[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

说明书

本发明涉及含砂水合物浆体对管道冲蚀与摩阻系数测量装置及方法。该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，样品制备系统包括制备釜、加砂漏斗，管输系统包括循环泵、电阻层析成像仪、制冷机、电磁流量计和循环管路，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、超声波壁厚测量仪，控制系统包括控制柜、计算机。该方法包括：制备釜制备天然气水合物浆体，开启加砂漏斗，砂砾随浆体进入循环管路；计算机读取电阻层析成像仪和超声波壁厚测量仪数据，压差计记录压力变化，计算管路的摩阻系数。本发明能够模拟含砂水合物浆体对管路的冲蚀情况并测试其摩阻系数，为海洋天然气水合物的安全运输提供基础数据。

技术领域

本发明涉及天然气水合物浆体管输技术领域，特别是涉及一种含砂水合物浆体对管道冲蚀与摩阻系数测量实验装置及方法。

背景技术

天然气水合物浆体是由水和天然气在高压、低温环境下生成的非化学计量性笼状晶体，是一种高密度、高热值的非常规能源，天然气水合物浆体(以下简称水合物浆体)作为一种新型的清洁能源一直备受关注。全球天然气水合物资源量巨大，然而80％的海洋天然气水合物主要储存在深海浅层、弱胶结的泥岩中，因此深海浅层天然气水合物固态流化开采的概念被提出，即采用采掘设备以固态形式开发水合物浆体矿体，将含有水合物浆体的沉积物粉碎成细小颗粒后，再与海水混合，采用封闭管道输送至海洋平台，尔后将其在海上平台进行后期处理和加工。而在封闭管道输送过程中，管道内输送大量天然气水合物浆体，管输安全问题就成为重中之重。首先就面临水合物浆体的流动保障问题，若水合物浆体在输送过程中水力损失过大，则会出现流动受阻甚至损坏管道的问题；其次，大量含砂水合物浆体在管道中流动，必然存在管道磨损的问题，但当前无法判断其对管道磨损的程度，因此迫切需要对管道内浆体的流动情况进行进一步实验模拟，用于判断天然气水合物浆体在流动过程中的摩阻系数，以及浆体在流动过程中对管道造成的冲蚀情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含砂水合物浆体对管道冲蚀与摩阻系数测量装置，该装置原理可靠，操作简单，能够模拟含砂水合物浆体在管道中的流动对管路的冲蚀情况以及测试水合物浆体摩阻系数，为海洋天然气水合物的安全运输提供基础数据。

本发明的另一目的还在于提供利用上述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，通过自动化控制，该方法可对管输过程中不同速度与固液相组成情况下对摩阻系数的变化进行研究，并就该条件下管道冲蚀情况进行组合对比，保证天然气水合物浆体的管道运输安全。

为达到以上技术目的，本发明采用以下技术方案。

一种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。

所述样品制备系统包括制备釜和加砂漏斗，用于制备实验所需样品，并直接将制备好的天然气水合物浆体输送至管道中。

所述管输系统包括循环泵、控制箱、制冷机和循环管路，所述循环泵右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，另一端连接循环泵左端，形成环路。循环管路上分别设置有水平管道实验管段和竖直管道实验管段，该两段实验管段上安装有超声波壁厚测量仪，用于实时监测管路的冲蚀情况，竖直部分设置有压差计，通过含砂水合物浆体在管路中的循环，模拟真实开采过程中的管输状态。

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。通过电阻层析成像仪观测固液相的组成比例及分布情况，以探究不同固液比例的水合物浆体对管道的冲蚀情况以及摩阻系数的影响。

所述控制系统包括控制柜、计算机。

进一步的，所述循环泵为螺杆泵。

进一步的，所述循环泵连接控制箱，通过控制箱调节泵的工作状态改变管道内的水合物浆体流速。