一種管道泄漏實驗裝置及實驗方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種管道泄漏實驗裝置及實驗方法，實驗裝置由動力系統(tǒng)、泄漏單元、閥門、溫度計、體積流量計和壓力表組成，動力系統(tǒng)通過管道與泄漏單元連接，泄漏單元兩端分別連接閥門、溫度計、壓力表、體積流量計。通過比較氣體或液體穩(wěn)態(tài)泄漏速率的計算值與計量值得到氣體或液體穩(wěn)態(tài)泄漏速率公式的修正模型，可研究管道或儲罐在多種不同泄漏工況條件下氣、液以及氣液混相穩(wěn)態(tài)與動態(tài)泄漏的特征與規(guī)律，為長輸管道的日常安全維護以及泄漏事故的應急救援與事故調(diào)查提供理論依據(jù)。
【專利說明】一種管道泄漏實驗裝置及實驗方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及石油、化工安全工程領域，尤其涉及一種管道泄漏實驗裝置及實驗方法，適用于研究管道、儲罐泄漏的特征與規(guī)律。
【背景技術】
[0002]管道輸送具有成本低、供給穩(wěn)定及安全性高等優(yōu)點，在石油化工行業(yè)得到了廣泛應用。由于部分管道投入使用年限較長，以及頻繁受道路施工、車輛碾壓、電化學腐蝕、地質(zhì)沉降等原因影響，石油天然氣長輸管道泄漏事故時有發(fā)生。加之，石油天然氣具有易燃、易爆等危險特性，一旦發(fā)生泄漏，極易引發(fā)火災、爆炸等惡性事件，對公共安全造成極大威脅。
[0003]目前有關管道泄漏特征與規(guī)律的研究主要基于流體力學基本方程組的理論推導，開展管道泄漏速率、易燃易爆氣體擴散影響范圍等預測，與現(xiàn)場實際脫節(jié)，預測準確率低。而通過實驗室大尺度相似實驗模擬管道不同泄漏工況條件下的穩(wěn)態(tài)與動態(tài)泄漏過程、泄漏速率實時計量、易燃易爆氣體擴散影響范圍預測等內(nèi)容缺乏相關報道。長輸管道多埋設于地下，不易測定泄漏速率與時間，難以評估易燃易爆物料的擴散影響范圍，因此，構建管道泄漏實驗裝置研究泄漏特征與規(guī)律顯得尤為重要。
[0004]中國發(fā)明專利申請?zhí)?01110302314.3公開了一種水下輸氣管道泄漏檢測實驗平臺，可用于水下管道泄漏檢測時模擬水下環(huán)境，但該平臺通過調(diào)節(jié)針閥開度模擬管道不同泄漏孔徑的泄漏狀況，不能準確控制泄漏口的形狀與大小，且輸送介質(zhì)僅為氣相物料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術預測泄漏速率、易燃易爆氣體擴散影響范圍等準確率低的缺陷，提供一種能夠模擬多種不同泄漏工況條件下的穩(wěn)態(tài)與動態(tài)泄漏過程，研究管道或儲罐泄漏特征與規(guī)律的實驗裝置。
[0006]本發(fā)明的另一個目的是提供一種研究管道與儲罐泄漏特征與規(guī)律的實驗方法。
[0007]本發(fā)明所述的管道泄漏實驗裝置I由動力系統(tǒng)、泄漏單元、閥門、溫度計、體積流量計和壓力表組成，動力系統(tǒng)通過管道與泄漏單元連接，泄漏單元兩端分別連接閥門、溫度計、壓力表、體積流量計，可進行泄漏單元的氣相或液相穩(wěn)態(tài)與動態(tài)泄漏實驗。
[0008]本發(fā)明所述的管道泄漏實驗裝置1、實驗裝置II通過進料支管與閥門并聯(lián)，可進行泄漏單元的氣、液混相穩(wěn)態(tài)與動態(tài)泄漏實驗。
[0009]所述的泄漏單元為管道泄漏單元或儲罐泄漏單元。
[0010]本發(fā)明所述的管道泄漏實驗方法包括以下步驟:
[0011](I)在初始壓力為P、溫度為T、泄漏單元的泄漏孔橫截面積為S的實驗條件下，通過氣體穩(wěn)態(tài)泄漏速率公式(2)或(3)計算氣體在泄漏單元的泄漏孔的質(zhì)量泄漏速率Qniis*Qn3i ;通過液體穩(wěn)態(tài)泄漏速率公式(4)計算液體在泄漏單元的泄漏孔的質(zhì)量泄漏速率Qa。
[0012]氣體穩(wěn)態(tài)泄漏速率大小取決于氣體在孔口處為臨界流泄漏或亞臨界流泄漏，由臨界壓力比CPR確定:
【權利要求】
1.一種管道泄漏實驗裝置，包括至少一個由動力系統(tǒng)、泄漏單元、閥門、溫度計、體積流量計和壓力表組成的實驗裝置，其特征是:實驗裝置中的動力系統(tǒng)通過管道與泄漏單元連接，泄漏單元兩端分別連接閥門(4)、閥門(6)、溫度計(3)、溫度計(7)、壓力表(2)、壓力表(8)、體積流量計(I)、體積流量計(9)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種管道泄漏實驗裝置，其特征是:包括實驗裝置I和實驗裝置II兩個實驗裝置，實驗裝置1、實驗裝置II可通過進料支管和閥門(10)并聯(lián)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種管道泄漏實驗裝置，其特征是:所述的泄漏單元為管道泄漏單元(5)或儲罐泄漏單元(51)。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的一種管道泄漏實驗裝置，其特征是:管道泄漏單元(5)為穿心管狀結(jié)構，兩端為連接法蘭，在內(nèi)管(5a)的管壁上開有泄漏口，外管(5b)的管壁通過支管(5c)連接質(zhì)量流量計。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種管道泄漏實驗裝置，其特征是:所述的泄漏口為圓形孔(5d)或條形孔(5e) .
6.根據(jù)權利要求1或2所述的一種管道泄漏實驗裝置，其特征是:儲罐泄漏單元(51)為罐狀結(jié)構，罐體(51c)上安裝有進料管(51a)和出料管(51b)，罐體(51c)的罐壁上開有泄漏口，在罐體(51c)的罐壁外安裝有環(huán)形外罩(51d)，環(huán)形外罩(51d)的罐壁通過支管(51e)連接質(zhì)量流量計。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種管道泄漏實驗裝置，其特征是:所述的泄漏口為圓形孔(51f)或條形孔(51g)。
8.一種管道泄漏實驗方法，其特征是:包括以下步驟， (I)在初始壓力為P、溫度為T、泄漏單元的泄漏孔橫截面積為S的實驗條件下，通過氣體穩(wěn)態(tài)泄漏速率公式(2)或(3)計算氣體在泄漏單元的泄漏孔的質(zhì)量泄漏速率Qniis* Qnμ，通過液體穩(wěn)態(tài)泄漏速率公式(4)計算液體在泄漏單元的泄漏孔的質(zhì)量泄漏速率Qa; 氣體穩(wěn)態(tài)泄漏速率大小取決于氣體在孔口處為臨界流泄漏或亞臨界流泄漏，由臨界壓力比CPR確定:
9.根據(jù)權利要求8所述的一種管道泄漏實驗方法，其特征是:所述的泄漏單元可分別置于空氣、土壤或水中，重復權利要求8所述步驟(1)一(4)，可分別得到泄漏單元在空氣、土壤或水中的泄漏速·率規(guī)律。
【文檔編號】F17D5/02GK103527934SQ201310523173
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月29日 優(yōu)先權日:2013年10月29日
【發(fā)明者】陳國明, 付建民, 龔金海, 王勇, 徐長航, 趙洪祥, 曹國梁 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石化集團中原石油勘探局勘察設計研究院, 中國石油大學(華東)