CN108180400A - 一种水下气相管道泄漏与扩散实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下气相管道泄漏与扩散实验装置，本实验装置包括动力模块、实验模块和检测与实验数据处理模块。动力模块包括空气压缩机、气体缓冲罐、压力表、稳压电磁阀、输气软管；实验模块包括水下气相泄漏速率实验管路、对照实验管路和水下气相扩散实验管路三部分，检测与实验数据处理模块包括两块涡轮流量传感器、两块压力表、三台高速相机、PLC模块。本发明可以满足实验室条件下的水下气相管道泄漏与扩散机理方面的研究需求，用于水下气体管道泄漏量评估和水环境下气体的扩散过程及水面涌流效应研究，为数值仿真提供验证途径，提高水下介质泄漏扩散机理与后果评估的可信度，为管道泄漏监测及风险评估和事故应急提供科学理论依据；实验过程简单易操作，解决了传统实验室大尺度相似实验研究少，测试起来不方便也不准确的问题。

Description

一种水下气相管道泄漏与扩散实验装置

技术领域

本发明涉及一种管道泄漏与扩散实验装置，具体地说是一种水下气相管道泄漏与扩散模拟实验装置。

背景技术

管道输送具有连续高效、安全稳定、经济无污染等优点，海底输气管道是海上气田开发生产系统的主要组成部分，其服役运行环境较为恶劣，承受风、浪、流和泥沙运移等复杂环境载荷，容易发生腐蚀减薄、疲劳、屈曲等多种失效形式。一旦发生泄漏，不仅造成生产中断，影响正常的下游气体供应。此外，大量泄漏气体进入海水会降低近表层海水的密度，对海面船舶和海洋平台等结构物的稳定性造成不利影响，气体从海面溢出以后，可能在海面形成严重的火灾和爆炸事故，影响海上作业和人员安全。为研究管道失效以后气体在水下的泄漏和扩散规律，评估水环境下的气体泄漏量，研究气体在水中的运移行为和气体从水面溢出时形成的涌流效应，发明针对水下气相管道泄漏和扩散模拟的实验装置。本发明可以满足实验室条件下的水下气相管道泄漏与扩散机理方面的研究需求，用于水下气体管道泄漏量评估和水环境下气体的扩散过程及水面涌流效应研究，为数值仿真提供验证途径，提高水下介质泄漏扩散机理与后果评估的可信度，为管道泄漏监测及风险评估和事故应急提供科学理论依据。目前关于水下管道泄漏的主要是理论计算和数值模拟，实验室大尺度相似实验研究少，测试起来既不方便也不准确，因此，发明一种可以模拟水下气体泄漏与扩散的实验装置显得尤为重要。

发明内容

本发明提供一种水下气相管道泄漏与扩散实验装置，用以弥补现有技术中的不足。

本发明通过以下技术方案予以实现：

水下气相管道泄漏与扩散实验装置，包括包括动力模块、实验模块和检测与实验数据处理模块。动力模块包括空气压缩机、气体缓冲罐、第一压力表、第一稳压电磁阀、输气软管；实验模块包括水下气相泄漏速率实验管路、对照实验管路和水下气相扩散实验管路三部分，水下气相泄漏速率实验管路包括第一单向阀、可调节稳压压力罐、稳压安全阀、第三压力表、泄漏单元、第二单向阀，对照实验管路包括第三单向阀、金属输气管道、第四单向阀，水下气相扩散实验管路包括第五单向阀、承压水箱、水下泄漏单元、第六单向阀；检测与实验数据处理模块包括第一涡轮流量传感器、第二压力表、第四压力表、第二涡轮流量传感器、第一高速相机、第二高速相机、第三高速相机、PLC模块。

空气压缩机通过输气软管与气体缓冲罐连接，气体缓冲罐上部安装第一压力表，空气压缩机产生的非稳压气体经过气体缓冲罐缓冲之后，再通过稳压电磁阀调节，依次经过第一涡轮流量传感器、第二压力表后由管道输送至实验模块。实验模块包括水下气相泄漏速率实验管路、对照实验管路和水下气相扩散实验管路三部分，水下气相泄漏速率实验管路由金属输气管道依次连接第一单向阀、泄漏单元、第二单向阀，实验管路通过泄漏单元的法兰与可调节稳压压力罐连接，泄漏单元由泄漏管上部法兰、泄漏孔片、泄漏管上部法兰组成，压力罐上部安装稳压安全阀和第三压力表，对照实验管路由金属输气管道依次连接第三单向阀、金属输气管道、第四单向阀，水下气相扩散实验管路由金属输气管道依次连接第五单向阀、第一旋转接头、水下泄漏单元、第二旋转接头、第六单向阀，整个实验管路放入盛满水的承压水箱内，水下泄漏单元可360度旋转，由泄漏管、泄漏孔片、法兰组成。三条实验管路经金属管道连接，通过四通汇总后依次连接第四压力表和第二涡轮流量传感器，经第二电磁阀后放空。

如上所述的水下气相管道泄漏与扩散实验装置，所述承压水箱为全透明的高强度亚克力水箱，其底面、前面、右面均有标准的方格网刻度，用以描述刻画实验过程中气体泄漏轨迹及尺寸。

如上所述的水下气相管道泄漏与扩散实验装置，所述各压力表、电磁阀、相机均经采集处理系统接至PLC模块，进而通过PLC模块控制调节实验装置、记录处理实验数据、呈现演示实验过程。

如上所述的水下气相管道泄漏与扩散实验装置，所述水箱上面布置第一高速相机，第一高速相机直接吊挂在架在水箱上面的相机架杆上，可在相机架杆上移动，水箱前面布置第二高速相机，第二高速相经第一液压杆与架在水箱上的相机架杆铰接，右面布置第三高速相机，第三高速相机经第二液压杆与架在水箱上的相机架杆铰接，第一、第二液压杆均可自由伸缩、旋转，用以满足不同距离、不同方位角度对实验结果的观测记录。

如上所述的水下气相管道泄漏与扩散实验装置，所述压力罐为可调节稳压压力罐，其可以调节压力，用来模拟不同压力条件下的泄漏速率实验，该压力罐上部装有稳压安全阀，其作用是防止在实验时因为进入压力罐内实验气体的增多而影响预先设定的压力罐压力。

如上所述的水下气相管道泄漏与扩散实验装置，所述的泄漏单元末端经泄漏管管壁和法兰连接至压力罐底部，泄漏孔片置于法兰中间，泄漏孔设置于泄漏孔片上，泄漏孔形状可根据现场情况或者实际实验需求确定。

本发明的优点是：本发明能够满足实验室当前在水下气相管道泄漏与扩散方面的研究需求，为数值仿真提供验证途径，提高水下介质泄漏扩散机理与后果预测的可信度，为管道监测及事故后处理提供科学理论依据。该装置可用于模拟海底管道在海水带压环境条件下的泄漏，实验过程简单易操作，解决了传统实验室大尺度相似实验研究少，测试起来不方便也不准确的问题；该装置能够精准记录实验过程及实验实时数据，并且能够应用于教学演示，起到教学示范作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明水下气相管道泄漏与扩散实验装置结构示意图；图2是沿图1的水箱的俯视图；图3是水下气相泄漏速率实验管路泄漏单元结构示意图；图4是水下气相扩散实验管路水下泄漏单元结构示意图。

附图标记：1PLC模块 2空气压缩机 3气体缓冲罐 4第一压力表 5第一电磁阀 6第一涡轮流量传感器 7第二压力表 8压力罐 9稳压安全阀 10第三压力表 11泄漏单元 11a压力罐下部法兰 11b泄漏孔片 11c泄漏孔 11d泄漏管上部法兰 12第一单向阀 13第二单向阀 14第三单向阀 15第四单向阀 16第五单向阀 17第六单向阀 18相机架杆 19第一高速相机 20第一液压杆 21第二高速相机 22水下泄漏单元 22a泄漏孔 22b泄漏孔片 22c泄漏管 23第一旋转接头 24第二旋转接头 25承压水箱 26第二液压杆 27第三高速相机 28第四压力表 29第二涡轮流量传感器 30第二电磁阀 31排气头。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

水下气相管道泄漏与扩散实验装置，如图所示，包括PLC模块1，空气压缩机2通过输气软管与气体缓冲罐3连接，气体缓冲罐3上部安装第一压力表4，空气压缩机5产生的非稳压气体经过气体缓冲罐3缓冲之后，再通过第一电磁阀5稳压调节，依次经过第一涡轮流量传感器6、第二压力表7后由管道输送至实验模块。实验模块包括水下气相泄漏速率实验管路、对照实验管路和水下气相扩散实验管路三部分，水下气相泄漏速率实验管路由金属输气管道依次连接第一单向阀12、泄漏单元11、第二单向阀13，实验管路通过泄漏单元11的法兰11a、11d与可调节稳压压力罐8连接，泄漏单元由泄漏管上部法兰11a、泄漏孔片11b、泄漏管上部法兰11d组成，压力罐上部安装稳压安全阀9和第三压力表10，对照实验管路由金属输气管道依次连接第三单向阀14、金属输气管道、第四单向阀15，水下气相扩散实验管路由金属输气管道依次连接第五单向阀16、第一旋转接头23、水下泄漏单元22、第二旋转接头24、第六单向阀17，整个实验管路放入盛满水的承压水箱25内，水下泄漏单元22可360度旋转，由泄漏孔片22b、泄漏管22c、法兰组成。三条实验管路经金属管道连接，通过四通汇总后依次连接第四压力表28和第二涡轮流量传感器29，经第二电磁阀30后放空。本发明能够满足实验室当前在水下气相管道泄漏与扩散方面的研究需求，为数值仿真提供验证途径，提高水下介质泄漏扩散机理与后果预测的可信度，实验操作简单。

具体而言，本实施例所述的承压水箱25为全透明的高强度亚克力水箱，其底面、前面、右面均有标准的方格网刻度，用以描述刻画实验过程中气体泄漏轨迹及尺寸。

具体的，本实施例所述的第一压力表4、第一电磁5、第一涡轮流量传感器6、第二压力表7、第三压力表10、第一高速相机19、第二高速相机21、第三高速相机27、第四压力表28、第二涡轮流量传感器29、第二电磁30经采集处理系统接至PLC模块1，进而通过PLC模块1控制调节实验装置、记录处理实验数据、呈现演示实验过程。

具体的，本实施例所述的承压水箱25上面布置第一高速相机19，第一高速相机19直接吊挂在架在水箱上面的相机架杆18上，可在相机架杆18上移动，水箱前面布置第二高速相机21，第二高速相21经第一液压杆20与架在水箱上的相机架杆18铰接，右面布置第三高速相机27，第三高速相机27经第二液压杆26与架在水箱上的相机架杆18铰接，第一液压杆21、第二液压杆26均可自由伸缩、旋转，用以满足不同距离、不同方位角度对实验结果的观测记录。

具体的，本实施例所述的压力罐8为可调节稳压压力罐，其可以调节压力，用来模拟不同压力条件下的泄漏速率实验，该压力罐8上部装有稳压安全阀10，其可防止在实验时因为进入压力罐内实验气体的增多而影响预先设定的压力罐压力。

进一步的，本实施例所述的泄漏单元11经法兰连接至压力罐8底部，泄漏孔片11b置于法兰中间，泄漏孔11c设置于泄漏孔片11b上，泄漏孔11c形状可根据现场情况或者实际实验需求确定。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.水下气相管道泄漏与扩散实验装置，其特征在于：包括PLC模块(1)，空气压缩机(2)通过输气软管与气体缓冲罐(3)连接，气体缓冲罐(3)上部安装第一压力表(4)，空气压缩机(5)产生的非稳压气体经过气体缓冲罐(3)缓冲之后，再通过第一电磁阀(5)稳压调节，依次经过第一涡轮流量传感器(6)、第二压力表(7)后由管道输送至实验模块。实验模块包括水下气相泄漏速率实验管路、对照实验管路和水下气相扩散实验管路三部分，水下气相泄漏速率实验管路由金属输气管道依次连接第一单向阀(12)、泄漏单元(11)、第二单向阀(13)，实验管路通过泄漏单元(11)的法兰(11a)、(11d)与可调节稳压压力罐(8)连接，泄漏单元由泄漏管上部法兰(11a)、泄漏孔片(11b)、泄漏管上部法兰(11d)组成，压力罐上部安装稳压安全阀(9)和第三压力表(10)，对照实验管路由金属输气管道依次连接第三单向阀(14)、金属输气管道、第四单向阀(15)，水下气相扩散实验管路由金属输气管道依次连接第五单向阀(16)、第一旋转接头(23)、水下泄漏单元(22)、第二旋转接头(24)、第六单向阀(17)，整个实验管路放入盛满水的承压水箱(25)内，水下泄漏单元(22)可360度旋转，由泄漏孔片(22b)、泄漏管(22c)、法兰组成。三条实验管路经金属管道连接，通过四通汇总后依次连接第四压力表(28)和第二涡轮流量传感器(29)，经第二电磁阀(30)后放空。

2.根据权利要求1所述的水下气相管道泄漏与扩散实验装置，其特征在于：所述的承压水箱(25)为全透明的高强度亚克力水箱，其底面、前面、右面均有标准的方格网刻度，用以描述刻画实验过程中气体泄漏轨迹及尺寸。

3.根据权利要求1所述的水下气相管道泄漏与扩散实验装置，其特征在于：所述的各压力表、电磁阀、相机均经采集处理系统接至PLC模块(1)，进而通过PLC模块(1)控制调节实验装置、记录处理实验数据、呈现演示实验过程。

4.根据权利要求1所述的水下气相管道泄漏与扩散实验装置，其特征在于：所述的承压水箱(25)上面布置第一高速相机(19)，第一高速相机(19)直接吊挂在架在水箱上面的相机架杆(18)上，可在相机架杆(18)上移动，水箱前面布置第二高速相机(21)，第二高速相(21)经第一液压杆(20)与架在水箱上的相机架杆(18)铰接，右面布置第三高速相机(27)，第三高速相机(27)经第二液压杆(26)与架在水箱上的相机架杆(18)铰接，第一液压杆(21)、第二液压杆(26)均可自由伸缩、旋转，用以满足不同距离、不同方位角度对实验结果的观测记录。

5.根据权利要求1所述的水下气相管道泄漏与扩散实验装置，其特征在于：所述的压力罐(8)为可调节稳压压力罐，其可以调节压力，用来模拟不同压力条件下的泄漏速率实验，该压力罐(8)上部装有稳压安全阀(10)，其可防止在实验时因为进入压力罐内实验气体的增多而影响预先设定的压力罐压力。

6.根据权利要求1所述的水下气相管道泄漏与扩散实验装置，其特征在于：所述的泄漏单元(11)经法兰连接至压力罐(8)底部，泄漏孔片(11b)置于法兰中间，泄漏孔(11c)设置于泄漏孔片(11b)上，泄漏孔(11c)形状可根据现场情况或者实际实验需求确定。

7.根据权利要求1所述的水下气相管道泄漏与扩散实验装置，其特征在于：所述的水下泄漏单元(22)与第一旋转接头(23)、第二旋转接头(24)连接，其可360度旋转，用以模拟不同方向的泄漏。