一种角式液控阀气液固多相流高温冲蚀磨损试验装置的制作方法

本实用新型涉及一种液控阀高温冲蚀磨损试验装置，尤其涉及一种角式液控阀气液固多相流高温冲蚀磨损试验装置。

背景技术：

角式液控阀广泛应用于石油炼制、煤炭加工、化工等流程性行业。在液控阀的运行过程中，来自于设备系统外部和内部的固体颗粒会进入油液，不仅会污染油液，也会导致冲蚀磨损，造成液控阀阀内件损伤、性能下降和寿命缩短等一系列问题，进而影响整个设备系统的稳定性。尤其是在高温条件工况下，对于输送气-液两相流的液控阀，其阀内流场更加复杂。此时，若油液中存在固体颗粒，则会形成气-液-固三相流，进一步加剧冲蚀磨损。同时，为有效调节液控阀出口的流体流量，在运行过程中，液控阀的开度会进行实时调整，阀门的开度会进一步影响阀内冲蚀磨损的区域和强度。因此，针对高温条件下液控阀的气-液- 固冲蚀磨损规律仍有待于进一步研究和探索。

现有的气-液-固高温冲蚀磨损试验装置，主要存在以下缺陷：1)冲蚀磨损的对象主要是针对不同形状规格的试块，针对阀门整机进行设计开发的试验装置较少；2)高温冲蚀磨损试验装置的设备能耗较大，需要安装大功率的加热和冷却设备；3)只能针对固定冲击角度的试块或者固定开度的阀门开展冲蚀磨损试验，无法在试验过程中连续调整阀门的开度；因此，还难以测试在阀门开度动态变化过程中的气-液-固三相流高温冲蚀磨损规律，对建立相应的计算模型和预测方法造成了很大的困难。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种温度、流量以及开度连续可调的角式液控阀气液固多相流高温冲蚀磨损试验装置。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种角式液控阀气液固多相流高温冲蚀磨损试验装置，包括高温供气系统、高温供油系统、固体颗粒进料及混合系统、液控阀试验系统和气-液-固分离及回收系统；

所述的高温供气系统用于提供整个试验装置的气源并对压缩空气进行加热，同时用于控制供气量，所述的高温供气系统与所述的固体颗粒进料及混合系统连接；

所述的高温供油系统用于提供整个试验装置的油源并对油液进行加热，同时用于控制供油量，所述的高温供油系统与所述的固体颗粒进料及混合系统连接；

所述的固体颗粒进料及混合系统用于颗粒的进料、颗粒与高温压缩空气的混合，以及高温气 -固两相流和高温油液的混合，所述的固体颗粒进料及混合系统与所述的液控阀试验系统连接；

所述的液控阀试验系统用于开展被试液控阀的高温气-液-固多相流冲蚀磨损试验研究，并模拟阀芯的运动过程实现动态测试，所述的液控阀试验系统与所述的气-液-固分离及回收系统连接；

所述的气-液-固分离及回收系统用于气相、液相和固相的分离以及回收。

所述的高温供气系统包括空气压缩机、进气阀、高温储气罐、过滤器、空气加热器、单向阀和大口径气体流量控制阀，所述的空气压缩机、所述的进气阀、所述的高温储气罐和所述的大口径气体流量控制阀依次相连，所述的过滤器依次通过所述的空气加热器和所述的单向阀与所述的高温储气罐的底部进气口连接。

所述的高温供油系统包括油箱、变量泵、液体流量计、液体加热器、液体流量控制阀和截止阀；所述的油箱、所述的变量泵、所述的液体流量计、所述的液体加热器和所述的液体流量控制阀依次连接，所述的液体加热器通过截止阀与所述的油箱的上部进口连接。

所述的固体颗粒进料及混合系统包括小口径气体流量控制阀、中等口径气体流量控制阀、颗粒进料装置、球阀、颗粒质量流量计、多级混合室、单级混合室、气-固两相流控制阀和气-液-固三相流控制阀；所述的大口径气体流量控制阀通过所述的小口径气体流量控制阀与所述的颗粒进料装置的进口连接，所述的大口径气体流量控制阀通过所述的中等口径气体流量控制阀与所述的多级混合室的中部进口连接，所述的颗粒进料装置的底部出口依次通过所述的球阀、所述的颗粒质量流量计与所述的多级混合室的上部进口连接，所述的多级混合室的底部出口依次通过所述的气-固两相流控制阀、所述的单级混合室与所述的气-液-固三相流控制阀连接。

所述的液控阀试验系统包括被试角式液控阀，所述的气-液-固分离及回收系统包括气 -液-固分离罐、沉降池、旋风分离器、高温离心泵、锁渣阀、开关阀和颗粒回收装置；所述的气-液-固三相流控制阀通过进口法兰与所述的被试角式液控阀的进口端连接，所述的被试角式液控阀的出口端通过出口法兰与所述的气-液-固分离罐连接，所述的被试角式液控阀上设置有用于调节所述的被试角式液控阀的开度的阀门电动行程控制机构，所述的气-液-固分离罐的顶部气相出口通过所述的旋风分离器与所述的高温储气罐连接，所述的旋风分离器的底部物料出口与所述的颗粒回收装置连接，所述的气-液-固分离罐的液相出口依次通过所述的沉降池、所述的高温离心泵与所述的油箱连接，所述的沉降池的底部残渣出口通过所述的经锁渣阀与所述的颗粒回收装置连接，所述的气-液-固分离罐的底部固相出口通过所述的开关阀与所述的颗粒回收装置连接。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型一种角式液控阀气液固多相流高温冲蚀磨损试验装置，其在在高温供气系统中，可关闭大口径气体流量控制阀，使压缩空气在高温储气罐、过滤器和空气加热器中流动，实现自循环加热；在高温供油系统中，可开启变量泵和截止阀，关闭液体流量控制阀，使油液在油箱、变量泵、液体流量计、液体加热器和截止阀中流动，实现自循环加热；在固体颗粒进料及混合系统中，通过开启小口径气体流量控制阀，并关闭球阀，对颗粒进料装置中的颗粒进行预热；

在高温供气系统中，可通过调整空气加热器的功率和压缩空气的循环时间，控制大口径气体流量控制阀出口的气体温度；在高温供油系统中，可通过调整液体加热器的功率和油液的循环时间，控制液体流量控制阀出口的油液温度；在固体颗粒进料及混合系统中，可通过颗粒进料装置的高温压缩气体的加热时间，控制颗粒的温度；

通过调节大口径气体流量控制阀和中等口径气体流量控制阀，控制进入多级混合室的压缩空气流量；通过调节大口径气体流量控制阀、小口径气体流量控制阀和球阀，控制进入多级混合室的颗粒质量流量；通过调节变量泵和液体流量控制阀，控制进入单级混合室的油液流量；通过阀门电动行程控制机构，调节控制被试角式液控阀的开度。

附图说明

图1为本实用新型角式液控阀气液固多相流高温冲蚀磨损试验装置的结构示意图；

图2为本实用新型液控阀试验系统结构示意图；

图中各标注如下：1、空气压缩机，2、进气阀，3、高温储气罐，4、过滤器，5、空气加热器，6、单向阀，7、大口径气体流量控制阀，8、小口径气体流量控制阀，9、中等口径气体流量控制阀，10、颗粒进料装置，11、球阀，12、颗粒质量流量计，13、多级混合室，14、气-固两相流控制阀，15、单级混合室，16、油箱，17、变量泵，18、液体流量计，19、液体加热器，20、液体流量控制阀，21、截止阀，22、气-液-固三相流控制阀，23、进口法兰，24、被试角式液控阀，25、出口法兰，26、阀门电动行程控制机构，27、气-液-固分离罐，28、沉降池，29、旋风分离器，30、高温离心泵，31、锁渣阀，32、开关阀，33、颗粒回收装置。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

具体实施例

一种角式液控阀气液固多相流高温冲蚀磨损试验装置，如图1所示，包括高温供气系统、高温供油系统、固体颗粒进料及混合系统、液控阀试验系统和气-液-固分离及回收系统；

高温供气系统用于提供整个试验装置的气源并对压缩空气进行加热，同时用于控制供气量，高温供气系统与固体颗粒进料及混合系统连接；

高温供油系统用于提供整个试验装置的油源并对油液进行加热，同时用于控制供油量，高温供油系统与固体颗粒进料及混合系统连接；

固体颗粒进料及混合系统用于颗粒的进料、颗粒与高温压缩空气的混合，以及高温气-固两相流和高温油液的混合，固体颗粒进料及混合系统与液控阀试验系统连接；

液控阀试验系统用于开展被试液控阀的高温气-液-固多相流冲蚀磨损试验研究，并模拟阀芯的运动过程实现动态测试，液控阀试验系统与气-液-固分离及回收系统连接；

气-液-固分离及回收系统用于气相、液相和固相的分离以及回收。

在此具体实施例中，高温供气系统包括空气压缩机1、进气阀2、高温储气罐3、过滤器4、空气加热器5、单向阀6和大口径气体流量控制阀7，空气压缩机1、进气阀2、高温储气罐3和大口径气体流量控制阀7依次相连，过滤器4依次通过空气加热器5和单向阀 6与高温储气罐3的底部进气口连接。

在此具体实施例中，高温供油系统包括油箱16、变量泵17、液体流量计18、液体加热器19、液体流量控制阀20和截止阀21；油箱16、变量泵17、液体流量计18、液体加热器19和液体流量控制阀20依次连接，液体加热器19通过截止阀21与油箱16的上部进口连接。

在此具体实施例中，固体颗粒进料及混合系统包括小口径气体流量控制阀8、中等口径气体流量控制阀9、颗粒进料装置10、球阀11、颗粒质量流量计12、多级混合室13、单级混合室15、气-固两相流控制阀14和气-液-固三相流控制阀22；大口径气体流量控制阀7 通过小口径气体流量控制阀8与颗粒进料装置10的进口连接，大口径气体流量控制阀7通过中等口径气体流量控制阀9与多级混合室13的中部进口连接，颗粒进料装置10的底部出口依次通过球阀11、颗粒质量流量计12与多级混合室13的上部进口连接，多级混合室13 的底部出口依次通过气-固两相流控制阀14、单级混合室15与气-液-固三相流控制阀22连接。

在此具体实施例中，如图2所示，液控阀试验系统包括被试角式液控阀24，气-液-固分离及回收系统包括气-液-固分离罐27、沉降池28、旋风分离器29、高温离心泵30、锁渣阀31、开关阀32和颗粒回收装置33；气-液-固三相流控制阀22通过进口法兰23与被试角式液控阀24的进口端连接，被试角式液控阀24的出口端通过出口法兰25与气-液-固分离罐27连接，被试角式液控阀24上设置有用于调节被试角式液控阀24的开度的阀门电动行程控制机构26(已有商业化产品可购买，如型号DKJ-4100M)，气-液-固分离罐27的顶部气相出口通过旋风分离器29与高温储气罐3连接，旋风分离器29的底部物料出口与颗粒回收装置33连接，气-液-固分离罐27的液相出口依次通过沉降池28、高温离心泵30与油箱 16连接，沉降池28的底部残渣出口通过经锁渣阀31与颗粒回收装置33连接，气-液-固分离罐27的底部固相出口通过开关阀32与颗粒回收装置33连接。

上述装置进行角式液控阀气液固多相流高温冲蚀磨损试验的方法，包括以下步骤：

1、在所述高温供气系统中，空气压缩机1产生的压缩空气经进气阀2依次进入高温储气罐 3和过滤器4；试验前，先关闭大口径气体流量控制阀7，使过滤器4出口的压缩空气依次通过单向阀6和空气加热器5，返回高温储气罐3，在封闭的回路中进行循环流动，实现预加热；当高温储气罐3内置的温度计所显示数值达到指定的温度时，开启大口径气体流量控制阀7，被预热后的压缩空气进入固体颗粒进料及混合系统；

其在高温供气系统提供整个试验装置的气源并对压缩空气进行加热，同时用于控制供气量。上述各设备间均用不锈钢管道进行连接，管道外覆保温层，管道公称通径为DN 50；设备与管道采用螺纹或法兰连接的形式，接口尺寸为2英寸；空气压缩机1的功率为45kW，容积流量为8m³/min；高温储气罐3的容积为80m³，内置温度计；过滤器4的过滤精度为15 μm；空气加热器5的功率为50kW；大口径气体流量控制阀7的流量控制精度为±5％；

2、在高温供油系统中，油箱16中的油液通过变量泵17输送，经过液体流量计18，在液体加热器19中加热，试验前，先关闭液体流量控制阀20，开启截止阀21，使油液在油箱 16、变量泵17、液体流量计18、液体加热器19和截止阀21相连构成的封闭回路中循环流动，实现预加热；当油箱16中的温度计所显示数值达到指定的温度时，开启液体流量控制阀20，关闭截止阀21，液体流量控制阀20出口的油液进入单级混合室15；

其中高温供油系统提供整个试验装置的油源并对油液进行加热，同时用于控制供油量。上述各设备间均用不锈钢管道进行连接，管道外覆保温层，管道公称通径为DN 25；油箱16的容积为50m³，内置温度计；变量泵17的最大排量270cm³/r，最高转速为2500r/min，输出功率300kW；液体流量计18的流量测试范围为0.2m³/h～16.0m³/h，流量测试精度为5％；液体流量控制阀20的流量调节范围为0～15.0m³/h，流量调节精度为5％；

3、在固体颗粒进料及混合系统中，预热后的压缩空气加热至指定温度后(温度范围0～90℃)，开启小口径流量控制阀8，关闭球阀11，高温压缩空气进入颗粒进料装置10对颗粒进行加热，加热时间控制在30min～60min；加热结束后，需同时开启球阀11、中等口径气体流量控制阀9、气-固两相流控制阀14、液体流量控制阀20和气-液-固三相流控制阀22；球阀11出口的高温压缩空气会驱动颗粒流经颗粒质量流量计12进入多级混合室13；通过调节小口径流量控制阀8的开度，可调节进入颗粒进料装置10中高温压缩空气的流量，进而调节颗粒的进料速率；颗粒的进料速率可通过颗粒质量流量计12进行实时监测；中等口径气体流量控制阀9出口的高温气体进入多级混合室13，与加热后的颗粒进行混合；液体流量控制阀20出口的高温油液进入单级混合室15，与多级混合室13出口的高温气-固两相流混合，形成高温气-液-固三相流；气-液-固三相流控制阀22出口的高温气-液-固三相流进入液控阀试验系统；其中固体颗粒进料及混合系统涉及到颗粒的进料、颗粒与高温压缩空气的混合，以及高温气-固两相流和高温油液的混合；小口径气体流量控制阀8的流量控制范围为0～5.0m³/h，流量调节精度为2％；中等口径气体流量控制阀9的流量控制范围为0～ 10.0m³/h，流量调节精度为5％；颗粒质量流量计12的测试范围为0.01kg/s～0.1kg/s；多级混合室13的混合距离为10倍公称直径(250mm)，隔板数量为4块，每块隔板的间距为50 mm；单级混合室15的混合距离为5倍公称直径(120mm)，隔板数量为2块，每块隔板的间距为40mm；气-固两相流控制阀14和气-液-固三相流控制阀22均采用可防止固体颗粒卡塞的滑板阀，阀内流道均喷涂有厚度为5μm的碳化钨耐磨涂层；

4、在所述液控阀试验系统中，气-液-固三相流进入被试角式液控阀24中开展高温气-液-固多相流冲蚀磨损试验研究，并模拟阀芯的运动过程，实现动态测试；并通过阀门电动行程控制机构26，调节控制被试角式液控阀24的开度；可通过更换进口法兰23和出口法兰25，匹配不同接口管径的被试角式液控阀24；阀门电动行程控制机构26采用电动或气动的驱动方式，控制位移精度不低于0.1mm/s；

5、在所述气-液-固分离及回收系统中，被试角式液控阀24出口的高温气-液-固三相流经出口法兰25进入气-液-固分离罐27；气-液-固分离罐27的气相出口分离出挟带少量固体颗粒的高温气体，再进入旋风分离器29进行气固分离；旋风分离器29出口的高温气体返回高温储气罐3，固体颗粒进入颗粒回收装置33；气-液-固分离罐27的液相出口分离出挟带少量固体颗粒的高温油液，高温油液经沉降池28和高温离心泵30返回油箱16；油液中的固体颗粒在沉降池28中分离；锁渣阀31开启(在试验过程中，间歇性开启锁渣阀31，开启间歇为30min，每次开启时间为10min)后，沉降池28底部的固体颗粒进入颗粒回收装置 33；气-液-固分离罐27的固相出口经开关阀32直接进入颗粒回收装置33。

其中气-液-固分离及回收系统主要用于气相、液相和固相的分离以及回收；气-液-固分离罐27的容积为120m³，气-液分离效率不低于90％，固体颗粒从气-液相中的分离效率不低于80％；气-液-固分离罐27气相出口连接管道的公称直径均为DN 50，液相出口连接管道的公称直径均为DN 25，固相出口连接管道的公称直径均为DN 10；旋风分离器29的气固分离效率不低于95％；沉降池28的容积为40m³。

上述说明并非对本实用新型的限制，本实用新型也并不限于上述举例。本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。