城市输送管道泄漏检测模拟实验系统及实验方法
【技术领域】
[0001]本发明属于油气储运风险控制领域，特别涉及一种城市输送管道泄漏检测模拟实验系统及实验方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着城市规模的不断扩大和现代化程度的日益提高，城市埋地管网越来越密集，尤其是输送天然气、成品油以及其他危险化学品(液氨、丙烯等)的管道建设项目越来越多。伴随着这些危险化学品管道数量的增多和运行时间的增长，管道腐蚀、老化等问题逐渐暴露出来，管道泄漏事故时有发生。这给城市公共安全带来重大隐患，泄漏事故引发的次生爆炸、火灾及中毒危险对人民生命财产和环境带来强大威胁。
[0003]火灾、爆炸仅仅是城市管线发生泄漏的恶性表现，在爆炸之前，通常已经发生一段时间的泄漏。实际上，未导致爆炸的泄漏发生次数相对更多，其造成的经济损失巨大、对城市环境的污染和能源浪费十分严重。
[0004]因此，运用现代技术发展城市管道的泄漏检测技术，及时发现制止泄漏源，从本质安全上及时补漏，避免事故发生，对遏制能源浪费，节约成本乃至城市的健康持续发展都有重要意义。
[0005]城市管道多埋地敷设，不易及时发现、测量管道泄漏，更不方便测量管道泄漏的泄漏量、泄漏速度等参数变化。但为了方便研究城市管道运行特点、泄漏特征和机理，以及实用、快速的泄漏检测方法，有必要应用管道装置进行大量、细致的研究，进一步探索管道泄漏规律。因此，设计一套能够模拟城市管道泄漏检测的实验装置非常必要。
[0006]另外，现有模拟泄漏的方式一般是在管壁上开设阀孔，然后在阀孔上安装阀门，通过调节阀门的开度来模拟不同大小的泄漏孔。但是，这种方式存在诸多不足，例如，一是泄漏阀门一般垂直安装在管道上，阀内必定会存在一定长度的管路，使得模拟的泄漏点偏离被测管道的管壁，即阀门上泄漏口并不在管壁上，模拟效果与实际存在偏差;二是通过调节阀门的开度来模拟管道泄漏孔径不准确，尤其是l_3mm小泄漏孔径无法精确模拟;三是泄漏阀门一旦安装后无法随时或根据需要改变泄漏孔的位置，对多点泄漏更无法实验模拟。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题是:为了能够模拟城市管道泄漏，本发明提供一种城市输送管道泄漏检测模拟实验系统及实验方法，能够实现对城市管道环状管线及支线运行参数的采集，研究泄漏工况下管道运行参数的波动情况，实验分析适合于城市中、低压环形管线、直线及支状管线的泄漏检测定位方法。
[0008]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种城市输送管道泄漏检测模拟实验系统，包括输送管道，所述输送管道呈U型环绕实验场地设置，且输送管道上还连接有至少一条分支管线，U型输送管道的折弯处为环形管线，U型输送管道的其余部分为直线管段，所述输送管道的起点和终点均设有控制阀，输送管道的起点通过控制阀与能介分配管段相连，所述输送管道的至少起点和终点处设置有压力传感器、流量传感器和温度传感器，所述流量传感器包括用于计量液体的电磁流量计和用于计量气体的涡街流量计。
[0009]实验系统几何外形设计为U型，折弯处为环形管线，其余部分为直线管段，既可进行环形管线检测，也可实现直线管段检测，另外还带有分支管线，还可以实现分支管线检测。能介分配管段可以包括气体分配管段和液体分配管段，通过控制阀的分配，使管道既可输入气体做气体介质实验，又可放空气体后输入液体做液体介质实验，节约经费。
[0010]所述输送管道包括并行的三条实验管道，其中一条为DN65无缝钢管，一条为DN100无缝钢管，另一条为DN150无缝钢管和聚乙烯管的结合，所述聚乙烯管通过在聚乙烯管外设置沙池埋地;所述沙池上用钢板或混凝土块压重，模拟实际埋地管道的泥土压力。可根据需要挖开沙面，露出手掌大的管道面，上面打孔模拟泄漏孔。城市管道多以聚乙烯管材和碳钢管作为输送管道材质，而发生泄漏较多的又数使用多年的碳钢管为主，因此管道设计中既有碳钢管，也有部分聚乙烯管，二者同时兼备，可实现分别对以上两种管材的管道的泄漏模拟分析。另外，考虑到城市中低压管道管径从15mm到400mm不等，本发明选择有代表性的三条不同管径的实验管道并行分布，可供不同管径的管道泄漏状态进行实验分析。
[OO11 ]每条实验管道上均设有控制阀，所述DN65无缝钢管的起点还设置有一电动阀。电动阀和控制阀的作用一样，都可通过调节管道上的电动阀(控制阀)的开度来调节管道流量，模拟管道发生堵塞的情况。电动阀可从0-90度，即从开到关闭状态调节，坐在控制室中即可调节。控制阀是通过手动来调节管道开度。
[0012]为重现真实的泄漏过程，并可方便模拟大小不同孔径的单点或多点泄漏，还包括l-5mm直径的钻杆，所述输送管道通过所述钻杆打孔。钻杆直接在管壁上打泄漏孔，该泄漏孔紧贴管壁，泄漏波直接沿管壁传播，其效果更加接近城市管道管壁泄漏的真实状态。并且打孔方便，能够模拟大小不同孔径的单点或多点泄漏，以供各种不同需要(包括不同位置、不同间距、不同泄漏孔径的单点或多点)的泄漏实验研究；而且，所打的孔可以很方便地进行封堵，可随时用相应口径大小的木肩封堵或焊封。
[0013]考虑管道承压运行及安全的需要，所述输送管道内通入的实验介质为压缩空气、氮气或自来水。
[0014]所述压力传感器、流量传感器和温度传感器的数据通过WS-5921/U系列USB数据采集仪进行数据采集、传输和处理。WS-5921/U系列USB数据采集仪能够自动采集压力、温度及流量等管道的实时变化数据，数据传输效率高，可圆满地实现实时数据处理、连续快速采集存盘等尚级数米功能。
[0015]一种采用所述的城市输送管道泄漏检测模拟实验系统的城市输送管道泄漏检测模拟实验方法，包括以下步骤:通过控制所述输送管道的起点的控制阀，选择打开或关闭所述输送管道中的其中一条、两条或三条实验管道，使实验管道内通入压缩空气或氮气做气体介质实验，放空压缩空气或氮气后输入自来水做液体介质实验。可以根据需要，即通过开闭不同管道上的控制阀，可选择做一根管道的实验，也可同时做两根管道或三根管道的实验。
[0016]采用l-5mm直径的钻杆在所述输送管道上打孔，以模拟不同大小孔径的单点或多点泄漏。一方面，采用较小直径的钻杆打孔，可以更加真实的模拟管道现场泄漏过程，能够方便地模拟大小不同孔径的单点或多点泄漏，以供各种不同需要(包括不同位置、不同间距、不同泄漏孔径的单点或多点)的泄漏实验研究；另一方面，所打的孔可以很方便地进行封堵。模拟管道瞬时泄漏状态实验的方式为，在输送管道充满实验介质后并在数据采集过程中打孔。具体地，瞬时泄漏状态模拟:在输送管道充满实验介质后，先开启压力、流量、温度等参数的数据采集系统，然后在管壁上打泄漏孔，通过采集并分析在泄漏孔位置产生的响应波，分析获取输送管道泄漏的位置。当然，本发明的实验系统也可模拟已有泄漏状态下实验。
[0017]为了便于封堵，采用与所述输送管道上的孔大小相应的木肩封堵或焊封由钻杆打出的孔。
[0018]当所述输送管路内已充实验介质后，调节控制阀的开度，来调节管道流量，模拟所述输送管道的不同堵塞状态，观测管道上下游压力、流量变化的情况。
[0019]本发明的有益效果是，本发明的城市输送管道泄漏检测模拟实验系统及实验方法，能够实现对城市管道环状管线及支线运行参数的采集，能够实现采用多种泄漏检测方法(如声发射泄漏检测法、负压波法、压力点分析法以及流量平衡法等)研究泄漏工况下管道运行参数的波动情况，实验分析适合于城市中、低压环形管线、直线及支状管线的泄漏检测定位方法。
【附图说明】
[0020]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0021]图1是本发明的城市输送管道泄漏检测模拟实验系统最优实施例的结构示意图。
[0022]图中1、直线管段，2、环形管线，3、分支管线，4、聚乙烯管，5、沙池，6、能介分配管段，7、控制阀，8、电动阀，9、稳压罐，10、压力传感器、11、电磁流量计，12、涡街流量计，13、温度传感器，14、管道介质放泄阀门。
【具体实施方式】
[0023]现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0024]—种城市输送管道泄漏检测模拟实验系统，包括输送管道，所述输送管道呈U型环绕实验场地设置，且输送管道上还连接有至少一条分支管线3，U型输送管道的折弯处为环形管线2，U型输送管道的其余部分为直线管段1，所述输送管道的起点和终点均设有控制阀7，输送管道的起点通过控制阀7与能介分配管段6相连，所述输送管道的至少起点和终点处设置有压力传感器10、流量传感器11和温度传感器13，所述流量传感器包括用于计量液体的电磁流量计11和用于计量气体的涡街流量计12。压力传感器的量程为0.01?1.6MPa，温度传感器的量程为-5?35°C。输送管道末端设有一只I立方容积的稳压罐9，城市燃气管道一般是不关闭的，现场检测都是在管道运行(流动)状态下进行，稳压罐9的设置，能够在泄压时保持管道压力平稳，可进行管道流动状态下的泄漏实验，真实模拟工程现场管道流动状态下的泄漏检测。输送管道通过支架固定，支架采用沿地面的型钢组合支架。在输送管道的起点、终点和中段部位均设有管道介质放泄阀门14，中段的管道介质放泄阀门14在起点和终点的最远端，便于把水或