本发明专利技术公开了一种天然气内流场测试用示踪粒子加注装置及加注方法。该示踪粒子加注装置包括粒子发生单元和粒子加注单元；粒子发生单元包括混合腔，混合腔设置有示踪剂添加口、进气口和出气口；粒子加注单元包括环道组合加注模块、天然气分流器和加注管线；环道组合加注模块的两端分别与上下游天然气管道连接，具有环形侧壁，且其内径与天然气管道的内径一致；环形侧壁上均匀设置有三个以上加注喷嘴，加注喷嘴的出口端面与天然气管道的内壁面齐平，出口方向与所在环形侧壁处切线垂直，并朝向环形内部；天然气分流器的上游一端与混合腔的出气口连通，下游一端通过加注管线分别与加注喷嘴连通；每个加注喷嘴对应的加注管线上均设置有截止阀。设置有截止阀。设置有截止阀。
【技术实现步骤摘要】
一种天然气内流场测试用示踪粒子加注装置及加注方法
[0001]本专利技术涉及天然气
，具体涉及一种天然气内流场测试用示踪粒子加注装置及加注方法。
技术介绍
[0002]在利用激光测量天然气管道中气体流速和流场变化时，需要在天然气管道中添加示踪粒子。示踪粒子在管道中跟随气体流动，其位置坐标被高速摄像机捕捉并记录下来，然后通过相应的算法可获得粒子的运动速度，进一步推算出气体在管道中的流动状态与速度。现有的粒子加注装置均为外置设备，并通过高压管线与天然气主管道连接，然后利用主管道壁面或内部管道完成示踪粒子加注，在实际应用过程中存在几个突出问题：
①
普通粒子加注装置没有考虑到高压天然气测试环境，没有考虑安全防爆因素。天然气区别于液相和一般气相，示踪粒子在加注过程和流动过程中严禁产生大量静电；
②
由于天然气无色且密度小于空气，需要示踪粒子同时具有良好的跟随性和显影性，而跟随性和显影性两个指标本身是互斥的，需要合理设计喷口口径；
③
管道外壁面单点加注，示踪粒子大量附着于对侧管壁，不仅造成示踪粒子二次耗损，而且会导致下游透明测试管段快速积液，严重干扰激光测速，并且需要频繁对高压管道进行卸压并拆卸清洗；
④
普通粒子加注装置加注口深入管道内部，会显著地干扰高压天然气流动中涡量场、湍流强度等数据测试。这几个问题导致天然气管道内流场测试过程中加注效果差，测试数据准确度低。
[0003]因此，设计一种新的天然气管道内示踪粒子加注方法，解决传统方法中示踪剂损耗大但利用率低，加注效果差，测试数据准确度低，外部加注装置结构复杂、体积庞大且操作不便的问题，对于提高光学法测量天然气管道内流场的技术水平，具有十分重要的意义。
[0004]专利申请CN201911171167.3公开了一种可就地校准加药量的气田用加药系统，包括进泵管、泵、输药管、流量计、标定筒、引压口、三通、出药阀；所述进泵管与泵连接相通；所述泵与输药管连接相通，所述输药管上设置流量计；所述标定筒上部设置引压口,下部通过三通分别与输药管、出药阀连接相通。该气田用加药系统能够有效解决加药系统的加药流量计量、调整、控制、偏流难题，能够节省加药量。
[0005]专利申请CN202010026975.7公开了一种自动加药装置，包括滴注罐、引压口、气体连通管、液位计、出药三通、高压流量计、出药管；所述滴注罐顶部设置引压口；所述滴注罐底部与出药管一端连接相通；所述出药管另一端与出药三通侧面接口连接相通；所述出药三通上部接口与液位计底部接口连接相通；所述出药三通下部接口与高压流量计进口连接相通；所述高压流量计是高压齿轮流量计、超声波流量计、高压涡轮流量计、高压金属管浮子流量计或转子流量计的任意一种。该自动加药装置也能够有效解决天然气流道的加药流量计量、调整、控制、偏流难题，能够节省加药量，能够一罐多用，能够满足生产要求。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于提供一种天然气内流场测试用示踪粒子加注装置及加注方法。
本专利技术极大地丰富和改进了示踪粒子的加注方式，并且提高了光学法测量天然气管道内流场的测试准确度。
[0007]为了实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]本专利技术一方面提供一种天然气内流场测试用示踪粒子加注装置，其中，该示踪粒子加注装置包括粒子发生单元和粒子加注单元；
[0009]所述粒子发生单元包括混合腔，所述混合腔设置有示踪剂添加口、进气口和出气口；
[0010]所述粒子加注单元包括环道组合加注模块、天然气分流器和加注管线；
[0011]所述环道组合加注模块的两端分别与上游天然气管道和下游天然气管道连接；所述环道组合加注模块具有环形侧壁，且其内径与天然气管道的内径一致；所述环形侧壁上均匀设置有三个以上加注喷嘴，并且所述加注喷嘴的出口端面与天然气管道内壁面齐平，避免加注口深入管道内部，显著地干扰高压天然气流动中涡量场、湍流强度等数据测试，所述加注喷嘴的出口方向与所在环形侧壁处切线垂直，并朝向环形内部；
[0012]所述天然气分流器的上游一端与所述混合腔的出气口连通，下游一端通过加注管线分别与所述加注喷嘴连通；每个所述加注喷嘴对应的加注管线上均设置有截止阀。
[0013]根据本专利技术的示踪粒子加注装置，优选地，所述加注喷嘴设计口径为6mm，可形成粒径范围0.1μm～5μm的微米级气溶胶液粒，应用于高压天然气管道测试过程中可以最大程度的平衡好示踪粒子的跟随性和显影性。考虑到高压天然气测试环境需要确保安全防爆，示踪粒子在加注过程和流动过程中严禁产生大量静电，因此不能选择固相微粒示踪剂，本专利技术优选癸二酸二辛脂作为示踪粒子，癸二酸二辛脂经过喷嘴雾化后可以形成微米级气溶胶液粒，同时具备优秀的跟随性和显影性。
[0014]通过所述示踪剂添加口向所述混合腔中添加示踪剂，然后通过所述进气口向混合腔中充入指定气体，与所述示踪剂混合，并将混合腔内压力提升至工作压力；之后混合气体通过所述出气口输出，通过天然气分流器分流进入各加注管线。本专利技术的环道组合加注模块可直接连接在天然气管道上，其环形侧壁上均匀分布多个加注喷嘴，并配套设置有止逆阀，因此，可以通过控制止逆阀的开关实现多种空间组合的粒子加注方式。例如，单点加注、多点轴对称加注、多点非轴对称加注、多点中心对称加注、多点中心非对称加注等，极大地丰富和改进了示踪粒子加注方式，提升了科学研究和现场应用的实验效率。
[0015]根据本专利技术的示踪粒子加注装置，优选地，所述加注管线在截止阀远离加注喷嘴的一侧设置有压力传感器，用以实时监测各加注位点的压力。
[0016]根据本专利技术的示踪粒子加注装置，优选地，所述压力传感器的精度为
±
0.1MPa。
[0017]根据本专利技术的示踪粒子加注装置，优选地，所述环道组合加注模块的两端分别与上游天然气管道和下游天然气管道通过螺纹或者法兰等形式连接。
[0018]根据本专利技术的示踪粒子加注装置，优选地，所述加注喷嘴的数量≥4；例如优选实施例中的6个。
[0019]根据本专利技术的示踪粒子加注装置，优选地，所述混合腔为不锈钢釜体。
[0020]根据本专利技术的示踪粒子加注装置，优选地，所述不锈钢釜体的最大承压为10MPa。
[0021]本专利技术另一方面提供一种天然气内流场测试用示踪粒子加注方法，其中，该示踪粒子加注方法使用上述的示踪粒子加注装置。
[0022]根据本专利技术的示踪粒子加注方法，优选地，所述示踪粒子加注方法包括：
[0023]通过所述示踪剂添加口向所述混合腔内添加示踪剂，加注完毕后关闭示踪粒子添加口，打开所述进气口，向混合腔内注入天然气；
[0024]混合有示踪剂的天然气通过所述天然气分流器到达所述环道组合加注模块，使各加注点位与天然气管道内产生正压差，并且保持稳定；
[0025]待压力稳定后，按照设计的加注方式打开相应的截止阀，控制所述混合有示踪剂的天然气通过选定的加注喷嘴雾化后本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种天然气内流场测试用示踪粒子加注装置，其中，该示踪粒子加注装置包括粒子发生单元和粒子加注单元；所述粒子发生单元包括混合腔，所述混合腔设置有示踪剂添加口、进气口和出气口；所述粒子加注单元包括环道组合加注模块、天然气分流器和加注管线；所述环道组合加注模块的两端分别与上游天然气管道和下游天然气管道连接；所述环道组合加注模块具有环形侧壁，且其内径与天然气管道的内径一致；所述环形侧壁上均匀设置有三个以上加注喷嘴；所述加注喷嘴的出口端面与环形侧壁的内壁面齐平，出口方向与所在环形侧壁处切线垂直，并朝向环形内部；所述天然气分流器的上游一端与所述混合腔的出气口连通，下游一端通过加注管线分别与所述加注喷嘴连通；每个所述加注喷嘴对应的加注管线上均设置有截止阀。2.根据权利要求1所述的示踪粒子加注装置，其中，所述加注喷嘴的口径为6mm。3.根据权利要求1所述的示踪粒子加注装置，其中，所述示踪粒子为癸二酸二辛脂。4.根据权利要求1所述的示踪粒子加注装置，其中，所述加注管线在截止阀远离加注喷嘴的一侧设置有压力传感器。5.根据权利要求4所述的示踪粒子加注装置，其中，所述压力传感器的精度为
±
0.1MPa。6.根据权利要求1所述的示踪粒子加注装置，其中，所述环道组合加注模块的两端分别与上游天然气管道和下游天然气管道通过螺纹或者法兰的形式连接。7.根据权利要求1所述的示踪粒子加注装置，其中，所述加注喷嘴的...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱奕龙，陈荟宇，郭绪明，刘丁发，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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