CN109060256B - 一种模拟水下管道溢油的试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟水下管道溢油的试验装置及方法，属于水下管道安全技术领域，包括：试验水槽、荧光传感器、水听器、声波探测装置、温度传感器A、注油压力传感器、注油温度传感器、注油流量计、回油流量计、油管路脉动阻尼器、齿轮油泵、控制阀门和控制柜；控制柜分别与油喷嘴、荧光传感器、水听器、声波发射换能器、声波接收换能器、温度传感器A、注油压力传感器、注油温度传感器、注油流量计、回油流量计、油管路压力传感器、油管路脉动阻尼器、齿轮油泵、搅拌器、加热器和控制阀门电连接。该发明能够模拟多种变化的注油条件及水下管道溢油状况，并通过多个传感器对实验过程进行实时监控，较为真实地模拟出水下管道溢油的状况。
Description
技术领域
本发明属于水下管道安全技术领域，尤其涉及一种模拟水下管道溢油的试验装置及方法。
背景技术
水下管道作为一种长期、稳定、高效的运输方式，广泛地应用于石油等能源的输送。但输油管道运行管龄长久会由于腐蚀、可能发生的一些人为破坏等因素的影响，导致管道破损、石油泄漏，这不仅造成了大量的资源浪费和经济损失，而且还会对海洋环境造成影响。就目前来说，人们对海底管道泄漏后的溢油的行为状态及其演变的规律了解不够充分，致使水下管道溢油泄漏检测技术和处置技术非常落后，难以起到溢油应急监测及应急处置的作用。为了充分了解水下管道溢油发生后溢油行为状态的变化规律，需要进行大量的试验模拟，模拟出的结果将会对水下管道溢油的探测和溢油处置方法的正确建立提供科学依据。为了能正确模拟水下管道溢油的实际状况，需要建立一种模拟水下管道溢油发生时的实验装置。而当前，尚没有专门用于进行水下管道溢油模拟试验研究的多功能专用装置。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供一种模拟水下管道溢油的试验装置及方法，该发明基于试验水槽，能够模拟多种变化的注油条件及水下管道溢油状况，并通过多个传感器进而对实验过程进行实时监控，能够较为真实地模拟出水下管道溢油的实际状况，为水下管道溢油的探测和处理提供宝贵的依据。
本发明所采用的具体技术方案为：
一种模拟水下管道溢油的试验装置，包括：
试验水槽(1)；所述试验水槽(1)的内腔底部设置有沉积物(9)；在所述沉积物(9)内埋有测试管道(3)；所述测试管道(3)的一端通过进油管路与油罐(20)连接，所述测试管道(3)的另一端通过回油管路与油罐(20)连接；在所述测试管道(3)的侧壁设置有油喷嘴(4)；油罐(20)内设置有搅拌器和加热器；
用于检测水中含油浓度的荧光传感器(5)；
用于采集溢油泄露口处声波信号的水听器(6)；
用于采集声信号的声波探测装置，该声波探测装置由声波发射换能器(8)和声波接收换能器(2)组成；
用于采集沉积物(9)温度信息的温度传感器A(7)；
用于采集油压信息的注油压力传感器(11)；
用于采集油温信息的注油温度传感器(12)；
用于采集油量信息的注油流量计(13)和回油流量计(18)；所述注油流量计(13)位于进油管路上，所述回油流量计(18)位于出油管路上；
用于采集测试管道(3)内压力信息的油管路压力传感器(15)；
安装于进油管路上的油管路脉动阻尼器(16)、齿轮油泵(17)和控制阀门；
以及控制柜(22)；其中：
所述控制柜(22)的I/O端口分别与油喷嘴(4)、荧光传感器(5)、水听器(6)、声波发射换能器(8)、声波接收换能器(2)、温度传感器A(7)、注油压力传感器(11)、注油温度传感器(12)、注油流量计(13)、回油流量计(18)、油管路压力传感器(15)油管路脉动阻尼器(16)、齿轮油泵(17)、搅拌器、加热器和控制阀门电连接。
进一步，所述内腔为矩形体结构。
进一步，所述控制阀门包括气动球阀A(14)和气动球阀B(19)。
一种模拟水下管道溢油的试验装置的方法，包括如下步骤：
S1、在试验水槽(1)中加入沉积物(9)，而后加入海水(10)；
S2、开启荧光传感器(5)、水听器(6)、声波发射换能器(8)、声波接收换能器(2)及温度传感器A(7)；荧光传感器(5)、水听器(6)、声波发射换能器(8)、声波接收换能器(2)及温度传感器A(7)将检测数据实时发送给控制柜(22)；
S3、在油罐(20)中加入试验用油样；
S4、通过控制柜(22)设定油样的控温温度，控制柜(22)控制搅拌器和加热器对油样进行搅拌和加热；
S5、设置控制齿轮油泵(17)的变频器的频率为5Hz；
S6、启动齿轮油泵(17)、开启气动球阀A(14)和气动球阀B(19)，将油样充满整个循环管道；循环10min后，关闭齿轮油泵(17)、气动球阀A(14)和气动球阀B(19)；
S7、在控制柜(22)内设置测试管道(3)内油压的预设值；
S8、开启齿轮油泵(17)、气动球阀A(14)和气动球阀B(19)；控制柜(22)通过调节齿轮油泵(17)的功率进而实现对测试管道(3)内的油压调节，当测试管道(3)内的油压达到上述预设值时，则控制柜(22)控制喷油嘴(4)进行喷油；
S9、喷油时间为t，喷油结束后，关闭齿轮油泵(17)、气动球阀A(14)和气动球阀B(19)。
本发明的优点及积极效果为：
通过采用上述技术方案，本发明能够实现对注油压力和油路循环的精确控制，能够较为真实地模拟实际水下管道溢油的基本状况；针对实际操作过程中油压力和流量出现脉动的现象，应用了油管路脉动阻尼器消除了这些影响；采用多种有效的水下管道溢油在线监测仪器，即本申请中的多个传感器，综合判定了水下管道溢油的泄漏状况。
附图说明
图1是本发明优选实施例的主视图；
图2是本发明优选实施例的俯视图。
其中：1、试验水槽；2、声波接收换能器；3、测试管道；4、油喷嘴；5、荧光传感器；6、水听器；7、温度传感器A；8、声波发射换能器；9、沉积物；10、海水；11、注油压力传感器；12、注油温度传感器；13、注油流量计；14、气动球阀A；15、油管路压力传感器；16、油管路脉动阻尼器；17、齿轮油泵；18、回油流量计；19、气动球阀B；20、油罐；21、泄放口；22、控制柜。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
请参阅图1和图2：一种模拟水下管道溢油的试验装置，包括：
试验水槽1；所述试验水槽1的内腔底部设置有沉积物9；在所述沉积物9内埋有测试管道3；所述测试管道3的一端通过进油管路与油罐20连接，所述测试管道3的另一端通过回油管路与油罐20连接；在所述测试管道3的侧壁设置有油喷嘴4；油罐20内设置有搅拌器和加热器；
用于检测水中含油浓度的荧光传感器5；
用于采集溢油泄露口处声波信号的水听器6；
用于采集溢油羽流声信号的声波探测装置，该声波探测装置由声波发射换能器8和声波接收换能器2组成；
用于采集沉积物9温度信息的温度传感器A7；
用于采集油压信息的注油压力传感器11；
用于采集油温信息的注油温度传感器12；
用于采集油量信息的注油流量计13和回油流量计18；所述注油流量计13位于进油管路上，所述回油流量计18位于出油管路上；
用于采集测试管道3内压力信息的油管路压力传感器15；
安装于进油管路上的油管路脉动阻尼器16、齿轮油泵17和控制阀门；
以及控制柜22；其中：
所述控制柜22的I/O端口分别与油喷嘴4、荧光传感器5、水听器6、声波发射换能器8、声波接收换能器2、温度传感器A7、注油压力传感器11、注油温度传感器12、注油流量计13、回油流量计18、油管路压力传感器15油管路脉动阻尼器16、齿轮油泵17、搅拌器、加热器和控制阀门电连接。
在上述优选实施例中，所述内腔为矩形体结构。试验水槽1的底部连接注油单元的测试管道3，在测试管道3上设置有油喷嘴4。
水下管道溢油探测单元，包含有荧光传感器5、水听器6、声波发射换能器8、声波接收换能器2、温度传感器A7。荧光传感器5、水听器6、声波发射换能器8和声波接受换能器2的探测部位放到海水10中，温度传感器A7的探测部位插入到海水10下面的沉积物9中。
水下管道注油单元，通过测试管道3连接到试验水槽的底部中间，在测试管道的中间上部装有油喷嘴4。水下管道注油单元包含有油罐20、齿轮油泵17、注油流量计13、管路压力传感器15、注油温度传感器12、注油压力传感器11、回油流量计18、气动球阀A14和气动球阀B19及泄油口21。此种布局，使得整个油路形成循环流动状态，以模拟实际的管道运行时的状况。
所述控制阀门包括气动球阀A14和气动球阀B19。
一种模拟水下管道溢油的试验装置的方法，包括如下步骤：
S1、在试验水槽1中加入沉积物9，而后加入海水10；
S2、开启荧光传感器5、水听器6、声波发射换能器8、声波接收换能器2及温度传感器A7；荧光传感器5、水听器6、声波发射换能器8、声波接收换能器2及温度传感器A7将检测数据实时发送给控制柜22；
S3、在油罐20中加入试验用油样；
S4、通过控制柜22设定油样的控温温度，控制柜22控制搅拌器和加热器对油样进行搅拌和加热；
S5、设置控制齿轮油泵17的变频器的频率为5Hz；
S6、启动齿轮油泵17、开启气动球阀A14和气动球阀B19，将油样充满整个循环管道；循环10min后，关闭齿轮油泵17、气动球阀A14和气动球阀B19；
S7、在控制柜22内设置测试管道3内油压的预设值；
S8、开启齿轮油泵17、气动球阀A14和气动球阀B19；控制柜22通过调节齿轮油泵17的功率进而实现对测试管道3内的油压调节，当测试管道3内的油压达到上述预设值时，则控制柜22控制喷油嘴4进行喷油；
S9、喷油时间为t，喷油结束后，关闭齿轮油泵17、气动球阀A14和气动球阀B19。
上述优选实施例中：实验装置主要包括试验水槽1，试验水槽1的底部通过测试管道3与水下管道注油单元相连，且在试验水槽海水10中安放荧光传感器5、水听器6、声波发射换能器8及声波接受换能器2，在试验水槽沉积物9中插入温度传感器A7。
试验水槽1的主要作用是用来盛放试验所用的海水及沉积物，以模拟实际海底的状况。
水下管道注油单元的主要作用是向试验水槽中注入与实际水下管道溢油状况相同的油样。实际的水下管道溢油特点是相对恒压、漏点溢油流向与油管路中油的流向垂直、高温及漏油点孔径是不一样，故该注油单元采取了恒压注油、油路闭合连接而保证油的循环流动、油喷嘴出口与管路油流向垂直、电加热升温及采用不同孔径的喷嘴的措施，以保证在多种溢油条件下模拟的真实性。考虑到油样在通过管路循环流动时，由于油路压力的脉动而会造成管路中油的压力和流量的脉动，增加了油管路脉动阻尼器，以保证在试验过程中油路中压力和流量的稳定。油罐20中的油样通过输油管道，经过气动球阀B19、齿轮油泵17、油管路脉动阻尼器16、管道压力传感器15、气动球阀14A、注油流量计13、注油温度传感器12和注油压力传感器11，经测试管道3上部的油喷嘴4喷入到试验水槽1中的沉积物9或海水10中，以完成水下管道漏油模拟过程。注油温度设置在20℃～80℃，注油压力控制在0～1.0MPa，注油流量为0～0.6m3/h，回油流量为0～0.6m3/h。
水下管道溢油探测单元主要用于水下管道溢油的观测。荧光传感器5主要探测水体中含油浓度，水听器6主要采集溢油泄漏口的声波信号，声学换能器8和2主要测量溢油羽流的声信号特征，温度传感器7主要测定沉积物的温度，这些特征探测器用于综合判定水下管道油气的泄漏。
在上述方案的基础上，还包括集成了试验水槽1和水下管道注油单元的控制装置的控制柜22。本发明的控制柜包括彼此电连接的PLC和人机交换器，PLC通过加热器实现对注油温度的精确控制，PLC通过齿轮油泵17实现对注油压力注油速度的精确控制。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (2)
1.一种模拟水下管道溢油的试验装置，其特征在于，至少包括：
试验水槽(1)；所述试验水槽(1)的内腔底部设置有沉积物(9)；所述内腔为矩形体结构；在所述沉积物(9)内埋有测试管道(3)；所述测试管道(3)的一端通过进油管路与油罐(20)连接，所述测试管道(3)的另一端通过回油管路与油罐(20)连接；在所述测试管道(3)的侧壁设置有油喷嘴(4)；油罐(20)内设置有搅拌器和加热器；
用于检测水中含油浓度的荧光传感器(5)；
用于采集溢油泄露口处声波信号的水听器(6)；
用于采集声信号的声波探测装置，该声波探测装置由声波发射换能器(8)和声波接收换能器(2)组成；
用于采集沉积物(9)温度信息的温度传感器A(7)；
用于采集油压信息的注油压力传感器(11)；
用于采集油温信息的注油温度传感器(12)；
用于采集油量信息的注油流量计(13)和回油流量计(18)；所述注油流量计(13)位于进油管路上，所述回油流量计(18)位于出油管路上；
用于采集测试管道(3)内压力信息的油管路压力传感器(15)；
安装于进油管路上的油管路脉动阻尼器(16)、齿轮油泵(17)和控制阀门；所述控制阀门包括气动球阀A(14)和气动球阀B(19)；
以及控制柜(22)；其中：
所述控制柜(22)的I/O端口分别与油喷嘴(4)、荧光传感器(5)、水听器(6)、声波发射换能器(8)、声波接收换能器(2)、温度传感器A(7)、注油压力传感器(11)、注油温度传感器(12)、注油流量计(13)、回油流量计(18)、油管路压力传感器(15)油管路脉动阻尼器(16)、齿轮油泵(17)、搅拌器、加热器和控制阀门电连接。
2.一种基于权利要求1所述的模拟水下管道溢油的试验装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、在试验水槽(1)中加入沉积物(9)，而后加入海水(10)；
S2、开启荧光传感器(5)、水听器(6)、声波发射换能器(8)、声波接收换能器(2)及温度传感器A(7)；荧光传感器(5)、水听器(6)、声波发射换能器(8)、声波接收换能器(2)及温度传感器A(7)将检测数据实时发送给控制柜(22)；
S3、在油罐(20)中加入试验用油样；
S4、通过控制柜(22)设定油样的控温温度，控制柜(22)控制搅拌器和加热器对油样进行搅拌和加热；
S5、设置控制齿轮油泵(17)的变频器的频率为5Hz；
S6、启动齿轮油泵(17)、开启气动球阀A(14)和气动球阀B(19)，将油样充满整个循环管道；循环10min后，关闭齿轮油泵(17)、气动球阀A(14)和气动球阀B(19)；
S7、在控制柜(22)内设置测试管道(3)内油压的预设值；
S8、开启齿轮油泵(17)、气动球阀A(14)和气动球阀B(19)；控制柜(22)通过调节齿轮油泵(17)的功率进而实现对测试管道(3)内的油压调节，当测试管道(3)内的油压达到上述预设值时，则控制柜(22)控制喷油嘴(4)进行喷油；
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
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| 针对事件链的溢油监测需求分析及组网观测方案初探;靳熙芳;万剑华;黄娟;李晓敏;杨敏;丁一;;海洋科学(01);160-167 * |
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|---|---|
| CN109060256A (zh) | 2018-12-21 |
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