[发明专利]一种气液固多相流管路冲蚀实验装置及其测试方法

说明书

本发明提供一种气液固多相流管路冲蚀实验装置及其测试方法，属于金属腐蚀防护领域。本发明中所设计的多相流管路冲蚀实验装置的突出特点为：可测试管路含固体颗粒条件下包括段塞流、泡状流、环状流等多相流工况下直管段和弯管段的冲蚀形貌和冲蚀失重量。实验装置中的可拆卸弯管可实现弯管局部不同位置处冲蚀失重量的测量，从而绘出弯管三维冲蚀速率分布。实验装置中透明管段可观察多相流流型以及砂粒分布情况。另外，实验装置中若加装高速摄像机可拍摄砂粒在管内的运动及碰撞过程。本发明中所设计的气液固多相流管路冲蚀实验装置原理科学、结构合理，具有很高的推广和应用价值。

技术领域

本发明属于金属腐蚀防护领域，涉及一种气液固多相流管路冲蚀实验装置的设计方法，以及利用该装置实现多相流管路中固体颗粒运动观测、气液分布观测、弯管不同位置处冲蚀形貌测试和冲蚀失重测试的方法。

背景技术

冲蚀是指含有固体颗粒的流体与材料表面碰撞导致材料磨损的现象。冲蚀广泛存在于石油、化工、船舶、矿山、水利等行业中，暴露在运动流体中的设备，都会遭到冲蚀，在含固体颗粒的多相流中，破坏更为严重，会损坏零部件、管道等，导致设备失效、管道泄漏，严重威胁安全生产。在油气开发过程中，压裂液经常携带大量固体颗粒，极易对连续管管壁造成严重冲蚀磨损，引起连续管失效及井下事故。海上油气田多相混输管道内输送介质复杂，含有油、气、水、砂等成分，管内流型多变，近年来发生多起与海底管道冲蚀相关的破坏事故，造成海底管道泄漏，严重影响海上平台油气正常生产，并且对海洋环境造成污染。在船舶行业，由于船舶航行海域海水环境复杂，海水管路中易吸入泥沙等固体杂物，在含固体杂物的海水高流速冲刷下，出现穿孔泄漏，造成船舶不得不回船坞维修，严重影响船舶远海航行。

国内外研究人员采用实验方式对不同工况下冲蚀做了大量研究工作，使用较多的3种实验装置分别为旋转式冲刷实验装置、射流式冲刷实验装置、管流式冲刷实验装置。旋转式冲刷装置是利用旋转圆盘上的试样在含颗粒的浆体中高速转动，随而发生冲蚀。主要针对的是液固两相流的冲蚀，该实验机具有稳定性高、操作简单、测试周期短、测试用溶液量小等优点，缺点是装置中浆体浓度不均匀，圆筒中容易产生涡流，实验数据可信度低。射流式冲刷装置是一种较多应用于研究颗粒对电极材料机械冲蚀作用的实验装置。优点是可以很好地控制冲击流速、颗粒冲角等和颗粒浓度参数。缺点是不能很好地模拟实际工况条件，冲蚀效果比实际情况更严重。以上两种实验工况与实际工况差别较大，管流式冲蚀实验装置可以很好地模拟管内实际工况并有良好的流体力学模型支持，但是目前大多设计为针对液固两相流的冲刷环路，针对多相流的冲蚀实验较少。同气固/液固流动相比，含有固体颗粒的气液固多相流动复杂多变，多相流的冲蚀研究难度较大。另外，目前国内外对于管道弯头部位冲蚀速率测试主要集中在弯头外拱中心线、弯头45°部位或者在弯头少数几个测点，无法获取整个弯头的冲蚀分布，对于弯头附近直管段的冲蚀实验更是鲜有研究。因此，设计一种气液固多相流管路冲蚀实验装置及其测试方法，测试弯管在不同位置处的冲蚀形貌及冲蚀失重量，并观测固体颗粒运动、气液两相分布，对于揭示多相流动条件下管道的冲蚀机理、保障管路安全运行具有重要意义。

发明内容

本发明的技术任务是针对现有技术中的不足，提供一种气液固多相流管路冲蚀实验装置及其测试方法，以测试弯管在不同位置处的冲蚀形貌及冲蚀失重量，并观测固体颗粒运动、气液两相分布，进而揭示多相流动条件下管道的冲蚀机理、保障管路安全运行。

本发明的设计要点包括如下几方面：

1、针对金属管路在含固体颗粒多相流工况下的冲蚀问题，设计一种气液固多相流管路冲蚀实验装置；

2、为了直观的观察管路中砂粒运动情况，实验装置中设置透明管段；

3、为测试弯管不同局部部位的冲蚀形貌和冲蚀失重量，设计可拆卸测试弯管，在内侧布置数量较多的测点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：