集气管道出砂冲蚀监测装置研究

发布时间：2017-07-20 17:07

  本文关键词：集气管道出砂冲蚀监测装置研究

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【摘要】：油气开采与集输过程中往往会不可避免地携砂,这将加速油气管道弯头、阀门等管件的冲蚀磨损,甚至造成穿孔爆管.并对生产管理人员安全、油气正常生产以及周围环境都将构成极大的威胁。如何能够准确、实时地监测管道出砂情况,确定含固流体管道运行参数,减小颗粒冲蚀磨损的危害,仍然是制约油气田进一步发展的主要问题。虽然国外有基于电阻法监测油气管道出砂与冲蚀磨损的成熟产品,但是这些产品均受国外知识产权保护,其价格昂贵、维修调校不便,且国内至今尚无类似的工业产品,因此非常有必要开发具有我国知识产权的出砂冲蚀监测装置,并为其进一步工业化提供理论和技术支撑。本研究设计并搭建了管道冲蚀模拟实验装置,提出了基于电桥平衡法的出砂冲蚀监测理论模型,研究了304不锈钢直角弯头的最大冲蚀角,并以探针冲蚀量为基础建立预测弯头最大冲蚀速率的数学模型：比选确定以康铜6J40合金与304不锈钢分别作为样机传感元件和支承壳体.完成了样机结构设计、电路设计和相应软件开发,分析确定了样机的绝缘方式、供电方式与稳压方式,并逐步对样机硬件系统、软件系统和信号接收进行调试；室内实验分析了温度、气流速度、电解质溶液对传感器输出信号的影响,并进行了一系列的出砂监测原理模型验证实验,评价样机正面与反面监测出砂量与冲蚀损耗量的性能,结合正交设计实验考察出砂量、砂粒速度以及砂粒粒径对样机出砂监测误差的影响。研究结果表明：直角弯头的最大冲蚀角约为55。,基于探针平均冲蚀速率与弯头最大冲蚀速率的关系模型的预测误差为-2.35%-0.488%；样机采用恒压脉冲方式供电、以MIC29502稳压器稳压、利用双层聚酰亚胺薄膜并辅助高温胶绝缘,可实现出砂量与冲蚀损耗量的可靠监测,并针对可能的干扰因素进行测试分析,发现温度、气流速度、电解质溶液对样机输出信号的影响相对较小,即样机基本不受物理或环境因素的干扰；验证了基于电桥平衡法的出砂/冲蚀监测理论模型的正确,无论采用样机的正面还是反面,都能相对准确地监测出砂量,样机出砂量监测误差为-8.9%-7.5%,冲蚀量监测精度为±7.14 nm；正交实验测试的样机性能与验证阶段基本一致,对出砂监测误差影响最大的是砂粒速度,其次是出砂量,砂粒粒径的影响最小,其出砂量监测下限为0.08 g/s。
【关键词】：集气管道 出砂量 冲蚀量 电阻法 监测探针
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE973.6
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-25
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-22
• 1.2.1 声波法出砂监测10-12
• 1.2.2 电阻法出砂监测12-19
• 1.2.3 冲蚀理论模型19-22
• 1.3 存在的主要问题22
• 1.4 主要研究内容22-23
• 1.5 研究技术路线23
• 1.6 本文创新点23-25
• 第2章 样机监测原理设计25-38
• 2.1 样机监测理论模型25-28
• 2.2 确定弯头的最大冲蚀角28-34
• 2.2.1 实验方法28-30
• 2.2.2 结果与讨论30-34
• 2.3 建立弯头最大冲蚀速率与探针平均冲蚀速率之间的关系34-36
• 2.4 本章小结36-38
• 第3章 样机传感元件材料选取38-47
• 3.1 材料耐冲蚀性能测试过程38-40
• 3.1.1 探针材料38-39
• 3.1.2 测试装置39
• 3.1.3 测试方法39-40
• 3.2 材料耐冲蚀性能评价40-45
• 3.2.1 表面形态40-41
• 3.2.2 质量损失41-43
• 3.2.3 壁厚损失43-44
• 3.2.4 棱的损失44-45
• 3.3 不同传感元件材料输出信号稳定性测试45-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 样机整体设计47-56
• 4.1 样机结构设计47-50
• 4.1.1 样机探头一体化结构设计47-48
• 4.1.2 样机探头结构设计48-49
• 4.1.3 样机结构整体设计49-50
• 4.2 电路设计50-52
• 4.2.1 设计要求50
• 4.2.2 单元电路设计与元器件的选择50-52
• 4.3 软件设计52-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第5章 样机加工与系统调试56-63
• 5.1 传感元件与支撑体加工56
• 5.2 绝缘方式选择56-58
• 5.3 供电方式选择58-59
• 5.3.1 恒流供电58
• 5.3.2 恒压供电58-59
• 5.4 稳压器选择59-60
• 5.4.1 LT1764A稳压器59-60
• 5.4.2 MIC29502稳压器60
• 5.5 样机系统调试60-62
• 5.5.1 硬件系统调试60-62
• 5.5.2 软件系统调试62
• 5.6 本章小结62-63
• 第6章 样机监测原理验证及其性能测试63-78
• 6.1 样机输出信号的干扰因素分析63-67
• 6.1.1 温度的影响63-65
• 6.1.2 气体流速的影响65-66
• 6.1.3 电解质溶液的影响66-67
• 6.2 验证出砂监测原理模型67-73
• 6.2.1 实验条件下出砂量及冲蚀速率监测理论模型67-68
• 6.2.2 初始单次出砂监测68-70
• 6.2.3 多次出砂监测70-72
• 6.2.4 样机旋转180°后出砂监测72-73
• 6.3 正交实验设计测试样机性能73-75
• 6.4 误差分析及完善建议75-77
• 6.5 本章小结77-78
• 第7章 结论与建议78-80
• 7.1 主要研究结论78
• 7.2 下一阶段工作建议78-80
• 致谢80-81
• 参考文献81-87
• 附录87-100
• 附图187-88
• 附图288-89
• 附图389-90
• 附图490-91
• 附图591-92
• 附图692-93
• 附图793-94
• 附图894-95
• 附图995-96
• 附图1096-97
• 附图1197-98
• 附图1298-99
• 附图1399-100
• 攻读硕士期间发表的学术论文及科研情况100

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本文编号：569055