CN112576936A

CN112576936A - 一种模拟高压管道泄漏的试验系统及方法

Info

Publication number: CN112576936A
Application number: CN201910938934.2A
Authority: CN
Inventors: 何晋红; 冯勤; 陶敬华; 王健; 毛宏宇
Original assignee: Shanghai Ruier Ocean Engineering Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Ruier Ocean Engineering Technology Co ltd
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2021-03-30

Abstract

本发明提供一种模拟高压管道泄漏的试验系统及方法，试验系统包括模拟气液泄漏的第一试验装置和模拟液体泄漏的第二试验装置，第一试验装置可独立模拟气体泄漏，第一试验装置将气体引入第二试验装置的高压液体罐内，使罐内液体输出，模拟液体泄漏。本发明的试验系统结构简单，可将第一管路的开口处或是第三管路的开口处外接泄漏头，并将其放入水中或埋入泥土内，用于模拟气体、液体、混合气液泄漏。

Description

一种模拟高压管道泄漏的试验系统及方法

技术领域

本发明属于海底设备技术领域，涉及一种模拟高压管道泄漏的试验系统及方法。

背景技术

海底管道是通过密闭的管道在海底连续输送大量油或气的管道，是现在海上油(气)田开发生产系统的主要组成部分，但管道运行管龄长久会由于腐蚀、可能发生的一些人为破坏等因素的影响，导致管道破损，内部输送介质泄漏，这不仅造成了大量的资源浪费和经济损失，而且还会对海洋环境造成影响。就目前来说，人们对海底管道泄漏后的溢油的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。同时，海底管道的输送介质属于大容量输送，为能正确模拟管道泄漏的实际状况，急需一种模拟输送大容量介质管道泄漏的试验系统。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种模拟高压管道泄漏的试验系统及方法，用于实现模拟输送大容量介质管道泄漏。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种模拟高压管道泄漏的试验系统，所述试验系统包括：

第一试验装置，包含，第一管路和第一高压瓶组或第一气泵，

所述第一管路的一端连接第一高压瓶组或第一气泵，所述第一管路的另一端开口设置；

第二试验装置，包含，

第二高压瓶组或第二气泵，

高压液体罐，具有液体输入端、液体输出端、进气端和出气端，在所述液体输入端、液体输出端、进气端和出气端处各设置一开关阀，

液体储存罐，该液体储存罐的输入口管路连接所述第二高压瓶组或第二气泵，所述液体储存罐的输出口管路连接所述液体输入端，

所述液体输出端通过第三管路连通外界，

所述进气端通过第二管路连接所述第一管路，所述第二管路设有第二控制阀，

在所述第一管路上设有第一控制阀，所述第一控制阀位于该第一管路与所述第二管路的连接点和该第一管路的开口处之间。

于本发明的一实施例中，在所述第一管路上还设有减压装置，所述减压装置位于该第一管路与所述第二管路的连接点和所述第一高压瓶组或第一气泵之间。

于本发明的一实施例中，在所述第一管路上还设有压力计。

于本发明的一实施例中，在靠近所述第一高压瓶组或第一气泵处的所述第一管路上设置截止阀。

于本发明的一实施例中，所述第一高压瓶组由若干个瓶组单元串联而成，所述瓶组单元包含多个并联设置的气瓶。

于本发明的一实施例中，所述瓶组单元之间串联有开关阀。

本发明还提供了了一种利用上述所述的试验系统模拟高压管道泄漏的试验方法，所述试验方法包括：

打开第一高压瓶组或第一气泵，关闭第二控制阀，打开第一控制阀，第一管路向外排出气体，模拟气体泄漏；

关闭第一控制阀和第二控制阀，打开第二高压瓶组或第二气泵，同时分别打开液体输入端和出气端的开关阀，液体储存罐开始向高压液体罐注入液体，

所述高压液体罐内注入预设容量后，关闭液体输入端和出气端的开关阀，打开第一高压瓶组或第一气泵，打开第二控制阀，同时分别打开液体输出端和进气端的开关阀，所述高压液体罐的液体通过第三管路向外排出，模拟液体泄漏。

于本发明的一实施例中，还包括：在模拟气体泄漏时，或是在模拟液体泄漏时，利用位于该第一管路与第二管路的连接点和所述第一高压瓶组或第一气泵之间的减压装置来调节所述第一管路内的气体压力。

于本发明的一实施例中，还包括：当所述第一高压瓶组或第一气泵发生故障时，利用在靠近所述第一高压瓶组或第一气泵处的所述第一管路上设置的截止阀关闭所述第一高压瓶组或第一气泵的输出。

于本发明的一实施例中，在模拟液体泄漏时，同时打开第一控制阀，模拟气液混合泄漏。

如上所述，本发明的模拟高压管道泄漏的试验系统及方法，试验系统结构简单，可将第一管路的开口处或是第三管路的开口处放入水中或埋入泥土内，用于模拟气体、液体、混合气液泄漏，组装简单降低人员的劳动强度，同时可适用于模拟高压、大容量的介质泄漏。

附图说明

图1显示为本发明的模拟高压管道泄漏的试验系统于一实施例中的结构示意图。

图2显示为本发明的模拟高压管道泄漏的试验方法的流程图。

元件标号说明

1 第一高压瓶组 12 液体储存罐

2 截止阀 13 液体输入端

3 第一压力计 14 出气端

4 第三电磁阀 15 进气端

5 第一电磁阀 16 液体输出端

6 减压阀 17 高压液体罐

7 第二电磁阀 18 第三管路

8 第二控制阀 19 第二管路

9 第一控制阀 20 第四管路

10 第一管路

11 第二高压瓶组

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

铺设在海底或水底的各类管道可用于输送各类介质，气体(例如天然气)、液体或气液混合体。海底管道是一种相对稳定的输送方式，在未来的海洋油气资源开发过程中会得到更多应用。然而，置于海底的管道长期处于较为恶劣环境中，如波流冲刷、海床运动、台风等等，使得海底管道易发生泄漏，一旦发生泄漏可能会引起例如爆炸等危险事故，造成人员伤亡、财产损失，泄漏的物质可能会污染海洋环境。

通常针对海底管道的研究主要是对其进行模型建立，进行仿真模拟各类工况，但通过仿真模拟获取的数值依然需要通过实际的模拟装置来进行比对分析，通过模拟装置来模拟各类泄漏工况，获得实际泄漏数据。

请参阅图1，本发明提供一种模拟高压管道泄漏的试验系统，该试验系统包括第一试验装置和第二试验装置。

其中，第一试验装置包含第一高压瓶组1和第一管路10，第一管路10的一端连接第一高压瓶组1，第一管路10的另一端开口设置，该第一管路10的开口处作为气体泄漏点，可在该开口处安装泄漏头。需要说明的是，第一高压瓶组1可以采用第一气泵予以替换，保证物流介质补充。

作为示例，如图1所示，第一高压瓶组1用于输出气体，从第一管路10向外界输出模拟气体泄漏。其中，第一高压瓶组1由若干个瓶组单元串联而成，各瓶组单元之间串联有开关阀，所述瓶组单元包含多个并联设置的气瓶，气体压力可大于16Mpa。技术人员可依据所需要的气体流量大小来选择瓶组单元组数和气瓶个数，实现大容量物流介质补充。

如图1所示，第二试验装置包含第二高压瓶组11、高压液体罐17和液体储存罐12，其中，高压液体罐17具有液体输入端13、液体输出端16、进气端15和出气端14，在所述液体输入端13、液体输出端16、进气端15和出气端14处各设置一开关阀，控制高压液体罐17内部流体的输入和输出。该液体储存罐12的输入口管路连接第二高压瓶组11，液体储存罐12的输出口管路连接液体输入端13，液体输出端16通过第三管路18连通外界，第三管路18的开口处作为液体泄漏点，并在开口处安装泄漏头。进气端15通过第二管路19连接所述第一管路10，所述第二管路19设有第二控制阀8，在所述第一管路10上设有第一控制阀9，所述第一控制阀9位于该第一管路10与所述第二管路19的连接点和该第一管路10的开口处之间。需要说明的是，第二高压瓶组11可以采用第二气泵予以替换。

作为示例，高压液体罐17包括罐体，罐体在布设时，在罐体的底部安装三角支架，三角支架将罐体支撑后其罐体倾斜设置。其中，液体输入端13向罐体内伸入，该液体输入端13的伸入部分靠近罐体的顶端，出气端14的出气端口靠近罐体的顶端设置，需要说明的是，在罐体内的液体不能将出气端14埋没。进气端15伸入罐体内且其进气端口同样靠近罐体顶端设置，液体输出端16伸入罐体内部，且液体输出端16的端口设置在该罐体的最低处，保证在压出罐体内液体的过程中，避免过多液体残留。

依据图1所示，当第一控制阀9打开，第二控制阀8关闭，第一高压瓶组1打开时，第一高压瓶组1内的压缩气体依据第一管路10流通至外界，模拟气体泄漏。

当第一控制阀9关闭，第二控制阀8关闭，同时，第二高压瓶组11打开，高压液体罐17的液体输入端13和出气端14的开关阀打开时，第二高压瓶组11内的压缩气体压入液体储存罐12内，将液体储存罐12内的液体经管路从液体输入端13流进高压液体罐17内，此时高压液体罐17内开始存在液体，当高压液体罐17内的液体容量达到预设容量后，关闭高压液体罐17的液体输入端13的开关阀和出气端14的开关阀。随后，将第二控制阀8打开，同时分别打开高压液体罐17的进气端15和液体输出端16的开关阀，第一高压瓶组1打开，第一高压瓶组1内的压缩气体进入高压液体罐17内，将液体从中压出，经第三管路18流通至外部，模拟液体泄漏。

作为示例，在本实施例中，在所述第一管路10上还设有减压装置，图1所示，所述减压装置位于该第一管路10与所述第二管路19的连接点和所述第一高压瓶组1之间。通过减压装置可调整第一管路10内气体压力，模拟各类工况下的气体泄漏。其中，减压装置包括减压阀6、第一电磁阀5、第二电磁阀7和第四管路20，第一电磁阀5设于第一管路10，通过第一电磁阀5可控制第一管路10的通断。第四管路20和第一管路10并联设置，且在本实施例中，第四管路20的一端与第一电磁阀5左侧的第一管路10相连通，第四管路20的另一端与第一电磁阀5右侧的第一管路10相连通，同时，减压阀6和第二电磁阀7串联于第四管路20。实施例中，当第一电磁阀5关闭，第二电磁阀7、第一高压瓶组1和第一控制阀9被开关时，第一高压瓶组1内的气体从第一管路10流经第四管路20后，再流入第一管路10后流出，此时技术人员通过减压阀6来降低第四管路20内的压力，从而改变从第一管路10流出的气体气压。当无需调整第一管路10内的气压时，则关闭第二电磁阀7，打开第一电磁阀5即可。

在实施例中，在调整减压阀6的过程中，为直观查看第一管路10内的气压变化，可在所述第一管路10上还设有压力计。可分布于第四管路20的两端且置于第一管路10上设置一压力计，靠近第一高压瓶组1的压力计为第一压力计3，远离第一高压瓶组1的压力计为第二压力计，技术人员可通过第一压力计3观测第一高压瓶组1直接输出的气压值，在调整减压阀6的过程中利用第二压力计查看经过减压阀6后第一管路10内的气压值。

作为示例，可在第一压力计3和第四管路20之间的第一管路10上设置第三电磁阀4，通过第三电磁阀4控制第一高压瓶组1的输出。

需要说明的是，在靠近所述第一高压瓶组1处的所述第一管路10上设置截止阀2，当第一压力计3检测到的压力值超过第一管路10可承受的最高压力值时，即认为第一高压瓶组1的输出出现故障如高压气瓶漏气，可利用该截止阀2手动紧急关闭，断开第一高压瓶组1和第一管路10。

作为示例，高压液体罐17的各个开关阀、第一控制阀9、第二控制阀8可采用电磁类型，在本实施例中，试验系统还可包括上位机和下位机，上位机和下位机采用有线或无线通信连接，下位机分别与高压液体罐17的各个开关阀、第一控制阀9、第二控制阀8、第一电磁阀5、第二电磁阀7和第三电磁阀4电性连接，控制阀门的开关。上位机依据所需模拟的气体或液体泄漏的各类工况，来控制对应工况下阀门的开闭形成泄漏回路。其中，第一压力计3和第二压力计可选用带有无线功能模块的压力计，第一压力计3和第二压力计可将检测到的压力值发送给上位机，由上位机进行远程控制，实现物流介质的输送。

需要说明的是，在搭建试验系统中，除减压阀6外，其余阀门与管路相接的过程中确保管道的管径不变。

本发明的试验系统结构简单，可将第一管路的开口处或是第三管路的开口处放入水中或埋入泥土内，并在开口处安装对应泄漏头，模拟气体、液体、混合气液泄漏，组装简单降低人员的劳动强度，同时可适用于模拟高压、大容量的介质泄漏。

依据上述图1的试验系统，本发明还提供了一种模拟高压管道泄漏的试验方法，请参阅图2，所述试验方法包括：

1)气体泄漏过程：

S1-1，打开第一高压瓶组1；

S1-2，关闭第二控制阀8，打开第一控制阀9，第一管路10向外排出气体，模拟气体泄漏。

作为示例，模拟气体泄漏还包括在S1-2中，打开第一控制阀9后，上位机通过第一压力计3检测到的第一高压瓶组1输出的气压低于预设气压，则向上位机发送检测信号，技术人员可依据检测信号通过上位机向下位机发送阀门信号，可以由下位机控制瓶组单元之间的开关阀，也可手动启用开关阀，增加瓶组单元，增加气体流量。若第一压力计3检测到的气压值超出第一管路10可承受的最高气压值，则第一压力计3向上位机发送报警信号，此时技术人员可及时手动关闭截止阀2，或是通过上位机向下位机发送第三电磁阀4关闭信号，下位机控制第三电磁阀4关闭。

作为示例，模拟气体泄漏还包括：在S1-2中，利用位于该第一管路10与所述第二管路19的连接点和所述第一高压瓶组1之间的减压装置来调节所述第一管路10内的气体压力。具体地，打开第一控制阀9和第一电磁阀5，关闭第二电磁阀7，当第一压力计3检测的气压值满足当前工况所需的气压值，进行气体泄漏模拟试验。

若第二压力计检测的气压值高于当前工况所需的气压值，则关闭第一电磁阀5，打开第二电磁阀7，上位机依据所需工况，通过下位机调节减压阀6，也可手动启用，至第二压力计检测到的气压值满足当前工况所需的气压值。

2)液体泄漏过程：

S2-1，打开第二高压瓶组11，及开启高压液体罐17中液体输入端13和出气端14对应的开关阀，液体储存罐12开始向高压液体罐17注入液体；此时，第一控制阀9和第二控制阀8处于关闭状态。

S2-2，当高压液体罐17内的液体达到预设容量后，关闭高压液体罐17上液体输入端13和出气端14对应的开关阀。

S2-3，打开第二控制阀8，以及高压液体罐17上液体输出端16和进气端15对应的开关阀，高压液体罐17内液体从第三管路18向外界流出，模拟液体泄漏。需要说明的是，打开第二控制阀8之前，第一高压瓶组1需被打开。

作为示例，模拟液体泄漏还包括：在S2-3中，利用位于该第一管路10与所述第二管路19的连接点和所述第一高压瓶组1之间的减压装置来调节所述第一管路10内的气体压力。具体地，在高压液体罐17内液体从第三管路18向外界流出的过程中，可通过控制减压阀6的活塞杆动作，调节阀门大小来改变第一管路10内气压，从而调整从第三管路18内泄漏的液压值。

需要说明的是，在模拟气体泄漏或液体泄漏的过程中，若第一高压瓶组1发生故障时，利用在靠近所述第一高压瓶组1处的所述第一管路10上设置的截止阀2来手动关闭所述第一高压瓶组1的输出，或是远程控制第三电磁阀4关闭。

作为示例，模拟气体泄漏还包括在S2-3中，打开第二控制阀8后，上位机通过第一压力计3检测到的第一高压瓶组1输出的气压值低于预设气压值，则向上位机发送检测信号，技术人员可依据检测信号通过上位机向下位机发送阀门信号，由下位机控制瓶组单元之间的开关阀，增加瓶组单元，增加气体流量。若第一压力计3检测到的气压值超出第一管路10可承受的最高气压值，则第一压力计3向上位机发送报警信号提醒技术人员，此时技术人员可及时手动关闭截止阀2，或远程控制第三电磁阀4。

作为示例，若模拟液体泄漏过程中，若将第一控制阀9打开，第一管路10与第三管路18同时开始泄漏，则可实现气液混合泄漏。

综上所述，本发明的试验系统可模拟大容量的气体、液体以及气液混合泄漏，同时依据减压装置来调整介质泄漏压力。本发明有效克服了现有技术中的仅可模拟单一介质泄漏的缺点，具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种模拟高压管道泄漏的试验系统，其特征在于，所述试验系统包括：

第二试验装置，包含，

第二高压瓶组或第二气泵，

所述液体输出端通过第三管路连通外界，

2.根据权利要求1所述的模拟高压管道泄漏的试验系统，其特征在于：在所述第一管路上还设有减压装置，所述减压装置位于该第一管路与所述第二管路的连接点和所述第一高压瓶组或第一气泵之间。

3.根据权利要求1所述的模拟高压管道泄漏的试验系统，其特征在于：在所述第一管路上还设有压力计。

4.根据权利要求1所述的模拟高压管道泄漏的试验系统，其特征在于：在靠近所述第一高压瓶组或第一气泵处的所述第一管路上设置截止阀。

5.根据权利要求1或4所述的模拟高压管道泄漏的试验系统，其特征在于：所述第一高压瓶组由若干个瓶组单元串联而成，所述瓶组单元包含多个并联设置的气瓶。

6.根据权利要求5所述的模拟高压管道泄漏的试验系统，其特征在于：所述瓶组单元之间串联有开关阀。

7.一种利用权利要求1～6任一所述的试验系统模拟高压管道泄漏的试验方法，其特征在于，所述试验方法包括：

8.根据权利要求7所述的模拟高压管道泄漏的试验方法，其特征在于：还包括：在模拟气体泄漏时，或是在模拟液体泄漏时，利用位于该第一管路与第二管路的连接点和所述第一高压瓶组或第一气泵之间的减压装置来调节所述第一管路内的气体压力。

9.根据权利要求7所述的模拟高压管道泄漏的试验方法，其特征在于：还包括：当所述第一高压瓶组或第一气泵发生故障时，利用在靠近所述第一高压瓶组或第一气泵处的所述第一管路上设置的截止阀关闭所述第一高压瓶组或第一气泵的输出。

10.根据权利要求7所述的模拟高压管道泄漏的试验方法，其特征在于：在模拟液体泄漏时，同时打开第一控制阀，模拟气液混合泄漏。