一种基于管流试验环道的管道压力波速测试装置及方法

摘要

本发明涉及一种基于管流试验环道的管道压力波速测试装置及方法。测试装置包括管流试验环道装置、超声波速测试装置和计算装置，其中管流试验环道装置包括试验管道系统、数据采集系统和水浴循环系统，三部分协同运行共同完成管道不同运行工况的模拟。测试方法包括：测量油品粘度随温度变化的粘温曲线并确定反常点；确定站间管道沿程温度分布和剩余压力分布，并对站间管道分段；利用室内管流环道试验装置，基于单位体积流体能量耗散率相等的原则模拟实际管道的运行工况；利用超声波速测试装置测量模拟工况下的超声波速，建立实际管道运行工况下的超声波速数据库；确定分段后每段管道声速，结合管道参数计算分段后每段管道压力波速。

说明书

技术领域

本发明属于原油、成品油管道输送的技术领域，尤其涉及一种基于室内管流试验环道确定管道沿线压力波速的测试装置及方法。

背景技术

压力波传递速度，简称压力波速，是原油或成品油管道输送和瞬变动态特性分析中最为敏感和重要的参数之一。影响原油管道的压力波速的因素有很多，不仅与流体本身的物理性质有关，例如压力、温度、含气量等，而且与管道的几何参数、材料的机械性质及结构的支承方式等因素相关。因此，在现有技术中准确测定管道的压力波速具有一定的困难。

目前，压力波速主要通过直接测量法测量确定。直接测量法是利用压力传感器实时测量管道某一管段的压力脉动值，通过确定传递时间或谐振频率计算压力波速。其中，直接测量法中应用最为广泛的是谐振频率测量法和时差域测量法；谐振频率测量法是利用三个已确定好位置的脉动压力传感器测量管路系统中三个截面的脉动压力值，通过确定谐振频率计算压力波的传递速度；时差域测量法是用两个已知距离为L的脉动压力传感器测量其上游或下游某点压力脉动的压力波，测定压力波传递两个压力传感器的时间差Δt，最后根据两压力传感器之间的距离L和压力波的传播时间间隔相隔Δt计算得出压力波速。

压力波速的直接测量法的优点是简单易行。但是由于压力波速较快，要求两个压力传感器之间要间隔一定的距离，导致计算得出的压力波速是压力波在这两个压力传感器之间一定长度管段内传播速度的平均值。而在某些情况下，管道沿线某些位置处可能会存在气体空间，例如热油管道停输后，管内油品温度下降，油品体积收缩，在管道沿线某些高点或顶端的某此局部位置可能会形成气泡区，甚至形成气阻；此种情况下，压力波速直接测量法测得的压力波速值会出现严重误差，不能反映压力波传递的实际情况。

在实际工程中，管道内流体性质变化、管道的结构材质、厚度、其支撑方式的不同都会引起对应压力波速的变化。且对于含蜡原油和稠油，由于常温下流动性差，一般需采用加热输送。对于加热输送的热油管道，原油在加热站内被加热至一定温度后出站，沿管道流动至下一加热站的过程中油品温度不断降低；故前后两个加热站之间存在轴向温降，且轴向温降曲线为指数曲线。某些热油管道、加降凝剂输送管道、稠油管道，管道沿线油品温差可达40℃以上。对于含蜡原油，随着油品温度下降，蜡逐渐结晶析出并形成蜡晶小颗粒悬浮于原油中，原油粘度增大；温度继续降低，原油胶凝，并表现出剪切稀释性、触变性、粘弹性等非牛顿流体流变行为。管道内油品压力波速会随压力的增高而增大，随温度增高而减小，随结构强度的增强而增大。此种情况下，压力波速直接测量法测得的压力波速值不能反映管道沿线各点处压力波传递的实际情况。

综上所述，在现有技术中对于如何确定原油或成品油管道沿线不同位置处的压力波传递速度这一实际问题，尚缺乏有效的解决方案。由于理论和实验上的困难，目前国内外在热油管道的工程应用上均视压力波速为常量。在计算机动态仿真、管道瞬变流动分析、管道的泄漏检测(负压波法、压力波法)等应用中，这种处理常会带来较大的误差。因此，开发一种新的测试方法确定原油管道沿线不同位置处(不同温度、不同压力)的压力波速具有十分重要的现实意义。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于室内管流试验环道确定(原油或成品油)管道沿线不同位置处压力波速的测试装置及其方法。具体是利用室内管流试验环道测试装置，基于单位体积流体能量耗散率相等的原则模拟实际管道的运行工况(不同温度、不同压力)，测试模拟工况下的超声波速，计算确定管道沿线不同位置处的压力波速。

一、本发明的第一目的是提供一种基于管流试验环道的管道压力波速测试装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下一种技术方案：一种基于管流试验环道的管道压力波速测试装置，该测试装置包括：

(1)管流环道试验装置。所述管流环道试验装置包括试验环道系统、水浴循环系统和数据采集系统。所述试验环道系统设置于水浴循环系统中，实现对测试管段内油品的恒温、升温、降温等温度控制。

(2)超声波速测试装置。所述超声波速测试装置与所述试验环道系统连接，用于采集所述试验环道系统不同位置处的超声波信号，并计算得到不同运行工况下的超声波速。

(3)计算装置。所述计算装置与所述超声波速测试装置连接，用于根据获取的超声波速以及介质性质、管道性质由相应公式计算管道压力波速。

在本发明中，所述管流环道试验装置中的所述试验环道系统、水浴循环系统和数据采集系统协同运行，共同完成实际原油管道不同运行工况的模拟；其中，所述水浴循环系统保证了不会对所述试验环道系统中试验管道的弹性及变形特性产生影响；所述数据采集系统实时采集、监测所述试验环道系统不同运行工况下各参数的变化，并根据试验需求选用特定的数据采集频率储存数据，保证了所述试验环道系统模拟实际原油管道不同运行工况的准确性。

作为进一步的优选方案，所述试验环道系统由试验环道、储油罐、泵、缓冲罐、流量计和若干阀门等组成。所述试验环道材质选用不锈钢管，管道内径与壁厚比值小于20。所述试验环道包括测试管段和非测试管段，所述测试管段整体浸没于所述水浴循环系统中；所述非测试管段依次与所述储油罐、泵、缓冲罐、流量计连接，非测试管段部分采用商用水浴循环器与无缝缠绕细铜管形成水循环进行温度控制，细铜管外缠有保温材料。所述储油罐两端与所述非测试管段连接的管道上均设置一阀门，所述缓冲罐与所述非测试管段连接的管道上设置一阀门。

作为进一步的优选方案，所述储油罐外设置保温层，所述储油罐内部设置加热装置；所述泵采用蠕动泵。在本发明中，所述储油罐外设有保温层，以有效地对储油罐内油品进行保温；所述储油罐内部设置加热装置和温度传感器，可对罐内油品进行恒温、升温或降温控制。为最大程度的减小油品过泵剪切以及过泵温升对低温含蜡原油流变性的影响，本发明选用蠕动泵为原油在管道中的流动提供动力，通过调节蠕动泵的频率，可实现对管内流量的调节。

作为进一步的优选方案，所述缓冲罐包括缓冲罐本体、压力供给装置和若干阀门。所述缓冲罐本体外设置保温层，所述缓冲罐底部设置溢油放空阀，所述缓冲罐顶部设置气体放气阀。所述缓冲罐本体内部设置浮子，在缓冲罐上方安装了位移传感器，可以精确显示缓冲罐中浮子的位移，实时监测浮子的位置。所述缓冲罐与所述压力供给装置之间设置通气阀，所述压力供给装置采用氮气罐，所述氮气罐出口处设置减压阀。在本发明中，所述缓冲罐的设置一方面可减少蠕动泵运转过程中的压力波动，使油品在管道内平稳运行；另一方面，可利用缓冲罐对管内流体施加某一恒定压力。

作为进一步的优选方案，所述水浴循环系统由水浴槽、喷管、水循环管道、管道泵、制冷机和调节阀等组成。所述水浴槽外设置保温层以减少热量散失，所述水浴槽内部均匀设置若干加热器，可对水槽中的水进行加热。水浴槽的循环水出口，设置在水浴槽两端，并与所述水循环管道连接；所述水循环管道上设置所述管道泵，为水在管道内形成水循环流动提供动力；管道泵的入口和出口管道之间连接所述制冷机，所述制冷机进口处设有调节阀以调节制冷量，通过调节制冷机及其进口处调节阀的开度来调节制冷量。制冷后的水通过水浴槽内部均匀设置的若干喷管喷出，使水浴内水充分混合，温度分布趋于均匀。在本发明中，通过所述水浴循环系统中加热器的制热量和制冷机的制冷量，共同作用实现对水浴槽内温度的有效控制。

作为进一步的优选方案，所述数据采集系统包括压力传感器、流量传感器、温度传感器和位移传感器的数据采集。(1)所述压力传感器包括第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器；所述第一压力传感器和所述第二压力传感器间隔设置于所述试验环道上，将所述试验环道划分出测试管段和非测试管段，所述第三压力传感器与所述缓冲罐连接，所述第四压力传感器与所述氮气罐连接；(2)所述流量传感器设置于所述试验环道上，用于监测所述试验环道中原油流量；(3)所述温度传感器设置于所述储油罐内部，用于监测所述储油罐内部的原油温度；(4)所述位移传感器设置于所述缓冲罐顶部，用于监测所述缓冲罐中所述浮子的位移量。

在本发明中，所述数据采集系统还分别与显示装置、存储装置连接，显示装置实时显示采集到的压力、温度、流量、浮子位移量等参数，并根据测试需求选用特定的数据采集频率在存储装置中储存数据。

作为进一步的优选方案，所述超声波速测试装置包括超声波探头、示波器和信号发生器，将若干对超声波探头安装于所述试验环道系统的不同位置处，所述超声波探头分别与信号发生器连接，所述信号发生器与所述示波器连接。

作为进一步的优选方案，在所述试验环道系统的所述测试管段的若干不同位置处，水平方向安装若干对超声波发射探头与接收探头，所述发射探头和接收探头均安装在至管道内壁直径的1/3位置处，故所述发射探头和接收探头之间的距离也是直径的1/3。如此放置所述超声波发射探头和接收探头，故发射探头和接收探头离管道内壁距离和两探头之间的距离相同，可认为超声波在两探头之间的传播速度即为在无限大介质中声速。此外，实验操作过程中管道内壁可能会结蜡，所述发射探头和接收探头如此放置，远离管壁结蜡层，可避免结蜡对测试结果的影响。

二、本发明的第二目的是提供一种基于管流试验环道的管道压力波速测试方法，该方法基于上述压力波速测试装置。

为了实现上述目的，本发明采用的压力波速测试方法如下：

(1)测量不同温度下油品的粘度，得到油品粘度随温度变化的粘温曲线，并确定油品反常点。

(2)对实际管道进行热力和水力计算，确定管道沿线温度分布和剩余压力(也称动水压力)分布；对站间管道分段，并计算分段后每段管道的平均温度、平均压力、单位体积流体能量耗散率。

(3)利用室内管流环道试验装置，基于单位体积流体能量耗散率相等的原则，模拟实际管道的运行工况。

(4)利用超声波速测试装置测试模拟工况下的超声波速(也即声速)，建立实际管道运行温度区间、压力区间、单位体积流体能量耗散率区间下的超声波速数据库。

(5)根据超声波速数据库确定分段后每段管道的声速，根据每段管道的管道性质由相应公式计算管道压力波速。

作为进一步的优选方案，所述步骤(2)中，获取实际原油或成品油管道参数进行热力和水力计算，并对管道进行分段的具体步骤为：

(2-1)获取实际原油管道的管道输量、加热站出站温度、进站温度、管道中心埋深处地温和油品的粘温曲线，反算实际原油管道总传热系数，并确定加热站间油品的温度分布；

(2-2)获取泵站出站压力，根据泵站出站压力、管道输量、加热站间油品的温度分布和油品的粘温曲线，计算实际原油管道沿程摩阻，并确定管道沿线剩余压力；

(2-3)根据管道运行温度区间和压力区间，对站间管道进行分段。作为进一步的优选方案，根据实际原油管道运行温度区间和压力区间对站间管道分段，将站间管道按每小段压降1MPa和每小段温降1℃进行初步划分，并按照初步划分后管段较小者最终划分管道，计算最终划分管道后每段管道的算术平均温度、算术平均压力和单位体积流体能量耗散率。

作为进一步的优选方案，所述步骤(3)中，利用管流环道试验装置模拟实际管道运行工况的具体步骤为：

(3-1)利用缓冲罐对试验环道内流体施加某恒定压力，模拟实际管道的运行压力；

(3-2)利用水浴循环系统调节水浴的温度，模拟实际管道的运行温度；

(3-3)判断油品温度与反常点的大小；当油品温度大于反常点时，管流试验环道不启动，流量为0；当油温小于反常点时，基于单位体积流体能量耗散率相等的原则，调节管流试验环道的流量，模拟实际管道运行过程中管内流体的剪切情况。

作为进一步的优选方案，所述步骤(3)中，在每次利用管流试验环道模拟实际原油管道运行工况开始前，将原油放置于储油罐内，开启水浴循环系统和储油罐内加热器，保证试验环道温度与储油罐内油品温度均匀一致。

作为进一步的优选方案，所述步骤(4)中，在模拟实际管道运行工况前，对初次使用的基于管流试验环道的超声波速/压力波速测试装置的所述超声波发射探头和接收探头之间的实际距离ΔL进行标定。标定采用蒸馏水标定法，具体步骤为：①将试验环道充满蒸馏水，利用水浴循环系统控制到测试温度；②测量测试温度下超声波在发射探头和接收探头之间的传播时间Δt，获取测试温度对应的蒸馏水声速v_水，传播时间Δt与蒸馏水声速v_水的乘积即为超声波探头之间的距离ΔL；③标定完成后，利用与缓冲罐相连的氮气瓶对试验环道进行氮气吹扫，将蒸馏水排出管道外并干燥管道。

作为进一步的优选方案，所述步骤(5)中，根据每段管道的声速和管道性质计算压力波速的具体步骤为：

(5-1)根据管道已划分每小段的平均温度、平均压力、单位体积流体能量耗散率，结合超声波速数据库，确定管道已划分每小段的声速；

(5-2)确定管道每小段的直径、壁厚、管道约束方式、管材弹性模量和泊松系数；计算得到分段后每段管道的压力波速。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)通过本发明的一种基于管流试验环道的管道压力波速测试装置及方法，基于单位体积流体能量耗散率相等的原则，利用管流试验环道模拟实际管道的运行工况(不同输量、不同温度、不同压力)，测试模拟工况下的超声波速，计算确定管道沿线不同位置处的压力波速，可以有效反映管道沿线各点不同位置处压力波传递的实际情况。

(2)测试管段采用水浴循环系统控温，测试管段整体浸没于水浴槽中，不会对管道弹性及变形特性产生影响，从而不会影响基于时差域法利用压力传感器测得的压力波速。

(3)在蠕动泵出口位置设置缓冲罐，一方面可减少蠕动泵运转过程中的压力波动，使油品在管道内平稳运行；另一方面，可利用缓冲罐对管内流体施加某一恒定压力。

(4)缓冲罐底部设置溢油放空阀，顶部设置气体放气阀，上方安装有位移传感器，可以精确显示缓冲罐中浮子的位移，实时监测浮子的位置。

(5)在测试管段若干不同位置处，水平方向安装若干对超声波发射探头与接收探头。测得若干不同位置处的超声波速并互相验证，最终结果取其平均值；结合测试管段属性由公式(2)可计算得测试管段的压力波速a₁。将压力波速a₁与利用压力传感器P₁和P₂采用时差域法测得的压力波速a₂进行对比，并互相验证。

(6)所述超声波发射探头和接收探头均安装在至管道内壁直径的1/3位置处，故发射探头和接收探头之间的距离也是直径的1/3。如此放置所述超声波发射探头和接收探头，发射和接收探头距管道内壁距离与两探头之间的距离相同，超声波在两探头之间的传播速度即为在无限大介质中超声波速。此外，实验操作过程中管道内壁可能会结蜡，所述发射探头和接收探头如此放置，远离管壁结蜡层，可避免结蜡对测试结果的影响。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明基于管流试验环道的压力波速测试装置示意图；

图2是本发明缓冲罐的结构示意图；

图3是本发明水浴循环系统的结构示意图；

图4是本发明的方法流程图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供作为进一步的优选方案说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

为了解决背景技术所介绍的问题，本发明设计出一种基于室内管流试验环道的管道压力波速测试装置，基于单位体积流体能量耗散率相等的原则模拟实际管道的运行工况，并测试模拟工况下的超声波速(也即是声速)，从而计算确定管道沿线不同位置处压力波速。

实施例1：

实施例1的目的是提供一种基于管流试验环道的管道压力波速测试装置，如图1所示，该测试装置包括管流环道试验装置和超声波速测试装置。

(一)管流环道试验装置

所述管流环道试验装置包括试验环道系统、水浴循环系统和数据采集系统。所述试验环道系统、水浴循环系统和数据采集系统协同运行，共同完成对实际原油管道不同运行工况的模拟。

在本实施例中，所述试验环道系统用来模拟原油在实际管道内的流动工况(温度、压力、剪切条件)，包括试验环道、储油罐、泵、缓冲罐和若干阀门。具体的，所述试验环道的管道材质选用304不锈钢管，其弹性模量E为200GPa，泊松比μ为0.25。述试验环道的管道内径21.36mm、壁厚2.5mm，内径D与壁厚e比值小于25，符合薄壁圆管要求。试验环道靠近储油罐一端固定，另一端轴向可自由伸缩。

具体的，试验环道包括测试管段和非测试管段，其中，测试管段指高精度压力传感器P₁和P₂之间的管道，P₁和P₂之间的管道距离要求大于10m，数据采集频率在1ms以下。所述测试管段整体浸没于所述水浴循环系统中，如图1所示；除浸在水浴槽中测试管段，试验环道其余部分采用商用水浴循环器与无缝缠绕细铜管形成水循环进行温度控制，细铜管外缠有保温材料。

在本实施例中，所述非测试管段依次与所述储油罐、泵、缓冲罐连接，所述储油罐两端与所述非测试管段连接的管道上均设置一阀门，所述缓冲罐与所述非测试管段连接的管道上设置一阀门。

具体的，所述储油罐采用容积为20L的罐体，储油罐外设置保温层以有效对储油罐内油品进行保温，所述储油罐内部设置加热装置和温度传感器。在本实施例中加热装置采用循环加热水盘管，对罐内油品进行恒温、升温降温控制。为最大程度的减小油品过泵剪切以及过泵温升对低温含蜡原油流变性的影响，本发明选用蠕动泵为原油在管道中的流动提供动力，通过调节蠕动泵的频率，可实现对管内流量的调节。

在本实施例中，在蠕动泵出口位置安装缓冲罐，设置所述缓冲罐一方面可减少蠕动泵运转过程中的压力波动，使油品在管道内平稳运行；另一方面，可利用缓冲罐对管内流体施加某一恒定压力。缓冲罐整体构造示意图如图2所示，缓冲罐包括缓冲罐本体、压力供给装置和若干阀门。所述缓冲罐本体外设置保温层，所述缓冲罐底部设置溢油放空阀，所述缓冲罐顶部设置气体放气阀。所述缓冲罐与所述压力供给装置之间设置通气阀，所述压力供给装置采用氮气罐，所述氮气罐出口处设置减压阀。所述缓冲罐本体内部设置浮子，在缓冲罐上方安装了位移传感器，可以精确显示缓冲罐中浮子的位移，实时监测浮子的位置。

在本实施例中，水浴循环系统主要用于对测试管段内油品的恒温、升温降温等过程进行温度控制。该水浴循环系统示意图如图3所示，包括水浴槽、喷管、水循环管道、管道泵、制冷机和调节阀。所述水浴槽外设置保温层，保温层采用泡沫保温板，覆盖于水浴槽外部以减少热量散失。所述水浴槽内部均匀设置若干喷管和若干加热器。在本实施例中，水浴槽内部装有六根加热器，可对水槽中的水进行加热。水浴槽的循环水出口设置在水浴槽两端，并与所述水循环管道连接；所述水循环管道上设置所述管道泵，为水在管道内形成循环流动提供动力；管道泵的入口和出口管道之间连接所述制冷机，所述制冷机进口处设有调节阀以调节制冷量，通过调节制冷机及其进口处调节阀的开度来调节制冷量。制冷后的水通过水浴槽内部均匀设置的若干喷管喷出，使水浴内水充分混合，温度分布趋于均匀。在本发明中，通过所述水浴循环系统中加热器的制热量和制冷机的制冷量，共同作用实现对水浴槽内温度的有效控制。

需要说明的是，若采用其它控温方式，例如(1)管道外设置水浴保温管控温或(2)管道外无缝缠绕细铜管(铜管外缠保温材料)形成水循环控温，可能会对测试管段的弹性及变形特性产生影响，从而影响基于时差域法利用压力传感器P₁和P₂测得的压力波速。而采用水浴槽循环系统控温，测试管段直接放置在水浴槽中，不会对管道弹性及变形特性产生影响。

在本实施例中，所述数据采集系统实时采集所述试验环道系统压力、温度及浮子位移量等参数，并根据试验需求选用特定的数据采集频率储存数据。具体的，所述数据采集系统包括压力传感器、流量传感器、温度传感器和位移传感器的数据采集。所述压力传感器包括第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第四压力传感器；所述第一压力传感器和所述第二压力传感器采用高精度压力传感器P₁和P₂，间隔设置于所述试验环道上，将所述试验环道划分出测试管段和非测试管段；所述第三压力传感器与所述缓冲罐连接，所述第四压力传感器与所述氮气罐连接。所述流量传感器设置于所述试验环道缓冲罐之后，用于监测所述试验环道中的原油流量。所述温度传感器设置于所述储油罐内部，用于监测所述储油罐内部的原油温度。所述位移传感器设置于所述缓冲罐顶部，用于监测所述缓冲罐中所述浮子的位置。

所述数据采集系统还分别与显示装置、存储装置连接，显示装置将采集到的压力、温度、流量、浮子位移量等参数进行实时显示，并根据测试需求选用特定的数据采集频率在存储装置中储存数据。

(二)超声波速测试装置

超声波速测试装置如图1所示，超声波速测试装置与所述试验环道系统连接，用于采集所述试验环道系统不同位置处的超声波信号，以计算得到不同模拟运行工况下的超声波速。

在本实施例中，所述超声波速测试装置包括超声波探头、示波器和信号发生器。所述超声波探头分别与信号发生器连接，所述信号发生器与所述示波器连接。如图1所示，在测试管段的3个不同位置处水平方向安装3对超声波发射探头和接收探头，所述发射探头和接收探头均安装在至管道内壁直径的1/3位置处，故所述发射探头和接收探头之间的距离也是直径的1/3。如此放置超声波发射探头和接收探头，发射和接收探头距管道内壁距离与两探头之间的距离相同，可认为超声波在两探头之间的传播速度即为无限大介质中超声波速。此外，实验操作过程中管道内壁可能会结蜡，所述发射探头和接收探头如此放置，远离管壁结蜡层，可避免结蜡对测试结果的影响。

(三)计算装置

所述计算装置与所述超声波速测试装置连接，用于根据获取的超声波速以及介质性质、管道性质由相应公式计算管道压力波速。

实施例2：

本发明的第二目的是提供一种基于管流试验环道的压力波速测试方法，如图4所示。

为了实现上述目的，本发明采用如下一种技术方案：该方法基于室内管流试验环道超的压力波速测试装置，通过以下操作步骤实现对实际管道沿线各点不同位置处压力波速的确定：

步骤(1)：测量不同温度下油品的粘度，得到油品粘度随温度变化的粘温曲线，并确定油品的反常点。

具体的，采用旋转粘度计对不同温度下油品的粘度进行测量。

步骤(2)：计算实际管道的运行工况并分段。获取实际原油管道参数及其它相关数据，进行热力计算和水力计算，确定站间管道沿程温度分布和剩余压力(也称动水压力)分布；并对站间管道进行分段，计算分段后每段管道的平均温度、平均压力和单位体积流体能量耗散率。具体步骤为：

步骤(2-1)：获取实际原油管道的管道输量、加热站出站温度、进站温度、管道中心埋深处地温和油品的粘温曲线等参数，反算实际原油管道总传热系数，并确定加热站间油品的温度分布；

步骤(2-2)：获取泵站出站压力，根据泵站出站压力、管道输量、加热站间油品的温度分布和油品的粘温曲线等参数，计算实际原油管道沿线摩阻，并确定管道沿线的剩余压力；

步骤(2-3)：根据管道运行温度区间和压力区间，对站间管道进行分段。将站间管道按每小段压降1MPa和每小段温降1℃进行初步划分，并按照初步划分后管段较小者最终划分管道，计算最终划分管道后每段管道的算术平均温度、算术平均压力和单位体积流体能量耗散率。

步骤(3)：利用室内管流环道试验装置，基于单位体积流体能量耗散率相等的原则，模拟实际管道的运行工况。

在步骤(3)模拟实际管道运行工况前，对初次使用的管流试验环道超声波速测试装置的所述发射探头和接收探头之间的实际距离ΔL_i进行标定；测试精度高，可精确到小数点后2位有效数字(单位mm)。标定采用蒸馏水标定法，具体步骤为：①将试验环道充满蒸馏水，采用水浴循环系统控制到测试温度；②测量测试温度下超声波在发射探头和接收探头之间的传播时间Δt_i，获取测试温度对应的蒸馏水声速v_水，传播时间Δt_i与蒸馏水声速v_水的乘积即为超声波探头之间的距离ΔL_i；③标定完成后，利用与缓冲罐相连的氮气瓶对试验环道进行氮气吹扫，将蒸馏水排出管道外并干燥管道。

在每次利用管流试验环道模拟实际原油管道运行工况之前，首先将原油放置于储油罐内，开启水浴循环系统和储油罐内加热器，保证试验环道温度与储油罐内油口温度均匀一致。测试时，如图1所示，开启阀门2、阀门3，并闭4，开启蠕动泵，按照设定的流量启动管线，运行一段时间后待储油罐进油口无气体排出，打开阀门3对试验环道进一步排气；无气体排出后，开启阀门4，关闭阀门2和阀门3，利用缓冲罐对环道内流体施加某一恒定压力。同时开启数据采集系统，记录并保存管道运行过程中压力传感器、温度传感器的时时数值。

具体的，利用管流环道试验装置模拟实际管道运行工况的具体步骤为：

步骤(3-1)：利用缓冲罐对试验环道内流体施加某恒定压力，模拟实际管道运行压力；由于试验环道长度较短(约十多米)，摩阻较小，故环道沿线压力与所施加的恒定压力相近；

步骤(3-2)：利用水浴循环系统调节水浴的温度，模拟实际管道的运行温度；

步骤(3-3)：判断油品温度与反常点的大小。当油品温度大于反常点时，油品为牛顿流体，流体的超声波速与管内油品的流动状态无关。此种情况下，为方便操作，管流试验环道不启动，流量为0；当油温小于反常点时，基于单位体积流体能量耗散率相等的原则，调节管流试验环道的流量，模拟实际管道运行过程中管内流体的剪切情况。

步骤(4)：利用超声波速测试装置测试模拟工况下的超声波速(也即声速)，建立实际管道运行温度区间、压力区间、单位体积流体能量耗散率区间下的超声波速数据库。

若发射探头与接收探头之间距离为ΔL，超声波在其之间的传递时间为Δt₁，则超声波速v＝ΔL/Δt₁。利用多对超声波探头测得多个不同位置处的超声波速值并互相验证，最终结果取其平均值。

步骤(5)：基于超声波速数据库确定分段后每段管道的声速，结合管道参数计算分段后每段管道的压力波速。根据管道已划分每小段的平均温度、平均压力、单位体积流体能量耗散率，结合超声波速数据库，确定管道已划分每小段的声速；并确定管道每小段的直径D、壁厚e、管道约束方式、管材弹性模量E和泊松系数μ，由公式(2)计算得到分段后每段管道的压力波速a₁。

根据压力波沿管道传播时管道充装过程中液体的质量守恒原理，考虑管道的弹性变形和管道的约束条件，可推导得出管内压力波速计算公式为：

式中，K、ρ为介质的体积弾性系数和密度，与介质性质、温度有关。单位分别为Pa和kg/m³；E为管材的弹性模量，单位是Pa；D、e分别是管径和管壁厚度，单位是m；μ为管材的泊松系数，无因次；C₁为与管道约束方式有关的修正系数。

对于均匀弹性薄壁圆管(D/e>25)，对应以下3种约束方式的C₁为：

①管道一端固定，另一端自由伸缩，

②管道两端固定，无轴向位移；C₁＝1-μ²；

③管子轴向可自由伸缩，管道由多个膨胀节点连结：C₁＝1。

当直径与厚度之比D/e<25时，管壁较厚，管壁应力分布不均匀，改变了管道的变形特性。这种情况下，采用以下修正：

①管道一端固定，另一端自由伸缩，

②管道两端固定，无轴向位移；

③管子轴向可自由伸缩，管道由多个膨胀节点连结：

根据流体力学理论和波动理论，声波在无限大介质中传播速度v_声的计算公式为：因此，介质的体积弾性系数k可由如下公式计算：k＝ρv_声²。由此，公式(1)可改写为如下形式：

流体在圆管内流动时，单位体积流体的能量耗散率的计算公式为：

式中，V为平均流速，m/s；D为管道内径，m；f为范宁摩阻系数，其与达西摩阻系数λ存在如下关系：λ＝4f。

在本实施例中，根据测试管段的直径D、壁厚e、管道约束方式(一端固定，另一端可自由伸缩)、管材弹性模量E和泊松系数μ，由公式(2)可计算得到测试管段的压力波速a₁。

在本实施例中，设置一对比例来对比测试管道压力波的传播速度。测试管段的压力波速还可利用压力传感器P₁和P₂采用时差域法测量。若压力波在压力传感器P₁和P₂之间的传速时间Δt₂，P₁和P₂相距L，则P₁与P₂之间的平均压力波速a₂＝L/Δt₂。将压力波速a₁和压力波速a₂进行对比，并互相验证。

本领域技术人员应该明白，上述的本发明各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。