CN113125089A - 基于管道泄漏放空试验的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于管道泄漏放空试验的装置。该装置包括：N2气瓶以及电磁阀，连通至密闭空间，在密闭空间中充满CO2时，开启电磁阀，向密闭空间中充满N2；气体采集口及气体采集泵，同样连通至密闭空间，气体采集泵通过气体采集口采集密闭空间中的混合气体；数据采集系统，对采集到的混合气体进行成分和含量的分析；其中，通过调整电磁阀的开度来控制N2的充气速率。本发明提供的基于管道泄漏放空试验的装置能够测量不同泄漏孔径的泄漏速率。
Description
技术领域
本发明涉及天然气技术领域，特别是涉及一种基于管道泄漏放空试验的装置。
背景技术
天然气管道的泄漏不仅导致资源的损失，同时也极大地污染了环境，一旦发生火灾爆炸事故，将给人们的生命财产和生存环境造成巨大的威胁。在美国，这些事件平均每年造成17人死亡和1.33亿美元的损失。此外，据估计，该国生产的天然气几乎有2.4％流失到大气中。评估表明，化学工业中近30％的较严重事故是由管道泄漏引起的。我国有很大一部分管道的管龄超过20年，已进入事故高发阶段，而我国在天然气管道泄漏检测方面所做的研究工作非常有限。因此，加强天然气管道泄漏扩散技术研究，提高管道输送管理水平，减少经济损失和环境污染，具有很重要的实际意义。
天然气放空是保障输气管道维抢修作业安全、缓解事故后果、避免次生事故发生、降低事故损失的重要措施。为制定技术可行、经济合理且满足HSE要求的维抢修方案或事故应急方案，要求较准确掌握并合理控制放空对象(管段或站场)的放空时间和天然气放空量。天然气放空是为了在遇到检修或事故时将管线或容器内的天然气放出，以便下一步措施可以顺利进行而采取的一种手段。长输天然气管道在放空空设计方面的主要是线路放空和站场放空气质为净化天然气，在放空过程中几乎不会出现液相或水合物。放空系统是输气站场安全设施的重要组成部分，其设计合理与否关系到天然气管道、阀体及其它处理装置是否能够平稳运行，关乎人民生命及财产安全。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于管道泄漏放空试验的装置，能够测量不同泄漏孔径的泄漏速率。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于管道泄漏放空试验的装置，所述装置包括：N2气瓶以及电磁阀，连通至密闭空间，在密闭空间中充满CO2时，开启电磁阀，向密闭空间中充满N2；气体采集口及气体采集泵，同样连通至密闭空间，气体采集泵通过气体采集口采集密闭空间中的混合气体；数据采集系统，对采集到的混合气体进行成分和含量的分析；其中，通过调整电磁阀的开度来控制N2的充气速率。
在一些实施方式中，数据采集系统包括：气相色谱仪、N2000型色谱工作站、氢气发生器。
在一些实施方式中，气体采集口的数量为至少两个，被设置在密闭空间的不同位置。
在一些实施方式中，还包括：压力传感器，负责获取模拟管道内部压力数据。
在一些实施方式中，还包括：风速测量仪，设置在密闭空间中，负责测量风速。
在一些实施方式中，还包括：温度测试仪，负责实时获取模拟管道内的温度变化情况。
在一些实施方式中，还包括：质量流量计，负责获取模拟管道内部气体的质量流量。
在一些实施方式中，还包括：放空阀，负责对密闭空间进行放空。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
本发明提供的基于管道泄漏放空试验的装置可以测量不同泄漏孔径的泄漏速率；测量不同压力下泄漏扩散范围；泄漏定位；测量管段放空速率；测量管段放空时间。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是基于管道泄漏放空试验的装置的设计原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
试验台设计原理图如图1所示。
实验气体为纯度99.999％的N2和CO2，储气气瓶出口压力可调。首先CO2气体通过进风口流入整个密闭空间中，当密闭空间充满CO2时，开启N2气瓶以及电磁阀，使N2在充满管道中，通过调节不同的阀门，来控制不同孔径的泄漏，使用气体采集泵从①-⑨采集气体然后使用数据处理系统对将采集后的混合气体进行成分和含量的分析；对于放空，通过调节储气瓶出口压力，来控制管道压力，通过调节管道压力和放空阀的开度来预测管段放空时间。
数据处理系统由气相色谱仪(GC-2001)、N2000型色谱工作站、氢气发生器(THH-300)三部分组成。该数据处理系统可以测试气体采样系统收集的混合气体中N2和CO2的体积数。在测试前，采用校正归一法对气相色谱仪进行校正，之后注入采样装置收集的混合气体，点击安装在电脑上的色谱工作站软件中的采集数据按钮，然后查看色谱软件上的N2和CO2体积含量。在色谱工作站中读取数据文件后，将数据保存在自制表格中，与测点位置和采样时间对应。
一、设备选型
1、气体采集泵
气体采样泵，负责从气体采集口中抽取气样，选用的设备如下，占地面积不大，便于实验室分析，配置有气动工作方式和220V工作方式，设备同时配置有高压缓冲罐，可将采样后的气体放到缓冲罐内。
2、风速测量仪
风速测量仪，负责测量风速，选用的是YGM303菱形风量测试仪，该风速测量仪的输出信号是4-20mA的输出电流。
3、温度测试仪
温度测试仪，负责实时获取模拟管道内的温度变化情况，选用的是联仪SH-XP多路温度测试仪，该温度测试仪可以通过USB接口将模拟管道内部的温度变化情况传送到数据处理中心。
4、质量流量计
质量流量计，负责获取模拟管道内部气体的质量流量，选用的是热式气体质量流量计DN65-1000插入式，该质量流量计的输出信号也是4-20mA的输出电流。
5、压力传感器
气体压力传感器，负责获取模拟管道内部压力数据，选用的是XGZP6847A压力传感模块，其感知压力最大值可以达到1000kPa。
二、软硬件集成
1、阀门控制
试验台中所有阀门均由计算机控制
2、fluent模拟验证
按照试验台的实际尺寸建立管道泄漏试验台物理模型，使用fluent软件进行模拟计算。设置泄漏口处边界条件为与静态过程燃气泄漏实验工况相同的边界条件，分别模拟燃气在空气环境中泄漏和N2在CO2环境中泄漏两种情况。如有需要，还可以模拟燃气在土壤中泄漏情况，同时，试验台也可以往密闭空间填充不同介质模拟不同情况。
3、自行开发软件(可选项)，响应时间小于10秒，可实时计算不同工况下天然气放空时间。实验室内放置2-4块大屏幕，用于展示计算过程和结果。也可用于软件的培训。
三、施工及保障
关于所需的水电功率在设备选型中有所提及，需要无线网络连接计算机，以便于计算机控制阀门开关。面积需在60平米左右。
为了保证实验人员健康安全，实验台及设备的安全可靠，不仅要满足上述的实验气体和设备的相关要求，还需要在场地、水电、网络和人员等方面有所保障。
(1)场地保障。考虑到实验台的大小，以及试验台距离墙面的最小间距要求，实验室的长度不宜小于15m，宽度不宜小于6.6m，室内净高不宜小于2.6m(考虑设置空气调节，如果不考虑空气调节的话，不宜小于2.8m)。进行放空或者泄露实验时，会产生噪音，所以该房间不宜与其他实验室、会议室、学术活动等房间比邻，如相近则需要采取隔声、降噪等措施，且实验室内的噪音不宜大于45dB。噪声控制还需符合现行国家标准《民用建筑隔声设计规范》中办公建筑的相关要求、《工业企业噪声控制设计规范》和《科学实验室建筑设计规范》等的有关要求。实验室的承重需要满足现行标准《科学实验室建筑设计规范》中科研通用实验区的相关要求。
(2)水电保障。室内的消防给水系统设计，应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016的规定，生活用水器具应选用节水器和低噪声型产品。科研建筑电气设备应采用符合国家现行有关标准的高效、节能、环保、安全、性能先进的电气产品，用电负荷分级及供电要求，应符合现行国家标准《供配电系统设计规范》GB 50025的有关规定。线路的电压或频率需要与选用的设备相匹配。需由固定在实验台或靠近实验台的固定电源插座(插座箱)给用电设备供电。电源插座回路应设有剩余电路保护电器。对有防干扰要求的设备，宜采用电磁型剩余电流保护电器。实验室电源侧应设置独立的保护开关。应选用具有防爆性能的供配电设备。
(3)网络保障。需要无线网络连接计算机，以便于计算机控制阀门开关。根据《科学实验室建筑设计规范》中智能化的相关规定，实验室应配置1个语音信息点、1个外网数据点和不少于1个内网数据点，其中语音点的配置可按实验室为配置单元。
(4)人员保障。本试验台应由专业人员操作或熟悉试验台的试验人员操作。操作人员应熟习试验台的性能及使用方法，熟习相关试验要求。试验操作不少于2人，试验时必须传达正确的口令，并做到有“呼”有“应”。应遵照相关规章制度，试验完毕应切断电源，检查被试产品上否有遗忘的工具等物品，并将被试产品恢复到试验前的状态。试验台必须定期检查，摆放场地必须保持干燥、通风、整洁。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于管道泄漏放空试验的装置，其特征在于，包括：
N2气瓶以及电磁阀，连通至密闭空间，在密闭空间中充满CO2时，开启电磁阀，向密闭空间中充满N2；
气体采集口及气体采集泵，同样连通至密闭空间，气体采集泵通过气体采集口采集密闭空间中的混合气体；
数据采集系统，对采集到的混合气体进行成分和含量的分析；
其中，通过调整电磁阀的开度来控制N2的充气速率。
2.根据权利要求1所述的基于管道泄漏放空试验的装置，其特征在于，数据采集系统包括：气相色谱仪、N2000型色谱工作站、氢气发生器。
3.根据权利要求1或2所述的基于管道泄漏放空试验的装置，其特征在于，气体采集口的数量为至少两个，被设置在密闭空间的不同位置。
4.根据权利要求1或2所述的基于管道泄漏放空试验的装置，其特征在于，还包括：
压力传感器，负责获取模拟管道内部压力数据。
5.根据权利要求1或2所述的基于管道泄漏放空试验的装置，其特征在于，还包括：
风速测量仪，设置在密闭空间中，负责测量风速。
6.根据权利要求1或2所述的基于管道泄漏放空试验的装置，其特征在于，还包括：
温度测试仪，负责实时获取模拟管道内的温度变化情况。
7.根据权利要求1或2所述的基于管道泄漏放空试验的装置，其特征在于，还包括：
质量流量计，负责获取模拟管道内部气体的质量流量。
8.根据权利要求1或2所述的基于管道泄漏放空试验的装置，其特征在于，还包括：
放空阀，负责对密闭空间进行放空。
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