CN112483910A - 一种基于声-压耦合的气液两相流管道泄漏模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于声‑压耦合的气液两相流管道泄漏模拟装置，包括控制系统、数据处理系统、泄漏装置、检测装置和模拟管道，在模拟管道中生成气液两相流动介质，由控制系统实现对泄漏装置中电磁阀的打开和关闭，将检测装置中的传感器应用于多相流介质两相流管道，再经由数据处理系统处理接收到的信号，根据信号的时间差进行互相关分析，实现模拟管道的泄漏定位，并将分析所得的泄漏位置与实际位置进行验证，及时做出调整。本发明将从分离器中分离出的气体和液体分别进入模拟管道，通过在模拟管道外壁不同位置设置多个泄漏管，更好地模拟泄漏的真实性，并通过声波信号和动态压力信号相结合的方法进行泄露分析判断，实现对管道泄漏的定位。

Description

一种基于声-压耦合的气液两相流管道泄漏模拟装置

技术领域

本发明涉及管道泄漏检测技术领域，尤其是一种基于声-压耦合的气液两相流管道泄漏模拟装置。

背景技术

我国海底管道包括石油、天然气运输以及气液混输等类型，由于海底环境复杂，海底管道容易老化和腐蚀，发生泄漏。为了防止海底管道泄漏带来的经济、环境以及人身危害，需要及时监测海底管道的泄漏情况，但由于海底存在诸多多变因素，给海底管道监测带来诸多挑战。目前主要采用工程物探、人工潜水以及管内监测等方式监测管道泄漏情况，这些方法存在难以实时监测、成本高、精度低、难以定位等问题。因此，就目前来说，人们对海底管道泄漏后的溢油行为状态及其演变的规律了解不够充分，需要进行大量的试验模拟。

自1991年以来，国内外学者对管道泄漏检测进行了大量研究，研究主要针输油、输气的单相介质管道，而对于管道中存在两相或多相流体的情况，相关研究较少。输气管道与输油管道在流动过程中经常形成气泡流、气团流甚至段塞流等两相流动或多相流动现象，但是已有的管道泄漏检测研究通常忽略了这些因素的影响。单相介质输液输气管道与气液两相流管道差异很大，气液两相管道发生泄漏时发声机理更加复杂，因此单相介质输液输气管道泄漏检测和气液两相流管道的泄漏检测并不完全相同，泄漏前后的稳定流动过程和泄漏过程均与单相介质管道大不同。一方面，单相介质管道特别是输气管道，由于气体扩散性极强，管道稳定流动过程几乎没有其他动态压力波动；气液两相流管道内存在气液相界面，两相间相互作用，造成气液两相流管道内流体在稳定流动过程中造成的动态压力波动远大于单相介质管道。另一方面，若管道发生泄漏，单相介质管道产生突发型声发射信号波动极为显著；而气液两相管道气液两相流动特征改变，流场各参数发生变化，泄漏后达到新的气液两相流动状态。因此，就目前来说，人们对海底管道泄漏后的溢油行为状态及其演变的规律了解不够充分，需要进行大量的模拟试验。

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，本发明提供一种基于声-压耦合的气液两相流管道泄漏模拟装置，以解决现有技术中对多相流管道泄漏处理方法的不足。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于声-压耦合的气液两相流管道泄漏模拟装置，包括控制系统、数据处理系统、模拟管道、泄漏装置及检测装置，其中，

控制系统：具有上位机和开关控制装置；

数据处理系统：具有解调装置，将获得的声波信号、压力信号解调得到数字信号，再进一步分析处理后传输给控制系统；

模拟管道：连接有向模拟管道内分别传输气体和液体形成气液两相流的分离器；

泄漏装置：包括多根围绕模拟管道外壁分布的泄漏管，泄漏管出口端连接有控制泄漏管通断的电磁阀，所述电磁阀与控制系统的开关控制装置电性连接；

检测装置：具有分别安装于模拟管道两端的传感器组，所述传感器组与数据处理系统电性连接。

具体说，所述的模拟管道进料端连接有缓冲罐，模拟管道出料端与分离器进料端管路连接，所述缓冲罐与分离器的气相出口端之间设有第一压缩机和气体热交换器，第一压缩机进气端与分离器管路连接，第一压缩机出气端与气体热交换器进气端管路连接，气体热交换器出气端与缓冲罐进气端管路连接；缓冲罐与分离器的液相出口端之间设有第一离心泵，第一离心泵进液端与分离器管路连接，第一离心泵的出液端与缓冲罐的进液端管路连接。

进一步地，所述的分离器上端通过第二压缩机连接有维持系统压力稳定的高压气瓶组。

所述的模拟管道外部包覆有内含水/乙二醇混合液制冷介质的绝热套管，模拟管道出料端管路连接有第二离心泵，第二离心泵进气端连接有水浴制冷，水浴制冷管路连接至模拟管道进料端。

为实现泄漏管可分别朝向不同位置，提高模拟效果，所述的泄漏管可设于模拟管道外壁的上部、下部或两侧。

优选地，所述的传感器组包括声波传感器和动态压力传感器，位于模拟管道内壁安装有配合声波传感器筛选出流动背景噪音的追踪狗。

本发明的有益效果是：本发明将从分离器中分离出的气体和液体分别进入模拟管道，通过在模拟管道外壁不同位置设置多个泄漏管，更好地模拟泄漏的真实性，并通过声波信号和动态压力信号相结合的方法进行泄露分析判断，实现对管道泄漏的定位；通过对控制系统的使用,提高了测试的自动化控制。

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是本发明的流程示意图。

图2是本发明所述模拟管道的结构示意图。

图3是本发明所述泄漏装置和检测装置的安装结构示意图。

图中：1.控制系统，2.数据处理系统，3.模拟管道，3-1.分离器，3-2.缓冲罐，3-3.第一压缩机，3-4.气体热交换器，3-5.第一离心泵，3-6.第二压缩机，3-7.高压气瓶组，3-8.第二离心泵，3-9.水浴制冷，4.泄漏装置，4-1.泄漏管，4-2.电磁阀，5.检测装置，5-1.传感器组，5-2.声波传感器，5-3.动态压力传感器，5-4.追踪狗。

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所示的一种基于声-压耦合的气液两相流管道泄漏模拟装置，包括控制系统1、数据处理系统2、模拟管道3、泄漏装置4及检测装置5。

所述控制系统1具有上位机和开关控制装置，所述上位机通信连接数据处理系统2；所述数据处理系统2具有解调装置，将获得的声波信号、压力信号解调得到数字信号，再进一步分析处理后传输给控制系统1。

如图2所示，所述模拟管道3连接有向模拟管道3内分别传输气体和液体形成气液两相流的分离器3-1。具体说，所述的模拟管道3进料端连接有缓冲罐3-2，用来稳定流动介质，避免流量波动影响，模拟管道3出料端与分离器3-1进料端管路连接，所述缓冲罐3-2与分离器3-1的气相出口端之间设有第一压缩机3-3和气体热交换器3-4，第一压缩机3-3进气端通过阀门与分离器3-1顶部管路连接，第一压缩机3-3出气端与气体热交换器3-4进气端管路连接，第一压缩机3-3与气体热交换器3-4之间的管路上设有质量流量计、压力计，以分别测量气体的质量流量和压力；

所述的气体热交换器3-4出气端与缓冲罐3-2底部进气端管路连接，用以控制注入模拟管道3的气相和液相温度；缓冲罐3-2与分离器3-1的液相出口端之间设有第一离心泵3-5，第一离心泵3-5进液端与分离器3-1管路连接，为液体介质增加驱动力，第一离心泵3-5出口处设有质量流量计、压力计，以分别测量液体的质量流量和压力，第一离心泵3-5的出液端与缓冲罐3-2的进液端管路连接。

所述的分离器3-1上端通过第二压缩机3-6连接有维持分离器3-1和系统压力稳定的高压气瓶组3-7。

所述的模拟管道3外部包覆有内含水/乙二醇混合液制冷介质的绝热套管，模拟管道3出料端管路连接有第二离心泵3-8，第二离心泵3-8进气端连接有水浴制冷3-9，水浴制冷3-9管路连接至模拟管道3进料端。

如图3所示，所述的泄漏装置4包括多根围绕模拟管道3外壁分布的泄漏管4-1，所述的泄漏管4-1可设于模拟管道外壁3的上部、下部或两侧，使得各个泄漏管4-1分别朝向模拟管道3的不同位置，更好地模拟泄漏的真实性。

本实施例中，多个泄漏管4-1分成两列，呈大致对称分布在模拟管道3侧壁上，同时，泄漏管4-1依照模拟管道3的轴线方向排列，各个泄漏管4-1的泄漏口分别朝向不同方位，可模拟在模拟管道3不同位置处的泄漏，各泄漏管4-1之间可等间距间隔分布。进一步地，泄漏管4-1的泄漏口可呈不同孔缝形状，例如圆孔、直缝或不规则形状，使得在单次试验中利用该模拟装置，可模拟管道上不同形状泄漏口的泄漏情况。

泄漏管4-1出口端螺纹连接有控制泄漏管4-1通断的电磁阀4-2，所述电磁阀4-2与控制系统1的开关控制装置电性连接，实现通断的远程控制和模拟自动化。

所述检测装置5具有分别安装于模拟管道3两端的传感器组5-1，所述传感器组5-1与数据处理系统2电性连接。

所述的传感器组5-1包括声波传感器5-2和动态压力传感器5-3，动态压力传感器5-3用于采集清晰可靠的管道泄漏过程的动态压力信号。通过对声波传感器5-2和动态压力传感器5-3采集声波信号的幅值和频率变化分析来进行泄漏判断，并通过其幅值衰减和不同位置传感器采集到的信号所具有的时间差进行互相关分析，实现对管道泄漏的定位。

位于模拟管道3内壁安装有配合声波传感器5-2筛选出流动背景噪音的追踪狗5-4，所述追踪狗5-4可以测量由流体流动和压缩机产生的环境压力噪音，将信息携带到信号源，通过对声波传感器5-2接收的声波信号与追踪狗5-4获取的信号进行分析对比处理，能够有效筛选出大部分流动背景噪音。

使用该模拟装置还可以根据传感器的传输信号的波动值变化，来模拟不同流型等因素产生的不同的模拟结果。

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 (6)

1.一种基于声-压耦合的气液两相流管道泄漏模拟装置，包括控制系统(1)、数据处理系统(2)、模拟管道(3)、泄漏装置(4)及检测装置(5)，其特征是：

控制系统(1)：具有上位机和开关控制装置；

数据处理系统(2)：具有解调装置，将获得的声波信号、压力信号解调得到数字信号，再进一步分析处理后传输给控制系统(1)；

模拟管道(3)：连接有向模拟管道(3)内分别传输气体和液体形成气液两相流的分离器(3-1)；

泄漏装置(4)：包括多根围绕模拟管道(3)外壁分布的泄漏管(4-1)，泄漏管(4-1)出口端连接有控制泄漏管(4-1)通断的电磁阀(4-2)，所述电磁阀(4-2)与控制系统(1)的开关控制装置电性连接；

检测装置(5)：具有分别安装于模拟管道(3)两端的传感器组(5-1)，所述传感器组(5-1)与数据处理系统(2)电性连接。

2.如权利要求1所述的基于声-压耦合的气液两相流管道泄漏模拟装置，其特征是：所述的模拟管道(3)进料端连接有缓冲罐(3-2)，模拟管道(3)出料端与分离器(3-1)进料端管路连接，所述缓冲罐(3-2)与分离器(3-1)的气相出口端之间设有第一压缩机(3-3)和气体热交换器(3-4)，第一压缩机(3-3)进气端与分离器(3-1)管路连接，第一压缩机(3-3)出气端与气体热交换器(3-4)进气端管路连接，气体热交换器(3-4)出气端与缓冲罐(3-2)进气端管路连接；缓冲罐(3-2)与分离器(3-1)的液相出口端之间设有第一离心泵(3-5)，第一离心泵(3-5)进液端与分离器(3-1)管路连接，第一离心泵(3-5)的出液端与缓冲罐(3-2)的进液端管路连接。

3.如权利要求2所述的基于声-压耦合的气液两相流管道泄漏模拟装置，其特征是：所述的分离器(3-1)上端通过第二压缩机(3-6)连接有维持系统压力稳定的高压气瓶组(3-7)。

4.如权利要求1所述的基于声-压耦合的气液两相流管道泄漏模拟装置，其特征是：所述的模拟管道(3)外部包覆有内含水/乙二醇混合液制冷介质的绝热套管，模拟管道(3)出料端管路连接有第二离心泵(3-8)，第二离心泵(3-8)进气端连接有水浴制冷(3-9)，水浴制冷(3-9)管路连接至模拟管道(3)进料端。

5.如权利要求1所述的基于声-压耦合的气液两相流管道泄漏模拟装置，其特征是：所述的泄漏管(4-1)可设于模拟管道外壁(3)的上部、下部或两侧。

6.如权利要求1所述的基于声-压耦合的气液两相流管道泄漏模拟装置，其特征是：所述的传感器组(5-1)包括声波传感器(5-2)和动态压力传感器(5-3)，位于模拟管道(3)内壁安装有配合声波传感器(5-2)筛选出流动背景噪音的追踪狗(5-4)。

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