一种模拟高含硫天然气泄露环境的实验系统及方法与流程

本发明属于石油化工领域，具体涉及一种模拟高含硫天然气泄露环境的实验系统及方法。

背景技术：

长期服役的气田集输天然气管道由于各种自然(腐蚀环境下管道的老化、埋管土壤潮湿及温度变化、地质不均匀沉降等)或人为破坏等因素使管道遭到破坏，导致管道天然气泄露事故的发生。气田的天然气中通常会含有高浓度硫化氢气体，硫化氢是剧毒气体，微量吸入即可致人死亡，因此一旦发生泄露，不仅会造成巨大的资源和经济损失，同时泄露的硫化氢是剧毒气体，微量吸入人体即可致人死亡，还严重威胁人民的生命财产安全。

集输天然气管道中，气体压力高达7～9mpa，当天然气发生泄露时，泄露处管道的温度场、应力场、声场均会发生变化。对气田集输天然气管道的泄露状态的各种场的变化进行研究，就可以获取天然气泄露监测的数据资料，通过分析数据资料就可以确定监测方法。这些研究的前提是有真实可靠的天然气管道泄露环境，但是出于安全考虑，真实的高含硫天然气泄露环境难以实现，当前的高含硫天然气管道泄露研究往往以仿真和计算为主，缺少可靠的实验验证。

因此，当前迫切需要一种模拟高含硫天然气泄露的实验系统及方法，可以通过调节实验装置和参数，从而得到不同的泄露速度，不同的泄露点位置，不同的管道埋藏深度，不同的土壤性能，对各种高含硫天然气泄露环境进行安全的模拟和实验，获取数据资料，为高含硫天然气泄露监测提供可靠的实验保障。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种模拟高含硫天然气泄露环境的实验系统及方法，该系统可以对各种高含硫天然气泄露环境进行安全的模拟和实验，满足模拟高含硫天然气管道泄露环境实验的需求。

本发明的技术方案是：

一种模拟高含硫天然气泄露环境的实验系统，包括粘土测试单元区、沙土测试单元区和岩土测试单元区，三个测试单元区的布置结构一致；所述的每个测试单元区都包括有用于实验气体的储存和控制的储气区、用于测试管道泄露时的各参数的实验区和用于实验土石的堆积、混合、分离以及大型实验用机械设备停放的操作区。

所述的储气区内设置地下储气罐、若干二级气体储罐和高压输气管道，所述的地下储气罐通过高压输气管道与每个二级气体储罐连通，二级气体储罐分别给实验区提供所需气体。

所述的实验区包括五个独立的实验坑道、若干隔离墙和地下排水管道；相邻的实验坑道之间地下部分通过地下挡土墙隔开，地上部分通过隔离墙分割，所述的实验坑道内掩埋有试验管道，不同实验坑道内的试验管道分别与一个二级气体储罐连通，所述的每个实验坑道内的两端处分别设置有地下排水管道。

具体的，所述的二级气体储罐设置于地下隧道内。

具体的，所述的实验坑道的上方设置有可折叠雨棚板。

具体的，所述的实验坑道的上半部分深度为0～2.5m，是可反复操作的挖埋区域，用于掩埋试验管道、实验用传感器和进行试验；实验坑道下半部分深度为2.5～5m，是土石基础区，用于提供基本的土石基础。

一种使用如上所述模拟高含硫天然气泄露环境的实验系统进行模拟实验的方法，包括如下步骤：

一、实验前准备工作，首先根据实验大纲或者实验条件的规定，对气体压力、泄漏时间、埋藏深度、土石堆料成分包括湿度、密度和力学性能和实验管道的规格进行配置；

二、实验时，根据情况所需打开阀门，对实验管道进行加压直至实验管道缺陷点处发生泄漏，并在此过程中，及时监测和记录实验管道泄漏点附近的实验传感器的参数，参数包括温度、振动、管道应变，找到管道泄漏时的特征参数和典型信号变化；

三、实验结束时，关闭阀门，对土石进行挖掘，拆除传感器和实验管道，清理坑道备用。

具体的，实验前的准备工作有：首先根据埋藏深度的设定值，用铲车将混合好的土石堆料运至实验坑道内铺平并压实做为衬土，接着用实验用机械吊车将实验管道吊送到实验坑道内并进行现场安装，并检查其相关的密闭性；然后安装和布置各种测试专用的传感器并覆土进行掩埋和压实，在整个准备过程中要及时检测土石湿度，必要时进行细雾喷淋进行以调整土石含水量，最后进行综合调试，对实验管道内的空气进行排气和换气。

本发明提供的实验系统和方法具有以下优点：可以通过调整实验装置和实验参数，得到不同的泄露速度，不同的泄露点位置，不同的管道埋藏深度，不同的土壤性能，对各种高含硫天然气泄露环境进行安全的模拟和实验，获取数据资料，为高含硫天然气泄露监测提供可靠的实验保障。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的剖面结构示意图。

1储气区、2实验区、3操作区、4高压输气管道、5地下气体储罐、6地下隧道、7二级气体储罐、8实验坑道、9可折叠雨棚板、10隔离墙、11实验管道、12土石料堆、13实验用机械、14地下排水管道。

具体实施方式

如图1所示一种模拟高含硫天然气泄露环境的实验系统，包括粘土测试单元区、沙土测试单元区和岩土测试单元区，三个测试单元区的布置结构一致；所述的每个测试单元区都包括有用于实验气体的储存和控制的储气区1、用于测试管道泄露时的各参数的实验区2和用于实验土石的堆积、混合、分离以及大型实验用机械设备停放的操作区3。

所述的储气区1内设置地下储气罐5、若干二级气体储罐7和高压输气管道4，所述的二级气体储罐7设置于地下隧道6内。所述的地下储气罐5通过高压输气管道4与每个二级气体储罐7连通，二级气体储罐7分别给实验区2提供所需气体。

所述的实验区2包括五个独立的实验坑道8、若干隔离墙10和地下排水管道14；相邻的实验坑道8之间地下部分通过地下挡土墙隔开，地上部分通过隔离墙10分割，所述的实验坑道8内掩埋有试验管道11，不同实验坑道8内的试验管道11分别与一个二级气体储罐7连通，所述的每个实验坑道8内的两端处分别设置有地下排水管道14，所述的实验坑道8的上方设置有可折叠雨棚板9，可折叠雨棚板9用于调节外部环境(如曝晒、暴雨等)的不良影响，为实验区2提供一个舒适的环境，同时满足管道泄露实验时能够及时排出泄露气体的需求；所述的实验坑道8的上半部分深度为0～2.5m，是可反复操作的挖埋区域，用于掩埋试验管道11、实验用传感器和进行试验；实验坑道8下半部分深度为2.5～5m，是土石基础区，用于提供基本的土石基础。

操作区3主要用于各种实验原料、设备、实验用机械13等的存放和停放，在土石配置方面，主要是用于各种土石原料12的堆放。实验前需要对模拟区域的土壤环境进行分析，然后利用不同的岩石、沙土、粘土、重粘土、腐殖土等比例真实的再现模拟区域的土壤环境，并通过搅拌机充分混合后用于管道的掩埋，试验管道11及其相关配件均可存储在这一区域，相关的大型机械如搅拌机、挖掘机、铲车、吊车等均需停放在该区域，以及时满足实验的需求。

一种使用如上所述模拟高含硫天然气泄露环境的实验系统进行模拟实验的方法，包括如下步骤：

一、实验前准备工作，首先根据实验大纲或者实验条件的规定，对气体压力、泄漏时间、埋藏深度、土石堆料12成分包括湿度、密度和力学性能和实验管道11的规格进行配置，实验前的准备工作有：首先根据埋藏深度的设定值，用铲车将混合好的土石堆料12运至实验坑道8内铺平并压实做为衬土，可根据要实验管道11所处区域的地质情况，在该地区填埋相似或相同的土石，用来提供基本的土石基础；接着用实验用机械13吊车将实验管道11吊送到实验坑道8内并进行现场安装，并检查其相关的密闭性；然后安装和布置各种测试专用的传感器并覆土进行掩埋和压实，试验管道11可根据具体要求进行挑选或预加工处理，并可在实验坑道8内实现不同的埋藏深度，从而真实的还原各种模拟高含硫天然气泄露环境，在整个准备过程中要及时检测土石湿度，必要时进行细雾喷淋进行以调整土石含水量，并用地下排水管道14将土壤中的渗水排出，最后进行综合调试，对实验管道11内的空气进行排气和换气，由于氩气泄漏时的物理、化学效应与高含硫天然气相似，且安全无害，因此选用氩气作为本发明的实验气体，二级气体储罐7内气压为15mpa，可通过阀门5-1调节实验气压；

二、实验时，根据情况所需打开阀门5-1，对实验管道11进行加压直至实验管道11缺陷点处发生泄漏，并在此过程中，及时监测和记录实验管道11泄漏点附近的实验传感器的参数，参数包括温度、振动、管道应变，找到管道泄漏时的特征参数和典型信号变化；

三、实验结束时，关闭阀门5-1，对土石进行挖掘，拆除传感器和实验管道11，清理坑道备用。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。