CN109596180B - 一种水下输气管道泄漏扩散与溢散燃烧的实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水下输气管道泄漏扩散与溢散燃烧的实验装置，其特征是，包括输气管道、供气系统、稳压系统、泄漏模拟系统、燃烧模拟系统、数据采集系统；本发明整个实验装置能进行两部分的实验：一部分利用供气系统、泄漏模拟系统、数据采集系统等能够测量不同泄漏孔径、不同管道运行压力、不同水深工况下管道发生泄漏时压力、泄漏前后流量的变化以及气体在水体中的扩散状况；另一部分利用燃烧模拟系统、泄漏模拟系统、供气系统、数据采集系统等测量不同泄漏孔径、不同泄漏流量、不同水深工况下水面发生燃烧时的辐射场分布及气体在水体中的扩散状况；该实验装置操作简单，并且可以实时记录实验过程及保存实验数据。

Description

一种水下输气管道泄漏扩散与溢散燃烧的实验装置及方法

技术领域

本发明属于油气集输技术领域，具体涉及一种水下输气管道泄漏扩散与溢散燃烧的实验装置及方法。

背景技术

海底天然气管道是海上天然气输送的主要方式，随着海洋油气工业的快速发展，由于遭受波流冲刷、台风、海床运动等恶劣的环境影响，加上材料焊接结构缺陷、设计安装不当、操作失误以及第三方破坏等人为因素的影响，海底天然气管道所面临的风险增大，泄漏事故也逐渐增加。水体中天然气管道一旦失效就将导致管道泄漏或者断裂，直接给企业造成巨大的经济损失。气体泄漏易引发火灾乃至爆炸事故，不仅对周围水体环境造成影响，还会对周围渔业、船只、作业人员等都会造成一定的伤亡和财产损失。

目前对管道发生事故后的泄漏扩散研究和燃烧或爆炸的灾害评价大部分集中在架空管道，针对水下管道泄漏扩散行为的研究较少，而关于气体在水面溢散燃烧的实验更是鲜有。

现有的海底管道泄漏实验装置一般都是管道一端连接压力储罐，另一端伸入水体中发生泄漏，不符合工程实际，对气体在管道中流动过程中发生泄漏的实验研究较少。而且现有的多数实验都是泄漏孔上方连接水箱，并未考虑到水体对管道产生的作用。因此，亟需一种能够真实反应水下输气管道发生泄漏扩散以及水面溢散燃烧的实验装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种水下输气管道泄漏扩散与溢散燃烧的实验装置，该实验装置能够较好的控制模拟海底管道泄漏的各种工况，并有与之配套的监控系统，较好的实现各项数据的采集和现象的观测，从而能够对各种泄漏工况下的管道内动态压力和流量、泄漏气体在水体中的扩散以及气体在水面的溢散燃烧特性进行实验研究。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种水下输气管道泄漏扩散与溢散燃烧的实验装置，包括

输气管道；

与输气管道连接且为输气管道提供气源的供气系统；

与输气管道连接且具有稳压功能的稳压系统；

与输气管道连接的泄漏模拟系统；

与输气管道连接的燃烧模拟系统；

以及数据采集系统；

所述泄漏模拟系统包括泄漏水箱、泄漏主管道、泄漏支管，所述泄漏主管道穿过泄漏水箱，所述泄漏主管道的两端通过可拆卸活接与输气管道相连；所述泄漏主管道通过电控阀与泄漏支管垂直连接，所述泄漏支管的端部设置有可拆卸的泄漏孔板组件，所述泄漏孔板组件上设置有泄漏孔；所述泄漏水箱前、后两端的输气管道上分别设置有第一质量流量计和第二质量流量计；

所述第一质量流量计与泄漏水箱之间的输气管道上设置有第一单向阀，所述泄漏水箱与第二质量流量计之间的输气管道上设置有第二单向阀；

所述燃烧模拟系统包括燃烧气供气系统、用来检测燃烧气浓度的燃烧气浓度检测仪、用来点燃燃烧气的点火装置；所述燃烧气供气系统与第一单向阀、泄漏水箱之间的泄漏主管道相连；

所述数据采集系统包括高速摄像机、动态压力传感器、热辐射传感器、数据采集计算机，所述高速摄像机、动态压力传感器、热辐射传感器均与数据采集计算机相连；所述高速摄像机设置在泄漏水箱前方；所述动态压力传感器设置在泄漏水箱与第二单向阀之间的输气管道上；所述热辐射传感器设置在泄漏水箱四周。

优选的，所述供气系统包括依次通过管道连接的压缩机、冷干机、过滤器，所述过滤器与输气管道进行连接。

优选的，所述稳压系统包括第一缓冲罐、稳压阀和第二缓冲罐；所述第一缓冲罐的入口端和出口端分别设置有气体入口阀门和气体出口阀门，所述气体入口阀门的前端与过滤器的后端进行管道连接，所述气体出口阀门的后端与稳压阀进行管道连接，所述稳压阀与输气管道上的第一质量流量计进行管道连接；所述第二缓冲罐的入口端与第二质量流量计的后端的输气管道进行连接。

优选的，所述第一质量流量计后端的输气管道上设置有针型阀。

优选的，所述第一单向阀与泄漏水箱之间的输气管线上设置有压力表，所述压力表与数据采集计算机相连。

优选的，所述第一质量流量计和第二质量流量计均与数据采集计算机相连。

优选的，所述燃烧气供气系统包括甲烷气瓶、转子流量计，所述甲烷气瓶和转子流量计通过甲烷支管进行连接，所述甲烷支管的端部与泄漏主管道相连；所述甲烷气瓶出口端的甲烷支管上设置有第一阀门，所述转子流量计出口端的甲烷支管上设置有第二阀门；所述甲烷气瓶上设置有气瓶压力表；

所述燃烧气浓度检测仪为手持式甲烷浓度检测仪。

优选的，所述泄漏水箱的上半部敷设防火石棉。

实验开始前，整个实验装置中所有阀门均是关闭的。

一种水下输气管道泄漏扩散与溢散燃烧的实验装置的实验方法，当用于泄漏扩散实验时，包括以下步骤，

步骤一：在泄漏主管道上的泄漏支管上安装具有一定泄漏孔直径的泄漏孔板组件；

步骤二：在泄漏水箱内注入水，使深度达到一定水深；

步骤三：依次打开气体入口阀门、气体出口阀门、稳压阀、针型阀、第一单向阀、第二单向阀；启动压缩机，使气体经过压缩机增压、冷干机进行脱水降温、过滤器过滤、第一缓冲罐初步稳压后进入输气管道；调节稳压阀对输气管道进行二次稳压，使数据采集计算机上显示的压力表的读数稳定在管道运行压力下；

步骤四：打开电控阀，使泄漏主管道内的气体进入到泄漏支管，通过泄漏支管上的泄漏孔进行泄漏；

步骤五：高速摄像机全程拍摄输气管道发生泄漏时气体在水体中的扩散现象，并将数据传送给数据采集计算机；

动态压力传感器实时记录发生泄漏时输气管道内压力的变化，并将数据传送给数据采集计算机；

第一质量流量计、第二质量流量计分别实时记录输气管道泄漏段前和泄漏段后的流量，并将数据传送给数据采集计算机；

步骤六：实验完毕后，停运压缩机，关闭实验装置的全部阀门。

步骤七：保证泄漏支管上的泄漏孔直径、泄漏水箱内的水深不变，通过调节供气系统和稳压系统以改变压力表所测试的管道运行压力，依次进行步骤一至步骤六，进行不同的管道运行压力对气体在水体内的扩散特性以及泄漏流量的实验研究；

步骤八：保证泄漏水箱内的水深、压力表所测试的管道运行压力不变，在泄漏支管上安装具有不同泄漏孔直径的泄漏孔板组件，依次进行步骤一至步骤六，进行不同的泄漏孔直径对气体在水体内的扩散特性以及泄漏流量的实验研究；

步骤九：保证泄漏支管上的泄漏孔直径、压力表所测试的管道运行压力不变，改变泄漏水箱内的水深，依次进行步骤一至步骤六，进行不同的水深对气体在水体内的扩散特性以及泄漏流量的实验研究。

一种水下输气管道泄漏扩散与溢散燃烧的实验装置的实验方法，当用于溢散燃烧实验时，包括以下步骤，

步骤一：在泄漏水箱的上半部敷设防火石棉；

步骤二：在泄漏主管道上的泄漏支管上安装具有一定泄漏孔直径的泄漏泄漏孔板组件；

步骤三：在泄漏水箱内注入水，使深度达到一定水深；

步骤四：打开第一阀门、第二阀门、电控阀，使甲烷气瓶内的甲烷气体进入到泄漏主管道；调节甲烷气瓶的气瓶压力表，使转子流量计的读数稳定在一定的泄漏流量下；

步骤五：高速摄像机全程拍摄输气管道发生泄漏时气体在水体中的扩散现象，并将数据传送给数据采集计算机；

步骤六：采用手持式甲烷浓度检测仪测量甲烷气体在水面的浓度分布，并采用点火装置将泄漏的甲烷气体点燃；

步骤七：设置在泄漏水箱周围的热辐射传感器测量火焰燃烧的辐射场分布，并将实时数据传输给数据采集计算机；

步骤八：实验完毕后，关闭第一阀门和第二阀门；

步骤九：依次打开气体入口阀门、气体出口阀门、稳压阀、针型阀、第一单向阀；启动压缩机，使气体经过压缩机、冷干机、过滤器、第一缓冲罐、第一质量流量计、输气管道后进入泄漏主管道、泄漏支管，将管道内部的甲烷气体吹扫干净；吹扫完毕之后，停运压缩机，关闭实验装置的全部阀门；

步骤十：保证泄漏支管上的泄漏孔直径、泄漏水箱内的水深不变，通过调节燃烧器供气系统以改变转子流量计所测试的泄漏流量，依次进行步骤二至步骤九，进行不同的泄漏流量对气体在水体内的扩散特性、气体在水面的溢散燃烧的实验研究；

步骤十一：保证泄漏水箱内的水深、转子流量计所测试的泄漏流量不变，在泄漏支管上安装具有不同泄漏孔直径的泄漏孔板组件，依次进行步骤二至步骤九，进行不同的泄漏孔直径对气体在水体内的扩散特性、气体在水面的溢散燃烧的实验研究；

步骤十二：保证泄漏支管上的泄漏孔直径、转子流量计所测试的泄漏流量不变，改变泄漏水箱内的水深，依次进行步骤二至步骤九，进行不同的水深对气体在水体内的扩散特性、气体在水面的溢散燃烧的实验研究。

本发明的有益效果是：

本发明是对水下输气管道泄漏后气体在水体中的扩散以及气体上升到水面的溢散燃烧特性研究的实验装置及方法；整个实验装置能进行两部分的实验：一部分利用供气系统、泄漏模拟系统、数据采集系统等能够测量不同泄漏孔径、不同管道运行压力、不同水深工况下管道发生泄漏时压力、泄漏前后流量的变化以及气体在水体中的扩散状况；另一部分利用燃烧模拟系统、泄漏模拟系统、供气系统、数据采集系统等测量不同泄漏孔径、不同泄漏流量、不同水深工况下水面发生燃烧时的辐射场分布及气体在水体中的扩散状况；该实验装置操作简单，并且可以实时记录实验过程及保存实验数据，弥补了相关实验的不足，并且为以后的数值模拟提供实验数据验证。

附图说明

图1为本发明水下输气管道泄漏扩散与溢散燃烧的实验装置实验流程图；

图2为本发明中燃烧模拟系统的实验流程图；

图3为本发明中泄漏主管道与泄漏支管的结构示意立体图；

图4为本发明中泄漏主管道与泄漏支管的结构示意主视图；

其中，

0-输气管道，1-压缩机，2-冷干机，3-过滤器，4-气体入口阀门，5-第一缓冲罐，6-气体出口阀门，7-稳压阀，8-第一质量流量计，9-针型阀，10-第一单向阀，11-压力表，12-电动阀，1201-泄漏支管，1202-泄漏孔板组件，1203-泄漏孔，13-泄漏水箱，1301-泄漏主管道，1302-防火石棉，1303-手持式甲烷浓度检测仪，14(15)-热辐射传感器，16-高速摄像机，17-动态压力传感器，18-第二单向阀，19-第二质量流量计，20-第二缓冲罐，21-数据采集计算机，22-甲烷气瓶，2201-第一阀门，23-转子流量计，2301-第二阀门，24-气瓶压力表。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1-2所示，一种水下输气管道泄漏扩散与溢散燃烧的实验装置，包括

输气管道0；

与输气管道0连接且为输气管道0提供气源的供气系统；

与输气管道0连接且具有稳压功能的稳压系统；

与输气管道0连接的泄漏模拟系统；

与输气管道0连接的燃烧模拟系统；

以及数据采集系统；

所述泄漏模拟系统包括泄漏水箱13、泄漏主管道1301、泄漏支管1201，所述泄漏主管道穿过泄漏水箱13，所述泄漏主管道1301的两端通过可拆卸活接与输气管道0相连，这种连接方式一方面使泄漏主管道1301能进行360°旋转，另一方面泄漏主管道1301与输气管道0可以拆卸从而随意调节管道高度；如图3-4所示，所述泄漏主管道1301通过电控阀12与泄漏支管1201垂直连接，所述泄漏支管1201的端部设置有可拆卸的泄漏孔板组件1202，泄漏孔板组件1202上设置有泄漏孔1203，泄漏孔板组件1202的底部设置有螺纹，可与泄漏支管1201进行螺纹连接，气体稳定运行后，打开泄漏水箱13内的电控阀12，使得输气管道0内的气体通过泄漏支管上的泄漏孔进入水体之中，来模拟稳态泄漏工况；所述泄漏水箱13前、后两端的输气管道0上分别设置有第一质量流量计8和第二质量流量计19，发生泄漏时二者之差即为气体泄漏量；

所述第一质量流量计8与泄漏水箱13之间的输气管道0上设置有第一单向阀10，所述泄漏水箱13与第二质量流量计19之间的输气管道0上设置有第二单向阀18；当同时关闭第一单向阀10和第二单向阀18时，能将泄漏水箱13与整个管路断开，从而进行溢散燃烧实验；

所述燃烧模拟系统包括燃烧气供气系统、用来检测燃烧气浓度的燃烧气浓度检测仪、用来点燃燃烧气的点火装置；所述燃烧气供气系统与第一单向阀10、泄漏水箱13之间的泄漏主管道1301相连；

所述数据采集系统包括高速摄像机16、动态压力传感器17、热辐射传感器14(15)、数据采集计算机21，所述高速摄像机16、动态压力传感器17、热辐射传感器14均与数据采集计算机21相连；所述高速摄像机16设置在泄漏水箱13前方，可通过相机架杆调节高度，对发生泄漏时泄漏孔局部以及泄漏水箱13整体进行实时拍摄，全程拍摄输气管道发生泄漏时气体在水体中的扩散现象，并将数据传送给数据采集计算机21，实时保存泄漏扩散过程；所述动态压力传感器17设置在泄漏水箱13与第二单向阀18之间的输气管道0上，用于记录输气管道0瞬时泄漏时管线内压力的变化；所述热辐射传感器14设置在泄漏水箱13四周，热辐射传感器14将会测量火焰燃烧的辐射场分布，并将实时数据传输给数据采集计算机21。

优选的，所述供气系统包括依次通过管道连接的压缩机1、冷干机2、过滤器3，所述过滤器3与输气管道0进行连接。

优选的，所述稳压系统包括第一缓冲罐5、稳压阀7和第二缓冲罐20；所述第一缓冲罐5的入口端和出口端分别设置有气体入口阀门4和气体出口阀门6，所述气体入口阀门4的前端与过滤器3的后端进行管道连接，所述气体出口阀门6的后端与稳压阀7进行管道连接，所述稳压阀7与输气管道0上的第一质量流量计8进行管道连接；所述第二缓冲罐20的入口端与第二质量流量计19的后端的输气管道0进行连接。

气体经过空气压缩机1增压进入冷干机2进行脱水降温再经由过滤器3进入第一缓冲罐5进行初次稳压，第一缓冲罐5上设有压力表用于记录罐内压力，再经过稳压阀7进行二次稳压，使压力稳定到实验设定的压力值，压力稳定后的气体通过第一质量流量计8进入输气管道0，随后经过泄漏水箱13进入第二缓冲罐20，调节第二缓冲罐20出口阀门的开度，从而保持第二缓冲罐20内的压力稳定；气体压力稳定运行后，打开电控阀12，一部分气体经由泄漏水箱13内部泄漏主管道1301上的泄漏支管进入水体中来模拟稳态泄漏工况，另一部分气体继续在泄漏主管道内流动。

优选的，所述第一质量流量计8后端的输气管道0上设置有针型阀9，针型阀9可以调节输气管道0内气体流量。

优选的，所述第一单向阀10与泄漏水箱13之间的输气管线上设置有压力表11，所述压力表11与数据采集计算机20相连；压力表11用于记录输气管道0内压力的变化。

优选的，所述第一质量流量计8和第二质量流量计19均与数据采集计算机21相连。

优选的，所述燃烧气供气系统包括甲烷气瓶22、转子流量计23，所述甲烷气瓶22和转子流量计23通过甲烷支管进行连接，所述甲烷支管的端部与泄漏主管道1301相连，可以采用三通进行连接；所述甲烷气瓶22出口端的甲烷支管上设置有第一阀门2201，所述转子流量计23出口端的甲烷支管上设置有第二阀门2301；所述甲烷气瓶22上设置有气瓶压力表24；

所述燃烧气浓度检测仪为手持式甲烷浓度检测仪1303。

优选的，所述泄漏水箱13的上半部敷设防火石棉1302。

实验开始前，整个实验装置中所有阀门均是关闭的。

一种水下输气管道泄漏扩散与溢散燃烧的实验装置的实验方法，当用于泄漏扩散实验时，包括以下步骤，

步骤一：在泄漏主管道1301上的泄漏支管1201上安装具有一定泄漏孔直径的泄漏孔板组件1202；

步骤二：在泄漏水箱13内注入水，使深度达到一定水深；

步骤三：依次打开气体入口阀门4、气体出口阀门6、稳压阀7、针型阀9、第一单向阀10、第二单向阀18；启动压缩机1，使气体经过压缩机1增压、冷干机2进行脱水降温、过滤器3过滤、第一缓冲罐5初步稳压后进入输气管道0；调节稳压阀7对输气管道0进行二次稳压，使数据采集计算机21上显示的压力表11的读数稳定在管道运行压力下；

步骤四：打开电控阀12，使泄漏主管道内的气体进入到泄漏支管，通过泄漏支管上的泄漏孔进行泄漏；

步骤五：高速摄像机16全程拍摄输气管道发生泄漏时气体在水体中的扩散现象，并将数据传送给数据采集计算机21；

动态压力传感器17实时记录发生泄漏时输气管道0内压力的变化，并将数据传送给数据采集计算机21；

第一质量流量计8、第二质量流量计19分别实时记录输气管道0泄漏段前和泄漏段后的流量，并将数据传送给数据采集计算机21；

步骤六：实验完毕后，停运压缩机1，关闭实验装置的全部阀门。

步骤七：保证泄漏支管上的泄漏孔直径、泄漏水箱13内的水深不变，通过调节供气系统和稳压系统以改变压力表11所测试的管道运行压力，依次进行步骤一至步骤六，进行不同的管道运行压力对气体在水体内的扩散特性以及泄漏流量的实验研究；

步骤八：保证泄漏水箱13内的水深、压力表11所测试的管道运行压力不变，在泄漏支管1201上安装具有不同泄漏孔直径的泄漏孔板组件1202，依次进行步骤一至步骤六，进行不同的泄漏孔直径对气体在水体内的扩散特性以及泄漏流量的实验研究；

步骤九：保证泄漏支管上的泄漏孔直径、压力表11所测试的管道运行压力不变，改变泄漏水箱13内的水深，依次进行步骤一至步骤六，进行不同的水深对气体在水体内的扩散特性以及泄漏流量的实验研究。

一种水下输气管道泄漏扩散与溢散燃烧的实验装置的实验方法，当用于溢散燃烧实验时，包括以下步骤，

步骤一：在泄漏水箱13的上半部敷设防火石棉1302；

步骤二：在泄漏主管道1301上的泄漏支管1201上安装具有一定泄漏孔直径的泄漏孔板组件1202；

步骤三：在泄漏水箱13内注入水，使深度达到一定水深；

步骤四：打开第一阀门2201、第二阀门2301、电控阀12，使甲烷气瓶22内的甲烷气体进入到泄漏主管道；调节甲烷气瓶22的气瓶压力表24，使转子流量计23的读数稳定在一定的泄漏流量下；

步骤五：高速摄像机16全程拍摄输气管道发生泄漏时气体在水体中的扩散现象，并将数据传送给数据采集计算机21；

步骤六：采用手持式甲烷浓度检测仪1303测量甲烷气体在水面的浓度分布，并采用点火装置将泄漏的甲烷气体点燃；

步骤七：设置在泄漏水箱13周围的热辐射传感器14(15)测量火焰燃烧的辐射场分布，并将实时数据传输给数据采集计算机21；

步骤八：实验完毕后，关闭第一阀门2201和第二阀门2202；

步骤九：依次打开气体入口阀门4、气体出口阀门6、稳压阀7、针型阀9、第一单向阀10；启动压缩机1，使气体经过压缩机1、冷干机2、过滤器3、第一缓冲罐5、第一质量流量计8、输气管道0后进入泄漏主管道1301、泄漏支管1201，将管道内部的甲烷气体吹扫干净；吹扫完毕之后，停运压缩机1，关闭实验装置的全部阀门；

步骤十：保证泄漏支管上的泄漏孔直径、泄漏水箱13内的水深不变，通过调节燃烧器供气系统以改变转子流量计23所测试的泄漏流量，依次进行步骤二至步骤九，进行不同的泄漏流量对气体在水体内的扩散特性、气体在水面的溢散燃烧的实验研究；

步骤十一：保证泄漏水箱13内的水深、转子流量计23所测试的泄漏流量不变，在泄漏支管1201上安装具有不同泄漏孔直径的泄漏孔板组件1202，依次进行步骤二至步骤九，进行不同的泄漏孔直径对气体在水体内的扩散特性、气体在水面的溢散燃烧的实验研究；

步骤十二：保证泄漏支管上的泄漏孔直径、转子流量计23所测试的泄漏流量不变，改变泄漏水箱13内的水深，依次进行步骤二至步骤九，进行不同的水深对气体在水体内的扩散特性、气体在水面的溢散燃烧的实验研究。

本发明是对水下输气管道泄漏后气体在水体中的扩散以及气体上升到水面的溢散燃烧特性研究的实验装置及方法；整个实验装置能进行两部分的实验：一部分利用供气系统、泄漏模拟系统、数据采集系统等能够测量不同泄漏孔径、不同管道运行压力、不同水深工况下管道发生泄漏时压力、泄漏前后流量的变化以及气体在水体中的扩散状况；另一部分利用燃烧模拟系统、泄漏模拟系统、供气系统、数据采集系统等测量不同泄漏孔径、不同泄漏流量、不同水深工况下水面发生燃烧时的辐射场分布及气体在水体中的扩散状况；该实验装置操作简单，并且可以实时记录实验过程及保存实验数据，弥补了相关实验的不足，并且为以后的数值模拟提供实验数据验证。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”等指示的是管道内气体的流向，气体先流过的为前，气体后流过的为后。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种水下输气管道泄漏扩散与溢散燃烧的实验装置，其特征是，包括

输气管道；

与输气管道连接且为输气管道提供气源的供气系统；

与输气管道连接且具有稳压功能的稳压系统；

与输气管道连接的泄漏模拟系统；

与输气管道连接的燃烧模拟系统；

以及数据采集系统；

所述泄漏模拟系统包括泄漏水箱、泄漏主管道、泄漏支管，所述泄漏主管道穿过泄漏水箱，所述泄漏主管道的两端通过可拆卸活接与输气管道相连；所述泄漏主管道通过电控阀与泄漏支管垂直相连，所述泄漏支管的端部设置有可拆卸的泄漏孔板组件，所述泄漏孔板组件上设置有泄漏孔；所述泄漏水箱前、后两端的输气管道上分别设置有第一质量流量计和第二质量流量计；

所述第一质量流量计与泄漏水箱之间的输气管道上设置有第一单向阀，所述泄漏水箱与第二质量流量计之间的输气管道上设置有第二单向阀；当同时关闭第一单向阀和第二单向阀时，能将泄漏水箱与整个管路断开，从而进行溢散燃烧实验；

所述燃烧模拟系统包括燃烧气供气系统、用来检测燃烧气浓度的燃烧气浓度检测仪、用来点燃燃烧气的点火装置；所述燃烧气供气系统与第一单向阀、泄漏水箱之间的泄漏主管道相连；

所述数据采集系统包括高速摄像机、动态压力传感器、热辐射传感器、数据采集计算机，所述高速摄像机、动态压力传感器、热辐射传感器均与数据采集计算机相连；所述高速摄像机设置在泄漏水箱前方；所述动态压力传感器设置在泄漏水箱与第二单向阀之间的输气管道上；所述热辐射传感器设置在泄漏水箱四周。

2.如权利要求1所述的一种水下输气管道泄漏扩散与溢散燃烧的实验装置，其特征是，所述供气系统包括依次通过管道连接的压缩机、冷干机、过滤器，所述过滤器与输气管道进行连接。

3.如权利要求2所述的一种水下输气管道泄漏扩散与溢散燃烧的实验装置，其特征是，所述稳压系统包括第一缓冲罐、稳压阀和第二缓冲罐；所述第一缓冲罐的入口端和出口端分别设置有气体入口阀门和气体出口阀门，所述气体入口阀门的前端与过滤器的后端进行管道连接，所述气体出口阀门的后端与稳压阀进行管道连接，所述稳压阀与输气管道上的第一质量流量计进行管道连接；所述第二缓冲罐的入口端与第二质量流量计的后端的输气管道进行连接。

4.如权利要求1所述的一种水下输气管道泄漏扩散与溢散燃烧的实验装置，其特征是，所述第一质量流量计后端的输气管道上设置有针型阀。

5.如权利要求1所述的一种水下输气管道泄漏扩散与溢散燃烧的实验装置，其特征是，所述第一单向阀与泄漏水箱之间的输气管线上设置有压力表，所述压力表与数据采集计算机相连。

6.如权利要求1所述的一种水下输气管道泄漏扩散与溢散燃烧的实验装置，其特征是，所述第一质量流量计和第二质量流量计均与数据采集计算机相连。

7.如权利要求1所述的一种水下输气管道泄漏扩散与溢散燃烧的实验装置，其特征是，所述燃烧气供气系统包括甲烷气瓶、转子流量计，所述甲烷气瓶和转子流量计通过甲烷支管进行连接，所述甲烷支管的端部与泄漏主管道相连；所述甲烷气瓶出口端的甲烷支管上设置有第一阀门，所述转子流量计出口端的甲烷支管上设置有第二阀门；所述甲烷气瓶上设置有气瓶压力表；

所述燃烧气浓度检测仪为手持式甲烷浓度检测仪。

8.如权利要求1所述的一种水下输气管道泄漏扩散与溢散燃烧的实验装置，其特征是，所述泄漏水箱的上半部敷设防火石棉。

9.如权利要求1-6任一项所述的水下输气管道泄漏扩散与溢散燃烧的实验装置的实验方法，当用于泄漏扩散实验时，其特征是，包括以下步骤，

步骤一：在泄漏主管道上的泄漏支管上安装具有一定泄漏孔直径的泄漏孔板组件；

步骤二：在泄漏水箱内注入水，使深度达到一定水深；

步骤三：依次打开气体入口阀门、气体出口阀门、稳压阀、针型阀、第一单向阀、第二单向阀；启动压缩机，使气体经过压缩机增压、冷干机进行脱水降温、过滤器过滤、第一缓冲罐初步稳压后进入输气管道；调节稳压阀对输气管道进行二次稳压，使数据采集计算机上显示的压力表的读数稳定在管道运行压力下；

步骤四：打开电控阀，使泄漏主管道内的气体进入到泄漏支管，通过泄漏支管上的泄漏孔进行泄漏；

步骤五：高速摄像机全程拍摄输气管道发生泄漏时气体在水体中的扩散现象，并将数据传送给数据采集计算机；

动态压力传感器实时记录发生泄漏时输气管道内压力的变化，并将数据传送给数据采集计算机；

第一质量流量计、第二质量流量计分别实时记录输气管道泄漏段前和泄漏段后的流量，并将数据传送给数据采集计算机；

步骤六：实验完毕后，停运压缩机，关闭实验装置的全部阀门；

步骤七：保证泄漏支管上的泄漏孔直径、泄漏水箱内的水深不变，通过调节供气系统和稳压系统以改变压力表所测试的管道运行压力，依次进行步骤一至步骤六，进行不同的管道运行压力对气体在水体内的扩散特性以及泄漏流量的实验研究；

步骤八：保证泄漏水箱内的水深、压力表所测试的管道运行压力不变，在泄漏支管上安装具有不同泄漏孔直径的泄漏孔板组件，依次进行步骤一至步骤六，进行不同的泄漏孔直径对气体在水体内的扩散特性以及泄漏流量的实验研究；

步骤九：保证泄漏支管上的泄漏孔直径、压力表所测试的管道运行压力不变，改变泄漏水箱内的水深，依次进行步骤一至步骤六，进行不同的水深对气体在水体内的扩散特性以及泄漏流量的实验研究。

10.如权利要求1-8任一项所述的水下输气管道泄漏扩散与溢散燃烧的实验装置的实验方法，当用于溢散燃烧实验时，其特征是，包括以下步骤，

步骤一：在泄漏水箱的上半部敷设防火石棉；

步骤二：在泄漏主管道上的泄漏支管上安装具有一定泄漏孔直径的泄漏泄漏孔板组件；

步骤三：在泄漏水箱内注入水，使深度达到一定水深；

步骤四：打开第一阀门、第二阀门、电控阀，使甲烷气瓶内的甲烷气体进入到泄漏主管道；调节甲烷气瓶的气瓶压力表，使转子流量计的读数稳定在一定的泄漏流量下；

步骤五：高速摄像机全程拍摄输气管道发生泄漏时气体在水体中的扩散现象，并将数据传送给数据采集计算机；

步骤六：采用手持式甲烷浓度检测仪测量甲烷气体在水面的浓度分布，并采用点火装置将泄漏的甲烷气体点燃；

步骤七：设置在泄漏水箱周围的热辐射传感器测量火焰燃烧的辐射场分布，并将实时数据传输给数据采集计算机；

步骤八：实验完毕后，关闭第一阀门和第二阀门；

步骤九：依次打开气体入口阀门、气体出口阀门、稳压阀、针型阀、第一单向阀；启动压缩机，使气体经过压缩机、冷干机、过滤器、第一缓冲罐、第一质量流量计、输气管道后进入泄漏主管道、泄漏支管，将管道内部的甲烷气体吹扫干净；吹扫完毕之后，停运压缩机，关闭实验装置的全部阀门；

步骤十：保证泄漏支管上的泄漏孔直径、泄漏水箱内的水深不变，通过调节燃烧器供气系统以改变转子流量计所测试的泄漏流量，依次进行步骤二至步骤九，进行不同的泄漏流量对气体在水体内的扩散特性、气体在水面的溢散燃烧的实验研究；

步骤十一：保证泄漏水箱内的水深、转子流量计所测试的泄漏流量不变，在泄漏支管上安装具有不同泄漏孔直径的泄漏孔板组件，依次进行步骤二至步骤九，进行不同的泄漏孔直径对气体在水体内的扩散特性、气体在水面的溢散燃烧的实验研究；

步骤十二：保证泄漏支管上的泄漏孔直径、转子流量计所测试的泄漏流量不变，改变泄漏水箱内的水深，依次进行步骤二至步骤九，进行不同的水深对气体在水体内的扩散特性、气体在水面的溢散燃烧的实验研究。

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