[發明專利]天然氣管道內粒子成像裝置

無效

• 申請號: 200810240036.1
• 申請日: 2008-12-17
• 公開（公告）號: CN101430221A
• 公開（公告）日: 2009-05-13
• 發明（設計）人: 郭緒明;段繼芹;文代龍;董守平;何敏;倪銳;陳薈宇;劉春艷;韋顏;陳琦
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司;中國石油集團工程設計有限責任公司;中國石油大學（北京）
• 主分類號: G01F25/00
• 分類號: G01F25/00;G01P5/00
• 代理公司: 北京市中實友知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 李玉明

技術領域

本發明涉及天然氣管道流量測試技術領域，特別涉及天然氣管道內粒子成像裝置，是一種天然氣管道內流場特性對流量計計量性能影響研究的裝置，是一種天然氣管道內流場特性對流量計計量性能影響粒子加注及其成像裝置。

背景技術

隨著計算機技術與圖像處理技術的快速發展，產生了粒子成像測速技術(PIV)。PIV技術的最大貢獻是突破了LDV(Laser?DopplerVelocity)激光多普勒測速儀等空間單點測量技術的局限性，既具備了單點測量技術的精度和分辨率，又能獲得平面流場顯示的整體結構和瞬態圖像，可在同一時刻記錄下整個流場的有關信息，并且可分別給出平均速度、脈動速度及應變率等，同時它還是一種非接觸式的測量方法。

目前，歐美發達國家一直很重視流量計上游管道中各阻流件(彎管、變徑管、閥門等)對流量計上游管段的流態分布及渦流對流量測量的影響研究，尤其是這些阻流件使流態分布規律產生畸變和渦流對流量測量的負面影響。80年代起日本、法國、英國已經開始利用PIV技術在液體與空氣方面進行了研究，取得了一些成就。但應用于天然氣計量研究，未見公開成果。目前，德國物理技術研究院(PTB)應用PIV技術在天然氣計量方面初步展開了研究，但未見公開報道。國內進行了許多天然氣計量宏觀方面研究，同時清華大學、北京石油大學等單位在液體可視化方面開展了PIV技術研究工作，但與天然氣流量計量相結合并在帶壓管道中開展計量研究在國內尚屬空白，也沒有天然氣管道內流場特性對流量計計量性能影響研究的裝置。

中國專利公開號為CN?101078773A，提供了一種“流場可視化方法及裝置”。流場可視化裝置是在平臺上裝有照相機、光源、遮光板，聚光鏡和盛粒子器皿。光源發出紅外線或紫外線光，通過遮光板和聚光鏡所形成的光束照射盛粒子器皿，粒子在流體介質中顯示其運動軌跡，通過照相機記錄其運動軌跡。該發明應用粒子加注裝置向天然氣管道加入5——10μm吸收不可見光(紅外或紫外)的粒子成像，使用數碼相機和激光光源，直接記錄粒子移動軌跡；省去了PIV系統的高速CCD和激光器及粒子相關性分析計算軟件。

發明內容

本發明的目的是：提供一種天然氣管道內粒子成像裝置，用粒子成像設備、透明管、粒子加注裝置，在中壓天然氣可視管段中進行粒子成像測試，粒子成像現場測試數據與數值模擬試驗，以獲得流態分布規律和流態是否畸變和渦流，根據試驗結果進行分析比對分析，找出天然氣計量管道內不同阻流件對流態及對流量計性能影響規律，作為現場使用中安裝的天然氣流量計不規范或某些使用條件發生變化后對流量計性能造成計量影響量的估計提供依據；正確指導現場流量計的選型、安裝、使用。

本發明采用的技術方案是：天然氣管道內粒子成像裝置，包括成像裝置、粒子加注裝置和粒子回收裝置。

成像裝置包括雙脈沖激光器、同步脈沖觸發器、雙曝光數碼相機、圖像采集卡和計算機。計算機連接雙曝光數碼相機和圖像采集卡，圖像采集卡連接同步脈沖觸發器并通過同步脈沖觸發器連接雙脈沖激光器。同步脈沖觸發器同時觸發雙脈沖激光器和數碼相機。雙脈沖激光器發出片光源照亮天然氣管道的透明管內的流場，用數碼相機對被照亮的透明管截面進行連續拍攝。同步脈沖觸發器保證雙脈沖激光器與數碼相機同步工作。計算機通過圖像采集卡讀入所拍圖像并對其進行分析處理，計算出所拍透明管內截面的流場特性參數。本領域技術人員能完成成像裝置，并利用粒子成像測速技術(PIV)完成流體測試。

其特征在于：粒子加注裝置包括氮氣瓶、高壓釜和噴嘴組成。氮氣瓶與高壓釜入口之間由管線連接；高壓釜出口與噴嘴之間由管線連接。噴嘴連接在天然氣管道上，并且噴嘴固定的位置在天然氣管道的管線進口端，即安裝的位置依次是天然氣管線進口端、噴嘴、透明管和管線出口端。天然氣首先經過管線進口端，到達噴嘴，從噴嘴流過后到達透明管，通過透明管后流入管線出口端。在管線出口端連接有粒子回收裝置。

所述的透明管包括有機玻璃管，在有機玻璃管內壁涂有吸光涂層。吸光涂層是熒光粉和透明環氧樹脂混合而成，采用真空鍍膜涂敷在有機玻璃管內壁，有機玻璃管的兩端固定有鋼制法蘭。采用法蘭將透明管連接在天然氣管道中間。

有機玻璃管可以采用離心澆鑄特制成Φ130×15的厚壁管，能承受最高壓力為4.0MPa。

為了提高粒子霧化程度，提高的成像效果，要求粒子均勻分布，粒徑在2μm～10μm之間。噴嘴有1個噴孔，噴孔的直徑在0.08～0.2mm之間。