CN103822839B - 一种封闭式管道循环冲蚀试验装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种封闭式管道循环冲蚀试验装置，包括搅拌装置、测量装置、控制装置、校准装置、管道装置，介质在搅拌装置内搅拌，然后通过管道装置到测量装置进行测量，所述测量装置同控制装置连接，控制装置对测量装置所测得的结果进行数据采集并进行调节，校准装置同测量装置相连并进行校准；所述管道装置包括不锈钢管道、被测管道，所述被测管道为可替换管路；所述控制装置为中控台，中控台包括数据采集模块、温度控制模块、压力控制模块。本发明的优点是综合考虑各项因素，更能模拟实际工况，测试结果更加准确。

Description

一种封闭式管道循环冲蚀试验装置及使用方法

技术领域

本发明涉及一种试验装置及其使用方法，具体涉及一种封闭式管道循环冲蚀试验装置及其使用方法。

背景技术

工业生产的管道输运过程中，管道内的流体通常含有不同粒径的固体杂质，当含有固体杂质的流体以较高的温度、压力和流速在管道内输送时，这些固体杂质将以一定角度对输运管路内壁面产生冲击磨损和化学腐蚀，即冲蚀现象，导致管道内壁面质量流失，尤其是在流场变化剧烈如弯头、三通管、突扩管、突缩管、法兰连接处等典型部位，冲蚀严重程度远远超过直管段。当冲蚀不断积累，最终将导致管道破损失效，引发难以预计的安全事故。因此，研究管路输运过程中典型部件的冲蚀位置和冲蚀量，对于输运管路的安装设计和安全防护具有重大意义。

目前，研究管道冲蚀主要有软件仿真和冲蚀试验两种方式。冲蚀试验分为三种类型，旋转式冲蚀装置、喷射式冲蚀装置和管道循环冲蚀装置。旋转式和喷射式这两种装置都是将管道材料做成5cm×5cm正方形试样片，试样片固定在旋转台上以一定角速度旋转或者固定在静止平台上，喷嘴以一定角度对试样片进行高速流体喷射。这种研究方式跟实际管道流场差别较大，多用于管道材料分析和冲蚀理论分析。还有一种方法就是搭建管道循环冲蚀装置，模拟实际工况，但是，目前的管道循环冲蚀装置，大多是常压下运行，主要是控制流体流速，变量单一，难以实现实际工况的复现，且由于一般冲蚀试验连续运行时间较长，装置参数稳定性难以保证。

发明内容

本发明针对现有技术不能综合考虑压力、温度、流速等因素有效模拟实际工况的问题，提供了一种封闭式管道循环冲蚀试验装置及其使用方法。

本发明为解决其技术问题采用了以下技术方案：一种封闭式管道循环冲蚀试验装置，包括搅拌装置、测量装置、控制装置、校准装置、管道装置，介质在搅拌装置内搅拌，然后通过管道装置到测量装置进行测量，所述测量装置同控制装置连接，控制装置对测量装置所测得的结果进行数据采集并进行调节，校准装置同测量装置相连并进行校准；

所述管道装置包括不锈钢管道、被测管道，所述被测管道为可替换管路；

所述控制装置为中控台，中控台包括数据采集模块、温度控制模块、压力控制模块；

所述搅拌装置包括搅拌罐、第一加热器、增压泵；所述第一加热器安装在搅拌罐内，第一加热器的输入端通过不锈钢管道连接中控台的温度控制模块，增压泵的输出端通过不锈钢管道连接搅拌罐，增压泵的输入端通过不锈钢管道连接中控台的压力控制模块，增压泵的输出端和搅拌罐间装有第十阀门，所述搅拌罐带有第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门，分别作为液相入口、固相入口、泄压阀、出口阀；

所述测量装置包括温度传感器、压力传感器、变频浆泵、第二加热器、第一压力表、温度计、第二压力表、超声流量计；所述温度传感器和压力传感器安装在搅拌罐内，温度传感器和压力传感器分别通过不锈钢管道同中控台的数据采集模块相连，所述变频浆泵的输入口通过不锈钢管道同搅拌罐的出口阀相连，第二加热器的输入端通过不锈钢管道连接变频浆泵的出口端和中控台的温度控制模块，变频浆泵的出口端和第二加热器的输入端之间有第五阀门，第二加热器的输出端通过不锈钢管道连接第一压力表的输入端，第一压力表的输出端通过不锈钢管道连接温度计的输入端，温度计的输出端通过不锈钢管道连接被测管道的一端，被测管道的另一端通过不锈钢管道连接第二压力表的输入端，第二压力表的输出端通过不锈钢管道连接校准装置的一端，校准装置的另一端通过不锈钢管道连接超声流量计的输入端，超声流量计的输出端通过不锈钢管道连接搅拌罐；

所述校准装置包括：标准超声流量计、第六阀门、第七阀门和第八阀门，第二压力表的输出端通过不锈钢管道连接标准超声流量计的输入端和超声流量计的输入端，标准超声流量计的输出端通过不锈钢管道连接超声流量计的输入端，第二压力表的输出端和标准超声流量计的输入端之间装有第六阀门，第二压力表的输出端和超声流量计的输入端之间装有第八阀门，标准超声流量计的输出端和超声流量计的输入端之间装有第七阀门。

进一步，所述第四阀门和变频浆泵入口之间连接一路冲洗管道，冲洗管道上安装有第九阀门。

进一步，所述不锈钢管道为直径为50mm的不锈钢管道，所述不锈钢管道外面包有保温层。

进一步，所述的被测管道的直径为50mm或100mm。

进一步，所述的增压泵的调节范围为0-4MPa。

进一步，所述第一加热器和第二加热器的调节范围为20-120℃。

进一步，所述被测管道为三通管、弯头、突扩管或突缩管。

一种封闭式管道循环冲蚀试验装置的使用方法，该方法包括以下步骤：

步骤(1).***测试

***运行前，首先进行压力和温度检查；打开第八阀门和第九阀门，向搅拌罐内注入清水，然后，关闭第九阀门，打开第八阀门和第四阀门，启动变频浆泵，观察***是否出现渗漏现象；若无渗漏现象，继续开启第一加热器、第二加热器；第一加热器的温度设置为40℃，第二加热器的温度设置为50℃，运行***，待温度计信号基本稳定后，开始记录温度计信号数据，每5分钟采集一次，共记录3组数据；当温度波动低于5％，则认为保温性良好。然后，开启第十阀门，将***加压至2MPa，待压力传感器信号稳定后，***继续运行，每5分钟记录一次压力传感器信号和第一压力表、第二压力表数值，共记录三组数据，压力波动低于5％，则认为保压性良好，保温性和保压性测试完毕，打开泄压阀。

步骤(2).校准超声流量计

每次运行***，都需要对超声流量计进行校准。打开第一阀门、第二阀门，注入原油和沙，注入完毕后，关闭第一阀门和第二阀门；打开第七阀门、第十阀门、第六阀门、第四阀门，运行装置10分钟，依次设置流速分别为超声流量计满量程的10％、30％、60％三点，运行***10分钟后，每间隔2分钟，读取超声流量计和标准超声流量计读数各一次，连续读数10组，对超声流量计进行流量校准。

步骤(3).试验

打开第八阀门、第四阀门，设置第一加热器温度为40℃，设置变频浆泵的流速至5m/s，运行***；开启第十阀门，将***压力增压至3MPa；中控台根据压力和温度传感器采集的信号以及超声流量计读数，对增压泵、第一加热器、第二加热器和变频浆泵进行实时调节，使试验条件达到3MPa，50℃，6m/s。

步骤(4).***清洗

试验停止，首先关闭增压泵，然后依次关闭第一加热器、第二加热器和变频浆泵，打开第三阀门泄压，待***内部压力至大气压时，打开第五阀门，将管道内流体排放至废液罐，然后，打开变频浆泵和第七阀门、第八阀门、第六阀门、第四阀门、第五阀门对管道内进行清水冲洗，冲洗完毕后关闭变频浆泵和各阀门，取下试验管段，试验完成。

本发明的有益效果：试验过程综合考虑压力、温度、流速因素，可以有效地模拟实际工况；采用实时调节***，***运行过程中对温度、压力、流速信号进行实时采集和控制，保证***运行稳定；安装超声流量计在线校准管道，实现超声流量计的在线校准，保证流量计量准确性。

附图说明

图1为本发明的连接示意图；

图2(a)为本发明的被测管道为弯头时的结构示意图；

图2(b)为本发明的被测管道为突扩管时的结构示意图；

图2(c)为本发明的被测管道为三通管时的结构示意图；

图2(d)为本发明的被测管道为突缩管时的结构示意图；

图2(e)为本发明的被测管道为渐扩管时的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，一种封闭式管道循环冲蚀试验装置，包括搅拌装置、测量装置、控制装置、校准装置、管道装置，介质在搅拌装置内搅拌，然后通过管道装置到测量装置进行测量，所述测量装置同控制装置连接，控制装置对测量装置所测得的结果进行数据采集并进行调节，校准装置同测量装置相连并进行校准；

所述管道装置包括不锈钢管道26、被测管道21，所述被测管道21为可替换管路；

所述控制装置为中控台14，中控台14包括数据采集模块、温度控制模块、压力控制模块；

所述搅拌装置包括搅拌罐11、第一加热器12、增压泵13；所述第一加热器12安装在搅拌罐11内，第一加热器12的输入端通过不锈钢管道26连接中控台14的温度控制模块，增压泵13的输出端通过不锈钢管道26连接搅拌罐11，增压泵13的输入端通过不锈钢管道26连接中控台14的压力控制模块，增压泵13的输出端和搅拌罐11间装有第十阀门10，所述搅拌罐11带有第一阀门1、第二阀门2、第三阀门3、第四阀门4，分别作为液相入口、固相入口、泄压阀、出口阀；

所述测量装置包括温度传感器16、压力传感器15、变频浆泵17、第二加热器18、第一压力表19、温度计20、第二压力表22、超声流量计24；所述温度传感器16和压力传感器15安装在搅拌罐11内，温度传感器16和压力传感器15分别通过不锈钢管道26同中控台14的数据采集模块相连，所述变频浆泵17的输入口通过不锈钢管道26同搅拌罐11的出口阀相连，第二加热器18的输入端通过不锈钢管道26连接变频浆泵17的出口端和中控台14的温度控制模块，变频浆泵17的出口端和第二加热器18的输入端之间有第五阀门5，第二加热器18的输出端通过不锈钢管道26连接第一压力表19的输入端，第一压力表19的输出端通过不锈钢管道26连接温度计20的输入端，温度计20的输出端通过不锈钢管道26连接被测管道21的一端，被测管道21的另一端通过不锈钢管道26连接第二压力表19的输入端，第二压力表19的输出端通过不锈钢管道26连接校准装置的一端，校准装置的另一端通过不锈钢管道26连接超声流量计24的输入端，超声流量计24的输出端通过不锈钢管道26连接搅拌罐11；

所述校准装置包括：标准超声流量计23、第六阀门6、第七阀门7和第八阀门8，第二压力表22的输出端通过不锈钢管道26连接标准超声流量计23的输入端和超声流量计24的输入端，标准超声流量计23的输出端通过不锈钢管道26连接超声流量计24的输入端，第二压力表22的输出端和标准超声流量计23的输入端之间装有第六阀门6，第二压力表22的输出端和超声流量计24的输入端之间装有第八阀门8，标准超声流量计23的输出端和超声流量计24的输入端之间装有第七阀门7。

所述第四阀门4和变频浆泵17入口之间连接一路冲洗管道25，冲洗管道上安装有第九阀门9。

所述不锈钢管道26为直径为50mm的不锈钢管道，所述不锈钢管道26外面包有保温层。

所述的被测管道21的直径为50mm或100mm。

所述的增压泵13的调节范围为0-4MPa。

所述第一加热器12和第二加热器18的调节范围为20-120℃。

如图2(a)、图2(b)、图2(c)、图2(d)、图2(e)所示，所述被测管道21为弯头、突扩管、三通管、突缩管或渐扩管。

一种封闭式管道循环冲蚀试验装置的使用方法，该方法包括以下步骤：

步骤(1).***测试

***运行前，首先进行压力和温度检查；打开第八阀门8和第九阀门9，向搅拌罐11内注入清水，然后，关闭第九阀门9，打开第八阀门8和第四阀门4，启动变频浆泵17，观察***是否出现渗漏现象；若无渗漏现象，继续开启第一加热器12、第二加热器18；第一加热器12的温度设置为40℃，第二加热器18的温度设置为50℃，运行***，待温度计20信号基本稳定后，开始记录温度计20信号数据，每5分钟采集一次，共记录3组数据；当温度波动低于5％，则认为保温性良好；然后，开启第十阀门10，将***加压至2MPa，待压力传感器15信号稳定后，***继续运行，每5分钟记录一次压力传感器15信号和第一压力表19、第二压力表22数值，共记录三组数据，压力波动低于5％，则认为保压性良好，保温性和保压性测试完毕，打开泄压阀。

步骤(2).校准超声流量计

每次运行***，都需要对超声流量计进行校准。打开第一阀门1、第二阀门2，注入原油和沙，注入完毕后，关闭第一阀门1和第二阀门2，打开第七阀门7、第十阀门10、第六阀门6、第四阀门4，运行装置10分钟，依次设置流速分别为超声流量计24满量程的10％、30％、60％三点，运行***10分钟后，每间隔2分钟，读取超声流量计24和标准超声流量计23读数各一次，连续读数10组，对超声流量计24进行流量校准。

步骤(3).试验

打开第八阀门8、第四阀门4，设置第一加热器12温度为40℃，设置变频浆泵17的流速至5m/s，运行***；开启第十阀门10，将***压力增压至3MPa；中控台14根据压力传感器15和温度传感器16采集的信号以及超声流量计24读数，对增压泵13、第一加热器12、第二加热器18和变频浆泵17进行实时调节，使试验条件达到3MPa，50℃，6m/s。

步骤(4).***清洗

试验停止，首先关闭增压泵13，然后依次关闭第一加热器12、第二加热器18和变频浆泵17，打开第三阀门3泄压，待***内部压力至大气压时，打开第五阀门5，将管道内流体排放至废液罐，然后，打开变频浆泵17和第七阀门7、第八阀门8、第六阀门6、第四阀门4、第五阀门5对管道内进行清水冲洗，冲洗完毕后关闭变频浆泵17和各阀门，取下试验管段，试验完成。

本发明还可以有其他实施例，在不背离本发明精神及其实质情况下进行的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种封闭式管道循环冲蚀试验装置，其特征在于：包括搅拌装置、测量装置、控制装置、校准装置、管道装置，介质在搅拌装置内搅拌，然后通过管道装置到测量装置进行测量，所述测量装置同控制装置连接，控制装置对测量装置所测得的结果进行数据采集并进行调节，校准装置同测量装置相连并进行校准；

所述管道装置包括不锈钢管道、被测管道，所述被测管道为可替换管路；

所述控制装置为中控台，中控台包括数据采集模块、温度控制模块、压力控制模块；

所述搅拌装置包括搅拌罐、第一加热器、增压泵；所述第一加热器安装在搅拌罐内，第一加热器的输入端通过不锈钢管道连接中控台的温度控制模块，增压泵的输出端通过不锈钢管道连接搅拌罐，增压泵的输入端通过不锈钢管道连接中控台的压力控制模块，增压泵的输出端和搅拌罐间装有第十阀门，所述搅拌罐带有第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门，分别作为液相入口、固相入口、泄压阀、出口阀；

所述测量装置包括温度传感器、压力传感器、变频浆泵、第二加热器、第一压力表、温度计、第二压力表、超声流量计；所述温度传感器和压力传感器安装在搅拌罐内，温度传感器和压力传感器分别通过不锈钢管道同中控台的数据采集模块相连，所述变频浆泵的输入口通过不锈钢管道同搅拌罐的出口阀相连，第二加热器的输入端通过不锈钢管道连接变频浆泵的出口端和中控台的温度控制模块，变频浆泵的出口端和第二加热器的输入端之间有第五阀门，第二加热器的输出端通过不锈钢管道连接第一压力表的输入端，第一压力表的输出端通过不锈钢管道连接温度计的输入端，温度计的输出端通过不锈钢管道连接被测管道的一端，被测管道的另一端通过不锈钢管道连接第二压力表的输入端，第二压力表的输出端通过不锈钢管道连接校准装置的一端，校准装置的另一端通过不锈钢管道连接超声流量计的输入端，超声流量计的输出端通过不锈钢管道连接搅拌罐；

所述校准装置包括：标准超声流量计、第六阀门、第七阀门和第八阀门，第二压力表的输出端通过不锈钢管道连接标准超声流量计的输入端和超声流量计的输入端，标准超声流量计的输出端通过不锈钢管道连接超声流量计的输入端，第二压力表的输出端和标准超声流量计的输入端之间装有第六阀门，第二压力表的输出端和超声流量计的输入端之间装有第八阀门，标准超声流量计的输出端和超声流量计的输入端之间装有第七阀门；

所述第四阀门和变频浆泵入口之间连接一路冲洗管道，冲洗管道上安装有第九阀门。

2.如权利要求1所述的一种封闭式管道循环冲蚀试验装置，其特征在于：所述不锈钢管道为直径为50mm的不锈钢管道，所述不锈钢管道外面包有保温层。

3.如权利要求1所述的一种封闭式管道循环冲蚀试验装置，其特征在于：所述的被测管道的直径为50mm或100mm。

4.如权利要求1所述的一种封闭式管道循环冲蚀试验装置，其特征在于：所述的增压泵的调节范围为0-4MPa。

5.如权利要求1所述的一种封闭式管道循环冲蚀试验装置，其特征在于：所述第一加热器和第二加热器的调节范围为20-120℃。

6.如权利要求1所述的一种封闭式管道循环冲蚀试验装置，其特征在于：所述被测管道为三通管、弯头、突扩管或突缩管。

7.如权利要求1至6中的一个所述的一种封闭式管道循环冲蚀试验装置的使用方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤(1).***测试

***运行前，首先进行压力和温度检查；打开第八阀门和第九阀门，向搅拌罐内注入清水，然后，关闭第九阀门，打开第八阀门和第四阀门，启动变频浆泵，观察***是否出现渗漏现象；若无渗漏现象，继续开启第一加热器、第二加热器；第一加热器的温度设置为40℃，第二加热器的温度设置为50℃，运行***，待温度计信号基本稳定后，开始记录温度计信号数据，每5分钟采集一次，共记录3组数据；当温度波动低于5％，则认为保温性良好；然后，开启第十阀门，将***加压至2MPa，待压力传感器信号稳定后，***继续运行，每5分钟记录一次压力传感器信号和第一压力表、第二压力表数值，共记录三组数据，压力波动低于5％，则认为保压性良好，保温性和保压性测试完毕，打开泄压阀；

步骤(2).校准超声流量计

每次运行***，都需要对超声流量计进行校准；打开第一阀门、第二阀门，注入原油和沙，注入完毕后，关闭第一阀门和第二阀门；打开第七阀门、第十阀门、第六阀门、第四阀门，运行装置10分钟，依次设置流速分别为超声流量计满量程的10％、30％、60％三点，运行***10分钟后，每间隔2分钟，读取超声流量计和标准超声流量计读数各一次，连续读数10组，对超声流量计进行流量校准；

步骤(3).试验

打开第八阀门、第四阀门，设置第一加热器温度为40℃，设置变频浆泵的流速至5m/s，运行***；开启第十阀门，将***压力增压至3MPa；中控台根据压力传感器和温度传感器采集的信号以及超声流量计读数，对增压泵、第一加热器、第二加热器和变频浆泵进行实时调节，使试验条件达到3MPa，50℃，6m/s；

步骤(4).***清洗

试验停止，首先关闭增压泵，然后依次关闭第一加热器、第二加热器和变频浆泵，打开第三阀门泄压，待***内部压力至大气压时，打开第五阀门，将管道内流体排放至废液罐，然后，打开变频浆泵和第七阀门、第八阀门、第六阀门、第四阀门、第五阀门对管道内进行清水冲洗，冲洗完毕后关闭变频浆泵和各阀门，取下试验管段，试验完成。