稠密液固两相旋转流冲刷腐蚀模拟试验装置的制作方法

本发明主要涉及石油化工承压设备安全领域，具体涉及一种稠密液固两相旋转流冲刷腐蚀模拟试验装置，用于研究冲刷和腐蚀的耦合作用，测量承压设备冲刷和腐蚀速率，为石油化工生产装备冲蚀模拟研究及风险评估提供数据支撑，指导现场装置安全运维。

背景技术：

1、冲蚀现象是冲刷和腐蚀耦合作用的结果，易造成设备和管道减薄、穿孔、开裂，引发泄漏事故，严重时会造成人财物损失，是限制化工装置长周期安全运行的难题。尤其在石油化工生产装备中，设备处于复杂多相的冲蚀环境中，以液固两相流冲刷和腐蚀耦合作用为主，且介质流速和颗粒浓度均较高，造成设备/管道减薄速率和位置难以预测。

2、现有的试验和模型研究主要是针对冲刷现象，较少考虑腐蚀因素的影响，更鲜有针对石油化工生产装备的稠密液固两相冲刷腐蚀模拟及试验研究。为了研究石油化工生产装备中液固流体对设备的冲蚀损伤，可选用的冲蚀装置有环路式、喷射式和旋转搅拌式。其中，环路式优势在于可研究流场的影响，但造价昂贵、实验周期长且难以考察腐蚀对冲刷的耦合影响；喷射式考虑了冲蚀角、反弹系数等单一因素的影响，但模拟出的实验结果比真实情况的冲蚀磨损严重；旋转搅拌式能够更高效便捷地进行动态腐蚀和冲刷测试，也是本发明采用的方法。旋转搅拌式冲蚀模拟装置不仅占地面积小，方便调节流体温度、流速及颗粒浓度，而且能够考察腐蚀因素对冲刷的耦合影响。

3、因此，针对石油化工生产装备中稠密液固两相冲蚀机理及规律，有必要开发稠密液固两相旋转流冲刷腐蚀模拟试验装置，采用便捷、高效的旋转搅拌方式模拟冲刷和腐蚀的耦合作用，测量冲刷和腐蚀失重速率及表面形貌变化，进而研究石油化工生产装备工业管道中非均匀稠密液固两相流冲蚀规律，为石油化工生产装备冲蚀模拟研究及风险评估提供数据支撑，指导现场装置安全运维。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种稠密液固两相旋转流冲刷腐蚀模拟试验装置，用于测试稠密颗粒与腐蚀介质环境下冲刷与腐蚀耦合作用规律。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种稠密液固两相旋转流冲刷腐蚀模拟试验装置，其特征在于，包括电机、中心旋转轴、搅拌釜、多层试样挂载架以及搅拌桨叶，其中：

4、所述搅拌釜的筒体的顶部法兰与一法兰结构密封连接，所述法兰结构上固定有所述电机，所述中心旋转轴的一端与所述电机动力连接，另一端密封地穿过所述法兰结构而伸入所述搅拌釜的筒体内，并与所述搅拌桨叶固定连接；

5、所述法兰结构的中心位置还向下连接有挂载套筒，所述挂载套筒不与所述中心旋转轴发生干涉；

6、所述多层试样挂载架设有至少两层挂架，各层挂架具有呈辐射状伸出的4-12对挂臂，每一对挂臂的内端固定在所述挂载套筒上，外端形成上下对应的一对圆孔，每一对圆孔可供固定一个试样件的两端。

7、所述的稠密液固两相旋转流冲刷腐蚀模拟试验装置，其中：相邻两层挂架的直径相差1～3倍，供同时安装和测试不同材质试样件和相同材质的平行试样件。

8、所述的稠密液固两相旋转流冲刷腐蚀模拟试验装置，其中：在所述筒体内沿轴向加设挡板。

9、所述的稠密液固两相旋转流冲刷腐蚀模拟试验装置，其中：所述试样件的两端各形成定位孔，以通过螺栓或螺钉穿过所述圆孔以及定位孔而形成稳定结构。

10、所述的稠密液固两相旋转流冲刷腐蚀模拟试验装置，其中：所述试样件为圆柱体、圆台、长方体或弓形体；所述定位孔加工有内螺纹，并通过防脱落螺栓固定于挂臂的外端圆孔中。

11、所述的稠密液固两相旋转流冲刷腐蚀模拟试验装置，其中：所述搅拌桨叶为旋桨式，流型为轴流型，叶片数量不小于两片，所述搅拌桨叶的直径为0.15-0.5倍的搅拌釜内径。

12、所述的稠密液固两相旋转流冲刷腐蚀模拟试验装置，其中：在搅拌釜的筒身侧面设有光纤传感器，所述法兰结构上设有伸入搅拌釜中的电加热器以及温度传感器，所述电机、所述光纤传感器、所述电加热器以及所述温度传感器与一数据采集控制箱电连接，形成自动调控和紧急连锁系统。

13、所述的稠密液固两相旋转流冲刷腐蚀模拟试验装置，其中：所述光纤传感器深入筒体距离试样件1-3cm处，光纤传感器前端设有保护罩，仅露出1-3mm长度的探针。

14、所述的稠密液固两相旋转流冲刷腐蚀模拟试验装置，其中：所述电加热器穿过法兰结构的预留孔并插入搅拌釜的流体中，距筒体内壁1-2cm，低于液面5cm，加热温度范围为25～200℃；所述温度传感器穿过法兰结构的预留孔并插入靠近搅拌釜的内壁边缘的流体中，温度传感器距筒体内壁1-2cm，低于液面5cm，温度测试范围为0～250℃。

15、所述的稠密液固两相旋转流冲刷腐蚀模拟试验装置，其中：所述搅拌釜的外表面设有呈圆周包覆的外保温层，所述外保温层由保温材料制成，内设有耐高温软管或金属管，所述耐高温软管或金属管是蛇形盘管或轴向竖管或周向环管或螺旋形管，所述耐高温软管或金属管中设有保温介质。

16、本发明目可同步测量多种材质、颗粒浓度和流速下的试样冲蚀失重速率，实时测量试样件附近颗粒浓度和流速，能够对温度、颗粒浓度和流速实现同步联动调控，并对失稳状况进行紧急控制和泄放，为石油化工生产装备冲蚀模拟研究及风险评估提供数据支撑，指导现场装置安全运维。

技术特征：

1.一种稠密液固两相旋转流冲刷腐蚀模拟试验装置，其特征在于，包括电机、中心旋转轴、搅拌釜、多层试样挂载架以及搅拌桨叶，其中：

2.根据权利要求1所述的稠密液固两相旋转流冲刷腐蚀模拟试验装置，其特征在于：相邻两层挂架的直径相差1～3倍，供同时安装和测试不同材质试样件和相同材质的平行试样件。

3.根据权利要求1所述的稠密液固两相旋转流冲刷腐蚀模拟试验装置，其特征在于：在所述筒体内沿轴向加设挡板。

4.根据权利要求1所述的稠密液固两相旋转流冲刷腐蚀模拟试验装置，其特征在于：所述试样件的两端各形成定位孔，以通过螺栓或螺钉穿过所述圆孔以及定位孔而形成稳定结构。

5.根据权利要求4所述的稠密液固两相旋转流冲刷腐蚀模拟试验装置，其特征在于：所述试样件为圆柱体、圆台、长方体或弓形体；所述定位孔加工有内螺纹，并通过防脱落螺栓固定于挂臂的外端圆孔中。

6.根据权利要求1所述的稠密液固两相旋转流冲刷腐蚀模拟试验装置，其特征在于：所述搅拌桨叶为旋桨式，流型为轴流型，叶片数量不小于两片，所述搅拌桨叶的直径为0.15-0.5倍的搅拌釜内径。

7.根据权利要求1所述的稠密液固两相旋转流冲刷腐蚀模拟试验装置，其特征在于：在搅拌釜的筒身侧面设有光纤传感器，所述法兰结构上设有伸入搅拌釜中的电加热器以及温度传感器，所述电机、所述光纤传感器、所述电加热器以及所述温度传感器与一数据采集控制箱电连接，形成自动调控和紧急连锁系统。

8.根据权利要求7所述的稠密液固两相旋转流冲刷腐蚀模拟试验装置，其特征在于：所述光纤传感器深入筒体距离试样件1-3cm处，光纤传感器前端设有保护罩，仅露出1-3mm长度的探针。

9.根据权利要求7所述的稠密液固两相旋转流冲刷腐蚀模拟试验装置，其特征在于：所述电加热器穿过法兰结构的预留孔并插入搅拌釜的流体中，距筒体内壁1-2cm，低于液面5cm，加热温度范围为25～200℃；所述温度传感器穿过法兰结构的预留孔并插入靠近搅拌釜的内壁边缘的流体中，温度传感器距筒体内壁1-2cm，低于液面5cm，温度测试范围为0～250℃。

10.根据权利要求7所述的稠密液固两相旋转流冲刷腐蚀模拟试验装置，其特征在于：所述搅拌釜的外表面设有呈圆周包覆的外保温层，所述外保温层由保温材料制成，内设有耐高温软管或金属管，所述耐高温软管或金属管是蛇形盘管或轴向竖管或周向环管或螺旋形管，所述耐高温软管或金属管中设有保温介质。

技术总结
本发明提供一种稠密液固两相旋转流冲刷腐蚀模拟试验装置，包括电机、中心旋转轴、搅拌釜、多层试样挂载架以及搅拌桨叶，搅拌釜的筒体的顶部法兰与一法兰结构密封连接，所述法兰结构上固定有所述电机，所述中心旋转轴与所述电机动力连接，穿过所述法兰结构后伸入所述搅拌釜的筒体内与所述搅拌桨叶固定连接；所述法兰结构的中心位置还向下连接有挂载套筒，所述挂载套筒不与所述中心旋转轴发生干涉；所述多层试样挂载架设有至少两层挂架，各层挂架具有呈辐射状伸出的4‑12对挂臂，每一对挂臂的内端固定在所述挂载套筒上，外端形成上下对应的一对圆孔，以供固定一个试样件的两端，可用于测试稠密颗粒与腐蚀介质环境下冲刷与腐蚀耦合作用规律。

技术研发人员：何萌,陈昇,孙丽,白学刚,谢国山,王江云,成雷,郭璟倩,刘娟波,韩志远
受保护的技术使用者：中国特种设备检测研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13