一种考虑高温及管柱屈曲的冲蚀实验系统及实验方法

1.本发明涉及管柱冲蚀实验技术领域，特别涉及一种考虑高温及管柱屈曲的冲蚀实验系统及实验方法。


背景技术：

2.储气库注采管柱流动工况复杂多变，使得管柱冲蚀具有极强的环境依赖性且影响因素众多，这些因素可能存在一定的交互作用，导致不同工况下冲蚀预测模型的理论推导难度极大。鉴于此，管流冲蚀实验系统成为实现冲蚀预测、揭示冲蚀机理不可或缺的研究方法，即通过构建冲蚀实验系统，开展不同工况下的管流冲蚀实验，将固相颗粒、含颗粒流体及靶面塑性材料属性的待定参数与壁厚损失或冲蚀率联系起来，实现冲蚀经验或半经验预测模型的建立。然而，目前国内外尚未形成针对冲蚀实验系统的成熟标准及实验规范，不同的冲蚀实验结果多适用于特定实验流程及实验系统，导致管柱冲蚀规律未得到系统研究，不同工况下实验现象及冲蚀机理的统一解释仍未实现。
3.现有冲蚀实验系统较少考虑温度对储气库管柱靶面材料冲蚀的影响关系。中国专利文献公开号为cn114577650a公开了《一种多参数可调的射流、管流相结合的气液固冲蚀磨损实验装置及其使用方法》，所述直管测试段、弯管测试段均通过电缆加热管进行加热，即电缆加热管缠绕于直管测试段和弯曲测试段上，用于给测试段的管壁材质进行加热，从而考虑在管流条件下温度对材料冲蚀性能的影响。然而，实验过程中发现，基于电缆加热的形式，并不能保证测试段高温分布的均匀及稳定，且稳定的加热峰值很难超过130℃，这显著低于高温储气库中储层段的温度（如苏桥储气库的储层段温度达150℃左右，正在建设的崖城13-1储气库的储层段温度为178℃左右）。鉴于此，为进一步贴近现场工况，亟需探究其他的加热方式以保证测试段持续稳定的高温条件；此外，该发明仅实时监测了测试管道内的颗粒速度，并未提及如何得到管壁的冲蚀速率，冲蚀过程中的壁厚损失更是无法测量，因此需要借助其他手段来实现高温条件下管柱壁厚损失的实时测量。
4.需要注意的是：现场储气库的注采管柱会同时受到重力、活塞力、温度变形力、鼓胀变形力、库伦摩擦力、粘滞摩擦力等载荷的作用，管柱受力和变形复杂，导致管柱产生屈曲变形（常见有正弦屈曲和螺旋屈曲两种变形形式），而关于实验室条件下储气库屈曲管柱的高温冲蚀规律分析目前较少得到报道，因此高温条件下屈曲管柱的冲蚀实验系统亟需构建以开展相关实验。
5.此外，现有的气液固冲蚀实验系统多关注固相参数（如固相颗粒半径、固相颗粒形状、固相颗粒的冲击速度、固相颗粒密度、固相颗粒含量等）、气相参数（如流速、气体成分、流型等）及管柱参数（如管柱材质、靶面硬度、靶面涂层等）对管柱靶面的冲蚀影响关系，对液相参数（如液滴粒径、液滴含量等）所产生的冲蚀影响规律目前很少报道。


技术实现要素：

6.本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种考虑高温及管柱屈曲
的冲蚀实验系统及实验方法，通过高温控制箱实现正弦屈曲管柱测试段或螺旋屈曲管柱测试段的高温可调，通过高压密封法兰盘实现正弦屈曲管柱测试段和螺旋屈曲管柱测试段的快速更换，通过连接到低温水浴，使每一组壁厚测量导波杆的温度时刻处于室温范围，并通过激光多普勒测速仪监测气液固混合流体中的液滴含量和液滴粒径。
7.本发明提到的一种考虑高温及管柱屈曲的冲蚀实验系统，其技术方案是：包括空气压缩机、过滤及干燥罐、缓冲罐、压力传感器、pid控制阀、电子流量计、储砂罐、电动螺杆、汤姆逊阀、水箱、潜水泵、液体流量计、流量可调雾化喷嘴、雾化腔、高速摄像机和数据采集模块，所述空气压缩机通过管线和过滤及干燥罐连接到缓冲罐，所述缓冲罐的输出端通过压力传感器、pid控制阀和电子流量计连接到汤姆逊阀下端的气固透明段；所述储砂罐的下端设有电动螺杆，储砂罐内的石英砂通过电动螺杆进入汤姆逊阀，气固透明段的右端设有雾化腔；雾化腔的内部设有流量可调雾化喷嘴，水箱中的矿化度水通过潜水泵连接流量可调雾化喷嘴，高速摄像机用于监测冲蚀实验情况；其改进之处是：还包括气液固混合第一透明段、第一绝热段、第一高压密封法兰盘、第二高压密封法兰盘、第三高压密封法兰盘、正弦屈曲管柱测试段或螺旋屈曲管柱测试段、高温控制箱、第二绝热段、气液固混合第二透明段、第三绝热段、气液固混合第三透明段、气液固回收软管、除尘及砂收集箱体、激光多普勒测速仪、壁厚测量导波杆、超声波测厚仪、低温水浴，所述的雾化腔的下方依次连接气液固混合第一透明段、第一绝热段和冲蚀测试模块，所述冲蚀测试模块的下端通过第二绝热段、气液固混合第二透明段和气液固回收软管连接到除尘及砂收集箱体，冲蚀测试模块的右端通过第三绝热段、气液固混合第三透明段连接到气液固回收软管；所述冲蚀测试模块的左端设有一组以上的壁厚测量导波杆，且所述的壁厚测量导波杆分别通过管线连接到低温水浴，使每一组壁厚测量导波杆的温度时刻处于室温范围；所述超声波测厚仪安装在冲蚀测试模块的外侧，并连接到每一组壁厚测量导波杆；所述的冲蚀测试模块包括第一高压密封法兰盘、第二高压密封法兰盘、第三高压密封法兰盘、正弦屈曲管柱测试段或螺旋屈曲管柱测试段、高温控制箱、涡旋弯管测试段，所述第一高压密封法兰盘的上端连接第一绝热段，在第一高压密封法兰盘和第二高压密封法兰盘之间连接正弦屈曲管柱测试段或螺旋屈曲管柱测试段。
8.优选的，上述的壁厚测量导波杆包括测量杆与测试管道的焊接点、测量杆、冷却水入口、密封套筒右端盖、冷却水密封套筒、密封套筒左端盖、冷却水出口、超声波探头，所述测量杆的外部套有冷却水密封套筒，并且冷却水密封套筒的左端设有密封套筒左端盖，右端设有密封套筒右端盖，且在密封套筒左端盖上设有冷却水出口，密封套筒右端盖的下端盖设有冷却水入口，所述冷却水入口和冷却水出口分别通过管线与低温水浴中的入水接头和出水接头相连接，以实现测量杆的降温；所述测量杆的一端通过测量杆与测试管道的焊接点焊接到测试管道壁厚监测位置，另一端安装超声波探头。
9.优选的，上述的壁厚测量导波杆采用四组，包括壁厚测量第一导波杆、壁厚测量第二导波杆、壁厚测量第三导波杆和壁厚测量第四导波杆，均匀分布在正弦屈曲管柱测试段或螺旋屈曲管柱测试段的一侧。
10.优选的，上述的第三高压密封法兰盘的外端连接第三绝热段，在所述第一高压密封法兰盘与第三高压密封法兰盘之间安装涡旋弯管测试段。
11.优选的，上述的高温控制箱的内腔设有高温电炉，控制高温控制箱内的温度峰值
可稳定至600℃；高温控制箱的左侧设置有长条形的导波杆固定口，在导波杆固定口内依次设有导波杆第一固定片、导波杆第二固定片、导波杆第三固定片、导波杆第四固定片和导波杆第五固定片，将壁厚测量第一导波杆、壁厚测量第二导波杆、壁厚测量第三导波杆和壁厚测量第四导波杆进行固定。
12.优选的，上述过滤及干燥罐与缓冲罐之间的管线上设有第一截止阀，所述压力传感器与pid控制阀之间的管线上设有第二截止阀，液体流量计与潜水泵之间的管线上设有第三截止阀。
13.优选的，上述数据采集模块包括采集卡及采集转换箱、数据采集线路、数据处理软件及计算机，所述的数据处理软件及计算机的输入端通过采集卡及采集转换箱连接激光多普勒测速仪、超声波测厚仪、高速摄像机、压力传感器、pid控制阀和电子流量计；所述高温控制箱通过采集卡及采集转换箱、数据处理软件及计算机、高温电炉和循环泵实现对第一高压密封法兰盘、第二高压密封法兰盘、第三高压密封法兰盘、正弦屈曲管柱测试段或螺旋屈曲管柱测试段或涡旋弯管测试段的温度控制；所述激光多普勒测速仪放置在气液固混合第一透明段的一侧，用以监测气液固混合流体中的液滴含量和液滴粒径，结合流量可调雾化喷嘴实现液滴含量和液滴粒径的可调；高速摄像机用于监测气液固混合第二透明段或气液固混合第三透明段的液固流速。
14.本发明提到的一种考虑高温及管柱屈曲的冲蚀实验系统的实验方法，其技术方案是：采用正弦屈曲管柱测试段冲蚀时，包括以下步骤：s1、以全焊透的方式将与管柱材料相同的四组壁厚测量导波杆焊接至正弦屈曲管柱测试段的测试管道壁厚监测位置；s2、打开空气压缩机、第一截止阀和第二截止阀，调节pid控制阀达到目标气速，开启高温控制箱将测试段预热至目标温度200℃，同时借助低温水浴将每一组壁厚测量导波杆接近超声波探头的位置进行冷却；s3、在高温控制箱内安装焊接好的正弦屈曲管柱测试段，并向储砂罐内充填石英砂，按照目标进砂流量设置电动螺杆旋转速率，打开汤姆逊阀并在气固透明段观察下砂状况；s4、等待进砂稳定，开启潜水泵和第三截止阀，调节流量可调雾化喷嘴在雾化腔内达到目标水雾流量；s5、借助激光多普勒测速仪观察气液固混合第一透明段，获取石英砂和液滴的粒径和流动速度，继续调节电动螺杆、流量可调雾化喷嘴直至达到目标的液滴粒径和石英砂含量，通过高速摄像机监测气液固混合第二透明段内的液固流速；s6、混合流体经第一绝热段、第一高压密封法兰盘、正弦屈曲管柱测试段、第二高压密封法兰盘、第二绝热段、气液固混合第二透明段进入气液固回收软管，冲蚀过程中记录所有传感器数据，并通过壁厚测量第一导波杆、壁厚测量第二导波杆、壁厚测量第三导波杆和壁厚测量第四导波杆采集超声波信号；s7、基于超声波信号、采集卡及采集转换箱、数据采集线路、数据处理软件及计算机计算获得管道壁厚损失，冲蚀结束后拆卸正弦屈曲管柱测试段并进行称量，获得冲蚀的质量损失量。
15.本发明提到的一种考虑高温及管柱屈曲的冲蚀实验系统的实验方法，其技术方案
是：采用螺旋屈曲管柱测试段冲蚀时，包括以下步骤：s1、以全焊透的方式将与管柱材料相同的四组壁厚测量导波杆焊接至螺旋屈曲管柱测试段的测试管道壁厚监测位置；s2、打开空气压缩机、第一截止阀和第二截止阀，调节pid控制阀达到目标气速，开启高温控制箱将测试段预热至目标温度200℃，同时借助低温水浴将每一组壁厚测量导波杆接近超声波探头的位置进行冷却；s3、在高温控制箱内安装焊接好的螺旋屈曲管柱测试段，并向储砂罐内充填石英砂，按照目标进砂流量设置电动螺杆旋转速率，打开汤姆逊阀并在气固透明段观察下砂状况；s4、等待进砂稳定，开启潜水泵和第三截止阀，调节流量可调雾化喷嘴在雾化腔内达到目标水雾流量；s5、借助激光多普勒测速仪观察气液固混合第一透明段，获取石英砂和液滴的粒径和流动速度，继续调节电动螺杆、流量可调雾化喷嘴直至达到目标的液滴粒径和石英砂含量，通过高速摄像机监测气液固混合第二透明段内的液固流速；s6、混合流体经第一绝热段、第一高压密封法兰盘、螺旋屈曲管柱测试段、第二高压密封法兰盘、第二绝热段、气液固混合第二透明段进入气液固回收软管，冲蚀过程中记录所有传感器数据，采集包括来自屈曲位置的表面的壁厚测量导波杆的超声波信号；s7、基于超声波信号、采集卡及采集转换箱、数据采集线路、数据处理软件及计算机计算获得管道壁厚损失，冲蚀结束后拆卸螺旋屈曲管柱测试段并进行称量，获得冲蚀的质量损失量。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果具体如下：（1）本发明主要通过第一高压密封法兰盘与第二高压密封法兰盘之间安装正弦屈曲管柱测试段或螺旋屈曲管柱测试段，再通过第一高压密封法兰盘的外端通过第一绝热段连接上部的气液固混合第一透明段；在第二高压密封法兰盘的下端通过第二绝热段连接气液固混合第二透明段，再结合激光多普勒测速仪确定测试段液相中液滴的含量和粒径，通过超声波测厚仪监测壁厚测量导波杆；此外，低温水浴主要保证壁厚测量导波杆的温度时刻处于室温范围，防止高温对测试段的声波信号产生干扰，实现了不同屈曲状态管柱冲蚀规律的表征；（2）本发明可进行正弦屈曲管柱测试段或螺旋屈曲管柱测试段的气固、液固和气液固等工况的冲蚀实验，气液固冲蚀实验过程中通过调节流量可调雾化喷嘴并借助激光多普勒测速仪，实现了液相中液滴含量和液滴粒径的可调性；此外，基于高温控制箱内的大功率高温电炉，实现了测试段内高温条件的可调，最高温度可稳定至600℃。
附图说明
17.图1是本发明采用正弦屈曲管柱冲蚀的整体实验系统示意图；图2是本发明采用螺旋屈曲管柱冲蚀的整体实验系统示意图；图3是本发明采用涡旋弯管冲蚀的整体实验系统示意图；图4是壁厚测量导波杆的结构示意图；图5是高温控制箱立体示意图；
图6是高温控制箱侧面的导波杆安装结构示意图；上图中：空气压缩机1、过滤及干燥罐2、第一截止阀3、缓冲罐4、压力传感器5、第二截止阀6、pid控制阀7、电子流量计8、储砂罐9、电动螺杆10、汤姆逊阀11、气固透明段12、水箱13、矿化度水14、潜水泵15、第三截止阀16、液体流量计17、流量可调雾化喷嘴18、雾化腔19、气液固混合第一透明段20、第一绝热段21、第一高压密封法兰盘22、第二高压密封法兰盘23、第三高压密封法兰盘24、正弦屈曲管柱测试段25、螺旋屈曲管柱测试段26、高温控制箱27、第二绝热段28、气液固混合第二透明段29、第三绝热段30、气液固混合第三透明段31、气液固回收软管32、除尘及砂收集箱体33、出气管34、激光多普勒测速仪35、壁厚测量第一导波杆36、壁厚测量第二导波杆37、壁厚测量第三导波杆38、壁厚测量第四导波杆39、超声波测厚仪40、高速摄像机41、采集卡及采集转换箱42、数据采集线路43、数据处理软件及计算机44、高温电炉45、循环泵46、低温水浴47、测试管道壁厚监测位置48、测量杆与测试管道的焊接点49、测量杆50、冷却水入口51、密封套筒右端盖52、冷却水密封套筒53、密封套筒左端盖54、冷却水出口55、超声波探头定位块56、超声波探头压紧件57、超声波探头58、涡旋弯管测试段59、低温水浴第一出水接头60、低温水浴第一入水接头61、低温水浴第二出水接头62、低温水浴第二入水接头63、导波杆固定口64、导波杆第一固定片65、导波杆第二固定片66、导波杆第三固定片67、导波杆第四固定片68、导波杆第五固定片69。
具体实施方式
18.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
19.实施例1，参照图1，本发明提到的一种考虑高温及管柱屈曲的冲蚀实验系统，包括空气压缩机1、过滤及干燥罐2、缓冲罐4、压力传感器5、pid控制阀7、电子流量计8、储砂罐9、电动螺杆10、汤姆逊阀11、水箱13、潜水泵15、液体流量计17、流量可调雾化喷嘴18、雾化腔19、高速摄像机41和数据采集模块，所述空气压缩机1通过管线和过滤及干燥罐2连接到缓冲罐4，所述缓冲罐4的输出端通过压力传感器5、pid控制阀7和电子流量计8连接到汤姆逊阀11下端的气固透明段12；所述储砂罐9的下端设有电动螺杆10，储砂罐9内的石英砂通过电动螺杆10进入汤姆逊阀11，气固透明段12的右端设有雾化腔19；雾化腔19的内部设有流量可调雾化喷嘴18，水箱13中的矿化度水14通过潜水泵15连接流量可调雾化喷嘴18，高速摄像机41用于监测冲蚀实验情况；其改进之处是：还包括气液固混合第一透明段20、第一绝热段21、第一高压密封法兰盘22、第二高压密封法兰盘23、第三高压密封法兰盘24、正弦屈曲管柱测试段25或螺旋屈曲管柱测试段26、高温控制箱27、第二绝热段28、气液固混合第二透明段29、第三绝热段30、气液固混合第三透明段31、气液固回收软管32、除尘及砂收集箱体33、激光多普勒测速仪35、壁厚测量导波杆、超声波测厚仪40、低温水浴47，所述的雾化腔19的下方依次连接气液固混合第一透明段20、第一绝热段21和冲蚀测试模块，所述冲蚀测试模块的下端通过第二绝热段28、气液固混合第二透明段29和气液固回收软管32连接到除尘及砂收集箱体33，除尘及砂收集箱体33上设有出气管34，冲蚀测试模块的右端通过第三绝热段30、气液固混合第三透明段31连接到气液固回收软管32；所述冲蚀测试模块的左端设有一组以上的壁厚测量导波杆，且所述的壁厚测量导波杆分别通过管线连接到低温水浴47，使每一组壁厚测量导波杆的温度时刻处于室温范围，所述超声波测厚仪40安装在冲蚀
测试模块的外侧，并连接到每一组壁厚测量导波杆；参照图5，本发明提到的冲蚀测试模块包括第一高压密封法兰盘22、第二高压密封法兰盘23、第三高压密封法兰盘24、正弦屈曲管柱测试段25或螺旋屈曲管柱测试段26、高温控制箱27、涡旋弯管测试段59，所述第一高压密封法兰盘22的上端连接第一绝热段21，在第一高压密封法兰盘22和第二高压密封法兰盘23之间连接正弦屈曲管柱测试段25，第三高压密封法兰盘24的阀门关闭。
20.参照图4，本发明的壁厚测量导波杆包括测量杆与测试管道的焊接点49、测量杆50、冷却水入口51、密封套筒右端盖52、冷却水密封套筒53、密封套筒左端盖54、冷却水出口55、超声波探头58，所述测量杆50的外部套有冷却水密封套筒53，并且冷却水密封套筒53的左端设有密封套筒左端盖54，右端设有密封套筒右端盖52，且在密封套筒左端盖54上设有冷却水出口55，密封套筒右端盖52的下端盖设有冷却水入口51，其中，壁厚测量第一导波杆36和壁厚测量第二导波杆37的冷却水入口51和冷却水出口55分别通过管线与低温水浴47中的低温水浴第一出水接头60和低温水浴第一入水接头61连接，壁厚测量第三导波杆38和壁厚测量第四导波杆39的冷却水入口51和冷却水出口55分别通过管线与低温水浴47中的低温水浴第二出水接头62和低温水浴第二入水接头63连接，以实现测量杆50的降温；所述测量杆50的一端通过测量杆与测试管道的焊接点49焊接到测试管道壁厚监测位置48，另一端通过超声波探头定位块56和超声波探头压紧件57安装超声波探头58。
21.优选的，上述的壁厚测量导波杆采用四组，包括壁厚测量第一导波杆36、壁厚测量第二导波杆37、壁厚测量第三导波杆38和壁厚测量第四导波杆39，均匀分布在正弦屈曲管柱测试段25或螺旋屈曲管柱测试段26的一侧。
22.优选的，上述的第三高压密封法兰盘24的外端连接第三绝热段30，在所述第一高压密封法兰盘22与第三高压密封法兰盘24之间安装涡旋弯管测试段59。
23.参照图5和图6，本发明的高温控制箱27的内腔设有高温电炉45，控制高温控制箱27内的温度峰值可稳定至600℃；高温控制箱27的左侧设置有长条形的导波杆固定口64，在导波杆固定口64内依次设有导波杆第一固定片65、导波杆第二固定片66、导波杆第三固定片67、导波杆第四固定片68和导波杆第五固定片69，将壁厚测量第一导波杆36、壁厚测量第二导波杆37、壁厚测量第三导波杆38和壁厚测量第四导波杆39进行固定。
24.优选的，上述过滤及干燥罐2与缓冲罐4之间的管线上设有第一截止阀3，所述压力传感器5与pid控制阀7之间的管线上设有第二截止阀6，液体流量计17与潜水泵15之间的管线上设有第三截止阀16。
25.参照图1，本发明的数据采集模块包括采集卡及采集转换箱42、数据采集线路43、数据处理软件及计算机44，所述的数据处理软件及计算机44的输入端通过采集卡及采集转换箱42连接激光多普勒测速仪35、超声波测厚仪40、高速摄像机41、压力传感器5、pid控制阀7和电子流量计8；所述高温控制箱27通过采集卡及采集转换箱42、数据处理软件及计算机44、高温电炉45和循环泵46实现对第一高压密封法兰盘22、第二高压密封法兰盘23、第三高压密封法兰盘24、正弦屈曲管柱测试段25或螺旋屈曲管柱测试段26或涡旋弯管测试段59的温度控制；所述激光多普勒测速仪35放置在气液固混合第一透明段20的一侧，用以监测气液固混合流体中的液滴含量和液滴粒径，结合流量可调雾化喷嘴18实现液滴含量和液滴
粒径的可调；高速摄像机41用于监测气液固混合第二透明段29或气液固混合第三透明段31的液固流速。
26.本发明提到的一种考虑高温及管柱屈曲的冲蚀实验系统的实验方法，其技术方案是：采用正弦屈曲管柱测试段25冲蚀时，包括以下步骤：s1、以全焊透的方式将与管柱材料相同的四组壁厚测量导波杆焊接至正弦屈曲管柱测试段25的测试管道壁厚监测位置48；s2、打开空气压缩机1、第一截止阀3和第二截止阀6，调节pid控制阀7达到目标气速，开启高温控制箱27将测试段预热至目标温度200℃，同时借助低温水浴47将每一组壁厚测量导波杆接近超声波探头58的位置进行冷却；s3、在高温控制箱27内安装焊接好的正弦屈曲管柱测试段25，并向储砂罐9内充填石英砂，按照目标进砂流量设置电动螺杆10旋转速率，打开汤姆逊阀11并在气固透明段12观察下砂状况；s4、等待进砂稳定，开启潜水泵15和第三截止阀16，调节流量可调雾化喷嘴18在雾化腔19内达到目标水雾流量；s5、借助激光多普勒测速仪35观察气液固混合第一透明段20，获取石英砂和液滴的粒径和流动速度，继续调节电动螺杆10、流量可调雾化喷嘴18直至达到目标的液滴粒径和石英砂含量，通过高速摄像机41监测气液固混合第二透明段29内的液固流速；s6、混合流体经第一绝热段21、第一高压密封法兰盘22、正弦屈曲管柱测试段25、第二高压密封法兰盘23、第二绝热段28、气液固混合第二透明段29进入气液固回收软管32，冲蚀过程中记录所有传感器数据，并通过壁厚测量第一导波杆36、壁厚测量第二导波杆37、壁厚测量第三导波杆38和壁厚测量第四导波杆39采集超声波信号；s7、基于超声波信号、采集卡及采集转换箱42、数据采集线路43、数据处理软件及计算机44计算获得管道壁厚损失，冲蚀结束后拆卸正弦屈曲管柱测试段25并进行称量，获得冲蚀的质量损失量。
27.实施例2，参照图2，本发明提到的一种考虑高温及管柱屈曲的冲蚀实验系统，包括空气压缩机1、过滤及干燥罐2、缓冲罐4、压力传感器5、pid控制阀7、电子流量计8、储砂罐9、电动螺杆10、汤姆逊阀11、水箱13、潜水泵15、液体流量计17、流量可调雾化喷嘴18、雾化腔19、高速摄像机41和数据采集模块，所述空气压缩机1通过管线和过滤及干燥罐2连接到缓冲罐4，所述缓冲罐4的输出端通过压力传感器5、pid控制阀7和电子流量计8连接到汤姆逊阀11下端的气固透明段12；所述储砂罐9的下端设有电动螺杆10，储砂罐9内的石英砂通过电动螺杆10进入汤姆逊阀11，气固透明段12的右端设有雾化腔19；雾化腔19的内部设有流量可调雾化喷嘴18，水箱13中的矿化度水14通过潜水泵15连接流量可调雾化喷嘴18，高速摄像机41用于监测冲蚀实验情况；其改进之处是：还包括气液固混合第一透明段20、第一绝热段21、第一高压密封法兰盘22、第二高压密封法兰盘23、第三高压密封法兰盘24、正弦屈曲管柱测试段25或螺旋屈曲管柱测试段26、高温控制箱27、第二绝热段28、气液固混合第二透明段29、第三绝热段30、气液固混合第三透明段31、气液固回收软管32、除尘及砂收集箱体33、激光多普勒测速仪35、壁厚测量导波杆、超声波测厚仪40、低温水浴47，所述的雾化腔19的下方依次连接气液固混合第一透明段20、第一绝热段21和冲蚀测试模块，所述冲蚀测试模块的下端通过第二绝热段28、气液固混合第二透明段29和气液固回收软管32连接到除
尘及砂收集箱体33，冲蚀测试模块的右端通过第三绝热段30、气液固混合第三透明段31连接到气液固回收软管32；所述冲蚀测试模块的左端设有一组以上的壁厚测量导波杆，且所述的壁厚测量导波杆分别通过管线连接到低温水浴47，使每一组壁厚测量导波杆的温度时刻处于室温范围，所述超声波测厚仪40安装在冲蚀测试模块的外侧，并连接到每一组壁厚测量导波杆；与实施例1不同之处是：本发明提到的冲蚀测试模块包括第一高压密封法兰盘22、第二高压密封法兰盘23、第三高压密封法兰盘24、螺旋屈曲管柱测试段26、高温控制箱27，所述第一高压密封法兰盘22的上端连接第一绝热段21，在第一高压密封法兰盘22和第二高压密封法兰盘23之间连接螺旋屈曲管柱测试段26，第三高压密封法兰盘24的阀门关闭。
28.本发明提到的一种考虑高温及管柱屈曲的冲蚀实验系统的实验方法，其技术方案是：采用螺旋屈曲管柱测试段26冲蚀时，包括以下步骤：s1、以全焊透的方式将与管柱材料相同的四组壁厚测量导波杆焊接至螺旋屈曲管柱测试段26的测试管道壁厚监测位置48；s2、打开空气压缩机1、第一截止阀3和第二截止阀6，调节pid控制阀7达到目标气速，开启高温控制箱27将测试段预热至目标温度200℃，同时借助低温水浴47将每一组壁厚测量导波杆接近超声波探头58的位置进行冷却；s3、在高温控制箱27内安装焊接好的螺旋屈曲管柱测试段26，并向储砂罐9内充填石英砂，按照目标进砂流量设置电动螺杆10旋转速率，打开汤姆逊阀11并在气固透明段12观察下砂状况；s4、等待进砂稳定，开启潜水泵15和第三截止阀16，调节流量可调雾化喷嘴18在雾化腔19内达到目标水雾流量；s5、借助激光多普勒测速仪35观察气液固混合第一透明段20，获取石英砂和液滴的粒径和流动速度，继续调节电动螺杆10、流量可调雾化喷嘴18直至达到目标的液滴粒径和石英砂含量，通过高速摄像机41监测气液固混合第二透明段29内的液固流速；s6、混合流体经第一绝热段21、第一高压密封法兰盘22、螺旋屈曲管柱测试段26、第二高压密封法兰盘23、第二绝热段28、气液固混合第二透明段29进入气液固回收软管32，冲蚀过程中记录所有传感器数据，采集包括来自屈曲位置的表面的壁厚测量导波杆的超声波信号；s7、基于超声波信号、采集卡及采集转换箱42、数据采集线路43、数据处理软件及计算机44计算获得管道壁厚损失，冲蚀结束后拆卸螺旋屈曲管柱测试段26并进行称量，获得冲蚀的质量损失量。
29.实施例3，参照图3，本发明提到的一种考虑高温及管柱屈曲的冲蚀实验系统，与实施例1或2不同之处是：本发明提到的冲蚀测试模块包括第一高压密封法兰盘22、第二高压密封法兰盘23、第三高压密封法兰盘24、涡旋弯管测试段59、高温控制箱27，所述第一高压密封法兰盘22的上端连接第一绝热段21，在第一高压密封法兰盘22和第三高压密封法兰盘24之间连接涡旋弯管测试段59，第二高压密封法兰盘23的阀门关闭。
30.本发明提到的一种考虑高温及管柱屈曲的冲蚀实验系统的实验方法，其技术方案
是：采用涡旋弯管测试段59冲蚀时，包括以下步骤：s1、以全焊透的方式将与管柱材料相同的四组壁厚测量导波杆焊接至涡旋弯管测试段59的测试管道壁厚监测位置48；s2、打开空气压缩机1、第一截止阀3和第二截止阀6，调节pid控制阀7达到目标气速，开启高温控制箱27将测试段预热至目标温度200℃，同时借助低温水浴47将每一组壁厚测量导波杆接近超声波探头58的位置进行冷却；s3、在高温控制箱27内安装焊接好的涡旋弯管测试段59，安装在第一高压密封法兰盘22和第三高压密封法兰盘24之间，然后向储砂罐9内充填石英砂，按照目标进砂流量设置电动螺杆10旋转速率，打开汤姆逊阀11并在气固透明段12观察下砂状况；s4、等待进砂稳定，开启潜水泵15和第三截止阀16，调节流量可调雾化喷嘴18在雾化腔19内达到目标水雾流量；s5、借助激光多普勒测速仪35观察气液固混合第一透明段20，获取石英砂和液滴的粒径和流动速度，继续调节电动螺杆10、流量可调雾化喷嘴18直至达到目标的液滴粒径和石英砂含量，通过高速摄像机41监测气液固混合第三透明段31内的液固流速；s6、混合流体经第一绝热段21、第一高压密封法兰盘22、涡旋弯管测试段59、第三高压密封法兰盘24、第三绝热段30、气液固混合第三透明段31进入气液固回收软管32，冲蚀过程中记录所有传感器数据，并通过壁厚测量第一导波杆36、壁厚测量第二导波杆37、壁厚测量第三导波杆38和壁厚测量第四导波杆39采集超声波信号；s7、基于超声波信号、采集卡及采集转换箱42、数据采集线路43、数据处理软件及计算机44计算获得管道壁厚损失，冲蚀结束后拆卸涡旋弯管测试段59并进行称量，获得冲蚀的质量损失量。
31.本实施例主要通过第一高压密封法兰盘22与第三高压密封法兰盘24之间安装涡旋弯管测试段59，再通过第一高压密封法兰盘22的外端连接第一绝热段21连接上部的气液固混合第一透明段20；在第三高压密封法兰盘24的右端通过第三绝热段30连接气液固混合第三透明段31，借助激光多普勒测速仪35监测气液固混合第一透明段20、借助高速摄像机41监测气液固混合第三透明段31，冲蚀过程中取两种监测方法固相砂粒和液滴运移速度的平均值，作为涡旋弯管测试段59内的固液两相的运移速度。鉴于激光多普勒测速仪35不仅能获得固相颗粒和液相液滴的运行速度，还可以监测到液相液滴的粒径分布，因此再结合激光多普勒测速仪35确定液相中液滴的含量和粒径，通过超声波测厚仪40监测壁厚测量导波杆，实现了高温条件下涡旋弯管测试段59的抗冲蚀性能的表征。
32.以上所述，仅是本发明的部分较佳实施例，任何熟悉本领域的技术人员均可能利用上述阐述的技术方案加以修改或将其修改为等同的技术方案。因此，依据本发明的技术方案所进行的相应简单修改或等同变换，尽属于本发明要求保护的范围。