CN105258917B - 一种模拟可燃冰流化开采立管多相流动的实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟可燃冰流化开采立管多相流动的实验装置及方法，实验装置由供气系统、可燃冰生成破碎一体化装置、水循环系统、注砂装置以及分离回收系统组成。可燃冰生成破碎一体化装置可实现天然气在高压低温条件下凝结成可燃冰，并经两次破碎形成冰粒。砂粒和冰粒在冰砂混合腔中经水流搅拌混匀后流入测试立管，由高速摄像机监测流动形态和压力表、温度计记录实时压力、温度变化。分离回收系统可实现三级分离，将气、水、冰、砂依次分离回收利用，经济环保。本发明采用密闭循环，操作方便，安全可靠。

Description

一种模拟可燃冰流化开采立管多相流动的实验装置及方法

技术领域

本发明属于海底可燃冰开采输送技术领域，具体涉及一种模拟可燃冰流化开采立管多相流动的实验装置及方法。

背景技术

随着我国经济的高速发展，能源消耗增长迅猛，目前我国石油总消耗占世界石油总消耗量的十分之一，成为世界上最大的能源消耗国。能源安全问题十分突出，因此研究开发新能源已成为当下的首要任务。可燃冰作为一种新型绿色能源，其开发运用已受到世界各国的广泛关注。

可燃冰，又称天然气水合物，是天然气和水在低温高压环境下形成的一种类冰状固体，存在于海底浅表地层和永久冻土层内。其中，海底浅表地层中可燃冰的储量约占总储量的80％。目前对可燃冰的可采方法主要有热激法、减压法等。热激法是通过引入一定的热源对水合物进行加热，使其分解产生气体的方法。这种方法热能损失大，效率低；减压法是指通过采取一定措施将环境压力降低到水合物的分解压力，从而分解形成气体的方法，此方法相对经济，在冻土区使用较多。而海底浅表地层可燃冰极不稳定，易气化分解造成海底地质灾害及其他次生灾害。针对这一特征，学者们提出了固态流化开采方法。

固态流化开采法是一种原位原态、密闭流化、气液固多相举升的开采方法。此方法安全可靠，既不需要像加热或降压法那样消耗大量的能源和投入复杂的管柱、工具，又避免了气体分解可能引发的安全隐患。

但固体流化开采立管中，可燃冰会因压力、温度的改变发生相变，从而使得立管内流体呈现气、液、固三态，流动变得十分复杂。目前，关于考虑相变的气液固三相流动研究甚少，更罕见相关的实验装置。

发明内容

为解决背景技术所提出的问题，本发明的目的在于提供一种一体化、可循环操作的模拟可燃冰固态流化开采立管多相流动的实验装置及方法。

一种模拟可燃冰流化开采立管多相流动的实验装置由供气系统、可燃冰生成破碎一体化装置、水循环系统、注砂装置以及分离回收系统组成。供气系统由储气瓶、压缩机、高压气罐组成。储气瓶及高压气罐顶部分别安装有储气瓶压力表和高压气罐压力表，储气瓶为压缩机提供气源，两者之间通过管路连接，并于管路上设有储气瓶阀门。气体经压缩机压缩后进入高压气罐，压缩机与高压气罐之间管路上安装罐间止回阀。高压气罐出气管路与可燃冰生成破碎一体化装置相连，管路上依次安装高压气罐调节阀和注气止回阀。

可燃冰生成破碎一体化装置分上、中、下三层。上层为冷凝箱，用于给流入冷凝箱的气体降温，使其凝结成冰。冷凝箱上安有冷凝箱压力表和冷凝箱温度计，以监测箱内压力、温度。冷凝箱下部设对开隔板，可燃冰生成阶段为关闭状态。冷凝箱顶部装有三根电动螺杆钻，待可燃冰生成后，启动电动螺杆钻，可实现钻进破碎，将可燃冰破碎成冰粒。可燃冰生成破碎一体化装置中层为二次破碎室，上层破碎后的冰粒通过打开的对开隔板落入中层二次破碎室，二次破碎室底部为冰粒滤网，紧贴冰粒滤网的上部安装有二次破碎滚轮。通过二次破碎滚轮的研磨，使大冰粒变成小冰粒，从而穿过冰粒滤网到达下层。下层底部设有斜坡式冰粒称重计，用于称量待加至实验管路的冰粒总重量。顺着冰粒称重计的斜坡末端开设有底部出口。

注砂装置为一砂箱，砂箱顶部设加砂口，并装有加砂口阀门。砂箱底部为斜坡式砂粒称重计，用于称重加入的砂粒总重量，斜坡末端开设出砂口。

可燃冰生成破碎一体化装置出口及砂箱出口通过Y型汇管与冰砂混合腔连接，两支管上分别安有注冰阀和注砂阀。打开注冰阀和注砂阀，冰粒和砂粒均可在重力作用下，沿着斜坡滚入冰砂混合腔。

冰砂混合腔上游为供水管路，由水泵通过管路抽吸水库中的水供给冰砂混合腔，水泵与冰砂混合腔之间依次安装有水流调节阀和水流流量计。

冰砂混合腔出口设有管路调节阀，其下游连接实验测试立管，立管底端入口安有立管入口压力表和立管入口温度计，立管中部安装有立管跨中温度计和立管跨中压力表，立管顶端出口安装有立管出口压力表和立管出口温度计。立管表面开有等间距对称的可视透明视窗。高速摄像机通过透明视窗可拍摄立管内多相流动形态。

立管出口连接一级气分离箱，一级气分离箱入口设有分离挡板，多相流流入一级气分离箱后碰撞分离挡板加速分离，气相从上端出口流出，液固相由底端锥形出口流入一级气分离箱下方的二级水分离箱。二级水分离箱的中部设有一倾斜放置的固体颗粒滤网，水可穿过滤网，流入水回收管，至水库回收。水库、水泵、供水管路、立管、一级气分离箱、二级水分离箱、水回收管构成了水循环系统。

经过固体颗粒滤网拦截的固体颗粒进入二级水分离箱右下方的三级冰分离箱。三级冰分离箱为内外层结构，内层为冰砂分离室，外层为热水流动通道。热水入口设于底部右下端，安装有热水入口阀门，热水出口设于顶部左上端，安装有热水出口阀门，外层顶部安装有热水箱温度计。热水为内层冰砂分离室提供热量，促使冰粒气化。内层顶部连有气体回注管，并安装有排气阀，内层底部设有排砂口，安装有排砂阀。一级气分离箱和三级冰分离箱顶部连接有气体回注管，用于将气体回注至可燃冰生成破碎一体化装置。气体回注管与注气止回阀下游注气管以直角三通管连接，气体回注管上安装有气体回注管阀门。

一种模拟可燃冰流化开采立管多相流动的实验装置可以提供模拟可燃冰流化开采立管多相流动的实验方法，分为可燃冰生成破碎、加砂混合、立管举升测试、回收循环四个阶段。

可燃冰生成破碎阶段为实验提供待举升的可燃冰冰粒。首先，关闭储气瓶阀门、气体回注管阀门、可燃冰生成破碎一体化装置中部的对开隔板、注冰阀，观察储气瓶压力表，确保储气瓶内有足量的天然气，若没有则需更换储气瓶；然后，打开储气瓶阀门和罐间止回阀，启动压缩机，经压缩机加压后的气体流入高压气罐，观察高压气罐压力表，待高压气罐内压力升至预设压力后，打开高压气罐调节阀和注气止回阀。高压气体进入可燃冰生成破碎一体化装置上层冷凝箱，观察冷凝箱压力表，待其数值与高压气罐压力表数值相同时，关闭高压气罐调节阀；启动冷凝箱对箱内气体进行降温，观察冷凝箱温度计和冷凝箱压力表，待它们达到可燃冰生成的温度和压力条件后，冷凝箱内天然气会凝结成可燃冰。当冷凝箱内气体全部凝结成冰后，启动电动螺杆钻，将冷凝箱内可燃冰初步破碎；打开对开隔板，使初步破碎的可燃冰块落在中层冰粒滤网上；启动二次破碎滚轮，使其在冰粒滤网上来回研磨可燃冰块，经研磨后的冰粒穿过冰粒滤网落入下层冰粒称重计上，记录待加入的冰粒总重量。

加砂混合阶段为实验提供冰砂混合物。首先，关闭注砂阀，打开加砂口阀门，往砂箱加入足量的砂粒；砂粒落在砂箱底部砂粒称重计上，记录待加入的砂粒总重量。然后，关闭水流调节阀和管路调节阀，打开注冰阀和注砂阀，让冰粒和砂粒落入冰砂混合腔。打开水流调节阀，启动水泵，往冰砂混合腔供水，使冰砂混合物得以搅拌混匀。

立管举升测试阶段为实验测试的核心部分。在合适的位置布置高速摄像机，并启动记录；打开管路调节阀，水流携带冰砂混合物进入立管；实时记录水流流量计、立管入口温度计、立管入口压力表、立管跨中温度计、立管跨中压力表、立管出口压力表、立管出口温度计读数；待冰砂混合物全部携带出立管后，停止高速摄像机的记录。

回收循环阶段实现气液固三相分离和回收利用。关闭排砂阀，打开排气阀。从立管出口流出的多相流首先进入一级气分离箱，撞击分离挡板后，气体从上端出口流出，液固相由底端锥形出口流入二级水分离箱。固相被固体颗粒滤网拦截，水则穿过固体颗粒滤网流入水回收管，至水库回收利用。保持水泵运行，使实验管路和固体颗粒滤网得到充分冲洗。被拦截的固相颗粒沿着斜置的固体颗粒滤网落入三级冰分离箱，打开热水入口阀门和热水出口阀门，使热水在三级冰分离箱外层热水流动通道中流动，为内层冰砂分离室提供热量，促使冰粒气化，可燃冰粒气化后进入气体回注管。打开气体回注管阀门，可使一级气分离箱和三级冰分离箱顶部回收的气体经气体回注管回注至可燃冰生成破碎一体化装置。待可燃冰粒全部气化后，打开排砂阀，回收砂粒，重新注至砂箱。最后，关闭水泵，停止水循环。

上述三级冰分离箱外层顶部安装有热水箱温度计，观察其读数，可检查热水流动通道中的热水温度是否合适。

实验结束后，由立管入口、跨中和出口三处的压力表和温度计的实时记录数据得到立管关键位置的压力、温度随时间的变化，由高速摄像机记录的图像可得到立管内多相流的流动形态和气相、固相流动特征。

本发明由于采用以上技术方案，具有以下优点：

1、本发明采用一种可燃冰生成破碎一体化装置，密闭循环，操作方便，安全可靠；

2、本发明的高压气罐压力和冷凝箱温度可根据需要调整，使得它们满足可燃冰生成的高压低温条件，同时尽可能地减少能源消耗；

3、本发明分离回收系统通过三级分离，使气液固有效回收利用，经济环保。

附图说明

图1为本发明实验装置流程图。

其中1、储气瓶；2、储气瓶压力表；3、储气瓶阀门；4、压缩机；5、罐间止回阀；6、高压气罐；7、高压气罐压力表；8、高压气罐调节阀；9、注气止回阀；10、可燃冰生成破碎一体化装置；11、冷凝箱压力表；12、冷凝箱温度计；13、电动螺杆钻；14、冷凝箱；15、对开隔板；16、二次破碎滚轮；17、冰粒滤网；18、冰粒称重计；19、注冰阀；20、砂箱；21、加砂口阀门；22、砂粒称重计；23、注砂阀；24、水库；25、水泵；26、水流调节阀；27、水流流量计；28、冰砂混合腔；29、管路调节阀；30、立管入口温度计；31、立管入口压力表；32、立管跨中温度计；33、立管跨中压力表；34、视窗；35、立管出口压力表；36、立管出口温度计；37、一级气分离箱；38、分离挡板；39、二级水分离箱；40、固体颗粒滤网；41、三级冰分离箱；42、热水箱温度计；43、热水入口；44、热水出口；45、排砂阀；46、排气阀；47、气体回注管阀门；48、高速摄像机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步描述。

如图1所示，一种模拟可燃冰流化开采立管多相流动的实验装置由供气系统、可燃冰生成破碎一体化装置10、水循环系统、注砂装置以及分离回收系统组成。供气系统由储气瓶1、压缩机4、高压气罐6组成。储气瓶1及高压气罐6顶部分别安装有储气瓶压力表2和高压气罐压力表7，储气瓶1为压缩机4提供气源，两者之间通过管路连接，并于管路上设有储气瓶阀门3。气体经压缩机4压缩后进入高压气罐6，压缩机4与高压气罐6之间管路上安装罐间止回阀5。高压气罐6出气管路与可燃冰生成破碎一体化装置10相连，管路上依次安装高压气罐调节阀8和注气止回阀9。

如图1所示，可燃冰生成破碎一体化装置10分上、中、下三层。上层为冷凝箱14，用于给流入冷凝箱14的气体降温，使其凝结成冰。冷凝箱14上安有冷凝箱压力表11和冷凝箱温度计12，以监测箱内压力、温度。冷凝箱14下部设对开隔板15，可燃冰生成阶段为关闭状态。冷凝箱14顶部装有三根电动螺杆钻13，待可燃冰生成后，启动电动螺杆钻13，可实现钻进破碎，将可燃冰破碎成冰粒。可燃冰生成破碎一体化装置10中层为二次破碎室，上层破碎后的冰粒通过打开的对开隔板15落入中层二次破碎室，二次破碎室底部为冰粒滤网17，紧贴冰粒滤网17的上部安装有二次破碎滚轮16。通过二次破碎滚轮16的研磨，使大冰粒变成小冰粒，从而穿过冰粒滤网17到达下层。下层底部设有斜坡式冰粒称重计18，用于称量待加至实验管路的冰粒总重量。顺着冰粒称重计18的斜坡末端开设有底部出口。

如图1所示，注砂装置为一砂箱20，砂箱20顶部设加砂口，并装有加砂口阀门21。砂箱20底部为斜坡式砂粒称重计22，用于称重加入的砂粒总重量，斜坡末端开设出砂口。

可燃冰生成破碎一体化装置10出口及砂箱20出口通过Y型汇管与冰砂混合腔28连接，两支管上分别安有注冰阀19和注砂阀23。打开注冰阀19和注砂阀23，冰粒和砂粒均可在重力作用下，沿着斜坡滚入冰砂混合腔28。

冰砂混合腔28上游为供水管路，由水泵25通过管路抽吸水库24中的水供给冰砂混合腔28，水泵25与冰砂混合腔28之间依次安装有水流调节阀26和水流流量计27。

冰砂混合腔28出口设有管路调节阀29，其下游连接实验测试立管，立管底端入口安有立管入口压力表31和立管入口温度计30，立管中部安装有立管跨中温度计32和立管跨中压力表33，立管顶端出口安装有立管出口压力表35和立管出口温度计36。立管表面开有等间距对称的可视透明视窗34。高速摄像机48通过透明视窗34可拍摄立管内多相流动形态。

如图1所示，立管出口连接一级气分离箱37，一级气分离箱37入口设有分离挡板38，多相流流入一级气分离箱37后碰撞分离挡板38加速分离，气相从上端出口流出，液固相由底端锥形出口流入一级气分离箱37下方的二级水分离箱39。二级水分离箱39的中部设有一倾斜放置的固体颗粒滤网40，水可穿过滤网，流入水回收管，至水库24回收。水库24、水泵25、供水管路、立管、一级气分离箱37、二级水分离箱39、水回收管构成了水循环系统。

经过固体颗粒滤网40拦截的固体颗粒进入二级水分离箱39右下方的三级冰分离箱41。三级冰分离箱41为内外层结构，内层为冰砂分离室，外层为热水流动通道。热水入口设于底部右下端，安装有热水入口阀门43，热水出口设于顶部左上端，安装有热水出口阀门44，外层顶部安装有热水箱温度计42。热水为内层冰砂分离室提供热量，促使冰粒气化。内层顶部连有气体回注管，并安装有排气阀46，内层底部设有排砂口，安装有排砂阀45。一级气分离箱37和三级冰分离箱41顶部连接有气体回注管，用于将气体回注至可燃冰生成破碎一体化装置10。气体回注管与注气止回阀9下游注气管以直角三通管连接，气体回注管上安装有气体回注管阀门47。

一种模拟可燃冰流化开采立管多相流动的实验装置可以提供模拟可燃冰流化开采立管多相流动的实验方法，实验过程分为可燃冰生成破碎、加砂混合、立管举升测试、回收循环四个阶段。

可燃冰生成破碎阶段为实验提供待举升的可燃冰冰粒。如图1所示，首先，关闭储气瓶阀门3、气体回注管阀门47、可燃冰生成破碎一体化装置10中部的对开隔板15、注冰阀19，观察储气瓶压力表2，确保储气瓶1内有足量的天然气，若没有则需更换储气瓶1；然后，打开储气瓶阀门3和罐间止回阀5，启动压缩机4，经压缩机4加压后的气体流入高压气罐6，观察高压气罐压力表7，待高压气罐6内压力升至预设压力后，打开高压气罐调节阀8和注气止回阀9。高压气体进入可燃冰生成破碎一体化装置10上层冷凝箱14，观察冷凝箱压力表11，待其数值与高压气罐压力表7数值相同时，关闭高压气罐调节阀8；启动冷凝箱14对箱内气体进行降温，观察冷凝箱温度计12和冷凝箱压力表11，待它们达到可燃冰生成的温度和压力条件后，冷凝箱14内天然气会凝结成可燃冰。当冷凝箱14内气体全部凝结成冰后，启动电动螺杆钻13，将冷凝箱14内可燃冰初步破碎；打开对开隔板15，使初步破碎的可燃冰块落在中层冰粒滤网17上；启动二次破碎滚轮16，使其在冰粒滤网17上来回研磨可燃冰块，经研磨后的冰粒穿过冰粒滤网17落入下层冰粒称重计18上，记录待加入的冰粒总重量。

加砂混合阶段为实验提供冰砂混合物。首先，关闭注砂阀23，打开加砂口阀门21，往砂箱20加入足量的砂粒；砂粒落在砂箱20底部砂粒称重计22上，记录待加入的砂粒总重量。然后，关闭水流调节阀26和管路调节阀29，打开注冰阀19和注砂阀23，让冰粒和砂粒落入冰砂混合腔28。打开水流调节阀26，启动水泵25，往冰砂混合腔28供水，使冰砂混合物得以搅拌混匀。

立管举升测试阶段为实验测试的核心部分。在合适的位置布置高速摄像机48，并启动记录；打开管路调节阀29，水流携带冰砂混合物进入立管；实时记录水流流量计27、立管入口温度计30、立管入口压力表31、立管跨中温度计32、立管跨中压力表33、立管出口压力表35、立管出口温度计36读数；待冰砂混合物全部携带出立管后，停止高速摄像机48的记录。

回收循环阶段实现气液固三相分离和回收利用。关闭排砂阀45，打开排气阀46。从立管出口流出的多相流首先进入一级气分离箱37，撞击分离挡板38后，气体从上端出口流出，液固相由底端锥形出口流入二级水分离箱39。固相被固体颗粒滤网40拦截，水则穿过固体颗粒滤网40流入水回收管，至水库24回收利用。保持水泵25运行，使实验管路和固体颗粒滤网40得到充分冲洗。被拦截的固相颗粒沿着斜置的固体颗粒滤网40落入三级冰分离箱41，打开热水入口阀门43和热水出口阀门44，使热水在三级冰分离箱41外层热水流动通道中流动，为内层冰砂分离室提供热量，促使冰粒气化，可燃冰粒气化后进入气体回注管。打开气体回注管阀门47，可使一级气分离箱37和三级冰分离箱41顶部回收的气体经气体回注管回注至可燃冰生成破碎一体化装置10。待可燃冰粒全部气化后，打开排砂阀45，回收砂粒，重新注至砂箱20。最后，关闭水泵25，停止水循环。

上述三级冰分离箱41外层顶部安装有热水箱温度计42，观察其读数，可检查热水流动通道中的热水温度是否合适。

实验结束后，由立管入口、跨中和出口三处的压力表和温度计的实时记录数据得到立管关键位置的压力、温度随时间的变化，由高速摄像机48记录的图像可得到立管内多相流的流动形态和气相、固相流动特征。

Claims (2)

1.一种模拟可燃冰流化开采立管多相流动的实验装置，由供气系统、可燃冰生成破碎一体化装置(10)、水循环系统、注砂装置以及分离回收系统组成；供气系统由储气瓶(1)、压缩机(4)、高压气罐(6)组成，储气瓶(1)与压缩机(4)之间管路上设有储气瓶阀门(3)，压缩机(4)与高压气罐(6)之间管路上安装罐间止回阀(5)，高压气罐(6)出气管路与可燃冰生成破碎一体化装置(10)相连，管路上依次安装高压气罐调节阀(8)和注气止回阀(9)；其特征在于：可燃冰生成破碎一体化装置(10)分上、中、下三层，上层为冷凝箱(14)，冷凝箱(14)下部设对开隔板(15)，冷凝箱(14)顶部装有三根电动螺杆钻(13)，中层为二次破碎室，二次破碎室底部为冰粒滤网(17)，紧贴冰粒滤网(17)的上部安装有二次破碎滚轮(16)，下层底部设有斜坡式冰粒称重计(18)，顺着冰粒称重计(18)的斜坡末端开有出口；注砂装置为一砂箱(20)，砂箱(20)顶部设加砂口，并装有加砂口阀门(21)，砂箱(20)底部为斜坡式砂粒称重计(22)，斜坡末端开设出砂口；可燃冰生成破碎一体化装置(10)出口及砂箱(20)出口通过Y型汇管与冰砂混合腔(28)连接，两支管上分别安有注冰阀(19)和注砂阀(23)；冰砂混合腔(28)上游为供水管路，由水泵(25)通过管路抽吸水库(24)中的水供给冰砂混合腔(28)，水泵(25)与冰砂混合腔(28)之间依次安装有水流调节阀(26)和水流流量计(27)；冰砂混合腔(28)出口设管路调节阀(29)，其下游连接实验测试立管，立管底端入口安有立管入口压力表(31)和立管入口温度计(30)，立管中部安装有立管跨中温度计(32)和立管跨中压力表(33)，立管顶端出口安装有立管出口压力表(35)和立管出口温度计(36)；立管表面开有等间距对称的可视透明视窗(34)，高速摄像机(48)通过透明视窗(34)拍摄立管内多相流动形态；立管出口连接一级气分离箱(37)，一级气分离箱(37)入口设有分离挡板(38)，一级气分离箱(37)下方为二级水分离箱(39)；二级水分离箱(39)的中部设有一倾斜放置的固体颗粒滤网(40)，右下方为三级冰分离箱(41)；二级水分离箱(39)下方连接水回收管至水库(24)；水库(24)、水泵(25)、供水管路、立管、一级气分离箱(37)、二级水分离箱(39)、水回收管构成了水循环系统；三级冰分离箱(41)为内外层结构，内层为冰砂分离室，外层为热水流动通道，热水入口设于底部右下端，安装有热水入口阀门(43)，热水出口设于顶部左上端，安装有热水出口阀门(44)，外层顶部安装有热水箱温度计(42)；内层顶部连有气体回注管，并安装有排气阀(46)，内层底部设有排砂口，安装有排砂阀(45)；气体回注管与一级气分离箱(37)和三级冰分离箱(41)顶部连接，并与注气止回阀(9)下游注气管以直角三通管连接至可燃冰生成破碎一体化装置(10)，气体回注管上安装有气体回注管阀门(47)。

2.利用如权利要求1所述的模拟可燃冰流化开采立管多相流动的实验装置可以提供一种模拟可燃冰流化开采立管多相流动的实验方法，其特征在于：关闭储气瓶阀门(3)、气体回注管阀门(47)、可燃冰生成破碎一体化装置(10)中部的对开隔板(15)、注冰阀(19)，观察储气瓶压力表(2)，确保储气瓶(1)内有足量的天然气；打开储气瓶阀门(3)和罐间止回阀(5)，启动压缩机(4)，经压缩机(4)加压后的气体流入高压气罐(6)，观察高压气罐压力表(7)，待高压气罐(6)内压力升至预设压力后，打开高压气罐调节阀(8)和注气止回阀(9)；高压气体进入可燃冰生成破碎一体化装置(10)上层冷凝箱(14)，观察冷凝箱压力表(11)，待其数值与高压气罐压力表(7)数值相同时，关闭高压气罐调节阀(8)；启动冷凝箱(14)对箱内气体进行降温，观察冷凝箱温度计(12)和冷凝箱压力表(11)，待它们达到可燃冰生成的温度和压力条件后，冷凝箱(14)内天然气会凝结成可燃冰；当冷凝箱(14)内气体全部凝结成冰后，启动电动螺杆钻(13)，将冷凝箱(14)内可燃冰初步破碎；打开对开隔板(15)，使初步破碎的可燃冰块落在中层冰粒滤网(17)上；启动二次破碎滚轮(16)，使其在冰粒滤网(17)上来回研磨可燃冰块，经研磨后的冰粒穿过冰粒滤网(17)落入下层冰粒称重计(18)上，记录待加入的冰粒总重量；关闭注砂阀(23)，打开加砂口阀门(21)，往砂箱(20)加入足量的砂粒；砂粒落在砂箱(20)底部砂粒称重计(22)上，记录待加入的砂粒总重量；关闭水流调节阀(26)和管路调节阀(29)，打开注冰阀(19)和注砂阀(23)，让冰粒和砂粒落入冰砂混合腔(28)；打开水流调节阀(26)，启动水泵(25)，往冰砂混合腔(28)供水，使冰砂混合物得以搅拌混匀；在合适的位置布置高速摄像机(48)，并启动记录；打开管路调节阀(29)，水流携带冰砂混合物进入立管；实时记录水流流量计(27)、立管入口温度计(30)、立管入口压力表(31)、立管跨中温度计(32)、立管跨中压力表(33)、立管出口压力表(35)、立管出口温度计(36)读数；待冰砂混合物全部携带出立管后，停止高速摄像机(48)的记录；关闭排砂阀(45)，打开排气阀(46)，从立管出口流出的多相流首先进入一级气分离箱(37)，撞击分离挡板(38)后，气体从上端出口流出，液固相由底端锥形出口流入二级水分离箱(39)；固相被固体颗粒滤网(40)拦截，水则穿过固体颗粒滤网(40)流入水回收管，至水库(24)回收利用；保持水泵(25)运行，使实验管路和固体颗粒滤网(40)得到充分冲洗；被拦截的固相颗粒沿着斜置的固体颗粒滤网(40)落入三级冰分离箱(41)，打开热水入口阀门(43)和热水出口阀门(44)，使热水在三级冰分离箱(41)外层热水流动通道中流动，为内层冰砂分离室提供热量，促使冰粒气化，可燃冰粒气化后进入气体回注管；打开气体回注管阀门(47)，可使一级气分离箱(37)和三级冰分离箱(41)顶部回收的气体经气体回注管回注至可燃冰生成破碎一体化装置(10)；待可燃冰粒全部气化后，打开排砂阀(45)，回收砂粒，重新注至砂箱(20)；关闭水泵(25)，停止水循环；由立管入口、跨中和出口三处的压力表和温度计的实时记录数据得到立管关键位置的压力、温度随时间的变化，由高速摄像机(48)记录的图像可得到立管内多相流的流动形态和气相、固相流动特征。