[发明专利]一种管道泄漏实验装置及实验方法

说明书

本发明涉及一种管道泄漏实验装置及实验方法，实验装置由动力系统、泄漏单元、阀门、温度计、体积流量计和压力表组成，动力系统通过管道与泄漏单元连接，泄漏单元两端分别连接阀门、温度计、压力表、体积流量计。通过比较气体或液体稳态泄漏速率的计算值与计量值得到气体或液体稳态泄漏速率公式的修正模型，可研究管道或储罐在多种不同泄漏工况条件下气、液以及气液混相稳态与动态泄漏的特征与规律，为长输管道的日常安全维护以及泄漏事故的应急救援与事故调查提供理论依据。

技术领域

本发明涉及石油、化工安全工程领域，尤其涉及一种管道泄漏实验装置及实验方法，适用于研究管道、储罐泄漏的特征与规律。

背景技术

管道输送具有成本低、供给稳定及安全性高等优点，在石油化工行业得到了广泛应用。由于部分管道投入使用年限较长，以及频繁受道路施工、车辆碾压、电化学腐蚀、地质沉降等原因影响，石油天然气长输管道泄漏事故时有发生。加之，石油天然气具有易燃、易爆等危险特性，一旦发生泄漏，极易引发火灾、爆炸等恶性事件，对公共安全造成极大威胁。

目前有关管道泄漏特征与规律的研究主要基于流体力学基本方程组的理论推导，开展管道泄漏速率、易燃易爆气体扩散影响范围等预测，与现场实际脱节，预测准确率低。而通过实验室大尺度相似实验模拟管道不同泄漏工况条件下的稳态与动态泄漏过程、泄漏速率实时计量、易燃易爆气体扩散影响范围预测等内容缺乏相关报道。长输管道多埋设于地下，不易测定泄漏速率与时间，难以评估易燃易爆物料的扩散影响范围，因此，构建管道泄漏实验装置研究泄漏特征与规律显得尤为重要。

中国发明专利申请号201110302314.3公开了一种水下输气管道泄漏检测实验平台，可用于水下管道泄漏检测时模拟水下环境，但该平台通过调节针阀开度模拟管道不同泄漏孔径的泄漏状况，不能准确控制泄漏口的形状与大小，且输送介质仅为气相物料。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术预测泄漏速率、易燃易爆气体扩散影响范围等准确率低的缺陷，提供一种能够模拟多种不同泄漏工况条件下的稳态与动态泄漏过程，研究管道或储罐泄漏特征与规律的实验装置。

本发明的另一个目的是提供一种研究管道与储罐泄漏特征与规律的实验方法。

本发明所述的管道泄漏实验装置I由动力系统、泄漏单元、阀门、温度计、体积流量计和压力表组成，动力系统通过管道与泄漏单元连接，泄漏单元两端分别连接阀门、温度计、压力表、体积流量计，可进行泄漏单元的气相或液相稳态与动态泄漏实验。

本发明所述的管道泄漏实验装置I、实验装置II通过进料支管与阀门并联，可进行泄漏单元的气、液混相稳态与动态泄漏实验。

所述的泄漏单元为管道泄漏单元或储罐泄漏单元。

本发明所述的管道泄漏实验方法包括以下步骤：

(1)在初始压力为P、温度为T、泄漏单元的泄漏孔横截面积为S的实验条件下，通过气体稳态泄漏速率公式(2)或(3)计算气体在泄漏单元的泄漏孔的质量泄漏速率Q_气临或Q_气亚；通过液体稳态泄漏速率公式(4)计算液体在泄漏单元的泄漏孔的质量泄漏速率Q_液。

气体稳态泄漏速率大小取决于气体在孔口处为临界流泄漏或亚临界流泄漏，由临界压力比CPR确定：

式(1)中，P_a为大气压力，P_c为临界压力，κ为绝热系数。

当P≥P_c时，气体在孔口处为临界流泄漏，泄漏速率如式(2)：

式(2)中，Q_气临为气体临界流质量泄漏速率，C₀为流量系数，M为气体摩尔质量，R为气体常数。