CN109140249A - 一种水下结构气体泄漏模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下结构气体泄漏模拟装置，它包括通过管路连接的高压气源供给装置和泄漏装置，在管路上依次设置手动调节阀、减压器和截止阀；手动调节阀用于控制管路中的气体流量，减压器用于调节管路中的气体压力，截止阀用于控制高压气源供给装置和泄漏装置的通断。本发明整个装置结构简单、配置容易、工作安全可靠、操作快捷方便，能实现快速、方便、逼真地模拟各种不同形式水下结构气体泄漏噪声情况，可应用于干扰因素较少的试验场合，如实验室水池，也可用于干扰因素较多的试验场合，如码头或者湖泊等接近海上油气田水下结构使用环境的试验场合，以模拟海上油气田水下结构气体泄漏，为管道泄漏监测技术的发展奠定实验基础。

Description

一种水下结构气体泄漏模拟装置

技术领域

本发明涉及一种海上油气田水下结构气体泄漏监测系统，特别涉及一种水下结构气体泄漏模拟装置，用于模拟海上油气田水下结构气体泄漏。

背景技术

水下结构是海上油气田开采及输送的设备集合，包括海底管道、管汇、阀门、连接设备、跨接管等。由于腐蚀、第三方活动等作用，在设计的使用寿命内水下结构可能发生泄漏。水下结构泄漏将导致输送油气外泄，危及海上油气田安全、污染海洋环境，带来严重的经济损失和恶劣的政治影响。利用水下结构泄漏监测技术，开发水下结构泄漏监测系统对水下结构泄漏进行实时监测，能够及时发现水下结构泄漏，通过及时采取补救措施，可以避免水下结构泄漏可能带来的巨大负面影响。水下结构泄漏监测技术作为确保水下结构安全运行的技术手段，已经越来越引起人们的重视。开发水下结构气体泄漏监测系统对油气田水下结构的安全运行具有现实的必要性。

水下结构气体泄漏模拟装置是水下结构气体泄漏监测系统的实验辅助装置，主要用于模拟海洋油气田水下结构气体泄漏。管道中气体泄漏声信号的振幅比较大，特别是在音频范围内，泄漏声信号会因管材、管厚、管径、水压、泄漏孔形状等不同在频率和强度上有明显的差别。利用水下气体泄漏模拟装置产生泄漏噪声，在射流噪声理论的基础上，对采集到的气体泄漏噪声信号进行分析，得到噪声的信号特征规律。对泄漏点的泄漏噪声信号特征进行分析，研发适用于水下结构气体泄漏监测和定位的方法，及时发现泄漏，维护管道正常运行，将损失降到最低，保障人民生命、财产安全，具有十分重要的意义。目前我国天然气管道的操作压力一般为5-15MPa，国内对输气管道泄漏的研究大多是在低压下进行的，没有文献公开显示高压环境下水下结构气体泄漏的模拟装置或方法。开展水下结构高压气体泄漏模拟可为管道泄漏监测技术的发展奠定实验基础。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种水下结构气体泄漏模拟装置，该装置既可用于水池等环境相对稳定、不确定干扰因素较少的试验场合，也可用于环境较为开阔、水深较深、环境噪音等各种干扰因素较多、接近海上油气田水下结构运行环境的试验场合，以模拟海上油气田水下结构气体泄漏，为管道泄漏监测技术的发展奠定实验基础。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，一种水下结构气体泄漏模拟装置，其特征在于：它包括通过管路连接的高压气源供给装置和泄漏装置，在所述管路上依次设置手动调节阀、减压器和截止阀；所述手动调节阀用于控制所述管路中的气体流量，所述减压器用于调节所述管路中的气体压力，所述截止阀用于控制所述高压气源供给装置和泄漏装置的通断。

在所述高压气源供给装置和手动调节阀之间的管路上依次设置压力表和安全阀；在位于所述截止阀出口下游的所述管路上设置流量计和快速排气阀。

所述管路包括通过管接头连接的耐压金属管道和柔性高压气管，所述耐压金属管道与所述高压气源供给装置连接，所述柔性高压气管与所述泄漏装置连接；所述压力表、安全阀、手动调节阀、减压器、截止阀、流量计和快速排气阀依次设置在所述耐压金属管道上。

所述泄漏装置为管接头泄漏模拟装置，所述管接头泄漏模拟装置包括上管道、下管道、气管接头和密封垫；所述上管道和下管道之间法兰连接，且两者的法兰压紧面之间设置有所述密封垫；所述上管道和下管道的自由端均焊封有钢板，所述气管接头焊接在所述上管道自由端的钢板并与所述上管道的内腔连通；

或者，所述泄漏装置为球阀泄漏模拟装置，所述球阀泄漏模拟装置包括相互连接左阀体和右阀体，所述左球阀和右球阀之间的连接面之间设置密封环；

或者，所述泄漏装置为管道孔泄漏模拟装置，所述管道孔泄漏模拟装置包括管道、气管接头和泄漏接头，所述管道两端均由钢板焊封，所述气管接头焊接在所述管道一端的钢板上并与所述管道的内腔连通，所述管道侧壁开设泄漏孔，所述泄漏接头安装在所述泄漏孔上。

所述泄漏孔为圆柱形孔、八字形孔、倒锥孔、异型孔或裂纹。

在所述下管道自由端的两侧设置安装吊耳，所述管道的背离所述气管接头一端上安装吊耳。

在所述泄漏装置上安装压力变送器。

所述泄漏装置设置在所述固定底座上，所述固定底座包括十字形固定架，所述十字形固定架上设置有气管固定杆，所述气管固定杆的顶部设置吊耳。

所述外部高压气源供给装置采用空气压缩机及其配套的气罐；所述高压气源供给装置的工作压力不小于25MPa，公称流量不小于100m³/h；所述减压器额定输入压力不小于25MPa,额定输出压力不小于15MPa，公称流量不小于35m³/h；所述流量计工作压力不小于15MPa；所述柔性高压气管耐压不小于25MPa；所述压力变送器最高耐压不小于15MPa。

还包括监听系统，所述监听系统包括监听装置和数据处理装置，所述监听装置与数据处理装置电连接。

本发明采用以上技术方案，其具有如下优点：本发明的高压气源供给装置通过管路与泄漏装置连接，管路上设置调节阀、减压阀和截止阀，通过减压阀控制管路内气体压力来模拟水下结构管道的不同操作压力，整个装置结构简单，配置容易，工作安全可靠，操作快捷方便，能实现快速、方便、逼真地模拟各种不同形式水下结构气体泄漏噪声情况，可应用于干扰因素较少的试验场合，如实验室水池，也可用于干扰因素较多的试验场合，如码头或者湖泊等接近海上油气田水下结构使用环境的试验场合，以模拟海上油气田水下结构气体泄漏，为管道泄漏监测技术的发展奠定实验基础。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明管接头泄漏模拟装置的结构示意图；

图3是本发明球阀泄漏模拟装置的结构示意图；

图4是本发明管道孔泄漏模拟装置的剖面结构示意图；

图5是本发明管道孔泄漏模拟装置的右视结构示意图；

图6是本发明管道孔泄漏模拟装置中管道上的圆柱形泄漏孔的结构示意图；

图7是本发明管道孔泄漏模拟装置中管道上的八字形泄漏孔的结构示意图；

图8是本发明管道孔泄漏模拟装置中管道上的泄漏缝的结构示意图；

图9是本发明固定底座的结构示意图；

图10是本发明在水池进行试验时的连接结构示意图；

图11是本发明在湖上进行试验时的连接结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明提供了一种水下结构气体泄漏模拟装置，它包括通过管路2连接的高压气源供给装置1和泄漏装置15，在管路2上依次设置手动调节阀5、减压器6和截止阀7；手动调节阀5用于控制管路2中的气体流量，减压器6用于调节管路2中的气体压力，模拟水下结构管道不同操作压力，截止阀7用于控制供给装置1和泄漏装置15的通断(即为控制泄漏模拟装置的开启和关闭)。

进一步地，在高压气源供给装置1和手动调节阀5之间的管路2上依次设置压力表3和安全阀4，压力表3用于监控高压气源供给装置1出口压力，当高压气源供给装置1出口压力超过设定值时，安全阀4打开向系统外排放气体，防止管道或者设备内压力超过规定数值，保障人员及设备的安全；在位于截止阀7出口下游的管路2上设置流量计9和快速排气阀10，流量计9可实现泄漏流量的监控，快速排气阀10用于快速排出管路2内气体。

进一步地，管路2包括通过管接头11连接的耐压金属管道21和柔性高压气管22，耐压金属管道21与高压气源供给装置1连接，柔性高压气管22与泄漏装置15连接；压力表3、安全阀4、手动调节阀5、减压器6、截止阀7、流量计9和快速排气阀10依次设置在耐压金属管道21上。

进一步地，泄漏装置15包括三种形式，分别是管接头泄漏模拟装置、球阀泄漏模拟装置和管道孔泄漏模拟装置；

其中，如图2所示，管接头泄漏模拟装置包括上管道16、下管道17、气管接头18和密封垫19，上管道16和下管道17之间法兰连接，且两者的法兰压紧面之间设置有密封垫19，法兰在螺栓预紧力的作用下，把处于法兰压紧面之间的密封垫19压紧，借助于密封垫19变形，建立上管道16和下管道17之间的初始密封条件，上管道16和下管道17的自由端均焊封有钢板，气管接头18焊接在上管道16自由端的钢板并与上管道16的内腔连通，进行泄漏试验时，可以通过逐渐拧松螺栓或者剪切密封垫19来改变上管道16和下管道17之间的泄漏孔的大小，模拟不同的泄漏情况。

如图3所示，球阀泄漏模拟装置包括相互连接左阀体20和右阀体21，左球阀20和右球阀21之间的连接面之间设置密封环23，进行泄漏试验时，通过剪切密封环23来形成泄漏。

如图4、图5所示，管道孔泄漏模拟装置包括管道24、气管接头25和泄漏接头26，管道24两端都由钢板焊封，气管接头25焊接在管道24一端的钢板上并与管道24的内腔连通，管道24侧壁开设泄漏孔27，泄漏接头26安装在泄漏孔27上，优选地，泄漏孔27可为不同尺寸和不同形状的孔，如直径2mm、4mm、6mm、…、16mm、18mm等不同尺寸的圆柱形孔(如图6所示)、“八字形”孔(如图7所示)、倒锥孔、异型孔等，甚至为在管道24上加工的裂纹(如图8所示)，利用裂纹模拟管道由于应力等因素产生裂纹的气体泄漏形式。

更进一步地，泄漏装置15能够适应水下高压环境和水密条件，不仅仅限于管接头泄漏模拟装置、球阀泄漏模拟装置、管道孔泄漏模拟装置，还包括闸阀、针阀、截止阀、仪表、管裂缝等多种形式的泄漏装置。

进一步地，在泄漏装置15上安装压力变送器14，用于监测泄漏装置15内的泄漏压力。

进一步地，如图9所示，泄漏装置15设置在固定底座13上，固定底座13包括十字形固定架31，十字形固定架31上设置有气管固定杆32，气管固定杆32的顶部设置吊耳33，可以防止泄漏装置15的倾覆、减小泄漏装置15的振动。

进一步地，为方便管接头泄漏模拟装置安装在固定底座13上，在下管道17自由端的两侧设置安装吊耳28，同样地，为方便管道孔泄漏模拟装置安装在固定底座13上，管道24的背离气管接头25一端上安装吊耳29。

进一步地，外部高压气源供给装置1可采用空气压缩机及其配套的气罐。

进一步地，高压气源供给装置1的工作压力不小于25MPa，公称流量不小于100m³/h；减压器6额定输入压力不小于25MPa,额定输出压力不小于15MPa，公称流量不小于35m³/h；流量计9工作压力不小于15MPa；柔性高压气管22耐压不小于25MPa；压力变送器最高耐压不小于15MPa。

进一步地，本发明还包括一监听系统，其包括监听装置和数据处理装置，监听装置与数据处理装置电连接。

实施例1

如图10所示，利用本发明的泄漏模拟装置在水池内进行模拟泄漏试验，具体过程如下：

首先，在水池边搭建水下结构气体泄漏模拟装置，柔性高压气管12的长度由试验水深决定；之后，将泄漏装置15安装在固定底座13上，泄漏装置15上安装压力变送器14，柔性高压气管22的末端捆绑于固定底座13上的气管固定杆32上，防止柔性高压气管22在水下摆动，将监听装置与数据处理装置连接好；然后，将压力变送器14电缆连同柔性高压气管22和固定底座13一起沉入水底，将监听装置沉于水底，并使监听装置与泄漏装置15保持一定水平距离(监听装置和泄漏装置15之间的距离根据试验条件或者需求决定，可以获取不同距离气体泄漏噪声信号，对分析噪声的信号特征规律具有重要意义)；再然后，启动空气压缩机，使气罐内压力不小于20MPa，流量计9和压力变送器14通电工作，打开流量调节阀5和截止阀7，并调节减压器6使减压器输出压力表上压力数值稳定在一定范围内，监听装置对泄漏声信号进行采集。调节减压器6改变输出压力，可以获取泄漏装置15上的泄漏孔在不同压力下的声信号；或者调整监控距离，即监听装置和泄漏装置15之间的水平距离，又或者更换不同结构的泄漏装置15，重复实验。

试验完成后，关闭空气压缩机，关闭手动调节阀5，开启快速泄气阀10，待整个泄漏模拟装置的管道内压力完全释放后，关闭流量计9和压力变送器14，关闭减压器6，回收泄漏模拟装置和监听装置。

实施例2

如图11所示，利用本发明的泄漏模拟装置在湖上内进行模拟泄漏试验，具体过程如下：

首先，两工作船分别载着水下结构气体泄漏模拟装置和监听系统到湖上试验位置，搭建好搭建水下结构气体泄漏模拟装置，柔性高压气管22的长度由试验水深决定，将泄漏装置15安装在固定底座13上，泄漏装置15上安装压力变送器14，柔性高压气管22的末端捆绑于固定底座13上的气管固定杆32上，防止柔性高压气管22在水下摆动，连接监听装置和数据处理装置；然后，将压力变送器14电缆连同柔性高压气管22和固定底座13一起沉入水底，将监听装置沉于水底，并使监听装置与泄漏装置15保持一定水平距离(监听装置和泄漏装置15之间的距离根据试验决定)；再然后，启动空气压缩机，使气罐内压力不小于20MPa，流量计9和压力变送器14通电工作，打开流量调节阀5和截止阀7，并调节减压器6使减压器输出表上的压力数值稳定在一定范围内，监听装置对泄漏声信号进行采集。调节减压器6改变输出压力，可以获取泄漏装置15上的泄漏孔在不同压力下的声信号；或者调整监控距离，即监听装置和泄漏装置15之间的水平距离，又或者更换不同结构的泄漏装置15，重复实验。

试验完成后，关闭空气压缩机，关闭手动调节阀5，开启快速泄气阀10，待整个泄漏模拟装置的管道内压力完全释放后，关闭流量计9和压力变送器14，关闭减压器6，回收泄漏模拟装置和监听装置。

本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的。在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进或等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种水下结构气体泄漏模拟装置，其特征在于：它包括通过管路连接的高压气源供给装置和泄漏装置，在所述管路上依次设置手动调节阀、减压器和截止阀；所述手动调节阀用于控制所述管路中的气体流量，所述减压器用于调节所述管路中的气体压力，所述截止阀用于控制所述高压气源供给装置和泄漏装置的通断。

2.如权利要求1所述的一种水下结构气体泄漏模拟装置，其特征在于：在所述高压气源供给装置和手动调节阀之间的管路上依次设置压力表和安全阀；在位于所述截止阀出口下游的所述管路上设置流量计和快速排气阀。

3.如权利要求2所述的一种水下结构气体泄漏模拟装置，其特征在于：所述管路包括通过管接头连接的耐压金属管道和柔性高压气管，所述耐压金属管道与所述高压气源供给装置连接，所述柔性高压气管与所述泄漏装置连接；所述压力表、安全阀、手动调节阀、减压器、截止阀、流量计和快速排气阀依次设置在所述耐压金属管道上。

4.如权利要求1所述的一种水下结构气体泄漏模拟装置，其特征在于：所述泄漏装置为管接头泄漏模拟装置，所述管接头泄漏模拟装置包括上管道、下管道、气管接头和密封垫；所述上管道和下管道之间法兰连接，且两者的法兰压紧面之间设置有所述密封垫；所述上管道和下管道的自由端均焊封有钢板，所述气管接头焊接在所述上管道自由端的钢板并与所述上管道的内腔连通；

或者，所述泄漏装置为球阀泄漏模拟装置，所述球阀泄漏模拟装置包括相互连接左阀体和右阀体，所述左球阀和右球阀之间的连接面之间设置密封环；

或者，所述泄漏装置为管道孔泄漏模拟装置，所述管道孔泄漏模拟装置包括管道、气管接头和泄漏接头，所述管道两端均由钢板焊封，所述气管接头焊接在所述管道一端的钢板上并与所述管道的内腔连通，所述管道侧壁开设泄漏孔，所述泄漏接头安装在所述泄漏孔上。

5.如权利要求4所述的一种水下结构气体泄漏模拟装置，其特征在于：所述泄漏孔为圆柱形孔、八字形孔、倒锥孔、异型孔或裂纹。

6.如权利要求4所述的一种水下结构气体泄漏模拟装置，其特征在于：在所述下管道自由端的两侧设置安装吊耳，所述管道的背离所述气管接头一端上安装吊耳。

7.如权利要求1至6任一项所述的一种水下结构气体泄漏模拟装置，其特征在于：在所述泄漏装置上安装压力变送器。

8.如权利要求7任一项所述的一种水下结构气体泄漏模拟装置，其特征在于：所述泄漏装置设置在所述固定底座上，所述固定底座包括十字形固定架，所述十字形固定架上设置有气管固定杆，所述气管固定杆的顶部设置吊耳。

9.如权利要求7所述的一种水下结构气体泄漏模拟装置，其特征在于：所述外部高压气源供给装置采用空气压缩机及其配套的气罐；所述高压气源供给装置的工作压力不小于25MPa，公称流量不小于100m³/h；所述减压器额定输入压力不小于25MPa,额定输出压力不小于15MPa，公称流量不小于35m³/h；所述流量计工作压力不小于15MPa；所述柔性高压气管耐压不小于25MPa；所述压力变送器最高耐压不小于15MPa。

10.如权利要求1所述的一种水下结构气体泄漏模拟装置，其特征在于：还包括监听系统，所述监听系统包括监听装置和数据处理装置，所述监听装置与数据处理装置电连接。