CN110018007A - 一种注水喷射实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种注水喷射实验装置，包括注水系统、风机系统及高清摄像仪，注水系统包括蓄水池、注水管道及注水器，注水管道的一端连接蓄水池，注水管道的另一端连接注水器，注水管道上安装有水泵；风机系统包括风机及风机管道，风机连接风机管道，注水器置于风机管道内，高清摄像仪朝向注水器拍摄。能够实现广范围精准模拟仿真，具有操作简单、可视化、可调可控、现象明显等明显特点，可用于流场分析，能够较好的满足当前石油化工行业的迫切需要，可用于解决当前石油化工行业设备腐蚀分析问题。

Description

一种注水喷射实验装置

技术领域

本发明属于管道试验领域，具体涉及了一种注水喷射实验装置。

背景技术

众所周知，石化工厂加氢装置需要通过注水来减少管道的腐蚀，然而现今对于注水的方式和用量的分析都是及其复杂的工程，并且处于理论计算预测上，不够直观精确。目前国内工厂常采用在注水支管上开条缝或采用90°弯管加缩径管的方式来达到注水目的。这些注水方式混合效果差，管道内流体虽然在运动一段距离后也能够混合均匀，但在注水出口处有向管道一侧偏流的趋势，且气相体积占比不够理想，易造成管道冲蚀。

国内石化企业已经普遍认识到注水器结构、注水方式、注水操作法等方面的重要性，但苦于没有简单实施可用于注水喷射实验的平台结构，最终无法形成精准的工艺防措施。

发明内容

本发明的目的在于提供一种注水喷射实验装置，能够实现广范围精准模拟仿真，具有操作简单、可视化、可调可控、现象明显等明显特点，可用于流场分析，能够较好的满足当前石油化工行业的迫切需要，可用于解决当前石油化工行业设备腐蚀分析问题。

为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：

一种注水喷射实验装置，包括注水系统、风机系统及高清摄像仪，其特征在于：注水系统包括蓄水池、注水管道及注水器，注水管道的一端连接蓄水池，注水管道的另一端连接注水器，注水管道上安装有水泵；风机系统包括风机及风机管道，风机连接风机管道，注水器置于风机管道内，高清摄像仪朝向注水器拍摄。

进一步，注水管道上安装有截止阀，注水管道连接有旁道管，旁道管的另一端连接蓄水池，旁道管上安装有旁道截止阀，截止阀与旁道截止阀相互配合。通过截止阀与旁道截止阀，实现注水管道内的水介质可调可控，将水压控制在0.1MPa-0.5MPa，从而主动调节至指定水压，扩大试验范围，提高试验的准确度；且多余的水从旁道管回流到蓄水池内，可重复利用，十分环保。

进一步，注水管道上安装有压力计与电磁流量计，压力计与电磁流量计位于截止阀的后方。压力计实时检测注水管道内的水压，电磁流量计实时检测注水管道内的水流量，将水流的工况及时反映给试验人员，方便调节水流量与水压，便于操控。

进一步，注水管道设有两组第一法兰，两组第一法兰之间为压力计。通过第一法兰将注水管道组装起来，并具有良好的密封性。

进一步，风机管道包括碳钢管道与玻璃管道，碳钢管道连接风机，玻璃管道连接碳钢管道。本发明根据实验要求将风机管道分为碳钢管道与玻璃管道，碳钢管道结构强度高，提高整个风机管道的稳定性及力学性能，玻璃管道表面透明，更有利于高清摄像仪的拍摄，使得实验结果更为精确。

进一步，风机管道上连接有两组第二法兰，其中一组第二法兰连接碳钢管道与风机，另一组第二法兰连接碳钢管道与玻璃管道。第二法兰将风机、碳钢管道与玻璃管道紧密连接，具有良好的稳定性与密封性。

进一步，碳钢管道安装有风速整流装置及风速计。风速整流装置用于处理风机吹出的风，并输出具有均匀风速的风，防止紊乱的风速影响实验结果。风速计用于检测风速及风压，方便调节与控制风速，间接的提高实验精确性。

进一步，玻璃管道设有向上的三通管道，三通管道的上端口设有第三法兰；三通管道内设有接管，接管的上端连接注水管道，接管的下端连接有弯管，弯管连接注水器。通过上述结构特点，使得注水管道能够平稳的接入到玻璃管道中，并形成良好的密封性。

进一步，风机管道末端焊接有蓄水球，蓄水球的上端开设有空洞，蓄水球的下端连接有废水回收管，废水回收管连接蓄水池。蓄水球能够将风机管道内残留的水收集并回流到蓄水池中，能够循环利用，节约水资源。

进一步，高清摄像仪安装于摄像机固定架上。借助摄像机固定架使得高清摄像仪能够平稳拍摄影像。

由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：

本发明为一种注水喷射实验装置，能够实现广范围精准模拟仿真，具有操作简单、可视化、可调可控、现象明显等明显特点，可用于流场分析，能够较好的满足当前石油化工行业的迫切需要，可用于解决当前石油化工行业设备腐蚀分析问题。其具体有益效果表现为以下几点：

1、本发明可用于石化行业换热设备前注水系统研究，可同时分析不同压力、流速下管道内注水器气液两相流动及雾化特性；

2、本发明包含注水系统及来流系统，可用于调节注水水量、压力和来流速度及压力等关键参量，以适用不同环境下模拟实验研究。

3、本发明包含高清摄像和测距系统，可用于显示不同情况下注水器喷嘴后气液两相雾化角、射程等规律研究，亦适用于较大雾化角下，液相与管壁接触后冲蚀特性研究。

4、本发明采用多部件、分区域控制调节系统，可精确测量出不同需要条件的实际作用效果，适用于不同条件下的实验模拟分析。

5、本发明包含风速整流装置，可用于不同风压、风速的调节，混合风流，适用于不同来流条件的模拟实验研究。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明一种注水喷射实验装置的结构框图；

图2为注水喷射实验装置的结构示意图；

图3为风机系统的示意图；

图4为高清摄像仪的检测示意图；

图5为注水管道与风机管道的连接示意图。

具体实施方式

如图1至图5所示，一种注水喷射实验装置，包括注水系统、风机系统及高清摄像仪15，注水系统包括蓄水池1、注水管道11及注水器8；本发明的蓄水池1直径为1m，高度为1.5m，其最大水容量满足水泵2在要求的最大功用下工作1小时。注水管道11的一端连接蓄水池1，注水管道11的另一端连接注水器8，蓄水池1向注水管道11送水，注水管道11上安装有水泵2，水泵2为立式结构离心泵，通过水泵2将水输送至注水器8；

注水管道11上安装有截止阀3，注水管道11连接有旁道管12，旁道管12在注水管道11上的连接位置位于水泵2与截止阀3之间，旁道管12的另一端连接蓄水池1，旁道管12上安装有旁道截止阀10，截止阀3与旁道截止阀10相互配合。通过截止阀3与旁道截止阀10，实现注水管道11内的水介质可调可控，将水压控制在0.1MPa-0.5MPa，从而主动调节至指定水压，扩大试验范围，提高试验的准确度；且多余的水从旁道管12回流到蓄水池1内，可重复利用，十分环保。

注水管道11上安装有压力计5与电磁流量计4，压力计5与电磁流量计4位于截止阀3的后方。压力计5实时检测注水管道11内的水压，压力计5通过螺纹连接到注水管道11上，具体为在注水管道11上开一个内螺纹孔，用螺纹固定，压力计5与计算机19连接，数据实时输出；压力计5也可以通过在注水管道11开个孔，配上螺纹底座，通过焊接直接焊上。电磁流量计4实时检测注水管道11内的水流量，电磁流量计4要求连接段管道近似水平，前后都有一段直管，其出口端经过短直管后设计为向上的弯曲管，确保水流满管，其整体与计算机19连接，数据实时输出。压力计5与电磁流量计4将水流的工况及时反映给试验人员，方便调节水流量与水压，便于操控。

注水管道11设有两组第一法兰14，两组第一法兰14之间为压力计5，通过第一法兰14将注水管道11组装起来，并具有良好的密封性。

风机系统包括风机6及风机管道13，风机6连接风机管道13，注水器8置于风机管道13内，高清摄像仪15朝向注水器8拍摄。风机管道13包括碳钢管道16与玻璃管道17，碳钢管道16连接风机6，玻璃管道17连接碳钢管道16。本发明根据实验要求将风机管道13分为碳钢管道16与玻璃管道17，碳钢管道16结构强度高，提高整个风机管道13的稳定性及力学性能，玻璃管道17表面透明，更有利于高清摄像仪15的拍摄，使得实验结果更为精确。

碳钢管道16安装有风速整流装置9及风速计7，风速整流装置9位于距碳钢管道16前端10cm处，风速整流装置9用于处理风机6吹出的风，并输出具有均匀风速的风，防止紊乱的风速影响实验结果。风速计7位于距碳钢管道16前端40cm处，风速计7用于检测风速及风压，方便调节与控制风速，间接的提高实验精确性。

玻璃管道17设有向上的三通管道20，三通管道20的上端口设有第三法兰23；三通管道20内设有接管21，接管21的上端连接注水管道11，接管21的下端连接有弯管22，弯管22连接注水器8。通过上述结构特点，使得注水管道11能够平稳的接入到玻璃管道17中，并形成良好的密封性。

风机管道13上连接有两组第二法兰18，其中一组第二法兰18连接碳钢管道16与风机6，另一组第二法兰18连接碳钢管道16与玻璃管道17。第二法兰18将风机6、碳钢管道16与玻璃管道17紧密连接，具有良好的稳定性与密封性。

风机管道13末端焊接有蓄水球(图中未标出)，蓄水球的上端开设有空洞，蓄水球的下端连接有废水回收管(图中未标出)，废水回收管连接蓄水池1。蓄水球能够将风机管道13内残留的水收集并回流到蓄水池1中，能够循环利用，节约水资源。

高清摄像仪15安装于摄像机固定架14上。借助摄像机固定架14使得高清摄像仪15能够平稳拍摄影像。

本发明的实验过程为：

第一步：实验过程中水从蓄水池1中经过水泵2抽取加压后，进入到注水管道11内，注水器8压力取值范围为0.1MPa-0.5MPa，每隔0.05MPa取值一次，进行改变压力下的实验分析。根据压力计5的实时数据调节截止阀3来改变进入注水器8的流量，水流经过电磁流量计4，每次的压力和流量的变化量都经过压力计5和电磁流量计4的信号输出，实时呈现在计算机19上，得到实时数据，记录好数据。

第二步：风机6在变频器的作用调节下，可在40-60Hz之间工作，风机6的吹风经过风速整流装置9的整流作用后达到风速混合均匀的效果，风速以及风压的大小可由风速计7测量，实时呈现在计算机19上，记录好数据。由风速数据调节变频器，达到指定风速风压大小。

第三步：通过高清摄像仪15拍摄雾化场图像，并对雾化图像进行分析处理后，从图像中测量出雾化角，分析出是否对管壁进行冲蚀。通过计算机19分析注水器8与压力，流量，风速等数据之间的关系，做出分析图像。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种注水喷射实验装置，包括注水系统、风机系统及高清摄像仪，其特征在于：所述注水系统包括蓄水池、注水管道及注水器，所述注水管道的一端连接所述蓄水池，所述注水管道的另一端连接所述注水器，所述注水管道上安装有水泵；所述风机系统包括风机及风机管道，所述风机连接所述风机管道，所述注水器置于所述风机管道内，所述高清摄像仪朝向所述注水器拍摄。

2.根据权利要求1所述的一种注水喷射实验装置，其特征在于：所述注水管道上安装有截止阀，所述注水管道连接有旁道管，所述旁道管的另一端连接所述蓄水池，所述旁道管上安装有旁道截止阀，所述截止阀与所述旁道截止阀相互配合。

3.根据权利要求2所述的一种注水喷射实验装置，其特征在于：所述注水管道上安装有压力计与电磁流量计，所述压力计与所述电磁流量计位于所述截止阀的后方。

4.根据权利要求3所述的一种注水喷射实验装置，其特征在于：所述注水管道设有两组第一法兰，两组所述第一法兰之间为所述压力计。

5.根据权利要求1所述的一种注水喷射实验装置，其特征在于：所述风机管道包括碳钢管道与玻璃管道，所述碳钢管道连接所述风机，所述玻璃管道连接所述碳钢管道。

6.根据权利要求5所述的一种注水喷射实验装置，其特征在于：所述风机管道上连接有两组第二法兰，其中一组所述第二法兰连接所述碳钢管道与所述风机，另一组所述第二法兰连接所述碳钢管道与所述玻璃管道。

7.根据权利要求5所述的一种注水喷射实验装置，其特征在于：所述碳钢管道安装有风速整流装置及风速计。

8.根据权利要求5所述的一种注水喷射实验装置，其特征在于：所述玻璃管道设有向上的三通管道，所述三通管道的上端口设有第三法兰；所述三通管道内设有接管，所述接管的上端连接所述注水管道，所述接管的下端连接有弯管，所述弯管连接所述注水器。

9.根据权利要求1所述的一种注水喷射实验装置，其特征在于：所述风机管道末端焊接有蓄水球，所述蓄水球的上端开设有空洞，所述蓄水球的下端连接有废水回收管，所述废水回收管连接所述蓄水池。

10.根据权利要求1所述的一种注水喷射实验装置，其特征在于：所述高清摄像仪安装于摄像机固定架上。