精准实现二氧化碳管道杂质配比的加注装置及加注方法与流程

本发明涉及co2管道工程，具体涉及一种精准实现二氧化碳管道杂质配比的加注装置及加注方法。

背景技术：

1、目前，国内碳捕获ccus技术发展还不成熟，大规模商业化的超临界co2管道较为欠缺，仅有部分油田为了提高原油采收率而建设的短距离、小口径输送co2管道。所以，亟需开展大规模工业级co2管道相关实验，研究管道安全运行规律和泄漏后果分析等重要内容，为国家co2管道建设提供指导。然而，由于管输介质中的杂质含量较小，如何在工业级实验装置中制备含杂质超临界co2流体介质，进而能够准确实现特定压力和温度的实验工况是目前亟需解决的难题。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有技术存在技术问题的一种或几种，提供了一种精准实现二氧化碳管道杂质配比的加注装置及加注方法。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种精准实现二氧化碳管道杂质配比的加注装置，包括主管道、杂质气瓶、二氧化碳气源容器、加注泵、台秤、地磅、杂质加注管路和二氧化碳加注管路，所述杂质加注管路和二氧化碳加注管路的一端分别与所述主管道连通，所述杂质加注管路的另一端与所述杂质气瓶连通，所述二氧化碳加注管路的另一端与所述二氧化碳气源容器连通，所述杂质加注管路上设有第一阀门和第一减压阀，所述二氧化碳加注管路上设有加注泵、第二阀门和第三阀门，所述杂质气瓶设置在台秤上，所述二氧化碳气源容器设置在地磅上。

3、本发明的有益效果是：本发明的加注装置能够实现不同工况二氧化碳管道实验所需不同杂质种类、含量的精准加注。

4、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

5、进一步，所述第二阀门和第三阀门分别设置在所述加注泵的上游和下游。

6、进一步，所述第一阀门设置在所述第一减压阀的下游。

7、进一步，所述主管道上连接有总输入管路，所述杂质加注管路和二氧化碳加注管路的一端均与所述总输入管路连通，所述总输入管路上设有第四阀门。

8、进一步，还包括二氧化碳气瓶和吹扫管路，所述吹扫管路的一端与二氧化碳气瓶连通，所述吹扫管路的另一端与所述主管道连通。

9、采用上述进一步方案的有益效果是：可在加注前对主管道进行吹扫。

10、进一步，所述吹扫管路上设有第二减压阀和第五阀门。

11、进一步，所述主管道上还连接有泄压管路，所述泄压管路上设有第六阀门。

12、进一步，所述主管道外包覆有电加热层，所述电加热层外包覆有保温层，所述主管道上还设有温度传感器和压力传感器，所述电加热层和压力传感器分别与pid控制系统电连接。

13、采用上述进一步方案的有益效果是：可通过pid控制系统监测主管道内的压力值和压力升高速率，电加热层自控温集成于pid控制系统，加热初级阶段会采用大功率加热，当压力值接近实验所需压力值时，pid控制系统自动降低加热功率，甚至停止加热，直至主管道内的温度、压力达到指定工况。

14、精准实现二氧化碳管道杂质配比的加注方法，采用上述加注装置实现，包括以下步骤：

15、指定工况下既需要加注二氧化碳，又需要添加杂质时：

16、s1，指定工况下需添加杂质质量为△m杂质时，先将台秤进行调零，并将杂质气瓶放置在台秤上，记录杂质气瓶的初始重量m杂质_0，调节第一减压阀至第一预设压力，打开第一阀门，打开杂质气瓶进行杂质充装，时刻关注台秤示数变化，当杂质气瓶的初始重量m杂质_0与充装过程中台秤示数m杂质_1的差值(m杂质_0－m杂质_1)等于添加杂质质量△m杂质时，关闭杂质气瓶，同时关闭第一阀门和第一减压阀；

17、s2，指定工况下需加注二氧化碳质量为△mco2时，先将地磅进行清零，再将二氧化碳气源容器放置在地磅上，记录二氧化碳气源容器的初始重量mco2_0，打开第二阀门和第三阀门，开启加注泵进行二氧化碳加注，时刻关注地磅示数变化，当二氧化碳气源容器的初始重量mco2_0与加注过程中地磅示数mco2_1的差值(mco2_0－mco2_1)等于加注二氧化碳质量△mco2时，关闭第二阀门和第三阀门；

18、指定工况下不需要添加杂质，只需加注二氧化碳时，只进行s2即可。

19、本发明的有益效果是：本发明的加注方法，能够在大型工业级超临界co2实验装置上实现不同压力、温度条件下的多种杂质种类和含量的精准加注。

20、进一步，指定工况下需添加杂质质量△m杂质＝α杂质ρ混合_工况v1+ρ杂质_加注v2，其中，α杂质为第一预设质量分数，ρ混合_工况为指定工况下二氧化碳与杂质混合物的密度，ρ杂质_加注为加注过程中杂质的密度，v1为主管道体积，v2为杂质加注过程流经路径的体积；指定工况下需加注二氧化碳质量△mco2＝αco2ρ混合_工况v1+ρco2_加注(v2+v3)-ρco2_常温常压×v1，其中，αco2为第二预设质量分数，ρ混合_工况为指定工况下二氧化碳与杂质混合物的密度，ρco2_加注为加注过程中二氧化碳的密度，ρco2_常温常压为常温常压下二氧化碳的密度，v1为主管道体积，v2为二氧化碳加注过程流经路径的体积，v3为加注泵泵腔的体积。

21、采用上述进一步方案的有益效果是：可根据指定工况需要预先计算好需加注的杂质质量以及二氧化碳质量，方便后续系统操作。

22、进一步，还包括s3，主管道上设有电加热层、温度传感器和压力传感器，打开主管道上的电加热层，开启与所述电加热层电连接的pid控制系统，通过主管道上压力传感器反馈给pid控制系统的压力值实现控温启停以及控制电加热层的加热功率，直至所述主管道内的压力和温度达到指定工况要求的温度和压力。

技术特征：

1.精准实现二氧化碳管道杂质配比的加注装置，其特征在于，包括主管道、杂质气瓶、二氧化碳气源容器、加注泵、台秤、地磅、杂质加注管路和二氧化碳加注管路，所述杂质加注管路和二氧化碳加注管路的一端分别与所述主管道连通，所述杂质加注管路的另一端与所述杂质气瓶连通，所述二氧化碳加注管路的另一端与所述二氧化碳气源容器连通，所述杂质加注管路上设有第一阀门和第一减压阀，所述二氧化碳加注管路上设有加注泵、第二阀门和第三阀门，所述杂质气瓶设置在台秤上，所述二氧化碳气源容器设置在地磅上。

2.根据权利要求1所述精准实现二氧化碳管道杂质配比的加注装置，其特征在于，所述第二阀门和第三阀门分别设置在所述加注泵的上游和下游；所述第一阀门设置在所述第一减压阀的下游。

3.根据权利要求1所述精准实现二氧化碳管道杂质配比的加注装置，其特征在于，所述主管道上连接有总输入管路，所述杂质加注管路和二氧化碳加注管路的一端均与所述总输入管路连通，所述总输入管路上设有第四阀门。

4.根据权利要求1所述精准实现二氧化碳管道杂质配比的加注装置，其特征在于，还包括二氧化碳气瓶和吹扫管路，所述吹扫管路的一端与二氧化碳气瓶连通，所述吹扫管路的另一端与所述主管道连通。

5.根据权利要求4所述精准实现二氧化碳管道杂质配比的加注装置，其特征在于，所述吹扫管路上设有第二减压阀和第五阀门。

6.根据权利要求1所述精准实现二氧化碳管道杂质配比的加注装置，其特征在于，所述主管道上还连接有泄压管路，所述泄压管路上设有第六阀门。

7.根据权利要求1所述精准实现二氧化碳管道杂质配比的加注装置，其特征在于，所述主管道外包覆有电加热层，所述电加热层外包覆有保温层，所述主管道上还设有温度传感器和压力传感器，所述电加热层和压力传感器分别与pid控制系统电连接。

8.精准实现二氧化碳管道杂质配比的加注方法，其特征在于，采用权利要求1至7任一项所述加注装置实现，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述精准实现二氧化碳管道杂质配比的加注方法，其特征在于，指定工况下需添加杂质质量δm杂质＝α杂质ρ混合_工况v1+ρ杂质_加注v2，其中，α杂质为第一预设质量分数，ρ混合_工况为指定工况下二氧化碳与杂质混合物的密度，ρ杂质_加注为加注过程中杂质的密度，v1为主管道体积，v2为杂质加注过程流经路径的体积；指定工况下需加注二氧化碳质量δmco2＝αco2ρ混合_工况v1+ρco2_加注(v2+v3)-ρco2_常温常压×v1，其中，αco2为第二预设质量分数，ρ混合_工况为指定工况下二氧化碳与杂质混合物的密度，ρco2_加注为加注过程中二氧化碳的密度，ρco2_常温常压为常温常压下二氧化碳的密度，v1为主管道体积，v2为二氧化碳加注过程流经路径的体积，v3为加注泵泵腔的体积。

10.根据权利要求8所述精准实现二氧化碳管道杂质配比的加注方法，其特征在于，还包括s3，主管道上设有电加热层、温度传感器和压力传感器，打开主管道上的电加热层，开启与所述电加热层电连接的pid控制系统，通过主管道上压力传感器反馈给pid控制系统的压力值实现控温启停以及控制电加热层的加热功率，直至所述主管道内的压力和温度达到指定工况要求的温度和压力。

技术总结
本发明涉及精准实现二氧化碳管道杂质配比的加注装置及加注方法，加注装置包括主管道、杂质气瓶、二氧化碳气源容器、加注泵、台秤、地磅、杂质加注管路和二氧化碳加注管路，所述杂质加注管路和二氧化碳加注管路的一端分别与所述主管道连通，所述杂质加注管路的另一端与所述杂质气瓶连通，所述二氧化碳加注管路的另一端与所述二氧化碳气源容器连通，所述杂质加注管路上设有第一阀门和第一减压阀，所述二氧化碳加注管路上设有加注泵、第二阀门和第三阀门，所述杂质气瓶设置在台秤上，所述二氧化碳气源容器设置在地磅上。本发明的加注装置能够实现不同工况二氧化碳管道实验所需不同杂质种类、含量的精准加注。

技术研发人员：聂超飞,苗青,杨琦,欧阳欣,闫锋
受保护的技术使用者：国家石油天然气管网集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1