CN110044549A - 一种用于研究水下气体泄漏的实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于研究水下气体泄漏的实验装置，具有盛装实验水的水槽，所述的水槽内底部设有通入压力气体的PVC管，PVC管上开设有泄漏孔，PVC管上方设有可左右移动以测试所述泄漏孔处压力值的压力传感器，水槽外设有微型压力变送器、高频动态压力数据采集器、高速摄影仪、电脑终端以及电源。本发明结构紧凑，测试精度高，通过置于PVC管上方的压力传感器的左右移动，实现测量水流场内不同位置处的压力值；采用高速摄影仪记录水下气体至泄漏孔上升到水面的视频信息，通过有关软件的处理，可以计算得出气体的上升时间，采集得到的压力信息精确度高，视频信息清晰度好，能很好地反映出实验数据的变化以及得到实验过程的图像信息。

Description

一种用于研究水下气体泄漏的实验装置
技术领域
本发明涉及油气储运安全技术领域，尤其是一种用于研究水下气体泄漏的实验装置。
背景技术
天然气作为一种清洁环保、无污染的能源，受到了极大地关注。我国天然气资源“东多西少”，天然气资源分布不均，而东部沿海地区对天然气资源的需求量与日俱增。输气管道作为一种安全、高效的输送方式得到了广泛的应用。
然而，我国地形、地势复杂多样，输气管道在进行敷设时难免会穿越江河、湖泊，此时输气管道就会处于水体环境中。我国沿海海域天然气储量丰富，在海上天然气的开采、输送方面，海底管道发挥着重要的作用。处于水体环境中的管道由于腐蚀、疲劳失效、水流冲刷以及第三方破坏等原因，易发生穿孔、破裂甚至完全断裂等事故。水体中管道一旦发生事故首先会造成巨大的资源浪费，影响对下游用户的供气，天然气泄漏至海平面后遇到明火会发生火灾和爆燃等事故，对海上作业平台和工作人员的安全带来极大的威胁。
研究水体中输气管道泄漏后的气泡羽流现象，确定天然气泄漏后上浮到海平面的时间、在海平面上形成的危险区域面积以及水平扩散距离等参数对于水体中输气管道泄漏事故紧急预案的制定、保证海上作业平台及工作人员的安全具有重要意义。目前，对于水体中气体泄漏的研究多基于理论方法和数值模拟方法，但方法的准确性有待于验证，因此，发明一种用于研究水下气体泄漏的实验装置，对数值模拟方法的准确性进行验证和评估就显得尤为重要
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种用于研究水下气体泄漏的实验装置，以模拟水下气体泄漏状况，获取泄漏孔正上方各测点处的动压数据以及实验过程中的气泡羽流形态信息。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于研究水下气体泄漏的实验装置，具有盛装实验水的水槽，所述的水槽内底部设有通入压力气体的PVC管，所述PVC管上开设有泄漏孔，PVC管上方设有可左右移动以测试所述泄漏孔处压力值的压力传感器，水槽外设有微型压力变送器、高频动态压力数据采集器、高速摄影仪、电脑终端以及电源，微型压力变送器与压力传感器线路连接，高频动态压力数据采集器分别线路连接微型压力变送器、电脑终端以及电源，电源与高速摄影仪线路连接。
具体说，所述的水槽旁设有高压氮气钢瓶，高压氮气钢瓶出气口通过压力调节阀门连接有输气软管，输气软管连通PVC管，输气软管的管路上设有减压稳压器、压力表。
进一步地，所述的PVC管上开设有三个直径不同的泄漏孔。
所述的水槽上沿设有可左右移动的T形架，T形架的竖杆下端固设有测定水槽内不同高度位置压力值的三个压力传感器，T形架的横杆两端分别连接有角块，使得T形架平稳地置于水槽之上而又可以左右移动。
所述的高频动态压力数据采集器通过电源适配器与电源连接。
本发明的有益效果是：本发明结构紧凑，通过置于PVC管上方的压力传感器的左右移动，实现测量水流场内不同位置处的压力值；采用高速摄影仪记录水下气体至泄漏孔上升到水面的视频信息，通过有关软件的处理，可以计算得出气体的上升时间，采集得到的压力信息精确度高，视频信息清晰度好，能很好地反映出实验数据的变化以及得到实验过程的图像信息。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图中：1.水槽，2.PVC管，3.泄漏孔，4.压力传感器，5.微型压力送变器，6.高频动态压力数据采集器，7.高速摄影仪，8.电脑终端，9.电源，10.高压氮气钢瓶，11.压力调节阀门，12.输气软管，13.减压稳压器，14.压力表，15.T形架，16.角块，17.电源适配器，18.摄影仪操作手柄
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示的一种用于研究水下气体泄漏的实验装置，由供气单元、实验单元和数据采集分析单元组成。
供气单元，用于为实验提供气体来源并把具有稳定压力的气体输送至实验单元实现泄漏的工况；实验单元，用于将供气单元和数据采集分析单元连接起来并辅助数据采集分析单元进行数据的采集；数据采集分析单元，用于实时地记录实验过程中的气泡羽流现象以及泄漏孔正上方一定位置处的压力信息。
所述实验装置具有盛装实验水的水槽1，水槽1采用透明亚克力材料制作，有效部分长1m宽1m高1.2m，壁厚0.02m，并且为使水槽1具有足够的承压能力，四周采用角钢进行加固。
所述的水槽1旁设有高压氮气钢瓶10，高压氮气钢瓶10出气口通过压力调节阀门11连接有输气软管12，输气软管12连接有PVC管2，输气软管12的管路上设有减压稳压器13、压力表14。
通入压力气体的PVC管2的实验段部分水平置于水槽1内底部，在所述PVC管2的实验段上依次开设有三个泄漏孔3，三个泄漏孔3的直径分别为0.003m、0.004m和0.005m，以研究不同孔径下的泄漏孔3对水下气体泄漏扩散的影响。
位于PVC管2上方的水槽1上沿设有可左右移动的T形架15，T形架15的竖杆下端固设有测定水槽1内不同高度位置压力值的三个高精度的压力传感器4，T形架15的横杆两端分别连接有角块16，使T形架6平稳地置于水槽1之上而又可以左右移动。
水槽1外设有微型压力变送器5、高频动态压力数据采集器6、高速摄影仪7、电脑终端8以及电源9，微型压力变送器5与压力传感器4线路连接，高频动态压力数据采集器6分别线路连接微型压力变送器5、电脑终8以及电源9，电源9与高速摄影仪7线路连接。所述的高频动态压力数据采集器6通过电源适配器17与电源9连接，高速摄影仪7还连接有摄影仪操作手柄18，以方便操作。
本发明将供气单元、实验单元和数据采集分析单元合理地组合在一起，结构紧凑。置于水槽1上的T形架15带动压力传感器4左右移动，便于测量水流场内不同位置处的压力值；采用高速摄影仪7记录水下气体至泄漏孔3上升到水面的视频信息，通过有关软件的处理，可以计算得出气体的上升时间，采集得到的压力信息精确度高，视频信息清晰度好，能很好地反映出实验数据的变化以及得到实验过程的图像信息。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种用于研究水下气体泄漏的实验装置，具有盛装实验水的水槽(1)，其特征是：所述的水槽(1)内底部设有通入压力气体的PVC管(2)，所述PVC管(2)上开设有泄漏孔(3)，PVC管(2)上方设有可左右移动以测试所述泄漏孔(3)处压力值的压力传感器(4)，水槽(1)外设有微型压力变送器(5)、高频动态压力数据采集器(6)、高速摄影仪(7)、电脑终端(8)以及电源(9)，微型压力变送器(5)与压力传感器(4)线路连接，高频动态压力数据采集器(6)分别线路连接微型压力变送器(5)、电脑终端(8)以及电源(9)，电源(9)与高速摄影仪(7)线路连接。
2.如权利要求1所述的用于研究水下气体泄漏的实验装置，其特征是：所述的水槽(1)旁设有高压氮气钢瓶(10)，高压氮气钢瓶(10)出气口通过压力调节阀门(11)连接有输气软管(12)，输气软管(12)连通PVC管(2)，输气软管(12)的管路上设有减压稳压器(13)、压力表(14)。
3.如权利要求1所述的用于研究水下气体泄漏的实验装置，其特征是：所述的PVC管(2)上开设有三个直径不同的泄漏孔(3)。
4.如权利要求1所述的用于研究水下气体泄漏的实验装置，其特征是：所述的水槽(1)上沿设有可左右移动的T形架(15)，T形架(15)的竖杆下端固设有测定水槽(1)内不同高度位置压力值的三个压力传感器(4)，T形架(15)的横杆两端分别连接有角块(16)。
5.如权利要求1所述的用于研究水下气体泄漏的实验装置，其特征是：所述的高频动态压力数据采集器(6)通过电源适配器(17)与电源(9)连接。
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