一種環道式多相流光電圖像監測衝蝕試驗裝置的製作方法

2023-09-22 05:11:15 1

專利名稱：一種環道式多相流光電圖像監測衝蝕試驗裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種應用於管道多相流衝蝕過程的試驗方法，具體的說是涉及一 種環道式多相流光電圖像監測衝蝕試驗裝置。
背景技術：
管道多相流的研究是流體力學研究的國際研究熱點和難題，管道多相流動涉及動 量傳遞、傳熱、傳質、化學反應等諸多關聯過程，管內流體的流型、流速、壓強、溫度等物理參 數往往經歷著一個時常變化的過程，對管內各相介質的相互作用、各相介質與壁面間的相 互作用以及多重作用的研究更是一個複雜的過程。特別在石化和工礦企業的裝置中，多相 流物料的管道輸送極為常見，複雜介質的管道內部汽-液-固流動對設備運行、壽命的影響 研究，對設備的腐蝕和防護及其重要。對管道內部流體的衝蝕試驗研究可分為三類單相流、雙相流和多相流。單相流衝 蝕是由管道內部流動的單相腐蝕流體造成的，對其研究開展較早，較雙相流和多相流衝蝕 研究簡單；多相流衝蝕涉及汽、液、固等複雜介質的配比和組成，其過程較複雜，在工業生產 中也最為常見，與工程生產實際關聯最為密切，但研究工作尚不夠深入。當前最為普遍的衝蝕實驗方法和設備是旋轉式實驗法和管流實驗，對實驗的設備 和工具要求較高。管道壁面的物理、化學變化過程是個衝刷和腐蝕相互協同作用的過程，同 時管道內部存在高壓、高溫的工況，因此對實驗設備的承壓、耐溫條件具有嚴格要求。而大 部分傳統測試方法和設備在管道衝蝕實驗中並不可行，而理論可行的實驗方法和設備卻往 往價格高昂、風險大，效果也不明顯。旋轉式實驗方法是通過管道中流體流速、流型的模擬，對衝蝕材料的工作情況進 行循環衝刷，具有設備簡單、價格低、體積小等有點，是使用較為廣泛的方法；管流實驗方法 更加貼近和符合實際管道流體流動過程，採取模擬實際工程管系系統，配備齊全的控制、測 試系統，但是對設備的防漏、承壓、耐高溫等條件要求更為苛刻。管流實驗方法直接模擬管 道衝蝕，直接控制管道多相流的流速、流態，其力學模型與工程實際最為貼近，因此實驗結 果直接與工程應用相關聯，更易於直觀解釋說明實際管道多相流衝蝕過程。環道式多相流衝蝕實驗採取了管流實驗的思想，直接模擬工業管道多相流過程， 配置儲罐、循環泵、管道和控制閥等相關設備和儀器，對測試試件進行循環衝蝕。對衝蝕管 道重點研究部位進行監視和測試，能夠直觀地表徵管壁重點部位的物理、化學變化過程和 掌控管道內部的流體流型、流態，對多相流的流體流速、相態等流體動力學參數以及管束材 料的衝蝕臨界特性等的深入分析提供清晰、直接的數據信息。
發明內容本實用新型的目的在於提供一種環道式多相流光電圖像監測衝蝕試驗裝置，可有 效對管道多相流的衝蝕過程進行直觀地監控、研究，對管道多相流的流體動力學過程、化 學、物理等綜合複雜的變化過程進行監控和分析。[0008]為了達到上述目的，本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是1)環道式衝蝕試件管段由直管段和直管段通過模型衝蝕彎管聯接組成；模型衝 蝕彎管背部開有測試孔，待測衝蝕試件經橡膠墊圈與測試孔配合，安裝待測衝蝕試件後的 模型衝蝕彎管與開測試孔前的彎管原形一致，固定擋板通過螺栓、緊固螺母加固待測衝蝕 試件、橡膠墊圈和模型衝蝕彎管之間的貼合程度；2)模型衝蝕彎管正內側安裝監測視窗，監測視窗兩側的模型衝蝕彎管上對稱安裝 照明窗口 ；監測視窗與CCD鏡頭配合，對待測衝蝕試件進行監測；兩個照明窗口上的LED光 源經過照明窗口照射至待測衝蝕試件監測區域，運用圖像處理分析系統監測模型衝蝕彎管 內部多相流的流動、物理過程和待測衝蝕試件的腐蝕、形變。本實用新型具有的有益效果是通過對環道式多相流衝蝕過程進行攝像監測，研究多相流體在管道內部的流型、 流態和物理、化學等複雜變化過程，能夠更好地研究管道多相流的流體動力學過程、管道腐 蝕變化過程、工作狀態等；對管道多相流的監測過程所需的光源由外接可調節的LED光源 提供，拆卸方便，攝像監測效果可達到最優化；衝蝕試件可靈活拆卸、安裝，可模擬不同材料 的衝蝕過程和腐蝕情況；裝置結構簡單、移動方便，可以模擬不同工況下的多相流衝蝕過 程，尤其可對多相流中主要成分為氣相的衝蝕監測效果最為明顯。

圖1是本實用新型環道式衝蝕試件的結構示意圖。圖2是本實用新型的模型衝蝕彎管的結構圖。圖3是圖2拆去固定擋板後的A-A截面視圖。圖4是本實用新型模型衝蝕彎管上背部測試孔的正視圖。圖5是本實用新型照明窗口和攝像窗口安裝示意圖。圖中1、直管段；2、直管段；3、待測衝蝕試件；4、模型衝蝕彎管；5、背部測試孔； 6、緊固螺母；7、橡膠墊圈；8、固定擋板；9、螺栓；10、監測視窗；11、LED光源；12、照明窗口 ； 13、CCD 鏡頭。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，為本實用新型環道式衝蝕試件結構由直管段1 和直管段2通過模型衝蝕彎管4聯接組成，環道式衝蝕試件部分為耐腐蝕不鏽鋼管材製作 的管道基體，管道基體模型根據相似理論和模型試驗原理設計製作，直管段1和直管段2兩 端採用法蘭連接至管流實驗管系，其特點是方便拆卸和搬移，建立多相流衝蝕實驗過程時 能減少操作，簡化管道多相流衝蝕過程模擬裝置的搭建過程；待測衝蝕試件3為在多相流 衝蝕過程中最易腐蝕破壞的關鍵部位，根據實際工程案例和理論計算對衝蝕破壞嚴重處進 行定點並製作，並裝配至模型衝蝕彎管4上，在模型衝蝕彎管4內側安裝監測視窗10，對衝 蝕試件在管內多相流中的工作過程、腐蝕狀況、流體狀態進行監控。如圖2、圖3、圖4所示，模型衝蝕彎管4背部開有測試孔5，測試孔5為與直管段 1、直管段2軸線成45°角度的橢圓環形截面，待測衝蝕試件3經橡膠墊圈7與測試孔5配
4合，安裝待測衝蝕試件3後的模型衝蝕彎管4與開測試孔5前的彎管原形一致，固定擋板8 通過螺栓9、緊固螺母6加固待測衝蝕試件3、橡膠墊圈7和模型衝蝕彎管4之間的貼合程 度，保證承壓、耐溫和密封性。模型衝蝕彎管4正內側安裝監測視窗10，監測視窗10兩側的模型衝蝕彎管4上對 稱安裝照明窗口 12 ；監測視窗10與CCD鏡頭13配合，對待測衝蝕試件3在管內多相流流 動過程和衝蝕試件的衝蝕形貌、腐蝕情況等進行監測；兩個照明窗口 12上可調亮度的LED 光源11經過照明窗口 12穩定照射至待測衝蝕試件3監測區域，LED光源11的特點是可拆 卸、更替、亮度可連續調節，以求CXD攝像和監測能夠達到最優效果。如圖5所示，是本實用新型的照明窗口 12和監測視窗10的安裝示意圖，LED光源 11在監測視窗10的兩側分布，中心線成60°角度，集中照射至衝蝕試件5上；CXD鏡頭13 通過在模型衝蝕彎管內側的監測視窗10對管道內部多相流流體的流型、流態進行拍攝、監 控。通過個人計算機或者工控機中的圖像處理分析系統對CXD鏡頭攝像的視頻信息 經過視頻圖像採集軟體保存至存儲設備，並通過監視器實時同步播放管內多相流流動和變 化過程；圖像分析處理軟體對儲存的數據進行視頻回放、圖像處理和信息分析，結果可對管 道多相流衝蝕的深入研究提供數據基礎。上述具體實施方式
用來解釋說明本實用新型，而不是對本實用新型進行限制，在 本實用新型的精神和權利要求的保護範圍內，對本實用新型作出的任何修改和改變，都落 入本實用新型的保護範圍。
權利要求一種環道式多相流光電圖像監測衝蝕試驗裝置，其特徵在於1)環道式衝蝕試件管段由直管段(1)和直管段(2)通過模型衝蝕彎管(4)聯接組成；模型衝蝕彎管(4)背部開有測試孔(5)，待測衝蝕試件(3)經橡膠墊圈(7)與測試孔(5)配合，安裝待測衝蝕試件(3)後的模型衝蝕彎管(4)與開測試孔(5)前的彎管原形一致，固定擋板(8)通過螺栓(9)、緊固螺母(6)加固待測衝蝕試件(3)、橡膠墊圈(7)和模型衝蝕彎管(4)之間的貼合程度；2)模型衝蝕彎管(4)正內側安裝監測視窗(10)，監測視窗(10)兩側的模型衝蝕彎管(4)上對稱安裝照明窗口；監測視窗(10)與CCD鏡頭(13)配合，對待測衝蝕試件(3)進行監測；兩個照明窗口上的LED光源(11)經過照明窗口(12)照射至待測衝蝕試件(3)監測區域，運用圖像處理分析系統監測模型衝蝕彎管(4)內部多相流的流動、物理過程和待測衝蝕試件(3)的腐蝕、形變。
2.根據權利要求1所述的一種環道式多相流光電圖像監測衝蝕試驗裝置，其特徵在 於所述的直管段(1)、直管段(2)的模型衝蝕彎管(4)的材質均為耐腐蝕不鏽鋼管材，直 管段(1)、直管段(2)分別通過法蘭與外接衝蝕試驗管系聯接。
專利摘要本實用新型公開了一種環道式多相流光電圖像監測衝蝕試驗裝置。包括環道式衝蝕試件部分、連續可調亮度LED光源、CCD圖像攝像監測部分和圖像處理分析系統部分。管道多相流動是一個涉及流體動力學、腐蝕科學、傳熱學和物理化學等諸多學科的複雜過程，管內複雜、苛刻的流動工況是阻礙管道多相流測試研究的重要因素。利用數值計算結果和實際情況對比參照對管內關鍵衝蝕部位進行定點，在試驗管道上開孔製作監測視窗對此關鍵衝蝕部位進行監控和研究，能夠對管內多相流流型、腐蝕狀態和管內物理變化過程進行實時監測，有助於管內多相流的複雜問題的深入研究。
文檔編號G06T7/00GK201653839SQ20102015112
公開日2010年11月24日 申請日期2010年4月2日 優先權日2010年4月2日
發明者偶國富, 鄭智劍, 金浩哲, 陸戴, 黃軍輝 申請人:浙江理工大學