一种高压掺氢天然气管道泄漏自燃实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种高压掺氢天然气管道泄漏自燃实验装置，整个装置由压缩空气瓶、高压氮气瓶、高压甲烷瓶、高压氢气瓶、阀门、静态混合器、高压储罐、吹扫管道、主体实验管道、可拆卸泄漏片及障碍物、防护箱、高速摄像机、变送器、压力传感器、温度传感器、静电传感器、光电二极管、压力表、真空泵、缓冲罐、尾气回收瓶组成。通过改变阀门开度以及高压气体初始温度可以制取不同温度、压力、掺氢量下的掺氢天然气；通过安装不同泄漏片可以对不同泄漏口截面形状进行实验；从而测试高压掺氢天然气从管道中泄漏后是否发生自燃。本发明专利技术克服了现有装置不能对掺氢天然气管道泄漏自燃过程进行实验的缺点，可实现多种情况下的实验，减少了实验成本。本。本。

【技术实现步骤摘要】
一种高压掺氢天然气管道泄漏自燃实验装置


[0001]本专利技术属于油气安全
，具体涉及一种高压掺氢天然气管道泄漏自燃实验装置。

技术介绍

[0002]氢能是支撑国家实现“碳中和、碳达峰”战略能源目标的新型能源载体，氢气由于其燃烧过程只产生水，正受世界各国重视。高压储存是当前氢能的主要储存方式，利用四通八达、遍布全国的在役天然气管网将氢气输送至千家万户则是实现氢气大规模、长距离输送的有效途径，还可大大减少单独建设氢气输送管道的投资。
[0003]但是氢气具有极低的最小点火能(0.02mJ)，高压氢气在泄漏时由于摩擦静电、激波加热等因素，导致气体温度升高最终达到点火工况，使氢气发生自燃导致更加严重事故的发生。在氢气泄漏燃烧爆炸事故中，有约60％的事故中没有明显点火源，再加上氢气对钢管具有氢脆作用，高压氢气易从钢质储存容器中泄漏，氢气的泄漏自燃风险不容忽视。当前认为导致高压氢气泄漏自燃的机理主要有逆焦耳汤姆逊效应、扩散点火、静电点火、机械摩擦和撞击等，其中扩散点火是公认对高压氢气泄漏自燃贡献最大的机理，并且众多实验研究也是基于此理论进行开展的。扩散点火理论指高压氢气泄漏释放到空气中时，会在氢气射流前方形成激波，激波产生高温高压，并加热激波后方空气，高温空气与射流前沿之间会形成一定区域的氢
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空气混合层，当混合层温度达到点火温度且氢气浓度处于点火范围中时，经过一段时间延迟便会发生自燃现象。高压纯氢气从发生泄漏到形成自燃喷射火的间隔时间一般为几十μs，能引起氢气泄漏自燃的最低泄漏压力为1.6<br/>‑
2.3MPa，当前国内在役天然气输送管道的输送压力可达4
‑
10MPa，满足氢气泄漏自燃的压力要求。
[0004]高压氢气的泄漏自燃特征有别于传统天然气的泄漏过程。氢气掺入天然气后，掺氢天然气的组分、最小点火能、爆炸极限等物性参数与纯氢气不同，将导致掺氢天然气的泄漏自燃特征与氢气又不相同。研究掺氢天然气输送管道在什么样掺氢浓度、泄放温度和压力等条件下泄漏会发生自燃，对于合理控制掺氢天然气输送管道运行参数、实现氢能大规模安全输送具有重要的现实意义。
[0005]据调查，对于可燃气体泄漏自燃的研究，主要采用仿真模拟和实验两种方法。实验方面，在现有的专利中，专利CN111458371A《预混气粉自燃实验管道及实验方法》设计了一种对气粉自燃过程进行研究的实验装置；CN108931499A《一种煤自燃氧气浓度实验测试装置及实验测试方法》设计了一种测试煤自燃浓度的测试装置及测试方法。但目前未有一种对高压掺氢天然气管道泄漏自燃过程的实验装置，综合目前掺氢天然气输送管道在什么样掺氢浓度、泄放压力和泄漏孔径等条件下泄漏会发生自燃不清楚的问题，故本专利所述的装置对研究高压掺氢天然气管道泄漏自燃过程进而得出输气管道安全运行边界条件是有必要的。
[0006]高压掺氢天然气管道泄漏自燃是一个复杂的过程，影响自燃的因素包括气体泄漏温度、泄漏压力、泄漏口形状、泄漏口外是否存在障碍物等。采用高速摄像、传感器检测等方
法，对不同条件下的高压掺氢天然气管道泄漏自燃规律进行研究，不仅可以深化自燃点火机理，还可以为高压掺氢天然气管道安全输送方案的制定提供实验依据和理论支撑。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是：提供一种高压掺氢天然气管道泄漏自燃的实验装置，该装置可对不同掺氢量、不同压力、不同温度、不同泄漏口形状下的高压掺氢天然气泄漏自燃点火开展实验研究。一种高压掺氢天然气管道泄漏自燃的实验装置，由压缩空气瓶1、高压氮气瓶2、高压甲烷瓶 3、高压氢气瓶4、第一尾气回收瓶5、第一开关阀6、第二开关阀7、第三开关阀8、第四开关阀9、第五开关阀10、第一减压阀11、第一压力表12、第二减压阀13、第二压力表14、第一安全阀15、静态混合器16、第三压力表17、第一缓冲罐18、第一真空泵19、第六开关阀20、第七开关阀21，高压储罐22、第一电动阀23、管道法兰24,25,47,51、空气吹扫管道 26,46、主体实验管道27、转换接口28,30,45,49、固定法兰29,31,44,50、高速摄像机32、第四压力表33、防护箱34、可拆卸障碍物35、压力传感器36、泄漏口37、温度传感器38、静电传感器39、光电二极管40、变送器41、数据采集仪42、数据线43、第八开关阀48、第二电动阀52、第二真空泵53、第二缓冲罐54、第二安全阀55、第九开关阀56、第二尾气回收瓶57、可拆卸泄漏片58,59,60,61,62以及连接上述设备的管道组成；
[0008]其特征在于所述压缩空气瓶1、高压氮气瓶2、高压甲烷瓶3、高压氢气瓶4、第一开关阀6、第二开关阀7、第三开关阀8、第四开关阀9、第一减压阀11、第一压力表12、第二减压阀 13、第二压力表14构成实验装置高压供气系统；压缩空气瓶1通过第一开关阀6连至吹扫管道26，高压氮气瓶2通过第二开关阀7连接至静态混合16器出口，高压甲烷瓶3通过第三开关阀8、第一减压阀11、第一压力表连接至静态混合器16入口，高压氢气瓶4通过第四开关阀9、第二减压阀13、第二压力表14连接至静态混合器16另一个入口；高压供气系统为实验装置提供吹扫所需空气、气密性检查所需氮气及实验所需特定压力和温度下的甲烷和氢气。所述第一尾气回收瓶5、第五开关阀10、第一安全阀15、静态混合器16、第三压力表 17、第一缓冲罐18、第一真空泵19、第六开关阀20构成实验装置气体混合系统；静态混合器16出口与高压氮气瓶2来气支管道相连，并通过第三压力表17连接至高压储罐22前的第七开关阀，在第七开关阀21前经第六开关阀20、第一真空泵19、第一缓冲罐18、第五开关阀10连至第一尾气回收瓶5，在第五开关阀10与第一缓冲罐18之间存在一支管连接至第一安全阀15；气体混合系统可为实验装置提供所需的特定掺氢浓度下的掺氢天然气，同时具有尾气处理功能。所述第七开关阀21、高压储罐22、第一电动阀23、管道法兰24,25、吹扫管道26,46、主体实验管道27、转换接口28,30、固定法兰29,31、可拆卸障碍物块35、泄漏口 37构成实验装置高压储罐和管道系统；高压储罐22进出口分别与第七开关阀21、第一电动阀23连接，第一电动阀23出口经管道法兰25与主体实验管道27相连，从第一开关阀6出来的管道经管道法兰24连至空气吹扫管道26，吹扫管道46安装于防护箱34另一侧；高压储罐和管道系统作为实验装置主体实验部分，可实现对掺氢天然气的暂时储存、为主体实验管道提供特定流量的掺氢天然气以及对有/无障碍物条件下掺氢天然气的泄漏自燃实验。所述转换接口28,30,45,49、固定法兰29,31,44,50、第四压力表33、防护箱34构成实验装置安全防护系统；转换接口28,30,45,49及固定法兰29,31,44,50用于将主体实验管道27、吹扫管道 26,46固定在防护箱34上，第四压力表安装于防护箱34顶部；安全防护系统提供安全的掺氢天然气泄漏自燃
实验空间，保护操作人员。所述高速摄像机32、压力传感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压掺氢天然气管道泄漏自燃实验装置，由压缩空气瓶(1)、高压氮气瓶(2)、高压甲烷瓶(3)、高压氢气瓶(4)、第一尾气回收瓶(5)、第一开关阀(6)、第二开关阀(7)、第三开关阀(8)、第四开关阀(9)、第五开关阀(10)、第一减压阀(11)、第一压力表(12)、第二减压阀(13)、第二压力表(14)、第一安全阀(15)、静态混合器(16)、第三压力表(17)、第一缓冲罐(18)、第一真空泵(19)、第六开关阀(20)、第七开关阀(21)，高压储罐(22)、第一电动阀(23)、管道法兰(24,25,47,51)、空气吹扫管道(26,46)、主体实验管道(27)、转换接口(28,30,45,49)、固定法兰(29,31,44,50)、高速摄像机(32)、第四压力表(33)、防护箱(34)、可拆卸障碍物(35)、压力传感器(36)、泄漏口(37)、温度传感器(38)、静电传感器(39)、光电二极管(40)、变送器(41)、数据采集仪(42)、数据线(43)、第八开关阀(48)、第二电动阀(52)、第二真空泵(53)、第二缓冲罐(54)、第二安全阀(55)、第九开关阀(56)、第二尾气回收瓶(57)、可拆卸泄漏片(58,59,60,61,62)以及连接上述设备的管道组成；其特征在于所述压缩空气瓶(1)通过第一开关阀(6)连至吹扫管道(26)，高压氮气瓶(2)通过第二开关阀(7)连接至静态混合(16)器出口，高压甲烷瓶(3)通过第三开关阀(8)、第一减压阀(11)、第一压力表连接至静态混合器(16)入口，高压氢气瓶(4)通过第四开关阀(9)、第二减压阀(13)、第二压力表(14)连接至静态混合器(16)另一个入口，该部分可为实验装置提供吹扫所需空气、气密性检查所需氮气及实验所需特定压力和温度下的甲烷和氢气；所述静态混合器(16)出口与高压氮气瓶(2)来气支管道相连，并通过第三压力(17)表连接至高压储罐(22)前的第七开关阀，在第七开关阀(21)前经第六开关阀(20)、第一真空泵(19)、第一缓冲罐(18)...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾文龙，温川贤，仇柏林，吴瑕，李长俊，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：