海洋復(fù)合軟管穩(wěn)態(tài)循環(huán)溫測裝置及保溫測試方法
【專利說明】
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及一種保溫測試裝置及測試方法，特別是關(guān)于海洋復(fù)合軟管的保溫測試 裝置及測試方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 傳統(tǒng)的、常規(guī)的海底輸油管道以鋼管為主，整體的建造、安裝和后續(xù)保養(yǎng)工作周期 長費(fèi)用高，近年來國外興起的鋼塑復(fù)合軟管由于防腐蝕性好、海底地形地貌適應(yīng)性強(qiáng)、鋪設(shè) 速度快、費(fèi)用低、不易結(jié)蠟并且能夠重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)開始應(yīng)用到海底油、氣和水的輸送上 來。但是國外海底混輸管道結(jié)構(gòu)復(fù)雜且安裝成本較高，國產(chǎn)軟管尚處于起步階段，產(chǎn)品功能 和結(jié)構(gòu)比較單一，只是開始應(yīng)用在輸水、輸氣和輸送凝固點(diǎn)較高的石油輸送上。隨著深海油 氣田的開發(fā)，待輸送的流體成分和使用工況愈發(fā)的復(fù)雜，當(dāng)混輸流體中是有的凝固點(diǎn)較低 時需要考慮管線的保溫，以保證在輸送的終端流體不會出現(xiàn)凝管現(xiàn)象。如不采用具有保溫 結(jié)構(gòu)的軟管，只能大幅提高管線進(jìn)口的溫度，因此而產(chǎn)生很高的管材的原材料選用費(fèi)用和 配套設(shè)施費(fèi)用大幅提高。
[0004] 目前針對海底石油鋼管管道傳熱系數(shù)的測定普遍采用已鋪設(shè)完成的管道，通過入 口、出口溫度及輸送距離等通過熱平衡法進(jìn)行測量，可測出管道實(shí)際的傳熱系數(shù)。而針對海 底軟管的保溫性能能否達(dá)到要求需要在生產(chǎn)前進(jìn)行試驗(yàn)測試。
[0005] 由于海洋復(fù)合軟管在國內(nèi)尚處于起步階段，未有對其保溫性能形成有效的測試方 法，與海洋復(fù)合軟管測試方法較為接近的是對于圓管的導(dǎo)熱系數(shù)的測定，目前測定管道導(dǎo) 熱系數(shù)的方法有穩(wěn)態(tài)法和非穩(wěn)態(tài)法兩種方法，其特點(diǎn)和不足之處是： 常規(guī)圓管法均是采用穩(wěn)態(tài)法進(jìn)行測試，其測試的環(huán)境為空氣，與海洋復(fù)合軟管測試環(huán) 境的海底水環(huán)境存在較大差異； 常規(guī)試驗(yàn)方法中，加熱器產(chǎn)生的熱量是通過加熱器功率計(jì)算獲得，而這些熱量并不是 全部在測試管段的徑向上擴(kuò)散，兩頭端部會擴(kuò)散一部分熱量，且部分熱量被內(nèi)部流體吸收 將此計(jì)算熱量作為徑向上傳遞出去的熱量存在誤差。
[0006] 由于常規(guī)圓管一般指單層非金屬圓管，與海洋復(fù)合軟管的多層金屬與非金屬層的 管體結(jié)構(gòu)存在較大差異。
[0007] 本專利申請正是在這一背景下提出了海洋復(fù)合軟管穩(wěn)態(tài)循環(huán)溫測裝置及保溫測 試方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺點(diǎn)，而提供一種海洋復(fù)合軟管 穩(wěn)態(tài)循環(huán)溫測裝置及保溫測試方法，通過在外部循環(huán)水環(huán)境中進(jìn)行試驗(yàn)，模擬海底的實(shí)際 情況，使得海底復(fù)合軟管的試驗(yàn)環(huán)境更加接近實(shí)際使用環(huán)境。測試樣管在端部絕熱的處理 上，在達(dá)到密封的前提下對軟管端部進(jìn)行有效的絕熱，其中端部的放熱量不高于管壁放熱 量的5%。測試樣管外加循環(huán)恒溫水，可有效保證管外溫度不變，符合實(shí)際使用環(huán)境。測試方 法無需測量總熱量值，只需測量溫度和熱流密度，且相關(guān)參數(shù)的測量時間靈活，可有效避免 總熱量測量的誤差。
[0009] 本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的： 海洋復(fù)合軟管穩(wěn)態(tài)循環(huán)溫測裝置，其特征在于：設(shè)有測試樣管、接頭、溫度傳感器、熱 流傳感器、循環(huán)水管、內(nèi)部管道泵、外部管道泵、外部儲水池、內(nèi)部循環(huán)水池、試驗(yàn)水池、消防 泵、消防水管，其中測試樣管設(shè)置有熱流傳感器，測試樣管兩端連接有接頭，接頭與測試樣 管過盈配合，接頭設(shè)置有循環(huán)水管通道與溫度傳感器通道，循環(huán)水管通道內(nèi)設(shè)置有循環(huán)水 管，循環(huán)水管設(shè)置有調(diào)節(jié)閥門與連接法蘭，溫度傳感器通道內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器，溫度傳感 器插入于軟管內(nèi)部，測試樣管端部澆筑有環(huán)氧樹脂；測試樣管位于試驗(yàn)水池支架上部，試驗(yàn) 水池兩端設(shè)置有溫度傳感器，測試樣管端部通過循環(huán)水管與內(nèi)部循環(huán)水池連接，該連接段 循環(huán)水管設(shè)置有內(nèi)部管道泵；試驗(yàn)水池與外部儲水池通過循環(huán)水管連接，該連接段循環(huán)水 管設(shè)置有外部管道泵；外部儲水池內(nèi)設(shè)置有消防水管，消防水管另一端與消防泵連接，溫度 傳感器與熱流傳感器分別與溫控儀表連接。
[0010] 熱流傳感器設(shè)置于測試樣管內(nèi)外壁對應(yīng)一致位置處，布置于測試樣管四等分中點(diǎn) 位置，并呈螺旋狀分布。
[0011] 接頭為塞狀尼龍棒，尼龍棒上部布置有密封圈。
[0012] 內(nèi)部循環(huán)水池設(shè)置有電加熱器。
[0013] 海洋復(fù)合軟管穩(wěn)態(tài)循環(huán)溫測裝置的保溫測試方法，其特征在于，具體步驟如下： ⑴、打開閥門，向測試樣管內(nèi)緩慢充入7jc，關(guān)閉閥門； ⑵、啟動電加熱器，對內(nèi)部循環(huán)水池進(jìn)行加溫； ⑶、打開閥門，啟動內(nèi)部管道泵，使測試樣管內(nèi)流體循環(huán)； ⑷、啟動消防泵與外部管道泵，使外部流體循環(huán)； (5) 、調(diào)整內(nèi)部循環(huán)水池溫度，使軟管內(nèi)流體溫度保持在軟管最高設(shè)計(jì)溫度85°C，循環(huán)2 小時； (6) 、加熱內(nèi)部循環(huán)水池，使測試樣管內(nèi)流體溫度達(dá)到高于軟管最高設(shè)計(jì)溫度的95°C; (7) 、將測試樣管吊出試驗(yàn)水池，迅速拆開連接法蘭，并用絕熱材料填充進(jìn)出水管，并做 密封處理，然后將測試樣管重新放入試驗(yàn)水池； ⑶、待測試樣管內(nèi)流體溫度降到軟管最高設(shè)計(jì)溫度85°C，開始計(jì)時，每隔一段時間記錄 一次； ⑶、待測試樣管內(nèi)流體溫度降到低于軟管最高設(shè)計(jì)溫度的50°C，停止試驗(yàn)。
[0014] (10)、通過內(nèi)、外循環(huán)保持測試樣管內(nèi)流體與外部環(huán)境溫度不變，內(nèi)、外流體處于穩(wěn) 態(tài)傳熱狀態(tài)，單位時間內(nèi)通過試驗(yàn)樣管壁面的熱流量不變，根據(jù)傅里葉定律推導(dǎo)得出，對一 維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)，熱流密度q:
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 海洋復(fù)合軟管穩(wěn)態(tài)循環(huán)溫測裝置，其特征在于：設(shè)有測試樣管、接頭、溫度傳感器、 熱流傳感器、循環(huán)水管、內(nèi)部管道泵、外部管道泵、外部儲水池、內(nèi)部循環(huán)水池、試驗(yàn)水池、消 防泵、消防水管，其中測試樣管設(shè)置有熱流傳感器，測試樣管兩端連接有接頭，接頭與測試 樣管過盈配合，接頭設(shè)置有循環(huán)水管通道與溫度傳感器通道，循環(huán)水管通道內(nèi)設(shè)置有循環(huán) 水管，循環(huán)水管設(shè)置有調(diào)節(jié)閥門與連接法蘭，溫度傳感器通道內(nèi)設(shè)置有溫度傳感器，溫度傳 感器插入于軟管內(nèi)部，測試樣管端部澆筑有環(huán)氧樹脂；測試樣管位于試驗(yàn)水池支架上部，試 驗(yàn)水池兩端設(shè)置有溫度傳感器，測試樣管端部通過循環(huán)水管與內(nèi)部循環(huán)水池連接，該連接 段循環(huán)水管設(shè)置有內(nèi)部管道泵；試驗(yàn)水池與外部儲水池通過循環(huán)水管連接，該連接段循環(huán) 水管設(shè)置有外部管道泵；外部儲水池內(nèi)設(shè)置有消防水管，消防水管另一端與消防泵連接，溫 度傳感器與熱流傳感器分別與溫控儀表連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋復(fù)合軟管穩(wěn)態(tài)循環(huán)溫測裝置，其特征在于：熱流傳感器 設(shè)置于測試樣管內(nèi)外壁對應(yīng)一致位置處，布置于測試樣管四等分中點(diǎn)位置，并呈螺旋狀分 布。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋復(fù)合軟管穩(wěn)態(tài)循環(huán)溫測裝置，其特征在于：接頭為塞狀 尼龍棒，尼龍棒上部布置有密封圈。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海洋復(fù)合軟管穩(wěn)態(tài)循環(huán)溫測裝置，其特征在于：內(nèi)部循環(huán)水 池設(shè)置有電加熱器。
5. -種采用如權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的海洋復(fù)合軟管穩(wěn)態(tài)循環(huán)溫測裝置的保溫 測試方法，其特征在于，具體步驟如下： ⑴、打開閥門，向測試樣管內(nèi)緩慢充入水，關(guān)閉閥門； ⑵、啟動電加熱器，對內(nèi)部循環(huán)水池進(jìn)行加溫； ⑶、打開閥門，啟動內(nèi)部管道泵，使測試樣管內(nèi)流體循環(huán)； ⑷、啟動消防泵與外部管道泵，使外部流體循環(huán)； (5) 、調(diào)整內(nèi)部循環(huán)水池溫度，使軟管內(nèi)流體溫度保持在軟管最高設(shè)計(jì)溫度85°C，循環(huán)2 小時； (6) 、加熱內(nèi)部循環(huán)水池，使測試樣管內(nèi)流體溫度達(dá)到高于軟管最高設(shè)計(jì)溫度的95°C ; ⑴、將測試樣管吊出試驗(yàn)水池，迅速拆開連接法蘭，并用絕熱材料填充進(jìn)出水管，并做 密封處理，然后將測試樣管重新放入試驗(yàn)水池； ⑶、待測試樣管內(nèi)流體溫度降到軟管最高設(shè)計(jì)溫度85°C，開始計(jì)時，每隔一段時間記錄 一次； ⑶、待測試樣管內(nèi)流體溫度降到低于軟管最高設(shè)計(jì)溫度的50°C，停止試驗(yàn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的海洋復(fù)合軟管穩(wěn)態(tài)循環(huán)溫測裝置的保溫測試方法，其特征在 于內(nèi)、外循環(huán)保持測試樣管內(nèi)流體與外部環(huán)境溫度不變，內(nèi)、外流體處于穩(wěn)態(tài)傳熱狀態(tài)，單 位時間內(nèi)通過試驗(yàn)樣管壁面的熱流量不變，根據(jù)傅里葉定律推導(dǎo)得出，對一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)， 熱流密度q :
其中：U為管內(nèi)壁溫度，1：,,,,2為管外壁溫度，fci為傳熱系數(shù)，q為熱流密度。
【專利摘要】本發(fā)明涉及海洋復(fù)合軟管穩(wěn)態(tài)循環(huán)溫測裝置及保溫測試方法，通過在外部循環(huán)水環(huán)境中進(jìn)行試驗(yàn)，模擬海底的實(shí)際情況，使得海底復(fù)合軟管的試驗(yàn)環(huán)境更加接近實(shí)際使用環(huán)境。測試樣管在端部絕熱的處理上，在達(dá)到密封的前提下對軟管端部進(jìn)行有效的絕熱，其中端部的放熱量不高于管壁放熱量的5%。測試樣管外加循環(huán)恒溫水，可有效保證管外溫度不變，符合實(shí)際使用環(huán)境。測試方法無需測量總熱量值，只需測量溫度和熱流密度，且相關(guān)參數(shù)的測量時間靈活，可有效避免總熱量測量的誤差。
【IPC分類】G01M99-00, G01N25-18, G01D21-02
【公開號】CN104655669
【申請?zhí)枴緾N201310586836
【發(fā)明人】王翎羽, 王炳明, 楊強(qiáng), 李蘭, 胡亞楠, 魯成林
【申請人】天津市海王星海上工程技術(shù)股份有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2013年11月20日