本實用新型涉及的是用于評價含蠟原油管輸過程中流場剪切效應(yīng)對蠟沉積影響的試驗裝置，具體涉及的是一種評價管輸剪切效應(yīng)對蠟沉積影響的試驗裝置。

背景技術(shù)：
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含蠟原油管輸過程中，作為原油中蠟質(zhì)主要組成的重鏈烷烴和一些環(huán)烷烴，將在體系溫度低于析蠟點溫度時從原油相中不斷析出、結(jié)晶，并粘附在與其自身存在溫差的管壁上，進而提供結(jié)晶核心而在管道沿線不斷形成蠟沉積層。原油管道中蠟質(zhì)組分的析出、交聯(lián)、結(jié)晶、沉淀所形成的這種沉積將增加管輸壓降、降低流速、提高運行成本，并導(dǎo)致一些生產(chǎn)操作問題的出現(xiàn)，如原油管輸過程中在管線初凝前或初凝時未及時采取措施，隨著溫度的進一步降低，蠟晶空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)強度將進一步增加，此時若管道所能提供的最大剪切力不能克服該強度，就會發(fā)生凝管事故。因此，開展原油管道蠟沉積影響因素及作用機制等方面的研究一直以來是石油工業(yè)研究的熱點問題。對于這一蠟沉積過程的機理，普遍提出其主要涉及到分子擴散和剪切彌散的綜合作用，且前者在蠟沉積過程中占據(jù)主導(dǎo)作用的觀點也形成了共識。然而，伴隨蠟沉積機理研究的不斷深入及蠟沉積動力學(xué)理論的發(fā)展，對于剪切效應(yīng)的作用機制已引起了廣泛關(guān)注，并發(fā)展了相關(guān)的理論解釋方法和實驗描述手段，但即便部分基于實驗研究的量化討論（Huang Qiyu（黃啟玉），Li Li（李立），Oil & Gas Storage and Transportation（油氣儲運），2002，21（12）：30～33），其試驗裝置也是控制了油壁不存在溫差而完全消除了分子擴散作用的影響，而實際含蠟原油管輸過程中的結(jié)蠟外因是水動力條件和熱力條件等的共同作用。因此，開發(fā)具有管輸油壁溫差、未消除分子擴散作用，但可控制其傳熱效應(yīng)一致，也就是分子擴散作用存在但在管輸過程中等效的試驗裝置，進而用以評價剪切效應(yīng)對蠟沉積的影響，無疑是再現(xiàn)含蠟原油管輸過程中真實蠟沉積情況的科學(xué)與有效手段，對于可靠描述含蠟原油管輸蠟沉積規(guī)律，以及促進含蠟原油流動保障工藝技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用均具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本實用新型的目的是提供一種評價管輸剪切效應(yīng)對蠟沉積影響的試驗裝置，這種評價管輸剪切效應(yīng)對蠟沉積影響的試驗裝置用于解決現(xiàn)有蠟沉積試驗裝置在評價剪切效應(yīng)影響時只能控制油壁不存在溫差而消除分子擴散的作用、尤其是忽略了原油管輸結(jié)蠟外因是密切于水動力條件和熱力條件的相關(guān)問題。

本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：這種評價管輸剪切效應(yīng)對蠟沉積影響的試驗裝置包括含蠟原油儲罐、蛇形管道、階梯式程控浴槽、螺桿泵、自動控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，含蠟原油儲罐罐壁設(shè)置內(nèi)嵌式螺旋恒溫加熱盤管，罐體內(nèi)設(shè)置攪拌裝置，含蠟原油儲罐底部通過螺桿泵連接蛇形管道的起始端，蛇形管道的終端連接至含蠟原油儲罐上部；階梯式程控浴槽具有等規(guī)格于蛇形管道每一迂回輪廓的多個集控單元，蛇形管道的每一個迂回段置于階梯式程控浴槽的各集控單元中，且沿程蛇形管道的所述迂回段間隔設(shè)有溫度傳感器和壓力傳感器，蛇形管道的起始端和終端均設(shè)置有流量計；內(nèi)嵌式螺旋恒溫加熱盤管、攪拌裝置、螺桿泵、流量計、溫度傳感器、壓力傳感器及階梯式程控浴槽均連接到自動控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

上述方案中螺桿泵的電機采用變頻器控制，實現(xiàn)按試驗所需的轉(zhuǎn)速運行。

上述方案中階梯式程控浴槽還包括加熱系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、多段式程序溫控儀、內(nèi)循環(huán)泵，能夠結(jié)合不同工況流動中對含蠟原油的溫度監(jiān)測，設(shè)置不同程度的升、降溫斜率，還能通過多段式程序溫控儀及內(nèi)置的內(nèi)循環(huán)泵控制各集控單元的溫度，保證油壁溫差的一致。

上述方案中溫度傳感器和壓力傳感器連接處設(shè)有旁通管道，實現(xiàn)對試驗過程中傳感器的方便更換和清洗。

上述方案中蛇形管道穿越相應(yīng)的集控單元處采用O型圈徑向密封，保證各集控單元浴溫的獨立控制。

本實用新型具有以下有益效果：

本實用新型與已有評價剪切效應(yīng)的蠟沉積試驗裝置相比，既避免了油壁間零溫差的構(gòu)建，也就是分子擴散效應(yīng)的消除，同時采用階梯式的溫度控制可保證試驗管道傳熱效應(yīng)一致，也就是分子擴散作用存在但在管輸過程中等效，從而實現(xiàn)對剪切效應(yīng)影響蠟沉積的科學(xué)評價。

2、本實用新型與已有評價剪切效應(yīng)的蠟沉積試驗裝置相比，采用蛇形管道代替環(huán)道，既能夠充分再現(xiàn)含蠟原油實際復(fù)雜管網(wǎng)的布置，又便于和階梯式程控浴槽的集控單元相匹配而對沿程同級別油壁溫差進行精準(zhǔn)控制。

3、本實用新型采用變頻器控制螺桿泵，既能夠?qū)崟r調(diào)節(jié)寬范圍的流速、改變流場剪切強度、獲得不同程度的流場剪切效應(yīng)，進而試驗研究剪切效應(yīng)對蠟沉積的影響，又能保證試驗的安全性和自動化。

4、本實用蛇形管道沿程每一個迂回段設(shè)置溫度傳感器和壓力傳感器有益于含蠟原油管輸穩(wěn)定流動工況的實時監(jiān)測與調(diào)節(jié)控制。

5、本實用新型通過自動控制和數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)對含蠟原油溫度、流速、油壁溫差及壓降的調(diào)節(jié)、控制、記錄與顯示，取得高的自動化程度。

6、本實用新型具有原理明確、結(jié)構(gòu)簡單、操作維護方便、安全、自動化程度高、適應(yīng)于寬范圍流速改變下試驗研究剪切效應(yīng)對一定物性原油管輸蠟沉積行為影響的優(yōu)點，將有效解決作用于管輸結(jié)蠟的水動力條件和熱力條件二者予以兼顧的難題，保障剪切效應(yīng)對蠟沉積影響的可靠反映與評價，同時，有益于含蠟原油管道流動保障工藝技術(shù)的的多元化發(fā)展與應(yīng)用。

附圖說明

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

1.含蠟原油儲罐，2.蛇形管道，3.階梯式程控浴槽，4.螺桿泵，5.流量計，6.溫度傳感器，7.壓力傳感器，8.自動控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，9.集控單元，10.旁通管道，11.內(nèi)嵌式螺旋恒溫加熱盤管，12.制冷系統(tǒng)，13.攪拌裝置，14.排液閥；15.內(nèi)循環(huán)泵。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步的說明：

如圖1所示，這種評價管輸剪切效應(yīng)對蠟沉積影響的試驗裝置包括含蠟原油儲罐1、蛇形管道2、階梯式程控浴槽3、螺桿泵4、流量計5、自動控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8。含蠟原油儲罐1在承接外來含蠟原油樣品后，其底部距罐底1/8的位置連接于螺桿泵4入口，上部距罐頂1/4的位置與蛇形管道2的終端相接，以保證來油穩(wěn)定泵入試驗系統(tǒng)，并實現(xiàn)其再次接收、循環(huán)，并且在儲罐中通過內(nèi)嵌式螺旋恒溫加熱盤管11和攪拌裝置13來控溫，攪拌裝置13為機械攪拌系統(tǒng)，保證外來含蠟原油的升溫及其維溫均勻性。為了調(diào)節(jié)并控制原油管輸過程的剪切強度，螺桿泵4采用變頻器控制電機，以按試驗所需的轉(zhuǎn)速運行，進而獲得寬范圍的流速和剪切條件，且螺桿泵4的出口即為蛇形管道2的起始端。

所述的蛇形管道2，其每一個迂回段置于階梯式程控浴槽3的各集控單元9中，以實現(xiàn)各段油壁溫差的精準(zhǔn)控制，同時，蛇形管道2穿越集控單元9處采用O型圈徑向密封，保證各集控單元9浴溫的獨立控制。另外，為了監(jiān)測含蠟原油不同工況流動中的油溫和壓力，在蛇形管道2沿程的每一個迂回段相間設(shè)有溫度傳感器6和壓力傳感器7，其中油溫的監(jiān)測主要用于沿程油壁溫差的有效控制，而壓力的監(jiān)測正是用于確定各不同流速下沿程壓降變化所帶來管道有效流通面積的變化，也就是蛇形管道2因蠟沉積導(dǎo)致管徑的變化，從而反映管輸剪切效應(yīng)對蠟沉積的影響。除了基本的加熱系統(tǒng)，所述的階梯式程控浴槽3配設(shè)制冷系統(tǒng)12，且具有等規(guī)格于蛇形管道2每一迂回輪廓的多個集控單元9，便于各迂回段整體置入而控制管壁溫度的需要，同時，每個集控單元9中內(nèi)置內(nèi)循環(huán)泵15，以通過實時循環(huán)滿足溫度的整體性和均勻性，且階梯式程控浴槽3相連于自動控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8，可設(shè)置不同程度的升、降溫斜率，并通過多段式程序溫控儀控制各集控單元9的溫度值，從而來保證流動沿程油壁溫差的一致，也就是在管輸蠟沉積過程中發(fā)揮等效的分子擴散作用。

為了實現(xiàn)對流速的監(jiān)測和流場剪切程度的再現(xiàn)，在蛇形管道2的起始端和終端配設(shè)流量計5，同時在所述的溫度傳感器6和壓力傳感器7連接處設(shè)有旁通管道10，以實現(xiàn)對試驗過程中傳感器的方便更換與清洗。試驗結(jié)束后含蠟原油儲罐1及蛇形管道2中的原油或清洗液從排液閥14排出。其中所述的內(nèi)嵌式螺旋恒溫加熱盤管11、攪拌裝置13、螺桿泵4、各流量計5、各溫度傳感器6、壓力傳感器7及階梯式程控浴槽3均連接到自動控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8，實現(xiàn)各種信號的控制、記錄與顯示，保證自動化程度。

本實用新型在進行蠟沉積試驗時，首先將一定物性的含蠟原油泵入含蠟原油儲罐1，打開自動控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)8，設(shè)定含蠟原油儲罐1的溫度，也就是油溫，并啟動內(nèi)嵌式螺旋恒溫加熱盤管11和機械攪拌系統(tǒng)，待油溫恒定后，檢查流程所有閥組的開度，開啟變頻控制的螺桿泵4及流量計5，以一定流速開始原油管輸循環(huán)，同步按照一定的油壁溫差（如3℃，6℃……）設(shè)置階梯式程控浴槽3的初始溫度，之后，根據(jù)管輸過程中蛇形管道2每一個迂回段的溫度傳感器6示值與階梯式程控浴槽3初始溫度之間存在的差別，開啟制冷系統(tǒng)12和內(nèi)循環(huán)泵15，分別調(diào)節(jié)、控制各集控單元9的溫度，使沿程各集控單元9中的油壁溫差一致；然后，通過壓力傳感器7示值監(jiān)測流動情況，采集流動穩(wěn)定后、也就是蠟沉積平衡后的沿程各節(jié)點壓力，可確定蠟沉積引起壓降變化所造成蛇形管道2管徑的變化，之后，設(shè)置階梯式程控浴槽3溫度高于原油溫度5~10℃，使管壁已沉積的蠟完全熔化；再次開啟變頻控制的螺桿泵4，以另一流速開始原油管輸循環(huán)，按照同樣的油壁溫差重復(fù)上述操作，采集該流速流動穩(wěn)定后相應(yīng)沿程的各節(jié)點壓力，同樣便可確定此流速下蠟沉積引起壓降變化所造成管徑的變化；如此重復(fù)過程，便可獲得同一油壁溫差、寬范圍不同流速下管輸沿程壓降的分布，反映分子擴散作用存在但等效條件下剪切效應(yīng)對管輸蠟沉積的影響；最后，通過排液閥14排出儲罐及管道中的原油，必要時可泵入清洗液循環(huán)清洗，并將廢液通過排液閥14排出。同時，本實用新型在具體實施中還可以按如上所述的過程獲得不同油壁溫差、不同流速下含蠟原油管輸沿程壓降的分布，多工況反映分子擴散作用存在但等效條件下剪切效應(yīng)對蠟沉積的影響，也可按如上所述的過程在零油壁溫差、也就是完全消除分子擴散作用的條件下試驗剪切效應(yīng)對蠟沉積的影響，發(fā)揮常規(guī)蠟沉積試驗裝置的功能。

本實用新型很好地解決了常規(guī)蠟沉積試驗裝置在研究剪切效應(yīng)影響時控制油壁不存在溫差而完全消除分子擴散作用這一有悖于實際結(jié)蠟作用機制的問題，在寬剪切強度實時可調(diào)的條件下，將傳熱效應(yīng)控制一致，也就是使分子擴散作用存在但在管輸過程中等效，來反映并評價剪切效應(yīng)對蠟沉積的影響，原理明確、裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作維護方便、自動化程度高，能夠集對結(jié)蠟外因水動力條件和熱力條件的充分考慮，保證含蠟原油物性及輸送工況差異下剪切效應(yīng)對蠟沉積影響的科學(xué)評價，便于單相流及多相流蠟沉積試驗推廣應(yīng)用。