应用可回收抑制剂的二氧化碳管道运输保障系统及方法

技术领域

本发明属于能源与环境领域，涉及到一种应用新型抑制剂的二氧化碳运输保障系统。

背景技术

水合物是气体与水在高压低温条件下形成的类冰状的笼型结晶物质。由于其特殊笼形结构，被认为是一种潜力巨大的气体储存介质。1立方米水合物可吸纳一百多立方米的气体，具有相当大的体积压缩比。人为捕集生成的二氧化碳水合物在碳封存、气体存储与运输等领域潜力巨大。

“双碳”是中国提出的两个阶段碳减排奋斗目标，要实现这一目标，必须在碳捕集与封存这项技术上取得突破。碳捕集与封存技术的进步能够促进能源消费中所产生的二氧化碳的收集和储存，以避免其排放到大气中，实现大规模减少温室气体的排放。

二氧化碳的运输必须要抑制水合物的生成和团聚，否则会引起管道堵塞，带来安全隐患，为此要添加生成抑制剂和抗团聚剂，而传统的、一次性的试剂不仅需要巨大的运营费用，环境污染问题也十分严峻。此外，运输过程中可能出现的管道腐蚀、管道泄漏、生成干冰等安全隐患也是对于运输过程中的严重考验。

发明内容

针对现有技术存在的不足，为了降低二氧化碳管路运输过程中的抑制剂投入成本以及进一步保障管路安全，本发明拟开发一种应用新型抑制剂的二氧化碳运输保障系统。

本发明的具体技术方案为：

应用可回收抑制剂的二氧化碳管道运输保障系统，包括水合物抑制剂、均匀喷洒装置、复合励磁管道、往复运动集成检测处理装置以及控制系统；

所述的水合物抑制剂为磁性可循环纳米水合物抑制剂；能阻止二氧化碳生成水合物，直径为纳米级且具有顺磁性，并且可以填充在受损的内管壁表面形成保护层，起到应急保护作用，防止泄漏。

所述均匀喷洒装置布置于二氧化碳运输管道端部，用于向管道内壁喷射水合物抑制剂；所述均匀喷洒装置包括速率控制器和多孔喷头。

所述的复合励磁管道，包括二氧化碳运输管道以及管道外布置的磁场控制层，所述二氧化碳运输管道包括转角段和平直段；所述磁场控制层包括管道转角段外布置的直流强磁场控制层以及管道平直段外布置的交流交变磁场控制层；

所述往复运动集成检测处理装置能够沿着二氧化碳运输管道外导轨在管道外侧往复运动，包括声耦合剂喷涂装置、声波探伤装置、二氧化碳和温度一体化检测装置、励磁装置、超声破碎装置、微波加热装置；所述声耦合剂喷涂装置布置在往复运动集成检测处理装置两端用于声波探伤前的耦合剂喷涂操作；所述二氧化碳和温度一体化检测装置用于检测测点附近的CO

所述控制系统，根据往复运动集成检测处理装置反馈的检测数据，控制其中的励磁装置、超声破碎装置、微波加热装置进行对应情况的处理。

进一步地，所述声耦合剂喷涂装置为套筒型，套在复合励磁管道磁场控制层外，按指定速度喷涂声耦合剂。起到润滑装置与管道之间的接触面的作用，使得装置能在管道上顺畅的进行移动。

进一步地，所述声波探伤装置为套筒型，随往复运动集成检测处理装置的运动进行探伤检测。

进一步地，所述二氧化碳和温度一体化检测装置中二氧化碳检测采用TGS4161固体电解质传感器，具有能耗低，体积小的特点；温度检测采用金属氧化物陶瓷传感器，原理是热敏电阻，特点是体积小、响应快和价格低廉。

进一步地，所述金属氧化物陶瓷传感器可测最低温达到负五十度。

以上装置均做好绝缘耐压处理，保证其能在海下正常工作。

采用上述的应用可回收抑制剂的二氧化碳管道运输保障系统的方法，包括步骤如下：

步骤1，均匀喷洒装置向管道内的各个方向均匀喷洒磁性可循环纳米水合物抑制剂，使其在最初能够均匀分布；

步骤2，复合励磁管道转角段的直流强磁场控制层以及平直段的交流交变磁场控制层接通对应电流，促使抑制剂在磁场作用下保持均匀分布；

步骤3，启动往复运动集成检测处理装置，以指定速度沿着二氧化碳运输管道外导轨在管道外侧往复运动；

往复运动集成检测处理装置运动的同时声耦合剂喷涂装置向磁场控制层外壁喷涂声耦合剂，进而通过声波探伤装置进行检测；已知完好管路，探头接收到反射声波的时间为S，若小于S则代表此处管道发生腐蚀；若大于S则代表此处管道发生堵塞；并将管内堵塞信息或管壁腐蚀信息反馈给控制系统；

二氧化碳和温度一体化检测装置同步检测管道外壁处的CO

步骤4，当反馈为管内堵塞时，开启励磁装置促使抑制剂在此聚集，和/或开启超声破碎装置击碎堵塞物质，和/或开启微波加热装置提升管壁温度，防止生成二氧化碳水合物或干冰；

当反馈为管内腐蚀时，开启励磁装置促使抑制剂在此聚集，进而对管道进行修补；

当反馈为管道泄漏时，开启励磁装置促使抑制剂在此聚集，进而对管道进行修补；

当反馈为温度过低时，开启微波加热装置提升管壁温度；

步骤5，控制系统实时接收往复运动集成检测处理装置反馈的检测信息，实时采用步骤4的方法进行处理，达到正常状态参数或修补结束为止。所述二氧化碳高压罐中充满通过捕集、加压得到的的高压二氧化碳。

进一步地，所述步骤3中，探头接收到反射声波的时间为S，误差为θ，若小于S-θ则代表此处管道发生腐蚀；若大于S+θ则代表此处管道发生堵塞。

进一步地，步骤3中，声波探伤装置的探头绕管壁旋转的速度为1度。

进一步地，步骤2，复合励磁管道转角段的直流强磁场控制层以及平直段的交流交变磁场控制层分别接通50伏特直流电和100伏特交流电。

进一步地，该往复运动集成检测处理装置以20㎝/s的速度在管壁上往返运动。

本发明的有益效果为，通过利用试剂的磁性可以使其得以回收，利用装置间的协同可以使其合理分布，从而防止二氧化碳生成水合物造成管道堵塞。此外，集成装置还能对二氧化碳在低温高压下可能形成的干冰加以检测和处理。经预估，一方面，该试剂的制备成本比起通过多次循环所能回收的成本是微不足道的，印证了这一方法经济上的可行性，另一方面，各类装置的有机组合能有效发挥磁性抑制剂的优势，保障二氧化碳运输安全，可以为双碳目标的实现提供助力。

附图说明

图1为以二氧化碳运输系统总图。

图2为声波探伤装置的剖面图。

图中：1均匀喷洒装置；2复合励磁管道；3声耦合剂喷涂装置；4声波探伤装置；5二氧化碳和温度一体化检测装置；6励磁装置；7超声破碎装置；8微波加热装置。

具体实施方式

下面将本发明的实施例配以附图予以说明。但本发明的可用参数不限于此，可以灵活调整，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术运行。

实施例如图1所示，同时进行如下操作：

以二氧化碳高压罐向管路以1.5升每秒的速度输出二氧化碳，预估获得其他装置的运行参数，在不同工况下可以灵活调整。

所述管道包括直径为30厘米，壁厚为5厘米的316不锈钢二氧化碳运输管道；所述集成装置中的套筒型声波探伤装置，剖面图如图2，其上均匀分布有36个可绕管壁旋转的针状探头，每隔十度设置一个，这些探头可以随着套筒按一定速度旋转，并能将探伤结果反馈给计算机。

步骤1，均匀喷洒装置1按50μg/s的速度向管道内的各个方向均匀喷洒磁性可循环纳米水合物抑制剂，使其在最初能够均匀分布；

步骤2，复合励磁管道2转角段的直流强磁场控制层以及平直段的交流交变磁场控制层分别接通50伏特直流电和100伏特交流电。促使抑制剂在磁场作用下保持均匀分布；且在转角处形成强磁场，吸引抑制剂小球向此处聚合，因为二氧化碳更容易在转角处形成水合物，所以此举可以着重加强对转角处二氧化碳生成水合物的热力学过程的抑制作用。

步骤3，启动往复运动集成检测处理装置，以20㎝/s的速度沿着二氧化碳运输管道外导轨在管道外侧往复运动；

往复运动集成检测处理装置运动的同时声耦合剂喷涂装置3以100μg/s的速度向磁场控制层外壁喷涂羟甲基纤维素。进而通过声波探伤装置4进行检测；套筒型声波探伤装置4向管壁中发射声波，管厚5厘米，往返总路程为10厘米，钢中横波声速约为3230米每秒，经计算，若管路完好无损，探头将在31微秒后接收到反射声波。取误差限度为1微秒，若所测时间小于30微秒，则视为发生腐蚀。若所测时间大于32微秒，则视为发生堵塞。并将管内堵塞信息或管壁腐蚀信息反馈给计算机。为保证全面把握管路各角度的安全情况，设定探头绕管壁旋转的速度为1度。

二氧化碳和温度一体化检测装置5同步检测管道外壁处的CO

步骤4，当反馈为管内堵塞时，开启励磁装置6促使抑制剂在此聚集，和/或开启超声破碎装置7击碎堵塞物质，和/或开启微波加热装置8提升管壁温度，防止生成二氧化碳水合物或干冰；

当反馈为管内腐蚀时，开启励磁装置6促使抑制剂在此聚集，进而对管道进行修补；

当反馈为管道泄漏时，开启励磁装置6促使抑制剂在此聚集，进而对管道进行修补；

当反馈为温度过低时，开启微波加热装置8提升管壁温度；

步骤5，控制系统实时接收往复运动集成检测处理装置反馈的检测信息，实时采用步骤4的方法进行处理，达到正常状态参数或修补结束为止。