【技术实现步骤摘要】
本专利技术创造属于海洋油气输送安全领域，是一种模拟海底油/气输送管道泄漏扩散、液面燃料燃烧特性及其抑制机理实验装置。
技术介绍
1、随着海洋油气输送的快速发展，通过在海底铺设管道成为油气运输的主要方式。然而，由于海底管道长期暴露于恶劣的环境中，以及海底油气管道维修更换困难等原因，导致海底管道破裂泄漏事故频发。海底输油/气管道泄漏会造成巨大经济损失和环境危害。同时，海底输油输气管道建造久远，在设计时未充分考虑海底严苛环境对管道产生的腐蚀、撞击等损伤，使其强度难以满足油/气运输要求。通过模拟研究油/气运输管道在海底泄漏的运动状态和水面火焰熄灭特性，有助于寻找提高海底油/气管道安全性的方法。
2、目前，针对油/气输送管道泄漏的研究主要集中于陆地输送管线，对海底管道泄漏方面研究较少。海底管道所处环境复杂，导致管道破裂泄漏扩散多样性和复杂性。同时，海底管道内所运输的物质大多为易燃易爆可燃气体或液体，且管道受损后极易出现可燃液体或气体大量泄漏的情况。泄漏扩散至液面在点火源的作用下将发生燃烧或燃爆过程，且影响因素众多。这使得泄漏的油/气在水下的运动形式和在水上的火焰燃烧状态变得更加复杂。然而，当前对于管道中的油/气泄漏后在多参数影响因素的水下运动状态尚缺少理论依据，未能形成完善的理论体系。液面上可燃介质燃烧火焰特性及其抑制机理也缺乏相应的理论支撑。针对海底油气输送油/气管道泄漏燃烧及抑制的试验观测装置的模拟研究，能够降低泄漏事故发生时的危害程度，减少财产损失与环境危害，保护企业资产安全和环境的可持续发展。此外，研究海底管道不仅可以
技术实现思路
1、本专利技术为一种模拟海底油/气输送管道泄漏扩散、液面燃料燃烧特性及其抑制机理实验装置，其特征在于：可燃气体泄漏系统、可燃液体泄漏系统、油/气泄漏与燃烧系统、泡沫抑制系统、水雾抑制系统、喷粉抑制系统、横风调控系统、液池温度控制系统、液池盐度采集系统、油浴加热系统、照明系统、点火系统、气体浓度采集系统、温度采集系统、图像采集系统、高速红外采集系统、纹影采集系统、同步控制系统、程序控制与数据采集系统。
2、所述可燃气体泄漏系统由气瓶7-2、预混罐37、真空压力表8-3、气体流量计38、电磁阀10-3、单向阀39-1、四通接头40、泄漏管道32、同步控制器46、程序控制与数据采集系统47及管路组成。预混罐37顶部安装真空压力表8-3测定其内部气体压力，左右侧壁开有螺纹接口。左侧螺纹接口通过球阀与气瓶气源7-2相连；右侧螺纹接口依次连接气体流量计38、电磁阀10-3、单向阀39-1、球阀、四通接头40与泄漏管道32连接。单向阀39-1可防止可视化容器31内部液体通过管路反向流动。泄漏管道32为底部中心接有外螺纹的三通结构，可通过开有内侧螺纹的六角螺母与可视化容器31及管路相连。四种不同形状泄漏孔的泄漏管道32，分别开设小孔、中孔和大孔。通过使用不同的泄漏管道32模拟管道破裂形式，从而实现不同尺寸、形状的泄漏孔径对可燃气体在水下射流和羽流形态的影响研究。电磁阀10-3实现气体泄漏时间和时刻的调控。通过气体流量计38实现气体泄漏流量的调控。气瓶7-2为预混罐37提供气源并使其内部充装确定压力的可燃气体。通过可燃气体泄漏系统能够实现多种泄漏条件(种类、压力、流速、温度)和泄漏参数(泄漏孔径、形状、尺寸等)对可燃气体在水下泄漏时流体力学特征、射流运动特征、羽流上升特征、气泡尺寸变化分布特征以及泄漏到水面时蒸发扩散速率特征研究。
3、所述可燃液体泄漏系统由气瓶7-3、液体储罐41、真空压力表8-4、液体流量计3-2、电磁阀10-4、单向阀39-2、四通接头40、泄漏管道32、同步控制器46、程序控制与数据采集系统47及管路组成。液体储罐41顶部安装真空压力表8-4测定其内部压力，左右侧壁开有螺纹接口，右侧螺纹通过球阀与空气气瓶7-3相连；左侧螺纹接口依次连接液体流量计3-2、电磁阀10-4、单向阀39-2、球阀、四通接头40与泄漏管道32。单向阀39-2可防止可视化容器31内部液体通过管路反向流动。泄漏管道32为底部中心接有外螺纹的三通结构，可通过开有内侧螺纹的六角螺母与可视化容器31及管路相连。四种不同形状泄漏孔的泄漏管道32，分别开设小孔、中孔和大孔。通过使用不同泄漏管道32模拟管道破裂时液体泄漏状态特性研究，实现不同尺寸、形状的泄漏孔径对可燃液体在水下射流和羽流形态的影响研究。电磁阀10-4实现液体泄漏的时间和时刻调控。通过液体流量计3-2实现液体泄漏流量的调控。气瓶7-3使液体储罐41内部液体达到一定压力。通过可燃液体泄漏系统能够实现多种泄漏条件(种类、压力、流速、温度)和泄漏参数(泄漏孔径、形状、尺寸等)对可燃液体在水下泄漏时流体力学特征、射流运动特征、羽流上升特征、油滴尺寸变化分布特征以及泄漏到液面时蒸发扩散速率特征研究。
4、所述油/气泄漏与燃烧系统由可视化容器31、可视化视窗30组成。可视化容器31为长方体容器结构，前后侧安装由高硼硅钢化玻璃制成的可视化视窗30，顶部为开敞环境，左右侧为容器壁面并通过螺栓与可视化视窗30连接，可视化视窗30底端通过容器支架支撑。可视化容器31正侧壁面沿水平和垂直方向分别安装标尺29，用于气体在水体内部泄漏扩散位移运动、形态演变过程及特性分布变化的尺度测定。可视化容器31上部侧壁安装支架18-1和18-2，用于支撑横风调控系统和温度与气体浓度采集系统以及滑轨15。可视化容器31底部中心位置安装泄漏管道32并通过螺纹孔与四通接头40连接。通过可视化视窗30观测与记录可燃气体或液体由泄漏管道32泄漏后在水体内部泄漏扩散位移运动、形态演变过程及特性分布变化。同时，记录与观测可燃气体或液体在液面分布流动扩散的变化特性，以及被点火电极26引燃后液面层间海水和燃料气化-扩散-燃烧耦合作用变化过程。通过四通接头40实现可燃气体和液体泄漏的变换。通过油/气泄漏与燃烧系统可实现多工况条件影响下油/气在水体内部泄漏扩散位移运动、形态演变过程及特性分布变化，以及海水和燃料气化-扩散-燃烧耦合作用变化动力学特性研究。
5、所述泡沫抑制系统由泡沫原料罐1、变频式离心泵2、液体流量计3-1、泡沫发生装置4、电磁阀10-1、泡沫喷头5、变频螺杆空压机6、同步控制器46、程序控制与数据采集系统47及管路组成。泡沫原料罐1底部开口连接管路再连接变频式离心泵2，泡沫原料罐1与变频式离心泵2之间由球阀控制开关。变频式离心泵2经管路与法兰连接液体流量计3-1，再经管路与法兰连接泡沫发生装置4，泡沫发生装置4左侧连接变频螺杆空压机6，右侧连接管路，管路另一端连接泡沫喷头5，泡沫发生装置4与泡沫喷头5之间由球阀与电磁阀10-1控制开关。泡沫喷头5固定在滑轨15上，通过在滑轨上的移动可以实现对不同区域进行喷洒。泡沫原料罐1里的泡沫液与水的混合物由变频式离心泵2增加压力，通过液体流量计3-1进入泡沫发生装置4。变频螺杆空压机6再往泡沫发生本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.模拟海底油/气输送管道泄漏扩散、液面燃料燃烧特性及其抑制机理实验装置，其特征在于，包括：可燃气体泄漏系统、可燃液体泄漏系统、油/气泄漏与燃烧系统、泡沫抑制系统、水雾抑制系统、喷粉抑制系统、横风调控系统、液池温度控制系统、液池盐度采集系统、油浴加热系统、照明系统、点火系统、气体浓度采集系统、温度采集系统、图像采集系统、高速红外采集系统、纹影采集系统、同步控制器、程序控制与数据采集系统；
2.根据权利要求1所述的模拟海底油/气输送管道泄漏扩散、液面燃料燃烧特性及其抑制机理实验装置，其特征在于：所述可燃气体泄漏系统由第二气瓶(7-2)、预混罐(37)、第三真空压力表(8-3)、气体流量计(38)、第三电磁阀(10-3)、第一单向阀(39-1)、四通接头(40)、泄漏管道(32)、同步控制器(46)、程序控制与数据采集系统(47)及管路组成；预混罐(37)顶部安装第三真空压力表(8-3)测定其内部气体压力，其左右侧壁开有螺纹接口；左侧螺纹接口通过球阀与第二气瓶(7-2)相连；右侧螺纹接口依次连接气体流量计(38)、第三电磁阀(10-3)、第一单向阀(39-1)、球阀、四通
3.根据权利要求1所述的模拟海底油/气输送管道泄漏扩散、液面燃料燃烧特性及其抑制机理实验装置，其特征在于：所述可燃液体泄漏系统由第三气瓶(7-3)、液体储罐(41)、第四真空压力表(8-4)、第二液体流量计(3-2)、第四电磁阀(10-4)、第二单向阀(39-2)、四通接头(40)、泄漏管道(32)、同步控制器(46)、程序控制与数据采集系统(47)及管路组成；液体储罐(41)顶部安装第四真空压力表(8-4)测定其内部压力，其左右侧壁开有螺纹接口，右侧螺纹通过球阀与第三气瓶(7-3)相连；左侧螺纹接口依次连接球阀、第二液体流量计(3-2)、第四电磁阀(10-4)、第二单向阀(39-2)、球阀、四通接头(40)与泄漏管道(32)；第二单向阀(39-2)防止可视化容器(31)内部液体通过管路反向流动；泄漏管道(32)底部中心接有外螺纹的三通结构，通过开有内侧螺纹的六角螺母与可视化容器(31)及管路相连；通过使用不同泄漏管道(32)模拟管道破裂时液体泄漏状态特性研究，第四电磁阀(10-4)实现液体泄漏的时间和时刻调控；通过第二液体流量计(3-2)实现液体泄漏流量的调控；第三气瓶(7-3)使液体储罐(41)内部液体达到一定压力。
4.根据权利要求1所述的模拟海底油/气输送管道泄漏扩散、液面燃料燃烧特性及其抑制机理实验装置，其特征在于：所述油/气泄漏与燃烧系统由可视化容器(31)、可视化视窗(30)组成；可视化容器(31)为长方体容器结构，前后侧安装由高硼硅钢化玻璃制成的可视化视窗(30)，顶部为开敞环境，左右侧为容器壁面并通过螺栓与可视化视窗(30)连接，可视化视窗(30)底端通过容器支架支撑；可视化容器(31)正侧壁面沿水平和垂直方向分别安装标尺(29)，用于气体在水体内部泄漏扩散位移运动、形态演变过程及特性分布变化的尺度测定；可视化容器(31)上部侧壁安装第一支架(18-1)和第二支架(18-2)，用于支撑横风调控系统和温度与气体浓度采集系统以及滑轨(15)；可视化容器(31)底部中心位置安装泄漏管道(32)并通过螺纹孔与四通接头(40)连接；通过可视化视窗(30)观测与记录可燃气体或液体由泄漏管道(32)泄漏后在水体内部泄漏扩散位移运动、形态演变过程及特性分布变化；同时，记录与观测可燃气体或液体在液面分布流动扩散的变化特性，通过四通接头(40)实现可燃气体和液体泄漏的变换；通过油/气泄漏与燃烧系统实现多工况条件影响下油/气在水体内部泄漏扩散位移运动、形态演变过程及特性分布变化，以及海水和燃料气化-扩散-燃烧耦合作用变化动力学特性研究；当油泄漏到水面被点燃后，其火焰产生的热量有一部分会传递给可视化容器(31)内的水体，基于此通过水体吸收热量公式(1)，有助于分析火焰向水体传递的热量以及水体吸收的热量大小；
5.根据权利要求1所述的模拟海底油/气输送管道泄漏扩散、液面燃料燃烧特性及其抑制机理实验装置，其特征在于：所述泡沫抑...
【技术特征摘要】
1.模拟海底油/气输送管道泄漏扩散、液面燃料燃烧特性及其抑制机理实验装置，其特征在于，包括：可燃气体泄漏系统、可燃液体泄漏系统、油/气泄漏与燃烧系统、泡沫抑制系统、水雾抑制系统、喷粉抑制系统、横风调控系统、液池温度控制系统、液池盐度采集系统、油浴加热系统、照明系统、点火系统、气体浓度采集系统、温度采集系统、图像采集系统、高速红外采集系统、纹影采集系统、同步控制器、程序控制与数据采集系统；
2.根据权利要求1所述的模拟海底油/气输送管道泄漏扩散、液面燃料燃烧特性及其抑制机理实验装置，其特征在于：所述可燃气体泄漏系统由第二气瓶(7-2)、预混罐(37)、第三真空压力表(8-3)、气体流量计(38)、第三电磁阀(10-3)、第一单向阀(39-1)、四通接头(40)、泄漏管道(32)、同步控制器(46)、程序控制与数据采集系统(47)及管路组成；预混罐(37)顶部安装第三真空压力表(8-3)测定其内部气体压力，其左右侧壁开有螺纹接口；左侧螺纹接口通过球阀与第二气瓶(7-2)相连；右侧螺纹接口依次连接气体流量计(38)、第三电磁阀(10-3)、第一单向阀(39-1)、球阀、四通接头(40)与泄漏管道(32)；第一单向阀(39-1)防止可视化容器(31)内部液体通过管路反向流动；泄漏管道(32)底部中心接有外螺纹的三通结构，通过开有内侧螺纹的六角螺母与可视化容器(31)及管路相连；通过使用不同的泄漏管道(32)模拟管道破裂形式，从而实现不同尺寸、形状的泄漏孔径对可燃气体在水下射流和羽流形态的影响研究；第三电磁阀(10-3)实现气体泄漏时间和时刻的调控；通过气体流量计(38)实现气体泄漏流量的调控；第二气瓶(7-2)为预混罐(37)提供气源并使其内部充装确定压力的可燃气体。
3.根据权利要求1所述的模拟海底油/气输送管道泄漏扩散、液面燃料燃烧特性及其抑制机理实验装置，其特征在于：所述可燃液体泄漏系统由第三气瓶(7-3)、液体储罐(41)、第四真空压力表(8-4)、第二液体流量计(3-2)、第四电磁阀(10-4)、第二单向阀(39-2)、四通接头(40)、泄漏管道(32)、同步控制器(46)、程序控制与数据采集系统(47)及管路组成；液体储罐(41)顶部安装第四真空压力表(8-4)测定其内部压力，其左右侧壁开有螺纹接口，右侧螺纹通过球阀与第三气瓶(7-3)相连；左侧螺纹接口依次连接球阀、第二液体流量计(3-2)、第四电磁阀(10-4)、第二单向阀(39-2)、球阀、四通接头(40)与泄漏管道(32)；第二单向阀(39-2)防止可视化容器(31)内部液体通过管路反向流动；泄漏管道(32)底部中心接有外螺纹的三通结构，通过开有内侧螺纹的六角螺母与可视化容器(31)及管路相连；通过使用不同泄漏管道(32)模拟管道破裂时液体泄漏状态特性研究，第四电磁阀(10-4)实现液体泄漏的时间和时刻调控；通过第二液体流量计(3-2)实现液体泄漏流量的调控；第三气瓶(7-3)使液体储罐(41)内部液体达到一定压力。
4.根据权利要求1所述的模拟海底油/气输送管道泄漏扩散、液面燃料燃烧特性及其抑制机理实验装置，其特征在于：所述油/气泄漏与燃烧系统由可视化容器(31)、可视化视窗(30)组成；可视化容器(31)为长方体容器结构，前后侧安装由高硼硅钢化玻璃制成的可视化视窗(30)，顶部为开敞环境，左右侧为容器壁面并通过螺栓与可视化视窗(30)连接，可视化视窗(30)底端通过容器支架支撑；可视化容器(31)正侧壁面沿水平和垂直方向分别安装标尺(29)，用于气体在水体内部泄漏扩散位移运动、形态演变过程及特性分布变化的尺度测定；可视化容器(31)上部侧壁安装第一支架(18-1)和第二支架(18-2)，用于支撑横风调控系统和温度与气体浓度采集系统以及滑轨(15)；可视化容器(31)底部中心位置安装泄漏管道(32)并通过螺纹孔与四通接头(40)连接；通过可视化视窗(30)观测与记录可燃气体或液体由泄漏管道(32)泄漏后在水体内部泄漏扩散位移运动、形态演变过程及特性分布变化；同时，记录与观测可燃气体或液体在液面分布流动扩散的变化特性，通过四通接头(40)实现可燃气体和液体泄漏的变换；通过油/气泄漏与燃烧系统实现多工况条件影响下油/气在水体内部泄漏扩散位移运动、形态演变过程及特性分布变化，以及海水和燃料气化-扩散-燃烧耦合作用变化动力学特性研究；当油泄漏到水面被点燃后，其火焰产生的热量有一部分会传递给可视化容器(31)内的水体，基于此通过水体吸收热量公式(1)，有助于分析火焰向水体传递的热量以及水体吸收的热量大小；
5.根据权利要求1所述的模拟海底油/气输送管道泄漏扩散、液面燃料燃烧特性及其抑制机理实验装置，其特征在于：所述泡沫抑制系统由泡沫原料罐(1)、变频式离心泵(2)、第一液体流量计(3-1)、泡沫发生装置(4)、第一电磁阀(10-1)、泡沫喷头(5)、变频螺杆空压机(6)、同步控制器(46)、程序控...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹兴岩，梁韶麟，蒋军成，张明广，周扬清，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。