[实用新型]基于不同流向的气固两相流90°弯头冲蚀环道实验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及气固两相冲蚀试验技术领域，具体涉及一种基于不同流向的气固两相流90°弯头冲蚀环道实验装置。

背景技术

目前，在天然气运输中，管道集输是主要的方式，在天然气集输过程中，从气藏采出后的天然气往往夹带着固体颗粒(岩屑、砂砾等)，对集输管道有严重的冲蚀危害，如气体钻井井筒携砂气流冲蚀钻具致钻杆断裂、气体输送管道弯头冲蚀穿孔破裂、排砂管线变径段冲蚀失效等。因此，携砂气流对管道、设备的冲蚀速率一直是人们研究的重点，管道内流动过程是典型的气固两相流，在弯头处流场几何形状突变，造成流场的压力、速度矢量等气动参数均发生突变，夹带的固体随之冲击弯头壁面，产生冲刷磨损现象，恶化后造成弯头穿孔等危害。通过研究天然气携固体颗粒对弯头的冲蚀磨损规律和机理，从而控制弯头的壁厚损失，抑制冲蚀穿孔的发生，减少冲蚀磨损造成的生产事故。

国内外学者对磨损现象的研究从二十世纪六十年代开始进入快速发展时期，学者们研究了攻角、冲击速度、颗粒以及靶材物性等多种因素对冲蚀磨损结果的影响；学者们也提出了多种机理来解释不同工况下的冲蚀磨损现象。近三十年来，国外多所高校搭建了众多气体试验流道从事气固多相流的冲蚀磨损研究，而由于搭建气固两相流实验装置费用昂贵。针对90°弯头的冲蚀磨损研究，目前大部分国内学者通常采用计算机仿真的方式，但计算过程中网格质量、计算步长、收敛程度、耦合方程准确性等都影响了冲蚀磨损量的预测结果，难以适用于现场工况，有待结合试验验证并深入研究。而采用实验装置进行试验中，专利号为EP84101397.2的欧洲专利公开了一种抗腐蚀弯管，其说明书对其测试方式进行了少量描写，但其主要采用的是单一液体进行冲蚀试验，专利号为CN200710067815.1的中国专利公开了一种环道式多相流实验装置，但这种装置主要用于测试多相流冲蚀，依然是以液体为主要研究对象。

目前国内外存在的气体冲蚀装置大都采用单一冲蚀法，如专利号为CN201620086144.8的中国专利，其只能在单位时间内针对单一流向管线进行试验，换其他角度管线的时候需要拆卸实验装置，增加试验时间和设备机械磨损。现有技术暂时还未出现能够在几何尺寸、气动参数与颗粒参数上极大程度与现场工况契合、反映实际工况，且能同时进行多组不同流向试验的气固两相流弯头实验装置。因此，设计研发一套实验装置，对气固两相流弯头冲蚀机理方面的研究具有重要的理论价值和工程意义。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供一套基于不同流向的气固两相流90°弯头冲蚀实验装置，在试验过程中可对气田集输系统包括的90°弯头所有流向(水平流动向上、水平流动向下、水平流动向水平、竖直向上流动至水平以及竖直向下流动至水平)进行研究，可不间断连续循环试验，并在试验过程中实时记录试验数据。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：

基于不同流向的气固两相流90°弯头冲蚀环道实验装置，包括加注系统、监测系统、试样系统，所述加注系统包括鼓风机、储砂罐和电动加砂器；所述监测系统包括流量调节阀、温度变送器、压力变送器、流量变送器、计算机；所述试样系统包括试验弯头、直管段和回收管线，试验弯头由1#试验弯头、2#试验弯头、3#试验弯头、4#试验弯头、5#试验弯头组成；所述鼓风机连接直管段，直管段上依次安装有流量调节阀、温度变送器、压力变送器、流量变送器，然后在直管段管壁上方安装电动加砂器，电动加砂器连接储砂罐；所述直管段上依次连接1#试验弯头、2#试验弯头、3#试验弯头、4#试验弯头、5#试验弯头，然后通过回收管线连接回储砂罐；所述温度变送器、压力变送器、流量变送器均连接到计算机。

进一步的，所述1#试验弯头和2#试验弯头为水平向上连接、2#试验弯头和3#试验弯头为垂直向左连接、3#试验弯头和4#试验弯头为垂直向前连接、4#试验弯头和5#试验弯头为水平向右连接。

进一步的，所述直管段和试验弯头的内直径均为150mm，壁厚3mm，材料为Q235低碳钢管。

进一步的，所述储砂罐为钢制圆桶，直径800mm，高度1000mm，内部储存试验固相介质；上端由筛网笼罩，下端设计为渐收型结构，并在下方设有落砂控制阀。

进一步的，所述筛网为110目。

进一步的，所述直管段与试验弯头的连接采用法兰形式，并设置橡胶垫片。