)有著密切的關系。由達西-魏斯巴赫
(Darcy-Weisbach)公式知水平等徑管的沿程阻力損失為<formula>formula see original document page 3</formula> 式中的沿程摩阻系數(shù)A與流體的粘度、流速、管道的內徑以及管壁粗糙度等有關，是無量綱系數(shù)，由實驗確定。通過試驗可以測得管內流體的體積流量Q、溫度T、壓力P，管徑d、被測管段長度L及其壓降AP。再根據相關公式確定管內流體的密度P和粘度P ，即可計算出沿程摩阻系數(shù)A和雷諾數(shù)Re，根據有關經驗公式還可確定管道的粗糙度。
a)按式(1)計算空氣粘度系數(shù)
<formula>formula see original document page 3</formula> b)按式(2)計算管內流體密度
<formula>formula see original document page 3</formula>
式中p ?！硐霘怏w在標準狀態(tài)(P。 = latm， T。 = 273K)下的密度。
c)按照式(3)計算第二雷諾數(shù) i e2=4160(4)°85 式中 d:測試管段內徑m k :所選管段內壁粗糙度P m。 按照上述原理，本測試裝置是在室內小型氣體環(huán)道測試管段的內壁上形成減阻劑分子膜，來測定和比較成膜前后測試管段輸送氣體時的沿程阻力損失。就是對被測氣體管道IO通以壓縮空氣，在壓縮空氣進入被測氣體管道10時測量氣體的溫度、流量和在被測試管段進出口的壓力；按此方法對被測氣體管道減阻劑成膜前后分別各測試一次，據兩次測試的結果，即可計算出所測減阻劑的減阻率。 當然這里所用設計的管道雷諾數(shù)必須類似于商業(yè)管道，即在試驗過程中雷諾數(shù)必須大于第二臨界雷諾數(shù)；測試管段的材質必須類似于商業(yè)管道。 據上所述，本發(fā)明的構成如圖l所示。它與已有技術一樣，也是由壓縮機3、儲氣罐4、溫度傳感器5、管道前端壓力傳感器9、管道末端壓力傳感器11、質量流量計8、調壓閥7、球閥6和球閥12組成。在被測氣體管道10的進氣端管道上依次安裝有管道前端壓力傳感器9、質量流量計8、調壓閥7、球閥6、溫度傳感器5、連接在儲氣罐4上，儲氣罐4上通過壓縮機3供氣；被測氣體管道10的排氣端管道上依次安裝有管道末端壓力傳感器11、球閥12和消音器13。 為了提高自動化程度并測量準確，本發(fā)明的特點是溫度傳感器5、管道前端壓力傳感器9、管道末端壓力傳感器11、質量流量傳感器8分別連接到數(shù)據采集系統(tǒng)2上的四塊智能調節(jié)儀上。數(shù)據采集系統(tǒng)2上的四塊智能調節(jié)儀顯示測試數(shù)據，并通過數(shù)據采集系統(tǒng)2上的數(shù)據采集模塊將數(shù)據傳輸?shù)接嬎銠C1上。計算機1的輸出經輸出控制模塊接壓力調節(jié)閥7(見圖2)。 溫度、壓力和流量數(shù)據由數(shù)據采集系統(tǒng)2傳送到計算機1，由計算機l顯示并儲存；而計算機1上可以設定管道前端壓力傳感器9的壓力值，通過控制調壓閥7的開度使管道前端壓力傳感器9的壓力值保持在設定壓力值。 本天然氣管道減阻劑性能測試裝置的電路原理如圖3所示。它由計算機、隔離RS-232到RS-422/485轉換器ADAM-4520、模擬量輸入模塊ADAM-4017、模擬量輸出模塊ADAM-4024模塊、Cl-C4四塊XMT-8000智能調節(jié)儀、24V電源S145組成。Cl-C4四塊XMT-8000智能調節(jié)儀分別按圖3所示接管道前端壓力傳感器、管道末端壓力傳感器、管道溫度傳感器、質量流量傳感器。Cl-C4四塊XMT-8000智能調節(jié)儀的輸出端2、3分別接模擬量輸入模塊ADAM-4017模塊的輸入端V0+、 V0-、 Vl+、 Vl-、 V2+、 V2-、 V4+、 V4-。模塊ADAM-4520、 ADAM_4017、 ADAM-4024的DATA+、 DATA-端對應連接，?！姥階DAM-4520輸出接計算機IBM COMPUTER, ADAM-4520、ADAM-4017、ADAM-4024模塊的VS+、GND端接24V電源S145的+24、-24。 接管道前端壓力傳感器9、管道末端壓力傳感器11、管道溫度傳感器5、質量流量傳感器8的Cl-C4四塊智能調節(jié)儀將接收的管道前端壓力、管道末端壓力、管道溫度、質量流量模擬信號送入模擬量輸入模塊ADAM-4017，然后通過轉換器ADAM-4520將RS-232信號 轉換成隔離RS-485信號送到計算機1中，通過計算機將模擬信號轉換為數(shù)字信號顯示并儲 存。計算機設定的壓力值，轉換為模擬信號，通過轉換器ADAM-4520將RS-485信號轉換成 RS-232信號，然后輸送到模擬量輸出模塊ADAM-4024模擬輸出，由IOUT3+、 IOUT3-接調壓 閥7，控制調壓閥7。
其中 壓力傳感器、溫度傳感器、質量流量傳感器為常規(guī)產品； 數(shù)據采集系統(tǒng)與計算機的連接模塊選亞當4000系列產品，也可由同類功能的產 品代替； 智能調節(jié)儀選XMT-8000系列產品，也可由同類功能的產品代替；
計算機選用常用的微機即可。 本發(fā)明方法簡單，測試可靠、準確、方便；裝置所用部件均為市銷產品，易于安裝， 自動化程度高，且較為簡單、可靠。


圖1天然氣減阻劑性能測 圖2天然氣減阻劑性能測 圖3天然氣減阻劑性能測 其中l(wèi)-計算機 3-壓縮機 5-溫度傳感器 7-調壓閥 9-管道前端壓力傳感器 11-管道末端壓力傳感器 13-消音器
試裝置構成示意圖 試裝置原理框圖 試裝置數(shù)據采集接線 2-數(shù)據采集系統(tǒng)
4-儲氣罐
6-球閥
8_質量流量計
10-被測管段
12-球閥
具體實施例方式
實施例.本例是一實驗樣機，其構成如圖1所示。整個裝置由由壓縮機3、儲氣罐 4、溫度傳感器5、管道前端壓力傳感器9、管道末端壓力傳感器11、質量流量計8、調壓閥7、 球閥6和球閥12組成。在被測氣體管道10的進氣端管道上依次安裝有管道前端壓力傳感 器9、質量流量計8、調壓閥7、球閥6、溫度傳感器5連接在儲氣罐4上。儲氣罐4上通過壓 縮機3供氣。被測氣體管道10的排氣端管道上依次安裝有管道末端壓力傳感器11、球閥 12和消音器13。 溫度傳感器5 、管道前端壓力傳感器9 、管道末端壓力傳感器11 、質量流量傳感器8 分別連接到數(shù)據采集控制系統(tǒng)2上的四塊智能調節(jié)儀上。數(shù)據采集控制系統(tǒng)2上的四塊智 能調節(jié)儀顯示測試數(shù)據，并通過數(shù)據采集控制系統(tǒng)2上的數(shù)據采集模塊將數(shù)據傳輸?shù)接嬎?機1上。計算機1的輸出經輸出控制模塊接壓力調節(jié)閥7(見圖2)。 計算機1顯示并儲存數(shù)據并進行輸出控制；計算機1上可以設定管道前端壓力傳 感器9的壓力值，通過控制調壓閥7的開度使管道前端壓力傳感器9的壓力值保持在設定壓力值。 本天然氣管道減阻劑性能測試裝置的數(shù)據采集控制接線如圖3所示。由計算機、 隔離RS-232到RS-422/485轉換器ADAM-4520、模擬量輸入模塊ADAM-4017、模擬量輸出 模塊ADAM-4024模塊、Cl-C4四塊XMT-8000智能調節(jié)儀、24V電源S145組成。Cl-C4四 塊XMT-8000智能調節(jié)儀分別按圖三所示接管道前端壓力傳感器、管道末端壓力傳感器、管 道溫度傳感器、質量流量傳感器。Cl-C4四塊XMT-8000智能調節(jié)儀的輸出端2、3分別接 模擬量輸入模塊ADAM-4017模塊的輸入端V0+、 V0-、 Vl+、 Vl-、 V2+、 V2-、 V4+、 V4-。模塊 ADAM-4520、 ADAM_4017、 ADAM-4024的DATA+、 DATA-端對應連接，?！姥階DAM-4520輸出接計 算機IBM COMPUTER, ADAM-4520、ADAM-4017、ADAM-4024模塊的VS+、GND端接24V電源S145 的+24、-24。 Cl的4端和12端分別接管道前端壓力傳感器9的輸出端+、_， 5端接13端；C2的 4端和12端分別接管道末端壓力傳感器11的輸出端+、_， 5端接13端；C3的4端接5端并 接管道溫度傳感器5的輸出端+， C3的6端接管道溫度傳感器5的輸出端-;C4的4端和 12端分別接質量流量傳感器8的輸出端+、 _， 5端接13端。 接管道前端壓力傳感器9、管道末端壓力傳感器11、管道溫度傳感器5、質量流量
傳感器8的Cl-C4四塊智能調節(jié)儀將接收的管道前端壓力、管道末端壓力、管道溫度、質量
流量模擬信號送入模擬量輸入模塊ADAM-4017，然后通過轉換器ADAM-4520將RS-232信號
轉換成隔離RS-485信號送到計算機1中，通過計算機將模擬信號轉換為數(shù)字信號顯示并儲
存。計算機設定的壓力值，轉換為模擬信號，通過轉換器ADAM-4520將RS-485信號轉換成
RS-232信號，然后輸送到模擬量輸出模塊ADAM-4024模擬輸出，由I0UT3+、 I0UT3-接調壓
閥7，控制調壓閥7。 具體選用的產品和型號是壓縮機3 :選用V-O. 6/40，最大操作壓力4MPa ; 儲氣罐4 :罐容2m3，最大承壓4MPa ; 被測管段10 :小16 X 2mm，材料20#， 6米長； 管道前端壓力傳感器9、管道末端壓力傳感器11 :選用JYB-KO-HAG，配套變送器；
溫度傳感器5 :選用YH-WEP-01 ;配套變送器； 質量流量計8 :選用DMF-l-3型，配套變送器，可顯示瞬時和累積質量流量；
調壓閥7 :選用ZAZ套筒調節(jié)閥，電動控制；數(shù)據采集系統(tǒng)2 :智能模塊選用亞當4000系列產品，隔離RS-232到RS-422/485轉 換器選用ADAM-4520、模擬量輸入模塊選用ADAM-4017、模擬量輸出模塊選用ADAM-4024 ;智 能調節(jié)儀選XMT-8000系列產品；
計算機1 :選用IBM品牌。 其測試方法是對被測氣體管段10通以壓縮空氣，在壓縮空氣進入被測氣體管段
10時測量氣體的溫度、流量和前后、端的壓力；按此方法對被測氣體管段減阻劑成膜前后
分別各測試一次，據兩次測試的結果，即可計算出所測減阻劑的減阻率。
本裝置在測試時，其具體操作流程是 1)加減阻劑前基礎數(shù)據測試 [1. 1]開壓縮機3，向儲氣罐4充壓；
[1. 2]把被測管段10安裝在測試裝置上； [1. 3]開計算機l，設定被測管段10進口壓力； [1. 4]打開球閥6和球閥12 ; [1. 5]記錄溫度傳感變送器、壓力傳感變送器、質量流量計讀數(shù)，每秒記錄一個數(shù) 據； [1. 6]兩分鐘后關閉球閥6和球閥12 ; 2)加減阻劑后數(shù)據測試 [2. 1]將被測試管段內壁浸泡減阻劑成膜，充分浸泡1分鐘； [2.2]重復[1.2]_[1.6]; 3)按照下式計算減阻率
AP —AP "i = ~^——1 x 100% 式中DR:減阻率； A P。非減阻條件下管線摩阻壓降，KPa ; A P工減阻條件下管線摩阻壓降，KPa。 本例經測試，其方法簡單，測試可靠、準確、方便；裝置所用部件均未市銷產品，易 于安裝，且較為簡單、可靠。
權利要求
一種天然氣管道減阻劑性能測試裝置，它由壓縮機(3)、儲氣罐(4)、溫度傳感器(5)、管道前端壓力傳感器(9)、管道末端壓力傳感器(11)、質量流量計(8)、調壓閥(7)、球閥(6)和球閥(12)組成，在被測氣體管道(10)的進氣端管道上依次安裝有管道前端壓力傳感器(9)、質量流量計(8)、調壓閥(7)、球閥(6)、溫度傳感器(5)連接在儲氣罐(4)上，儲氣罐(4)上通過壓縮機(3)供氣；被測氣體管道(10)的排氣端管道上依次安裝有管道末端壓力傳感器(11)、球閥(12)和消音器(13)；其特征是溫度傳感器(5)、管道前端壓力傳感器(9)、管道末端壓力傳感器(11)、質量流量傳感器(8)分別連接到數(shù)據采集系統(tǒng)(2)上的四塊智能調節(jié)儀上，并通過數(shù)據采集系統(tǒng)(2)上的數(shù)據采集模塊將數(shù)據傳輸?shù)接嬎銠C(1)上，計算機(1)的輸出經輸出控制模塊接壓力調節(jié)閥(7)；溫度、壓力和流量數(shù)據由數(shù)據采集系統(tǒng)(2)傳送到計算機(1)，由計算機(1)顯示并儲存；而計算機(1)上能設定管道前端壓力傳感器(9)的壓力值，通過控制調壓閥(7)的開度使管道前端壓力傳感器(9)的壓力值保持在設定壓力值。
2. 根據權利要求l所述的天然氣管道減阻劑性能測試裝置，其特征是它由計算機(1)、隔離RS-232到RS-422/485轉換器ADAM-4520、模擬量輸入模塊ADAM-4017、模擬量輸出模塊ADAM-4024模塊、Cl-C4四塊XMT-8000智能調節(jié)儀、24V電源S145組成；C1-C4四塊XMT-8000智能調節(jié)儀分別接管道前端壓力傳感器(9)、管道末端壓力傳感器(11)、管道溫度傳感器(5)、質量流量傳感器(8)， Cl-C4四塊XMT-8000智能調節(jié)儀的輸出端(2、3)分別接模擬量輸入模塊ADAM-4017模塊的輸入端(V0+、 VO-) 、 (Vl+、 Vl-) 、 (V2+、 V2-)、(V4+、 V4-);模塊ADAM-4520、 ADAM_4017、 ADAM-4024的(DATA+、 DATA-)端對應連接，模土央ADAM-4520輸出接計算機IBM COMPUTER, ADAM_4520、 ADAM_4017、 ADAM-4024模塊的(VS+、GND)端接24V電源S145的(+24、-24);接管道前端壓力傳感器(9)、管道末端壓力傳感器(11)、管道溫度傳感器(5)、質量流量傳感器(8)的C1-C4四塊智能調節(jié)儀將接收的管道前端壓力、管道末端壓力、管道溫度、質量流量模擬信號送入模擬量輸入模塊ADAM-4017，然后通過轉換器ADAM-4520將RS-232信號轉換成隔離RS-485信號送到計算機(1)中，通過計算機將模擬信號轉換為數(shù)字信號顯示并儲存；計算機設定的壓力值，轉換為模擬信號，通過轉換器ADAM-4520將RS-485信號轉換成RS-232信號，然后輸送到模擬量輸出模塊ADAM-4024模擬輸出，由(IOUT3+、 IOUT3-)接調壓閥(7)，控制調壓閥(7)。
全文摘要
本發(fā)明是一種天然氣管道減阻劑性能測試裝置。在被測氣體管道(10)的進氣端管道上依次安裝有管道前端壓力傳感器(9)、質量流量計(8)、調壓閥(7)、球閥(6)、溫度傳感器(5)連接在儲氣罐(4)上，儲氣罐(4)上通過壓縮機(3)供氣；被測氣體管道(10)的排氣端管道上依次安裝有管道末端壓力傳感器(11)、球閥(12)和消音器(13)；其特征是溫度傳感器(5)、管道前端壓力傳感器(9)、管道末端壓力傳感器(11)、質量流量傳感器(8)分別接到數(shù)據采集系統(tǒng)(2)的四塊智能調節(jié)儀上，通過數(shù)據采集系統(tǒng)(2)的數(shù)據采集模塊將數(shù)據傳輸?shù)接嬎銠C(1)上，計算機(1)的輸出經輸出控制模塊接壓力調節(jié)閥(7)。
文檔編號G01N33/00GK101750470SQ200810240038
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月17日 優(yōu)先權日2008年12月17日
發(fā)明者劉兵, 常維純, 張志恒, 李國平, 鮑旭晨 申請人:中國石油天然氣股份有限公司