埋地输气管道地震液化区上浮反应模拟试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一套以实验环道为主的埋地输气管道地震液化区上浮反应模拟试验装置，用于测试管道在地震液化环境中的受力、上浮位移和应力变化情况，同时提供一种模拟试验的方法。本发明专利技术能用于地震液化环境中多种不同管径/材质/钢级/壁厚的埋地管道在不同介质温度/内压/气体流速/安装温度/环境温度/埋深/土质/液化土长度下上浮反应试验、砂土液化与震动加速度的关系试验和砂土液化过程中超空隙水压力的变化试验，并提供一套全新的震动装置和超孔隙水压力监测装置，确保液化区埋地管道的安全运行，掌握相应环境下埋地管道的受力、应变和位移情况，一体化程度高。

【技术实现步骤摘要】
埋地输气管道地震液化区上浮反应模拟试验装置及方法
本专利技术涉及一种多功能地震液化环境下埋地管道上浮反应的试验装置及方法，用于模拟多种规格、工况和施工条件下的埋地管道在地震液化环境中的受力和应变变化情况。
技术介绍
我国地理位置处于环太平洋地震带和欧亚地震带之间，地震区域广，地震强度大，发震频率高。部分天然气管线难免会穿越高地震烈度区，将受到地震灾害的威胁。砂土液化是强震区危害管道的主要现象之一，常发生在地下水位高的松散砂质沉积地层内。位于液化区的埋地天然气管道会出现上浮现象，严重时输气管道因发生的弯曲变形较大而失效。尽管国内、外学者已运用理论分析法和软件模拟法，对液化区埋地管道上浮反应进行了较多研究，但是对于液化区埋地管道上浮的动态过程、管道上浮与砂土液化程度的关系、液化环境内管道的受力等还没有形成统一认识，而且，理论分析法和软件模拟法所得结论尚需试验的验证。目前，国内外没有可以同时测试地震作用下砂土的性质与埋地天然气管道上浮反应中受力、上浮位移和应变变化情况的装置及方法。
技术实现思路
针对国内外缺少地震液化埋地管道上浮反应的试验装置，本专利技术的目的在于提供一套大规模的多功能地震液化环境下埋地管道动态上浮反应的试验装置，用于测试地震液化环境中多种不同管径/材质/钢级/壁厚的埋地管道在不同介质温度/内压/气体流速/安装温度/环境温度/埋深/土质/液化土长度下上浮反应中的受力和应变变化情况，同时提供一种模拟试验的方法。目前在全国范围内，还没有建立能实现以上功能的试验装置。为了达到上述目的，本专利技术采用了如下的试验方法：一种地震液化区管道上浮反应模拟试验方法，其包括以下步骤：a、制作饱和土：调整实验箱内固定挡板的位置，将试验箱内加上砂土，用泵从水储罐往试验箱内缓缓加水至两挡板之间的砂土饱和；b、调节试验箱内温度到试验所需的管道安装温度，并静止6个小时以上；c、安装试验区管道；d、调节试验箱内温度到试验所需的环境温度，并静止6个小时以上；e、从试验气储存系统往实验环道通入实验气体，并使气体通过增压系统进行增压，使其达到试验所需的压力值；f、对上述气体通过温度控制系统进行调温，使其达到试验所需的温度值；g、对上述气体通过气体流量分配系统进行流量分配，使其按实验要求分给9条支管；h、开启激动装置，上述气体进入试验箱内管段，分别进行相应条件下的试验；i、将模拟试验后的气体经过气体流量汇集系统进行汇集并调压；j、上述气体在与试验气储存系统中的气体储气筒进行压力互补后重复进行步骤e-i；k、试验结束后气体进行放空处理。为了进行上述试验，本专利技术还采用了以下一种地震液化区管道上浮反应模拟试验装置，其主要包括：顺序连接的试验气储存系统A、增压系统B、温度控制系统C、气体流量分配系统D、试验区E、气体流量汇集系统G；试验区E的下部连有液压站H和水储存系统J；自动控制系统对试验装置运行的全过程进行实时参数监测、设备控制、检测报警等；其特征在于：气体流量分配系统A将空气储存在储气瓶1，储气瓶1直接向实验环道供气，增压系统B将储气瓶1中输出的气体增压，温度控制系统C调节增压后气体的温度，达到试验所需的压力和温度工况，气体流量分配系统D将调温后的气体分配给9条管道，之后将气体送入试验区E，气体流量汇集系统G将试验区E输出的气体进行汇集并调压。该装置的试验气储存系统A主要由储气瓶1、压缩机、流量计8和压力表3组成，压缩机将空气注入储气瓶1内，使储气瓶1内气体压力达到一定范围，试验时，储气瓶的空气逐渐通入实验环道。该装置的增压系统B由两台往复式压缩机组组成，设置放空系统进入放空总管，压缩机组自带仪表控制系统6，同时将数据上传至控制室I，来实现控制室I对机组的远程关断控制和数据的实时显示，如一级压缩机4即可达到实验的压力时，实验气体可从分支管道通过，绕过二级压缩机5，温度控制系统C可以使气体达到实验需求的温度。该装置的温度控制系统C采用丙烷制冷法来控制实验气体温度所需的较低温度，试验气体的温度控制范围可以达到-30℃～65℃。该装置的气体流量分配系统G由流量计8、压力表3和阀门组成，有9条输气管道并联一起与干线串联，输气干线和每条输气支线都有流量计8和压力表3，并在支线上设置放空管线，通过调节直线阀门和放空气体的流量使支线管道达到实验要求的流量。该装置的气体流量汇集系统G由阀门和压力表3组成，通过调节阀门也可达到压力调节的作用，使气体压力达到循环的要求。该装置试验区E由固定支座10、弹簧11、激动装置12、试验箱13、孔隙水压力监测器14、加速度监测器15、温度调节器51、保温材料52、温度监测器53、挡板54、隔水垫55、固定卡槽56组成，水储罐2和离心泵串连后经输水管道输与试验箱13的下底板中心相连，试验箱13下方装有多个激动装置12，激动装置12与试验箱13直接连接，每个激动装置12与固定支座10通过一个弹簧11连接，激动装置12提供的动力使箱体震动，试验箱内设有多个固定卡槽56用来固定2个固定挡板54，固定挡板54与试验箱13接触部位装有隔水垫55，每个固定挡板54装有9个隔水圈57，9条管道平行布置在试验箱13内并穿过隔水圈57同时进行试验，试验箱13内安装有温度调节器51来调节箱内温度，试验箱13外部包有保温材料52，砂土内有多个孔隙水压力监测器14、加速度监测器15和温度监测器53记录砂土的孔隙水压力、加速度和土壤的温度随时间的变化，平行于管道铺设三条光纤光栅应变监测器17监测管道应变，管道每隔一段长度布置一个位移传感器49和8个应力监测器18来记录管道实时位移和受力情况。上述的试验箱13内温度可调范围为0℃～70℃。上述的激动装置12内有三个偏心质量块20，液压站H提供的液压驱动力使三个偏心质量块20相向旋转产生激振力，偏心质量块①和②旋转产生的离心力在水平方向相互抵消，在垂直方向相互叠加，偏心质量块①和③旋转产生的离心力在垂直方向相互抵消，在水平方向相互叠加，从而在垂直和水平方向上形成了周期性的激振力，通过改变激动装置工作的个数和其内三个偏心质量块工作的个数和转速，使箱体产生实验需要的振动。上述的孔隙水压力监测器14由中空管22、测量探头23、四棱锥探头24、安装耳25、光栅26、挡圈27、密封垫28、铠装光纤46、固定支架47组成，孔隙水压力监测器14上有多个测量探头23，可以实时测量不同深度的空隙水压力，测得的孔隙水压通过光纤26传递给计算机，测量器的下端是四棱锥探头24便于施工，中空管22上设有多个安装耳25，中空管22的一个侧面上留有与测量探头23的螺丝大小相匹配的丝孔，测量探头23通过螺丝连接的方式安装在中空管22上，并与中空管22内部的光栅26连接。在孔隙水压力监测器的起始端有密封圈28保证水不进入内部，挡圈27固定密封圈28，光纤26出口上有固定支架47，外部连有铠装光纤46。上述的2个相邻测量探头23之间的距离为20cm～120cm。上述的2个相邻安装耳25之间的距离为50cm～140cm。上述的测量探头23适用环境温度范围为0℃～80℃。上述的中空管22和四棱锥探头24连接方式为焊接。上述的测量探头23上有螺纹40，螺纹尽头设有卡槽33，安装时配有密封垫48，保证其密封性，测量探头23端头有挡帽29本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地震液化区管道上浮反应模拟试验装置包括顺序连接的试验气储存系统(A)、增压系统(B)、温度控制系统(C)、气体流量分配系统(D)、试验区(E)、气体流量汇集系统(G)；试验区(E)的下部连有液压站(H)和水储存系统(J)；自动控制系统对试验装置运行的全过程进行实时参数监测、设备控制、检测报警；其特征在于：气体流量分配系统(A)将空气储存在储气瓶(1)，储气瓶(1)直接向实验环道供气，增压系统(B)将储气瓶(1)中输出的气体增压，温度控制系统（C）调节增压后气体的温度，达到试验所需的压力和温度工况，气体流量分配系统(D)将调温后的气体分配给9条管道，之后将气体送入试验区(E)，气体流量汇集系统(G)将试验区(E)输出的气体进行汇集并调压。

【技术特征摘要】
1.一种地震液化区管道上浮反应模拟试验装置包括顺序连接的试验气储存系统(A)、增压系统(B)、温度控制系统(C)、气体流量分配系统(D)、试验区(E)、气体流量汇集系统(G)；试验区(E)的下部连有液压站(H)和水储存系统(J)；自动控制系统对试验装置运行的全过程进行实时参数监测、设备控制、检测报警；其特征在于：气体流量分配系统(A)将空气储存在储气瓶(1)，储气瓶(1)直接向实验环道供气，增压系统(B)将储气瓶(1)中输出的气体增压，温度控制系统（C）调节增压后气体的温度，达到试验所需的压力和温度工况，气体流量分配系统(D)将调温后的气体分配给9条管道，之后将气体送入试验区(E)，气体流量汇集系统(G)将试验区(E)输出的气体进行汇集并调压。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：试验气体压力可调节范围为0.01MPa～12MPa。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：试验区(E)由固定支座(10)、弹簧(11)、激动装置(12)、试验箱(13)、孔隙水压力监测器(14)、加速度监测器(15)、温度调节器(51)、保温材料(52)、温度监测器(53)、挡板(54)、隔水垫(55)、固定卡槽(56)组成，水储罐(2)和离心泵串连后经输水管道与试验箱(13)的下底板中心相连，试验箱(13)下方装有多个激动装置(12)，激动装置(12)与试验箱(13)直接连接，每个激动装置(12)与固定支座(10)通过一个弹簧(11)连接，激动装置(12)提供的动力使箱体震动，试验箱内设有多个固定卡槽(56)用来固定2个固定挡板(54)，固定挡板(54)与试验箱(13)接触部位装有隔水垫(55)，每个固定挡板(54)装有9个隔水圈(57)，9条管道平行布置在试验箱(13)内并穿过隔水圈(57)，试验箱(13)内安装有温度调节器(51)来调节箱内温度，试验箱(13)外部包有保温材料(52)，砂土内有多个孔隙水压力监测器(14)、加速度监测器(15)和温度监测器(53)记录砂土的孔隙水压力、加速度和土壤的温度随时间的变化，平行于管道铺设三条光纤光栅应变监测器(17)监测管道应变，管道每隔一段长度布置一个位移传感器(49)和8个应力监测器(18)来记录管道实时位移和受力情况。4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：试验箱(13)内温度可调范围为0℃～70℃。5.如权利要求3所述的装置，其特征在于：激动装置(12)内有三个偏心质量块(20)，液压站(H)提供的液压驱动力使三个偏心质量块(20)相向旋转产生激振力。6.如权利要求3所述的装置，其特征在于：孔隙水压力监测器(14)由中空管(22)、测量探头(23)、四棱锥探头(24)、安装耳(25)、光纤(26)、挡圈(27)、密封垫(28)、铠装光纤(46)、固定支架(47)组成，孔隙水...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘武，宁海峰，曲国健，张文涛，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51