CN114414383A - 一种柔性管道低温循环系统的综合实验测试装置 - Google Patents

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Abstract

一种柔性管道低温循环系统的综合实验测试装置，属于LNG低温管道测试相关领域。包括低温循环系统、空气压力加载系统，综合实验加载系统，连接部分。低温循环系统通过连接部分分别与空气压力加载系统、综合实验加载系统连接，用于储存、输送与回收液氮；空气压力加载系统2用于总系统加压，加速液氮循环并增加管道内压；综合实验加载系统用于柔性管道多种荷载的施加；连接部分用于防止实验过程中各部件发生脱落。本发明可根据柔性管道尺寸快速调整现场布置，灵活性强；实验步骤操作简单可满足管道的多种力学性能指标的验证；使用过程中可保证管道在实验期内一直处于低温液体流动循环状态，减少低温液体的挥发效果，贴近工程真实服役状态。

Description

一种柔性管道低温循环系统的综合实验测试装置
技术领域
本发明属于LNG低温管道测试相关领域，涉及一种柔性管道多层结构低温循环系统的综合实验测试装置，适用于实验室模拟LNG输送中柔性管道低温环境下综合力学性能试验测试。
背景技术
柔性管道是浮式液化天然气运输装置的关键装备之一，主要用做传输液化天然气。柔性管道由内到外依次为：内层骨架、密封层、保温层、编织层、外层骨架。其中内、外骨架层用于支撑主体结构提供径向刚度；密封层用于防止LNG渗透；保温层用于隔绝外界温度；编织层用于抑制轴向变形，提供轴向刚度。
目前国家能源结构的改变，新能源的开发逐渐受到各国工业界、能源界的重视。LNG柔性管道应用包括陆用液化天然气转运、水用液化天然气转运、过驳及加注，足以看出其应用市场巨大。近年来我国海上天然气的开采逐年递增，柔性管道需求越来越大，经过多年相关技术的研究与制造经验的积累，国内厂家已可初步制造出部分型号的LNG用柔性管道。液化天然气温度为-162度，输送过程中柔性管道长时间处于低温状态下，材料力学性能降低加之外界荷载柔性管道极易发生破坏而泄漏。因此，柔性管道样管需要经过一系列低温环境下的力学性能测试，以保证其服役要求，但国内相关测试装置多数偏重于单一力学性能验证或无法加载低温液体循环，缺乏结构简单并可进行快速验证柔性管道低温下力学性能指标的综合实验装置，导致我国自主生产的柔性管道，经常需要高价送到国外机构进行测试验证，浪费人力财力，相关实验测试验证装置急待突破
发明内容
本发明的目的就是针对柔性管道实验室用低温环境下综合实验装置的相关技术领域的空白，提供一种柔性管道低温循环系统的综合实验测试装置。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种柔性管道低温循环系统的综合实验测试装置，包括低温循环系统1、空气压力加载系统2，综合实验加载系统3，连接部分4。所述低温循环系统1用于储存、输送与回收液氮，通过连接部分4分别与空气压力加载系统2、综合实验加载系统3连接；空气压力加载系统2用于总系统加压，加速液氮循环并增加管道内压；综合实验加载系统3用于柔性管道多种荷载的施加；连接部分4用于连接实验装置中的各个部件，防止实验过程中发生脱落。
所述低温循环系统1包括低温液体保温箱5、低温液体加注口6、空气加压口7、传输钢管8、电子开关阀9、方向转接口10、液体柔性传输管11。所述低温液体保温箱5由高密度保温板与钢板结合而成，可接受-192度液氮储存，低温液体保温箱5上表面设有低温液体加注口6、空气加压口7，左侧面设有低温液体出口，右侧面设有液体回流口，其中左端低温液体出口低于右端液体回流口，利用虹吸原理实现低温液体的自循环，左侧低温液体出口通过传输钢管8与电子开关阀9连接，该传输钢管8上根据需要设置方向转接口10，右侧液体回流口也通过传输钢管8与液体柔性传输管11一端连通，该传输钢管8上根据需要设置方向转接口10，所述液体柔性传输管11另一端与低温液体输入法兰口15连接；所述低温液体加注口6为液体快速加注口，使用旋钮压合开关；所述低温液体保温箱5的空气加压口7与空气压力加载系统2的打压机12通过传输钢管8相连，供压力进入，传输钢管8上设有方向转接口10，具体的空气加压口7通过方向转接口10与一个传输钢管8连接，该传输钢管8通过方向转接口10与第二个传输钢管8连接，第二个传输钢管8底部与打压机12连通。
所述空气压力加载系统2包括打压机12、方向转接口10。所述打压机12为低温液体保温箱5提供压力。
所述综合实验加载系统3包括三角架13、作动器14。所述三角架13为固定端，三角架13通过三角架端法兰16与左侧低温液体输入口法兰15连接，左侧低温液体输入口法兰15的中间面开口处连接传输钢管8，三角架13用于防止实验过程中柔性管道18发生位移造成破坏。所述作动器14通过作动器端法兰17与右侧低温液体输入口法兰15连接，右侧低温液体输入口法兰15的中间面开口处与右端液体柔性传输管11连接，用于对柔性管道多种荷载的施加丰富实验类型。
所述连接部分4包括左右两个低温液体输入口法兰15、一个三角架端法兰16、一个作动器端法兰17。所述左右两个低温液体输入口法兰15的端面开口处连接柔性管道18；中间面开口处分别连接左端传输钢管8和右端液体柔性传输管11；端面闭口处分别连接三角架端法兰16和作动器端法兰17。所述低温液体输入口法兰15用于连接传输钢管8，液体柔性传输管11，柔性管道18，三角架端法兰16和作动器端法兰17，其内部为缓坡型中空构造方便液体填充柔性管道18。
本发明根据所述柔性管道18的长度，调整所述综合实验加载系统3中三角架12和作动器14之间的距离，根据柔性管道18端口直径，制作所述连接部分4中低温液体输入法兰口15尺寸。通过以上步骤安装固定连接部分4和柔性管道18。
进一步的，所述的传输钢管8为普通钢管，用作低温液体传输。
进一步的，所述电子开关阀9为低温液体输入开关。
进一步的，所述方向转接口10用于连接各传输钢管8之间的方向转向，所有接口处均做橡胶圈密闭处理，防止压力与液体泄露。
进一步的，所述液体柔性传输管11自身延展性强，方便作动器14进行实验时可自由长，丰富实验类型。
进一步的，所述三角架端法兰16和作动器端法兰17中间为细长杆设计为防止低温液体传热影响到实验加载系统3。
本发明的使用过程为：
(1)拉伸实验：
按照技术方案连接好所有装备，将作动器14向左侧伸长，使被测柔性管道18处于放松状态。此时通过低温液体加注口6向低温液体保温箱5注入液氮，观察低温液体保温箱5内部水位上升情况，停止注入液氮。静止6小时观察被测柔性管道18温度是否稳定。再次观察低温液体保温箱5水位情况，适当补充液氮。接下来启动作动器14进行右侧拉伸至被测柔性管道18中间位置无过大挠度即可开始实验，根据理论预测结果对作动器14输入数据并记录实验数据。结束实验后按动电子开关阀9，并启动打压机12将被测柔性管道18及其相连钢管内液氮液体进行排出，并静置24小时等待残余液体挥发。
(2)内压实验：
按照技术方案连接好所有装备，将作动器14向左侧伸长，使被测柔性管道18处于放松状态。此时通过低温液体加注口6向低温液体保温箱5注入液氮，观察低温液体保温箱5内部水位上升情况，停止注入液氮。静止6小时观察被测柔性管道18温度是否稳定。再次观察低温液体保温箱5水位情况，适当补充液氮。接下来启动作动器14进行右侧拉伸至被测柔性管道18中间位置无过大挠度即可开始实验，此时启动打压机12记录此时压力表显示数额与作动器14在压力自由伸展情况下的伸长量。结束实验后缓慢释放压力，待压力恢复正常按动电子开关阀9，并启动打压机12将被测柔性管道18及其相连钢管内液氮液体进行排出，并静置24小时等待残余液体挥发。
(3)弯曲疲劳实验：
按照技术方案连接好所有装备，将作动器14向左侧伸长，使被测柔性管道18处于放松状态。此时通过低温液体加注口6向低温液体保温箱5注入液氮，观察低温液体保温箱5内部水位上升情况，停止注入液氮。静止6小时观察被测柔性管道18温度是否稳定。再次观察低温液体保温箱5水位情况，适当补充液氮。接下来启动作动器14进行右侧拉伸至被测柔性管道18中间位置无过大挠度即可开始实验，根据理论预测结果对作动器14输入数据并记录轴向反复拉伸弯曲至最小弯曲半径。结束实验后按动电子开关阀9，并启动打压机12将被测柔性管道18及其相连钢管内液氮液体进行排出，并静置24小时等待残余液体挥发。
(4)扭转实验：
按照技术方案连接好所有装备，将作动器14向左侧伸长，使被测柔性管道18处于放松状态。此时通过低温液体加注口6向低温液体保温箱5注入液氮，观察低温液体保温箱5内部水位上升情况，停止注入液氮。静止6小时观察被测柔性管道18温度是否稳定。再次观察低温液体保温箱5水位情况，适当补充液氮。接下来启动作动器14进行右侧拉伸至被测柔性管道18中间位置无过大挠度即可开始实验，根据理论预测结果对作动器14输入不同扭转角度记录弯矩数据。结束实验后按动电子开关阀9，并启动打压机12将被测柔性管道18及其相连钢管内液氮液体进行排出，并静置24小时等待残余液体挥发。
本发明的有益效果为：
本发明可根据柔性管道尺寸快速调整现场布置，灵活性强。实验步骤操作简单可满足管道的多种力学性能指标的验证(低温下管道整体拉压弯扭实验)。本发明可保证管道在实验期内一直处于低温液体流动循环状态，减少了低温液体的挥发效果，更加贴近工程真实服役状态。
附图说明
图1为本发明的总体结构的俯视图；
图2为本发明的总体结构的后视图；
图3为本发明的总体结构的主视图；
图4为本发明的总体结构的右视图；
图5为本发明的总体结构的左视图；
图6为低温循环系统的主视图；
图7为低温循环系统的俯视图；
图8为空气压力加载系统的主视图；
图9为空气压力加载系统的俯视图；
图10为综合实验加载系统的主视图；
图11为综合实验加载系统的俯视图；
图12为连接部分的主视图；
图13为法兰口结构示意图；
图中：1低温循环系统，2空气压力加载系统，3综合实验加载系统，4连接部分，5低温液体保温箱，6低温液体加注口，7空气加压口，8传输钢管，9电子开关阀，10方向转接口，11液体柔性传输管，12打压机，13三脚固定架；14作动器，15输入口法兰，16三角架端法兰，17作动器端法兰，18柔性管道。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。
所述低温循环系统1包括低温液体保温箱5，低温液体加注口6，空气加压口7，传输钢管8，电子开关阀9，方向转接口10，液体柔性传输管11。所述低温液体保温箱5由高密度保温板与钢板结合而成，可接受-192度液氮储存，左端低温液体出口低于右端液体回流口利用虹吸原理实现低温液体的自循环；所述低温液体加注口6为液体快速加注口，使用旋钮压合开关；所述空气加压口7与空气压力加载系统2相连，供压力进入；所述传输钢管8为普通钢管，用作低温液体传输；所述电子开关阀9为低温液体输入开关；所述方向转接口10用于连接传输钢管8之间的方向转向，所有接口处均做橡胶圈密闭处理，防止压力与液体泄露；所述液体柔性传输管11用于连接低温液体输入法兰口15，自身延展性强，方便作动器14进行实验时可自由长，丰富实验类型。
所述空气压力加载系统2包括打压机12，方向转接口10，传输钢管8。所述打压机12为低温液体保温箱5提供压力；所述方向转接口10用于连接传输钢管8；所述传输钢管8用于连接打压机12和低温液体保温箱5。
所述综合实验加载系统3包括三角固定架13，作动器14。所述三角固定架13为固定端，防止实验过程中柔性管道18发生位移造成破坏；所述作动器14用于对柔性管道多种荷载的施加丰富实验类型。
所述连接部分4包括低温液体输入口法兰15，三角架端法兰16，作动器端法兰17。所述低温液体输入口法兰15用于连接传输钢管8，液体柔性传输管11，柔性管道18，三角架端法兰16和作动器端法兰17，其内部为缓坡型中空构造方便液体填充柔性管道18，中间面开口处分别连接左端传输钢管8和右端液体柔性传输管11，端面开口处连接柔性管道18，端面闭口处分别连接三角架端法兰16和作动器端法兰17。所述三角架端法兰16和作动器端法兰17中间为细长杆设计为防止低温液体传热影响到实验加载系统3。
根据所述柔性管道18的长度，调整所述综合实验加载系统3中三角架12和作动器14之间的距离，根据柔性管道18端口直径，制作所述连接部分4中低温液体输入法兰口15尺寸。通过以上步骤安装固定连接部分4和柔性管道18。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种柔性管道低温循环系统的综合实验测试装置，其特征在于，所述的综合实验测试装置包括低温循环系统(1)、空气压力加载系统(2)，综合实验加载系统(3)，连接部分(4)；所述低温循环系统(1)通过连接部分(4)分别与空气压力加载系统(2)、综合实验加载系统(3)连接，用于储存、输送与回收液氮；空气压力加载系统(2)用于总系统加压，加速液氮循环并增加管道内压；综合实验加载系统(3)用于柔性管道多种荷载的施加；
所述低温循环系统(1)包括低温液体保温箱(5)、低温液体加注口(6)、空气加压口(7)、传输钢管(8)、电子开关阀(9)、方向转接口(10)、液体柔性传输管(11)；所述低温液体保温箱(5)可接受-192度液氮储存，低温液体保温箱(5)上表面设有低温液体加注口(6)、空气加压口(7)，左侧面设有低温液体出口，右侧面设有液体回流口，其中低温液体出口位于液体回流口下方，利用虹吸原理实现低温液体的自循环，低温液体出口通过传输钢管(8)与电子开关阀(9)连接，液体回流口也通过传输钢管(8)与液体柔性传输管(11)一端连通，所述液体柔性传输管(11)另一端与低温液体输入口法兰口(15)连接；所述空气加压口(7)与空气压力加载系统(2)的打压机(12)通过传输钢管(8)相连，供压力进入；所述传输钢管(8)上根据需要设置方向转接口(10)；
所述空气压力加载系统(2)包括打压机(12)、方向转接口(10)；所述打压机(12)为低温液体保温箱(5)提供压力；
所述综合实验加载系统(3)包括三角架(13)、作动器(14)；所述三角架(13)为固定端，其与左侧低温液体输入口法兰(15)连接，左侧低温液体输入口法兰(15)的中间面开口处连接传输钢管(8)，三角架(13)用于防止实验过程中柔性管道(18)发生位移造成破坏；所述作动器(14)与右侧低温液体输入口法兰(15)连接，右侧低温液体输入口法兰(15)的中间面开口处与右端液体柔性传输管(11)连接，用于对柔性管道多种荷载的施加丰富实验类型；
所述连接部分(4)包括左右两个低温液体输入口法兰(15)、三角架端法兰(16)、作动器端法兰(17)；所述左右两个低温液体输入口法兰(15)的端面开口处连接柔性管道(18)；中间面开口处分别连接左端传输钢管(8)和右端液体柔性传输管(11)；端面闭口处分别连接三角架端法兰(16)和作动器端法兰(17)。
2.根据权利要求1所述的一种柔性管道低温循环系统的综合实验测试装置，其特征在于，根据所述柔性管道(18)的长度，调整综合实验加载系统(3)中三角架12和作动器(14)之间的距离，根据柔性管道(18)端口直径，制作连接部分(4)中低温液体输入法兰口(15)尺寸。
3.根据权利要求1所述的一种柔性管道低温循环系统的综合实验测试装置，其特征在于，所述的传输钢管(8)为普通钢管，用作低温液体传输。
4.根据权利要求1所述的一种柔性管道低温循环系统的综合实验测试装置，其特征在于，所述电子开关阀(9)为低温液体输入开关。
5.根据权利要求1所述的一种柔性管道低温循环系统的综合实验测试装置，其特征在于，所述方向转接口(10)用于连接各传输钢管(8)之间的方向转向，所有接口处均做橡胶圈密闭处理，防止压力与液体泄露。
6.根据权利要求1所述的一种柔性管道低温循环系统的综合实验测试装置，其特征在于，所述低温液体加注口(6)为液体快速加注口，使用旋钮压合开关。
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CN109342177A (zh) * 2018-11-20 2019-02-15 大连理工大学 一种全尺寸管道深海复杂海洋环境荷载联合加载试验系统
CN113029814A (zh) * 2021-04-09 2021-06-25 中海油（天津）管道工程技术有限公司 一种模拟海洋柔性软管弯曲疲劳的实验装置

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