CN105805559A - 液相管道泄漏不规则孔等效圆孔实验装置及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液相管道泄漏不规则孔等效圆孔计算实验装置及实验方法，可研究液相管道在多种不同泄漏工况条件下规则孔与不规则孔稳态与动态泄漏的特征与规律，模拟架空、埋地、水下的真实泄漏过程，计算不规则孔等效圆孔面积和面积系数，实现泄漏速率的实时、准确、快速计量，得到压力、流量等参数伴随泄漏过程的演变规律，用于泄漏速率快速计算、泄漏影响范围预测评估等。因此，利用本发明可以在室内进行多种不同泄漏工况的相似实验，有助于管道泄漏速率、泄漏扩散影响范围的准确预测，并为长输管道的日常安全维护以及泄漏事故的应急救援与事故调查提供理论依据。

Description

液相管道泄漏不规则孔等效圆孔实验装置及实验方法

技术领域

本发明涉及石油、化工安全工程领域，尤其涉及一种液相管道泄漏不规则孔等效圆孔计算实验装置及实验方法。

背景技术

管道输送具有成本低、供给稳定及安全性高等优点，在石油化工行业得到了广泛应用。由于部分管道投入使用年限较长，管壁受到腐蚀、冲刷、高压作用，加之第三方破坏等因素，管道破裂或穿孔等事故时有发生。加之，石油天然气具有易燃、易爆等危险特性，一旦发生泄漏，极易引发火灾、爆炸等恶性事件，对公共安全造成极大威胁。

目前有关管道泄漏特征与规律的研究主要基于流体力学基本方程组的理论推导，开展管道泄漏速率、泄漏影响范围等预测，在泄漏孔方面，其往往只考虑到规则泄漏孔(比如圆孔)，没有考虑不规则裂口形状对泄漏速率的影响，与现场实际脱节，预测准确率低。而通过实验室大尺度相似实验模拟管道不同泄漏工况条件下的稳态与动态泄漏过程、不规则孔泄漏速率计算、泄漏扩散影响范围预测等内容缺乏相关报道。长输管道大多为不规则孔泄漏，现阶段有关研究极其匮乏，难以计算泄漏速率以及评估易燃易爆物料的扩散影响范围，因此，构建液相管道泄漏不规则孔等效圆孔计算实验装置，研究不规则孔泄漏特征与规律显得尤为重要。

中国发明专利申请号201110302314.3公开了一种水下输气管道泄漏检测实验平台，可用于水下管道泄漏检测时模拟水下环境，但该平台通过调节针阀开度模拟管道不同泄漏孔径的泄漏状况，不能准确控制泄漏口的形状与大小，且输送介质仅为气相物料。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种能够模拟多种不同泄漏工况条件下、圆孔与不规则孔的稳态与动态泄漏过程，研究液相管道泄漏不规则孔等效圆孔实验装置及实验方法。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案为：液相管道泄漏不规则孔等效圆孔实验装置，包括依次连接的储罐、动力系统、缓冲罐及输液管，其中动力系统两端分别连接储罐出口和缓冲罐入口，输液管两端分别接至缓冲罐出口和储罐入口；在输液管外侧经阀门连接有可更换不同泄漏孔的泄漏单元，在泄漏单元接入之前的输液管上连接有第一体积流量计、第一压力表，在泄漏单元接入之后的输液管上连接有第二压力表、第二体积流量计和电磁阀；所述第一体积流量计、第一压力表、第二压力表、第二体积流量计和电磁阀均经采集处理系统接至控制台。

系统的动力系统从储罐中抽取液体，进入缓冲罐，动力系统负责提供稳定的管道液体流量，缓冲罐用于维持系统压力稳定。当系统运行时，第一压力表、第二压力表用于监测泄漏单元两端压力，第一体积流量计、第二体积流量计用于监测泄漏单元两端管道流量，电磁阀用于调节管道压力，仪表数据通过数据采集处理系统传输至控制台，进而在控制台监控与调节。

泄漏孔位于泄漏孔片中心，分为规则泄漏孔和不规则泄漏孔两种，规则泄漏孔一般为圆形孔，不规则泄漏孔形式多种多样，根据泄漏现场情况和实际需求确定。可以通过更换不同泄漏孔，模拟多种不同泄漏工况条件下、圆孔与不规则孔的稳态与动态泄漏过程，研究液相管道泄漏不规则孔等效圆孔的等效面积及面积系数。通过考虑不规则泄漏孔形状对泄漏速率的影响，可以提高预测泄漏速率、泄漏扩散影响范围的准确率。该实验装置适用于研究管道泄漏特征规律、管道泄漏速率快速计算、泄漏影响范围预测评估等。

所述的泄漏单元包括泄漏管及连接于泄漏管末端的泄漏孔片,所述的泄漏孔片设有泄漏孔。可以根据实际需要，通过更换泄漏孔片快速的更换泄漏孔。

所述的泄漏管首端经泄漏管管壁和法兰连接至阀门，泄漏管末端经泄漏管管壁和法兰与泄漏孔片连接。

所述规则泄漏孔呈圆形，不规则泄漏孔形状根据泄漏现场情况和实际需求确定，泄漏孔设置于泄漏孔片中心。

一种液相管道泄漏不规则孔等效圆孔实验装置进行实验的方法，包括以下步骤：

步骤一、在管道流量为Q、管道初始压力为P的实验条件下，将泄漏单元的泄漏孔更换为圆形规则的泄漏孔，通过两端体积流量计读数差值得到该实验条件下圆形规则的泄漏孔的体积泄漏速率Q_泄，通过多组重复实验确定体积泄漏速率Q_泄平均值根据实验数据得到该实验条件下体积泄漏速率Q_泄平均值与圆形规则的泄漏孔的面积A_规则孔之间的函数关系；

在进行液相泄漏实验时，关闭阀门，运行实验系统。系统稳定后，记录第一压力表、第二压力表读数，作为管道泄漏初始压力，记录第一体积流量计、第二体积流量计读数，作为管道液体流量；打开阀门，系统开始泄漏，泄漏稳定后，记录第一压力表、第二压力表读数，作为管道泄漏稳定压力，记录第一体积流量计、第二体积流量计读数，两者差值作为管道泄漏量。未泄漏液体通过管道回流到储罐。

步骤二、在相同实验条件下，将泄漏单元的泄漏孔更换为不规则的泄漏孔，不规则的泄漏孔的面积为A_不规则孔；通过两端体积流量计读数差值得到该实验条件下不规则的泄漏孔的体积泄漏速率Q’_泄，通过多组重复实验确定体积泄漏速率Q’_泄平均值

步骤三、根据体积泄漏速率Q_泄平均值与圆形规则的泄漏孔的面积A_规则孔之间的函数关系，另得到不规则的泄漏孔等效为圆形规则的泄漏孔时的面积A’，不规则的泄漏孔等效为圆形规则的泄漏孔面积系数c＝A’/A_不规则孔；

步骤四、调节管道流量Q和管道初始压力P，重复步骤一至步骤三，得到不同实验条件下不规则的泄漏孔等效为圆形规则的泄漏孔时的面积A’以及不规则的泄漏孔等效为圆形规则的泄漏孔面积系数c，其平均值分别为和该数值即为不规则孔等效圆孔面积和不规则孔等效圆孔面积系数。

所述的泄漏单元可分别置于空气、土壤或水中，上述步骤一至四，可分别得到不规则泄漏孔在空气、土壤或水中的不规则孔等效圆孔面积和不规则孔等效圆孔面积系数。

不规则泄漏孔改变时，A_不规则孔改变，不规则泄漏孔等效圆孔面积系数c也会变化。不规则孔等效圆孔面积系数c受泄漏孔形状影响，实验更换不规则泄漏孔片的目的在于研究不同形状泄漏孔的等效圆孔面积和等效圆孔面积系数。

不规则孔等效圆孔面积系数c与不规则孔一一对应，但其也受实验工况(系统参数、压力、流量)的影响。通过改变管道压力、管道流量，计算不同工况下，某一不规则孔的等效圆孔面积和面积系数的平均值，作为该不规则孔的等效圆孔面积和面积系数。

本发明产生的有益效果是：提出一种液相管道泄漏不规则孔等效圆孔计算实验装置及实验方法，可研究液相管道在多种不同泄漏工况条件下规则孔与不规则孔稳态与动态泄漏的特征与规律，模拟架空、埋地、水下的真实泄漏过程，计算不规则孔等效圆孔面积和面积系数，实现泄漏速率的实时、准确、快速计量，得到压力、流量等参数伴随泄漏过程的演变规律，用于泄漏速率快速计算、泄漏影响范围预测评估等。因此，利用本发明可以在室内进行多种不同泄漏工况的相似实验，有助于管道泄漏速率、泄漏扩散影响范围的准确预测，并为长输管道的日常安全维护以及泄漏事故的应急救援与事故调查提供理论依据。

附图说明

图1为本发明管道泄漏实验装置结构示意图；

图2为本发明管道泄漏单元结构示意图；

图3为本发明实验方法流程示意图。

1、储罐，2、缓冲罐，3、第一体积流量计，4、第一压力表，5、第二压力表，6、第二体积流量计，7、电磁阀，8、阀门，9、泄漏单元，9a、泄漏管，9b、泄漏管管壁，9c、泄漏孔片,9d、泄漏孔，10、采集处理系统，11、控制台。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

液相管道泄漏不规则孔等效圆孔实验装置，包括依次连接的储罐1、动力系统、缓冲罐2及输液管，其中动力系统两端分别连接储罐1出口和缓冲罐2入口，输液管两端分别接至缓冲罐2出口和储罐1入口；在输液管外侧经阀门8连接有泄漏单元9，所述的泄漏单元9包括泄漏管9a和泄漏孔片9c，泄漏管9a首端经泄漏管管壁9b和法兰连接至阀门8，泄漏管9a末端经泄漏管管壁9b和法兰连接有泄漏孔片9c，所述的泄漏孔片9c中心位置设有泄漏孔9d。

在泄漏单元9接入之前的输液管上连接有第一体积流量计3、第一压力表4，在泄漏单元9接入之后的输液管上连接有第二压力表5、第二体积流量计6和电磁阀7；所述第一体积流量计3、第一压力表4、第二压力表5、第二体积流量计6和电磁阀7均经采集处理系统10接至控制台11。

一种利用液相管道泄漏不规则孔等效圆孔实验装置进行实验的方法，包括以下步骤：

步骤一、在管道流量为Q、管道初始压力为P的实验条件下，将泄漏单元9的泄漏孔9d更换为圆形规则的泄漏孔9d，通过两端体积流量计读数差值得到该实验条件下圆形规则的泄漏孔9d的体积泄漏速率Q_泄，通过多组重复实验确定体积泄漏速率Q_泄平均值根据实验数据得到该实验条件下体积泄漏速率Q_泄平均值与圆形规则的泄漏孔(9d)的面积A_规则孔之间的函数关系；

步骤二、在相同实验条件下，将泄漏单元9的泄漏孔9d更换为不规则的泄漏孔9d，不规则的泄漏孔9d的面积为A_不规则孔；通过两端体积流量计读数差值得到该实验条件下不规则的泄漏孔9d的体积泄漏速率Q’_泄，通过多组重复实验确定体积泄漏速率Q’_泄平均值

步骤三、根据体积泄漏速率Q_泄平均值与圆形规则的泄漏孔9d的面积A_规则孔之间的函数关系，另得到不规则的泄漏孔9d等效为圆形规则的泄漏孔9d时的面积A’，不规则的泄漏孔(9d)等效为圆形规则的泄漏孔9d面积系数c＝A’/A_不规则孔；

步骤四、调节管道流量Q和管道初始压力P，重复步骤一至步骤三，得到不同实验条件下不规则的泄漏孔9d等效为圆形规则的泄漏孔9d时的面积A’以及不规则的泄漏孔9d等效为圆形规则的泄漏孔9d面积系数c，其平均值分别为和该数值即为不规则孔等效圆孔面积和不规则孔等效圆孔面积系数。

Claims (5)

1.液相管道泄漏不规则孔等效圆孔实验装置，其特征在于：包括依次连接的储罐(1)、动力系统、缓冲罐(2)及输液管，其中动力系统两端分别连接储罐(1)出口和缓冲罐(2)入口，输液管两端分别接至缓冲罐(2)出口和储罐(1)入口；在输液管外侧经阀门(8)连接有可更换不同泄漏孔(9d)的泄漏单元(9)，在泄漏单元(9)接入之前的输液管上连接有第一体积流量计(3)、第一压力表(4)，在泄漏单元(9)接入之后的输液管上连接有第二压力表(5)、第二体积流量计(6)和电磁阀(7)；所述第一体积流量计(3)、第一压力表(4)、第二压力表(5)、第二体积流量计(6)和电磁阀(7)均经采集处理系统(10)接至控制台(11)。

2.根据权利要求1所述的液相管道泄漏不规则孔等效圆孔实验装置，其特征在于：所述的泄漏单元(9)包括泄漏管(9a)及连接于泄漏管(9a)末端的泄漏孔片(9c),所述的泄漏孔片(9c)设有泄漏孔(9d)。

3.根据权利要求2所述的液相管道泄漏不规则孔等效圆孔实验装置，其特征在于：所述的泄漏管(9a)首端经泄漏管管壁(9b)和法兰连接至阀门(8)，泄漏管(9a)末端经泄漏管管壁(9b)和法兰与泄漏孔片(9c)连接。

4.根据权利要求2或3所述的液相管道泄漏不规则孔等效圆孔实验装置，其特征在于：泄漏孔(9d)设置于泄漏孔片(9c)中心。

5.一种利用权利要求1所述的液相管道泄漏不规则孔等效圆孔实验装置进行实验的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、在管道流量为Q、管道初始压力为P的实验条件下，将泄漏单元(9)的泄漏孔(9d)更换为圆形规则的泄漏孔(9d)，通过两端体积流量计读数差值得到该实验条件下圆形规则的泄漏孔(9d)的体积泄漏速率Q_泄，通过多组重复实验确定体积泄漏速率Q_泄平均值根据实验数据得到该实验条件下体积泄漏速率Q_泄平均值与圆形规则的泄漏孔(9d)的面积A_规则孔之间的函数关系；

步骤二、在相同实验条件下，将泄漏单元(9)的泄漏孔(9d)更换为不规则的泄漏孔(9d)，不规则的泄漏孔(9d)的面积为A_不规则孔；通过两端体积流量计读数差值得到该实验条件下不规则的泄漏孔(9d)的体积泄漏速率Q’_泄，通过多组重复实验确定体积泄漏速率Q’_泄平均值

步骤三、根据体积泄漏速率Q_泄平均值与圆形规则的泄漏孔(9d)的面积A_规则孔之间的函数关系，另得到不规则的泄漏孔(9d)等效为圆形规则的泄漏孔(9d)时的面积A’，不规则的泄漏孔(9d)等效为圆形规则的泄漏孔(9d)面积系数c＝A’/A_不规则孔；

步骤四、调节管道流量Q和管道初始压力P，重复步骤一至步骤三，得到不同实验条件下不规则的泄漏孔(9d)等效为圆形规则的泄漏孔(9d)时的面积A’以及不规则的泄漏孔(9d)等效为圆形规则的泄漏孔(9d)面积系数c，其平均值分别为和该数值即为不规则孔等效圆孔面积和不规则孔等效圆孔面积系数。