一种水下输气管道泄漏扩散实验模拟装置及实验方法与流程

本发明属于水下输气管道泄漏技术领域，具体涉及一种水下输气管道泄漏扩散实验模拟装置及实验方法。

背景技术：

在天然气管道建设中，不可避免的要遇到水体环境，例如海洋管道工程和管道水下穿越工程等。水体中天然气管道一旦失效就将导致管道泄漏或者断裂，直接给企业造成巨大的经济损失。气体泄漏易引发火灾乃至爆炸事故，不仅对周围水体环境造成影响，还会对周围渔业、船只、作业人员等都会造成一定的伤亡和财产损失。天然气管道事故的表现通常是泄漏、穿孔或者断裂，2013年建成的中缅油气管道项目中，管道穿跨越大中型水域达56处，进一步促进了业界对管道安全运行的重视。因此，对水体环境中的管道泄漏扩散研究具有重要的现实意义。

现有的水下管道泄漏实验装置一般都是软管一端连接压力储罐，另一端伸入水体中发生泄漏，不符合工程实际，对气体在管道中流动状态下发生泄漏的实验研究较少。而且现有的多数实验都是以手动开启泄漏孔口前的阀门开关来实现气体的泄漏或者泄漏孔口一直处于开启状态，不能真实的反应输气管道发生泄漏时瞬间泄漏的过程。因此，亟需一种简单易操作且适用于水下输气管道泄漏扩散实验的模拟装置。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种水下输气管道泄漏扩散实验模拟装置及实验方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种水下输气管道泄漏扩散实验模拟装置，包括输送气体的输气管道，还包括泄漏水箱以及水平横穿泄漏水箱的泄漏管道；

所述泄漏管道包括同轴设置的外部管道和内部套管；

所述外部管道的两端分别通过第三活接和第四活接与密封管连接，所述密封管套接在内部套管外部且密封管与内部套管之间形成密封结构；

所述内部套管的两端分别通过第一活接和第二活接与输气管道连接；

所述外部管道上开有外部泄漏孔；

所述内部套管上与外部泄漏孔对应的管壁上沿圆周方向开有若干具有不同孔径的内部泄漏孔；所述内部泄漏孔的孔径小于外部泄漏孔的孔径。

优选的，所述泄漏水箱的底部设置有起到支撑作用的角钢支架。

优选的，所述角钢支架的底部敷设有用以分散压力的钢板。

优选的，所述泄漏水箱由透明的有机玻璃胶粘制成；所述泄漏水箱的底部设置有不锈钢板。

优选的，所述泄漏水箱呈长方体结构，所述泄漏水箱的长为1m、宽为1m、高为1.5m。

其中，所述外部管道的外径为48mm、壁厚为4mm；所述外部泄漏孔的孔径为5mm。

其中，所述内部套管的外径为40mm。

优选的，所述内部泄漏孔共有四个，四个内部泄漏孔的孔径分别为0.5mm、1mm、2mm和3mm。

优选的，所述泄漏水箱的外壁上设置有测量水深的标尺。

一种水下输气管道泄漏扩散实验模拟装置的实验方法，包括以下步骤，

步骤一：检测外部管道和内部套管的气密性，防止漏气漏水；

步骤二：旋转外部管道两端的活接，使外部管道的外部泄漏孔的朝向为需要的泄漏方向；旋转内部套管两端的活接，使内部套管的内部泄漏孔与外部钢管的外部泄漏孔错位，从而实现整个泄漏管道的泄漏孔的关闭，防止注水时水进入泄漏管道之中；

步骤三：向泄漏水箱内注水，通过标尺确定水位达到实验水位；

步骤四：通过输气管道向泄漏管道内充气；

步骤五：旋转内部套管两端的活接，将其中一个内部泄漏孔与外部泄漏孔正对，实现泄漏孔的瞬间开启；记录泄漏孔瞬时开启时及整个泄漏过程中的泄漏现象和实验数据；

步骤六：再次旋转内部套管两端的活接，将内部泄漏孔与外部泄漏孔错位，实现泄漏孔口的瞬间关闭；记录泄漏现象和实验数据；

步骤七：停止输气管道向泄漏管道内充气；

步骤八：保证外部管道的外部泄漏孔的朝向和泄漏水箱的水深不变，通过旋转旋转内部套管两端的活接以改变不同孔径的内部泄漏孔与外部泄漏孔的对齐关系，依次进行步骤四至步骤七，进行不同泄漏孔孔径的泄漏实验；

步骤九：保证外部管道的外部泄漏孔的朝向以及与外部泄漏孔对齐的内部泄漏孔的孔径不变，改变泄漏水箱的水深，依次进行步骤三至步骤七，进行不同水深工况下的泄漏实验；

步骤十：保证泄漏水箱内的水深以及与外部泄漏孔对齐的内部泄漏孔的孔径不变，改变外部钢管上外部泄漏孔的朝向，依次进行步骤二至步骤七，进行不同泄漏方向的泄漏实验。

本发明的有益效果是：

本发明是研究水下输气管道泄漏实验模拟装置，该装置能够用来测量不同泄漏孔径、不同泄漏方向、不同水深工况下管道发生泄漏时的泄漏特性；该实验装置操作简单，能够实现泄漏孔口的瞬间开关，并且不需要手动更换泄漏孔径，弥补了相关实验泄漏孔径更换困难的不足；同时整个泄漏管道横穿泄漏水箱，考虑到了管道在水体中的受力，符合工程实际，能够真实的反应输气管道发生泄漏时瞬间泄漏的过程。

附图说明

图1为本发明水下输气管道泄漏扩散实验模拟装置的结构示意主视图；

图2为本发明水下输气管道泄漏扩散实验模拟装置的结构示意左视图；

图3为本发明水下输气管道泄漏扩散实验模拟装置的结构示意俯视图；

图4为本发明中外部管道、内部套管、密封管之间的连接结构示意图；

图5为本发明中内部套管的结构示意图；

图6是图5的a-a向剖面图；

其中，

0-输气管道；

1-泄漏水箱，2-角钢支架，201-钢板，3-外部钢管，301-密封管，4-内部套管，5-外部泄漏孔，6-内部泄漏孔，7-第一活接，8-第三活接，9-第四活接，10-第二活接，11-标尺。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1-3所示，一种水下输气管道泄漏扩散实验模拟装置，包括输送气体的输气管道0，还包括泄漏水箱1以及水平横穿泄漏水箱1的泄漏管道；

所述泄漏管道包括同轴设置的外部管道3和内部套管4；外部管道3和内部套管4之间具有良好的气密性；

所述外部管道3的两端分别通过第三活接8和第四活接9与密封管301连接，所述密封管301套接在内部套管4外部且密封管301与内部套管4之间形成密封结构；

所述内部套管4的两端分别通过第一活接7和第二活接10与输气管道0连接；

其中如图4所示，图4是内部套管4、外部管道3左端的连接关系，外部管道3的左端通过第三活接8与密封管301进行连接，内部套管4的左端通过第一活接7与输气管道0进行连接；而内部套管4、外部管道3的右端采用同样的连接方式；这样的连接关系，具有以下有益效果：

(1)外部管道3与密封管301通过活接连接，从而使外部管道3能够360°旋转，从而调节外部管道3上外部泄漏孔5的朝向，即能够进行不同泄漏方向的泄漏实验。

(2)内部套管4与输气管道0通过活接连接，从而使内部套管4能够360°旋转，从而调节内部套管4上内部泄漏孔6的朝向，通过转动内部套管4使内部泄漏孔6与外部泄漏孔5错开，泄漏管道具有良好的气密性不会发生漏气现象；通过转动内部套管4使具有不同孔径的内部泄漏孔6与外部泄漏孔5对齐，实现泄漏管道中不同孔径泄漏孔泄漏扩散的实验。

(3)密封管301与内部套管4之间形成密封结构，避免密封管301与内部套管4之间发生漏气漏水的现象，影响实验结果。

所述外部管道3上开有外部泄漏孔5；

如图5-6所示，所述内部套管4上与外部泄漏孔5对应的管壁上沿圆周方向开有若干具有不同孔径的内部泄漏孔6；所述内部泄漏孔6的孔径小于外部泄漏孔5的孔径。

优选的，所述泄漏水箱1的底部设置有起到支撑作用的角钢支架2。

优选的，所述角钢支架2的底部敷设有用以分散压力的钢板，保证实验的安全。

优选的，所述泄漏水箱1由透明的有机玻璃胶粘制成，接口处用亚克力粘合剂粘合；所述泄漏水箱1的底部设置有不锈钢板。

优选的，所述泄漏水箱1呈长方体结构，所述泄漏水箱1的长为1m、宽为1m、高为1.5m。

其中，所述外部管道3的外径为48mm、壁厚为4mm；所述外部泄漏孔5的孔径为5mm。

其中，所述内部套管4的外径为40mm。

优选的，所述内部泄漏孔6共有四个，四个内部泄漏孔6的孔径分别为0.5mm、1mm、2mm和3mm。

优选的，所述泄漏水箱1的外壁上设置有测量水深的标尺11。

一种水下输气管道泄漏扩散实验模拟装置的实验方法，包括以下步骤，

步骤一：检测外部管道3和内部套管4的气密性，防止漏气漏水；

步骤二：旋转外部管道3两端的活接，使外部管道3的外部泄漏孔5的朝向为需要的泄漏方向；旋转内部套管4两端的活接，使内部套管4的内部泄漏孔6与外部钢管3的外部泄漏孔5错位，从而实现整个泄漏管道的泄漏孔的关闭，防止注水时水进入泄漏管道之中；

步骤三：向泄漏水箱1内注水，通过标尺11确定水位达到实验水位；

步骤四：通过输气管道0向泄漏管道内充气；

步骤五：旋转内部套管4两端的活接，将其中一个内部泄漏孔6与外部泄漏孔5正对，实现泄漏孔的瞬间开启；记录泄漏孔瞬时开启时及整个泄漏过程中的泄漏现象和实验数据；

步骤六：再次旋转内部套管4两端的活接，将内部泄漏孔6与外部泄漏孔5错位，实现泄漏孔口的瞬间关闭；记录泄漏现象和实验数据；

步骤七：停止输气管道0向泄漏管道内充气；

步骤八：保证外部管道3的外部泄漏孔5的朝向和泄漏水箱1的水深不变，通过旋转旋转内部套管4两端的活接以改变不同孔径的内部泄漏孔6与外部泄漏孔5的对齐关系，依次进行步骤四至步骤七，进行不同泄漏孔孔径的泄漏实验；

步骤九：保证外部管道3的外部泄漏孔5的朝向以及与外部泄漏孔5对齐的内部泄漏孔6的孔径不变，改变泄漏水箱1的水深，依次进行步骤三至步骤七，进行不同水深工况下的泄漏实验；

步骤十：保证泄漏水箱1内的水深以及与外部泄漏孔5对齐的内部泄漏孔6的孔径不变，改变外部钢管3上外部泄漏孔5的朝向，依次进行步骤二至步骤七，进行不同泄漏方向的泄漏实验。

本发明是研究水下输气管道泄漏实验模拟装置，该装置能够用来测量不同泄漏孔径、不同泄漏方向、不同水深工况下管道发生泄漏时的泄漏特性；该实验装置操作简单，能够实现泄漏孔口的瞬间开关，并且不需要手动更换泄漏孔径，弥补了相关实验泄漏孔径更换困难的不足；同时整个泄漏管道横穿泄漏水箱，考虑到了管道在水体中的受力，符合工程实际，能够真实的反应输气管道发生泄漏时瞬间泄漏的过程。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。