CN101825543B - 环道式多相流光电图像监测冲蚀试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环道式多相流光电图像监测冲蚀试验装置。包括环道式冲蚀试件部分、连续可调亮度LED光源、CCD图像摄像监测部分和图像处理分析系统部分。管道多相流动是一个涉及流体动力学、腐蚀科学、传热学和物理化学等诸多学科的复杂过程，管内复杂、苛刻的流动工况是阻碍管道多相流测试研究的重要因素。利用数值计算结果和实际情况对比参照对管内关键冲蚀部位进行定点，在试验管道上开孔制作监测视窗对此关键冲蚀部位进行监控和研究，能够对管内多相流流型、腐蚀状态和管内物理变化过程进行实时监测，有助于管内多相流的复杂问题的深入研究。

Description

环道式多相流光电图像监测冲蚀试验装置

技术领域

本发明涉及一种应用于管道多相流冲蚀过程的试验方法，具体的说是涉及一种环道式多相流光电图像监测冲蚀试验装置。

背景技术

管道多相流的研究是流体力学研究的国际研究热点和难题，管道多相流动涉及动量传递、传热、传质、化学反应等诸多关联过程，管内流体的流型、流速、压强、温度等物理参数往往经历着一个时常变化的过程，对管内各相介质的相互作用、各相介质与壁面间的相互作用以及多重作用的研究更是一个复杂的过程。特别在石化和工矿企业的装置中，多相流物料的管道输送极为常见，复杂介质的管道内部汽-液-固流动对设备运行、寿命的影响研究，对设备的腐蚀和防护及其重要。

对管道内部流体的冲蚀试验研究可分为三类：单相流、双相流和多相流。单相流冲蚀是由管道内部流动的单相腐蚀流体造成的，对其研究开展较早，较双相流和多相流冲蚀研究简单；多相流冲蚀涉及汽、液、固等复杂介质的配比和组成，其过程较复杂，在工业生产中也最为常见，与工程生产实际关联最为密切，但研究工作尚不够深入。

当前最为普遍的冲蚀实验方法和设备是旋转式实验法和管流实验，对实验的设备和工具要求较高。管道壁面的物理、化学变化过程是个冲刷和腐蚀相互协同作用的过程，同时管道内部存在高压、高温的工况，因此对实验设备的承压、耐温条件具有严格要求。而大部分传统测试方法和设备在管道冲蚀实验中并不可行，而理论可行的实验方法和设备却往往价格高昂、风险大，效果也不明显。

旋转式实验方法是通过管道中流体流速、流型的模拟，对冲蚀材料的工作情况进行循环冲刷，具有设备简单、价格低、体积小等有点，是使用较为广泛的方法；管流实验方法更加贴近和符合实际管道流体流动过程，采取模拟实际工程管系系统，配备齐全的控制、测试系统，但是对设备的防漏、承压、耐高温等条件要求更为苛刻。管流实验方法直接模拟管道冲蚀，直接控制管道多相流的流速、流态，其力学模型与工程实际最为贴近，因此实验结果直接与工程应用相关联，更易于直观解释说明实际管道多相流冲蚀过程。

环道式多相流冲蚀实验采取了管流实验的思想，直接模拟工业管道多相流过程，配置储罐、循环泵、管道和控制阀等相关设备和仪器，对测试试件进行循环冲蚀。对冲蚀管道重点研究部位进行监视和测试，能够直观地表征管壁重点部位的物理、化学变化过程和掌控管道内部的流体流型、流态，对多相流的流体流速、相态等流体动力学参数以及管束材料的冲蚀临界特性等的深入分析提供清晰、直接的数据信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环道式多相流光电图像监测冲蚀试验装置，可有效对管道多相流的冲蚀过程进行直观地监控、研究，对管道多相流的流体动力学过程、化学、物理等综合复杂的变化过程进行监控和分析。

为了达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

1)环道式冲蚀试件管段：由直管段和直管段通过模型冲蚀弯管联接组成；模型冲蚀弯管背部开有测试孔，待测冲蚀试件经橡胶垫圈与测试孔配合，安装待测冲蚀试件后的模型冲蚀弯管与开测试孔前的弯管原形一致，固定挡板通过螺栓、紧固螺母加固待测冲蚀试件、橡胶垫圈和模型冲蚀弯管之间的贴合程度；

2)模型冲蚀弯管正内侧安装监测视窗，监测视窗两侧的模型冲蚀弯管上对称安装照明窗口；监测视窗与CCD镜头配合，对待测冲蚀试件进行监测；两个照明窗口上的LED光源经过照明窗口照射至待测冲蚀试件监测区域，运用图像处理分析系统监测模型冲蚀弯管内部多相流的流动、物理过程和待测冲蚀试件的腐蚀、形变。

本发明具有的有益效果是：

通过对环道式多相流冲蚀过程进行摄像监测，研究多相流体在管道内部的流型、流态和物理、化学等复杂变化过程，能够更好地研究管道多相流的流体动力学过程、管道腐蚀变化过程、工作状态等；对管道多相流的监测过程所需的光源由外接可调节的LED光源提供，拆卸方便，摄像监测效果可达到最优化；冲蚀试件可灵活拆卸、安装，可模拟不同材料的冲蚀过程和腐蚀情况；装置结构简单、移动方便，可以模拟不同工况下的多相流冲蚀过程，尤其可对多相流中主要成分为气相的冲蚀监测效果最为明显。

附图说明

图1是本发明环道式冲蚀试件的结构示意图。

图2是本发明的模型冲蚀弯管的结构图。

图3是图2拆去固定挡板后的A-A截面视图。

图4是本发明模型冲蚀弯管上背部测试孔的正视图。

图5是本发明照明窗口和摄像窗口安装示意图。

图中：1、直管段；2、直管段；3、待测冲蚀试件；4、模型冲蚀弯管；5、背部测试孔；6、紧固螺母；7、橡胶垫圈；8、固定挡板；9、螺栓；10、监测视窗；11、LED光源；12、照明窗口；13、CCD镜头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3、图4、图5所示，为本发明环道式冲蚀试件结构：由直管段1和直管段2通过模型冲蚀弯管4联接组成，环道式冲蚀试件部分为耐腐蚀不锈钢管材制作的管道基体，管道基体模型根据相似理论和模型试验原理设计制作，直管段1和直管段2两端采用法兰连接至管流实验管系，其特点是方便拆卸和搬移，建立多相流冲蚀实验过程时能减少操作，简化管道多相流冲蚀过程模拟装置的搭建过程；待测冲蚀试件3为在多相流冲蚀过程中最易腐蚀破坏的关键部位，根据实际工程案例和理论计算对冲蚀破坏严重处进行定点并制作，并装配至模型冲蚀弯管4上，在模型冲蚀弯管4内侧安装监测视窗10，对冲蚀试件在管内多相流中的工作过程、腐蚀状况、流体状态进行监控。

如图2、图3、图4所示，模型冲蚀弯管4背部开有测试孔5，测试孔5为与直管段1、直管段2轴线成45°角度的椭圆环形截面，待测冲蚀试件3经橡胶垫圈7与测试孔5配合，安装待测冲蚀试件3后的模型冲蚀弯管4与开测试孔5前的弯管原形一致，固定挡板8通过螺栓9、紧固螺母6加固待测冲蚀试件3、橡胶垫圈7和模型冲蚀弯管4之间的贴合程度，保证承压、耐温和密封性。

模型冲蚀弯管4正内侧安装监测视窗10，监测视窗10两侧的模型冲蚀弯管4上对称安装照明窗口12；监测视窗10与CCD镜头13配合，对待测冲蚀试件3在管内多相流流动过程和冲蚀试件的冲蚀形貌、腐蚀情况等进行监测；两个照明窗口12上可调亮度的LED光源11经过照明窗口12稳定照射至待测冲蚀试件3监测区域，LED光源11的特点是可拆卸、更替、亮度可连续调节，以求CCD摄像和监测能够达到最优效果。

如图5所示，是本发明的照明窗口12和监测视窗10的安装示意图，LED光源11在监测视窗10的两侧分布，中心线成60°角度，集中照射至冲蚀试件5上；CCD镜头13通过在模型冲蚀弯管内侧的监测视窗10对管道内部多相流流体的流型、流态进行拍摄、监控。

通过个人计算机或者工控机中的图像处理分析系统对CCD镜头摄像的视频信息经过视频图像采集软件保存至存储设备，并通过监视器实时同步播放管内多相流流动和变化过程；图像分析处理软件对储存的数据进行视频回放、图像处理和信息分析，结果可对管道多相流冲蚀的深入研究提供数据基础。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种环道式多相流光电图像监测冲蚀试验装置，其特征在于：

1)环道式冲蚀试件管段：由第一直管段(1)和第二直管段(2)通过模型冲蚀弯管(4)联接组成；模型冲蚀弯管(4)背部开有测试孔(5)，待测冲蚀试件(3)经橡胶垫圈(7)与测试孔(5)配合，安装待测冲蚀试件(3)后的模型冲蚀弯管(4)与开测试孔(5)前的弯管原形一致，固定挡板(8)通过螺栓(9)、紧固螺母(6)加固待测冲蚀试件(3)、橡胶垫圈(7)和模型冲蚀弯管(4)之间的贴合程度；

2)模型冲蚀弯管(4)正内侧安装监测视窗(10)，监测视窗(10)两侧的模型冲蚀弯管(4)上对称安装照明窗口；监测视窗(10)与CCD镜头(13)配合，对待测冲蚀试件(3)进行监测；两个照明窗口上的LED光源(11)经过照明窗口(12)照射至待测冲蚀试件(3)监测区域，运用图像处理分析系统监测模型冲蚀弯管(4)内部多相流的流动、物理过程和待测冲蚀试件(3)的腐蚀、形变。

2.根据权利要求1所述的一种环道式多相流光电图像监测冲蚀试验装置，其特征在于：所述的第一直管段(1)、第二直管段(2)和模型冲蚀弯管(4)的材质均为耐腐蚀不锈钢管材，第一直管段(1)、第二直管段(2)分别通过法兰与外接冲蚀试验管系联接。

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