CN110056769B - 高含硫天然气埋地集输管道泄漏模拟实验装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

高含硫天然气埋地集输管道泄漏模拟实验装置及测试方法，该实验装置可以模拟高含硫天然气埋地集输管道泄漏现场，模拟测试埋地管道泄漏时降温效应，也可以为高含硫天然气埋地集输管道泄漏监测系统的集成与优化提供现场测试数据。主要包括供气机构、调节机构、加热机构、放空机构、泄漏口机构、测量机构、所需连接管路及控制系统。所有装置将信号远传到一体化RTU远程终端控制单元，对测试装置进行数据采集，监测和控制。测试方法，通过改变不同埋藏深度、不同泄漏压力和不同泄漏孔径等因素模拟测试高含硫天然气埋地集输管道泄漏过程中的节流降温效应，为天然气埋地集输管道分布式光纤泄漏监测系统集成及布局优化提供现场测试数据。

Description

高含硫天然气埋地集输管道泄漏模拟实验装置及测试方法

技术领域

本发明涉及管道泄漏模拟测试技术，特别是涉及高含硫天然气埋地集输管道泄漏模拟测试。

背景技术

高含硫天然气埋地集输管道在长期服役过程中由于埋地集输管道上方人为的不规范操作或者地震、滑坡等地质灾害的发生，导致天然气埋地集输管道的泄漏。在高含硫天然气埋地集输管道中，气体压力高达4～12MPa（相当于40～120个大气压），且含有高浓度硫化氢气体，有剧毒性，所以泄漏一旦发生，会导致周围环境遭到严重破坏，甚至造成人员的巨大伤亡。对长期服役的含硫天然气埋地集输管道通常都装有不同的监测系统，目前气田使用的分布式光纤泄漏监测系统的可靠性需要进行现场测试验证，缺乏现场测试数据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高含硫天然气埋地集输管道泄漏模拟实验装置及测试方法。

本发明是高含硫天然气埋地集输管道泄漏模拟实验装置及测试方法，高含硫天然气埋地集输管道泄漏模拟实验装置，由供气机构15、加热机构17、测量机构20、调节机构16、放空机构18、泄漏口机构19、所需连接管路及控制单元21组成，其中：所述加热机构17是电伴热带11，其前后分别装有一体化温度变送器10，电伴热带11的电控开关与其后一体化温度变送器10联锁；所述测量机构20包括一体化温度变送器10和智能压力变送器9；所述调节机构16是电动调节阀3；所述放空机构18既装有电动切断阀12，又装有节流截止放空阀13；所述泄漏口机构19分为过气段与非过气段；过气段上设置模拟的泄漏口6，泄漏口6前设有电动切断阀12一个；非过气段是为了模拟长距离集输管道而将泄漏口管段延长的一部分管段，非过气段长度范围是500～1000mm；所述控制单元21是一体化RTU远程终端控制单元14；智能压力变送器9和一体化温度变送器10采集信号，并远传到一体化RTU远程终端控制单元14，在触摸屏上显示；电动调节阀3、电动切断阀12和电伴热带11的信号，也远传到一体化RTU远程终端控制单元14，实现对其开度值控制或远程开/关控制。

本发明的高含硫天然气埋地集输管道泄漏模拟实验装置的测试方法，其步骤为：

（1）测试前，先将配置好的模拟实验测试装置安装在预挖好的的实验环境中，布置温度测试传感器；

（2）根据实验大纲或者实验条件的相关规定，对实验装置中的泄漏孔径、泄漏气体压力、泄漏气体温度、管道规格、埋藏深度进行配置，在一体化RTU远程终端控制单元触摸显示屏上预设好模拟测试温度值、压力值以及阀的开度值；由供气机构提供模拟实验气体，由控制系统、测量机构、调节机构和加热机构协调模拟现场泄漏过程，放空机构保证在安全压力下进行，测试开始；

（3）测试时，在一体化RTU远程终端控制单元的触摸屏上打开泄漏口前的电动切断阀，天然气到达泄漏口，开始模拟泄漏测试；

（4）采用温度传感器进行泄漏点附近降温效应测试，分析泄漏点附近温度场；

（5）测试结束后，先在一体化RTU远程终端控制单元的触摸屏上关闭供气机构出口的电动调节阀，其次打开放空机构上的电动切断阀，排除装置内的剩余气体；最后拆除模拟泄漏测试装置，清理基坑备用并完成实验过程。

本发明的有益之处是：能够对不同埋藏深度、不同泄漏压力和不同泄漏孔径高含硫天然气埋地集输管道泄漏过程进行模拟测试，得到其泄露过程中的降温效应，为天然气埋地集输管道分布式光纤泄漏监测系统集成及布局优化提供现场测试数据。

附图说明

图1是高含硫天然气埋地集输管道泄漏模拟实验装置测试原理图；瓶装高压天然气1、减压阀2、电动调节阀3、输气管道4、模拟酸气管5、泄漏口6、温度传感器7、光缆8。图2是本发明的高含硫天然气埋地集输管道泄漏模拟实验装置原理图；瓶装高压天然气1、减压阀2、智能压力变送器9、一体化温度变送器10、电动调节阀3、电伴热带11、电动切断阀12、节流截止放空阀13、泄漏口6、一体化RTU远程终端控制单元14。图3高含硫天然气埋地集输管道泄漏模拟实验测试方法图；模拟酸气管5、泄漏口6、温度传感器7、光缆8。

具体实施方式

如图1~图3所示，本发明是高含硫天然气埋地集输管道泄漏模拟实验装置及测试方法，高含硫天然气埋地集输管道泄漏模拟实验装置，由供气机构15、加热机构17、测量机构20、调节机构16、放空机构18、泄漏口机构19、所需连接管路及控制单元21组成，其中：所述加热机构17是电伴热带11，其前后分别装有一体化温度变送器10，电伴热带11的电控开关与其后一体化温度变送器10联锁；所述测量机构20包括一体化温度变送器10和智能压力变送器9；所述调节机构16是电动调节阀3；所述放空机构18既装有电动切断阀12，又装有节流截止放空阀13；所述泄漏口机构19分为过气段与非过气段；过气段上设置模拟的泄漏口6，泄漏口6前设有电动切断阀12一个；非过气段是为了模拟长距离集输管道而将泄漏口管段延长的一部分管段，非过气段长度范围是500～1000mm；所述控制单元21是一体化RTU远程终端控制单元14；智能压力变送器9和一体化温度变送器10采集信号，并远传到一体化RTU远程终端控制单元14，在触摸屏上显示；电动调节阀3、电动切断阀12和电伴热带11的信号，也远传到一体化RTU远程终端控制单元14，实现对其开度值控制或远程开/关控制。

如图1、图2所示，供气机构15由多组瓶装高压天然气1提供气源，通过调节高压CNG气瓶上的减压阀2开度，模拟集输管道泄露过程中天然气的泄漏量。

如图1、图2所示，电伴热带11的电控开关和泄漏口6前的一体化温度变送器10联锁，测量到达泄漏口6前天然气的温度，当温度高于50℃时，停止加热，当温度低于40℃时，开始加热。

如图1、图2所示，智能压力变送器9和一体化温度变送器10，测量供气机构15出口和泄漏口机构19入口处天然气的压力和温度信号，并远传到一体化RTU远程终端控制单元14并在触摸屏上显示。

如图1、图2所示，电动调节阀3安装在供气机构15出口处，电动调节阀3的信号远传到一体化RTU远程终端控制单元14，一体化RTU远程终端控制单元14通过比对供气机构15出口压力信号和压力设定值来控制电动调节阀3的开度；电动调节阀3开度值能够在触摸显示屏上显示并且能够在触摸屏上手动输入开度值。

如图1、图2所示，控制系统21通过供气机构15、测量机构20、调节机构16、加热机构17和放空机构18共同将信号远传到一体化RTU远程终端控制单元14，对泄漏口机构19内天然气压力进行监测和控制。

为达到上述目的，本发明的高含硫天然气埋地集输管道泄漏模拟实验装置的测试方法，如图1~图3所示，包括如下步骤：

一、首先根据实验大纲或者实验条件的相关规定，对实验装置中的泄漏孔径、泄漏口位置（泄漏口距光缆距离）、泄漏气体压力、泄漏气体温度、管道规格、埋藏深度等进行配置，挖出长度约1000～10000mm、深2000～3000mm、宽1000mm的区域，并使光缆露出然后开始相关实验；所述的供气装置提供高压气源，通过调节高压CNG气瓶上的减压阀开度，模拟集输管道泄露过程中天然气的泄漏量；所述的测量装置智能压力变送器和一体化温度变送器测量供气装置出气口和泄漏口前天然气的压力和温度信号，远传到一体化RTU远程终端控制单元并在触摸屏上显示；

所述的调节装置电动调节阀安装在供气装置出口处，电动调节阀的信号远传到一体化RTU远程终端控制单元，一体化RTU远程终端控制单元通过比对供气装置出口压力信号和压力设定值来控制电动调节阀的开度；电动调节阀的开度值可以在触摸显示屏上显示并且可以在触摸屏上手动输入开度值；

所述加热装置电伴热带的电控开关和泄漏口前的一体化温度变送器联锁，通过测量到达泄漏口前天然气的温度，当温度高于50℃时，停止加热，当温度低于40℃时，开始加热；

所述放空装置在测试时，当泄漏口前智能压力变送器测得泄漏口处的工作压力超过危险压力时，放空装置上的节流截止放空阀自动打开，保证系统安全运行。

二、通过供气装置、调节装置、加热装置、测量装置和放空装置共同将信号远传到一体化RTU远程终端控制单元，对到达泄漏口的天然气进行数据采集，监测和控制，当达到模拟泄漏气体的各项参数要求后，在一体化RTU远程终端控制单元触摸屏上打开泄漏口前的电动切断阀，即可进行泄漏模拟；

具体的，通过设置多种工况进行泄漏模拟，泄漏口距光缆的距离，选择100mm、300mm、500mm、800mm四种工况；泄漏口孔径，选择1mm、3mm、5mm、7mm、10mm共五种孔径；

具体的，点式温度传感器采用预制的方式固定于传感器支架上，传感器支架平行于管道截面，沿管道长度方向共设3个测试截面，截面位置分别为：泄漏口处和其前后500mm处，每个支架分别在8个方向、距管道表面100mm、200mm、300mm、400mm、500mm、700mm、1000mm的圆周上，进行温度传感器布置。

三、测试结束后，在控制系统一体化RTU远程终端控制单元触摸屏上，关闭供气装置出口调节装置电动调节阀，然后打开放空装置的电动切断阀，排除整套装置内部残留气体，最后拆除实验装置。

为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明进行进一步详细说明。

如图2所示，本发明的装置主要由供气装置15、调节装置16、加热装置17、放空装置18、泄漏口装置19、测量装置20、所需连接管路及控制系统21组成；所述的供气装置15提供高压气源，通过调节高压CNG气瓶1上的减压阀2开度，模拟集输管道泄露过程中天然气的泄漏量；所述的测量装置20智能压力变送器9和一体化温度变送器10测量供气装置15出气口和泄漏口6前天然气的压力和温度信号，远传到一体化RTU远程终端控制单元14并在触摸屏上显示；

所述的调节装置16电动调节阀3安装在供气装置15出口处，电动调节阀3的信号远传到一体化RTU远程终端控制单元14，一体化RTU远程终端控制单元14系统通过比对供气装置15出口压力信号和压力设定值来控制电动调节阀3的开度；电动调节阀3的开度值可以在触摸显示屏上显示并且可以在触摸屏上手动输入开度值；所述加热装置17电伴热带11的电控开关和泄漏口6前的一体化温度变送器10联锁；通过测量到达泄漏口6前天然气的温度，当温度高于50℃时，停止加热，当温度低于40℃时，开始加热；所述放空装置18在测试时，当系统工作压力超过危险压力时，放空装置18上的节流截止放空阀13自动打开，保证系统安全运行；在测试结束后，打开放空装置18上的电动切断阀12，排除系统中的残余压力；

通过供气装置15、测量装置20、调节装置16、加热装置17和放空装置18共同将信号远传到一体化RTU远程终端控制单元14，对到达泄漏口6的天然气进行数据采集，监测和控制，当达到模拟泄漏气体的的各项参数要求后，打开泄漏口6前的电动切断阀12，即可进行泄漏模拟。

所述装置现场测试实验具体方法如下：

测试前，首先根据实验大纲或者实验条件的相关规定，对实验装置中的泄漏孔径、泄漏气体压力、泄漏气体温度、管道规格、埋藏深度进行配置，然后开始相关实验；先将配置好的模拟实验测试装置安装在预挖好的的实验环境中，在一体化RTU远程终端控制单元14触摸显示屏上预设好模拟测试温度值、压力值以及阀的开度值，测试开始；一体化RTU远程终端控制单元14可以通过测量装置20反馈给的信号自动调节电动调节阀3的开度和电伴热带11的电控开关，使得到达泄漏口6的天然气达到所要求的压力值和温度值；

测试时，在一体化RTU远程终端控制单元14的触摸屏上打开泄漏口6前的电动切断阀12，天然气到达泄漏口6，开始模拟泄漏测试；测试过程中，监测和记录管道泄漏点附近的各种传感器的参数，得到泄漏监测系统的温度感应效果。配置不同的泄漏孔径和不同的泄漏压力，重复上述测试步骤，进行不同工况下的泄漏模拟测试；进行不同工况的泄漏模拟测试时，必须考虑上一工况对土壤温度的影响，在进行完一个工况以后，静置半天以后进行下一工况测试。

测试结束后，先在一体化RTU远程终端控制单元14的触摸屏上关闭供气装置15出口的电动调节阀3，其次打开放空装置18上的电动切断阀12，排除装置内的剩余气体；最后拆除模拟泄漏测试装置，清理基坑备用即可。一般建议相同泄露实验进行三次测试，用于交叉对比，排除失误，确定试验结果的可信度。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.高含硫天然气埋地集输管道泄漏模拟实验装置，其特征在于，由供气机构（15）、加热机构（17）、测量机构（20）、调节机构（16）、放空机构（18）、泄漏口机构（19）、所需连接管路及控制单元（21）组成，其中：所述加热机构（17）是电伴热带（11），其前后分别装有一体化温度变送器（10），电伴热带（11）的电控开关与其后一体化温度变送器（10）联锁；所述测量机构（20）包括传感器支架（22）、一体化温度变送器（10）和智能压力变送器（9）；所述调节机构（16）是电动调节阀（3）；所述放空机构（18）既装有电动切断阀（12），又装有节流截止放空阀（13）；所述泄漏口机构（19）分为过气段与非过气段；过气段上设置模拟的泄漏口（6），泄漏口（6）前设有电动切断阀（12）一个；非过气段是为了模拟长距离集输管道而将泄漏口管段延长的一部分管段，非过气段长度范围是500～1000mm；所述控制单元（21）是一体化RTU远程终端控制单元（14）；智能压力变送器（9）和一体化温度变送器（10）采集信号，并远传到一体化RTU远程终端控制单元（14），在触摸屏上显示；电动调节阀（3）、电动切断阀（12）和电伴热带（11）的信号，也远传到一体化RTU远程终端控制单元（14），实现对其开度值控制或远程开/关控制。

2.根据权利要求1所述的高含硫天然气埋地集输管道泄漏模拟实验装置，其特征在于：供气机构（15）由多组瓶装高压天然气（1）提供气源，通过调节高压CNG气瓶上的减压阀（2）开度，模拟集输管道泄露过程中天然气的泄漏量。

3.根据权利要求1所述高含硫天然气埋地集输管道泄漏模拟实验装置，其特征在于：泄漏口（6）前的一体化温度变送器（10）与智能压力变送器（9）位于电伴热带（11）与泄漏口（6）之间；电伴热带（11）的电控开关和泄漏口（6）前的一体化温度变送器（10）联锁，测量到达泄漏口（6）前天然气的温度，当温度高于50℃时，停止加热，当温度低于40℃时，开始加热。

4.根据权利要求1所述的高含硫天然气埋地集输管道泄漏模拟实验装置，其特征在于：电动调节阀（3）安装在供气机构（15）出口处的测量机构（20）和加热机构（17）之间，电动调节阀（3）的信号远传到一体化RTU远程终端控制单元（14），一体化RTU远程终端控制单元（14）通过比对供气机构（15）出口压力信号和压力设定值来控制电动调节阀（3）的开度；电动调节阀（3）开度值能够在触摸显示屏上显示并且能够在触摸屏上手动输入开度值。

5.根据权利要求1所述高含硫天然气埋地集输管道泄漏模拟实验装置，其特征在于：控制单元（21）通过供气机构（15）、测量机构（20）、调节机构（16）、加热机构（17）和放空机构（18）共同将信号远传到一体化RTU远程终端控制单元（14），对泄漏口机构（19）内天然气压力进行监测和控制；所述放空机构包括电动切断阀、节流截止放空阀及连接管道，起到感应高压并泄压放空作用，同时可通过一体化RTU远程终端控制单元控制电动切断阀泄压放空。

6.根据权利要求1所述的高含硫天然气埋地集输管道泄漏模拟实验装置的测试方法，其特征在于，其步骤为：

（1）测试前，先将供气机构、调节机构、加热机构和放空机构依次连接，安装在预挖好的的实验环境中，沿管道长度方向分别在泄漏口处和泄漏口前后500mm处，平行于管道截面布置传感器支架；温度传感器在每个支架分别沿径向8个方向，距管道表面100mm、200mm、300mm、400mm、500mm、700mm、1000mm的圆周上布置；

（2）根据实验大纲或者实验条件的相关规定，对实验装置中的泄漏孔径、泄漏气体压力、泄漏气体温度、管道规格、埋藏深度进行配置，在一体化RTU远程终端控制单元触摸显示屏上预设好模拟测试温度值、压力值以及电动调节阀（3）的开度值；由供气机构提供模拟实验气体，由控制单元、测量机构、调节机构和加热机构协调模拟现场泄漏过程，放空机构保证在安全压力下进行，测试开始；

（3）测试时，在一体化RTU远程终端控制单元的触摸屏上打开泄漏口前的电动切断阀，天然气到达泄漏口，开始模拟泄漏测试；

（4）采用温度传感器进行泄漏点附近降温效应测试，分析泄漏点附近温度场；

（5）测试结束后，先在一体化RTU远程终端控制单元的触摸屏上关闭供气机构出口的电动调节阀，其次打开放空机构上的电动切断阀，排除装置内的剩余气体；最后拆除模拟泄漏测试装置，清理基坑备用并完成实验过程。

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