[发明专利]含砂水合物浆体对管道冲蚀与摩阻系数测量装置及方法

权利要求书

1.含砂水合物浆体对管道冲蚀与摩阻系数测量装置，由样品制备系统、管输系统、数据采集分析系统和控制系统组成，其特征在于，所述样品制备系统包括制备釜(24)、加砂漏斗(23)，制备釜、加砂漏斗连接循环泵(5)；所述管输系统包括循环泵(5)、电阻层析成像仪(7)、制冷机(8)、电磁流量计(10)和循环管路，连有控制箱(6)的循环泵通过一端的输送管线依次连接电阻层析成像仪、制冷机、电磁流量计，与循环泵的另一端构成循环管路，电磁流量计右端的竖直管路上连接有第四阀门(15)和第五阀门(19)，在第四阀门、第五阀门之间有竖直测试管段(17)，竖直测试管段上连接有竖直管段超声波壁厚测量仪(18)并通过密封法兰连接在循环管路上，在第四阀门、第五阀门之外连接有竖直的旁通管路，旁通管路上安装有第六阀门(16)并通过螺纹连接在循环管路上；第五阀门(19)右端有一段竖直的管段，管段两端的法兰连接处安装有两个探头，两个探头连接至压差计(20)；循环管路水平段上连接有第七阀门(14)和第八阀门(9)，在第七阀门、第八阀门之间有水平测试管段(12)，水平测试管段上连接有水平管段超声波壁厚测量仪(11)并通过密封法兰连接在循环管路上，在第七阀门、第八阀门之外连接有水平的旁通管路，旁通管路上安装有第九阀门(13)并焊接在循环管路上，所述循环管路连接真空泵(1)；所述数据采集分析系统包括电阻层析成像仪、电磁流量计、压差计、竖直管段超声波壁厚测量仪、水平管段超声波壁厚测量仪；所述控制系统包括控制柜(21)、计算机(22)，所述控制柜连接并调节循环泵、制冷机、真空泵，计算机通过控制柜连接电阻层析成像仪、电磁流量计、压差计、竖直管段超声波壁厚测量仪、水平管段超声波壁厚测量仪，实现监测自动化。

2.如权利要求1所述的含砂水合物浆体对管道冲蚀与摩阻系数测量装置，其特征在于，所述循环泵为螺杆泵。

3.如权利要求1所述的含砂水合物浆体对管道冲蚀与摩阻系数测量装置，其特征在于，所述循环管路的输送管线表面包裹保温套用以保持温度的恒定。

4.如权利要求1所述的含砂水合物浆体对管道冲蚀与摩阻系数测量装置，其特征在于，所述压差计两探针之间存在2m的竖直管路。

5.如权利要求1所述的含砂水合物浆体对管道冲蚀与摩阻系数测量装置，其特征在于，所述循环管路设置排水口。

6.利用权利要求1、2、3、4或5所述的装置进行含砂水合物浆体对管道冲蚀与摩阻系数测量的方法，依次包括以下步骤：

(1)启动真空泵将管路中混入的气体排出；用制备釜制备所需的天然气水合物浆体，开启加砂漏斗，砂砾随浆体一同进入循环管路，通过控制加砂漏斗加砂量控制循环管路内的含砂量，通过控制加砂漏斗所加砂粒粒径大小控制循环管路内的砂粒粒径，调节制冷机将循环温度降低至实验要求温度，以保持管路内相态稳定；通过控制循环泵的转速使管路浆体达到实验所需流速，处于稳定的循环状态；

(2)计算机读取电阻层析成像仪和超声波壁厚测量仪数据，通过压差计记录压力变化，根据下式计算管路的摩阻系数λ_f：

其中：D为管径，m；Δp为压降，Pa；L为测试管段长度，m；ρ_{水合物浆液}为天然气水合物浆液密度，g/cm³；u为流速，m/s；

(3)通过超声波壁厚测量仪测试壁厚变化数据，绘制管路冲蚀壁厚变化图，同时拆卸测试管段直接观察管道内冲蚀情况。