管道減壓波傳播速度的實(shí)驗(yàn)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明公開了一種測(cè)量co2管道減壓波傳播速度的實(shí)驗(yàn)裝置及方法。 技術(shù)背景
[0002] 隨著溫室氣體排放增加，溫室效應(yīng)對(duì)人類生活生產(chǎn)的影響也越來越明顯。碳捕集 及封存技術(shù)(CCS)被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排的有效方法。管道輸送作為其中的重要環(huán)節(jié) 不容忽視。由于長(zhǎng)距離輸送co 2過程中，管道需要穿過各種復(fù)雜地形和環(huán)境。惡劣的環(huán)境及 人為破壞等因素可能造成管道穿孔泄漏，進(jìn)而造成管道韌性斷裂。對(duì)于韌性斷裂擴(kuò)展控制 的首要問題是需要得到泄漏過程中流體的減壓特性，這樣可以計(jì)算出驅(qū)動(dòng)裂紋擴(kuò)展的局部 應(yīng)力大小。預(yù)測(cè)減壓波特性，尤其是減壓波速度，對(duì)于控制C0 2管道的裂紋擴(kuò)展尤為重要。國(guó) 內(nèi)外測(cè)量減壓波速的方法通常是進(jìn)行工業(yè)規(guī)模的全尺寸爆破實(shí)驗(yàn)。此方法花費(fèi)巨大，一次 實(shí)驗(yàn)的費(fèi)用高達(dá)幾千萬元。因此需要一種能夠模擬工業(yè)管道泄漏的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法， 既能節(jié)約費(fèi)用，又能準(zhǔn)確地測(cè)量減壓波速。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的就是通過實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)方 法的革新，準(zhǔn)確測(cè)量co2管道減壓波傳播速度。
[0004] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0005] -種測(cè)量⑶2管道減壓波傳播速度的裝置，包括一個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)道，所述實(shí)驗(yàn)環(huán)道的入 口與co 2注入系統(tǒng)相連，實(shí)驗(yàn)環(huán)道的出口于雙爆破片控制裝置相連，且在實(shí)驗(yàn)環(huán)道上安裝有 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過環(huán)道可以采集在瞬態(tài)失壓工況下管道內(nèi)co 2流體壓力及溫度隨時(shí)間變 化過程。
[0006] 進(jìn)一步的，在所述的實(shí)驗(yàn)環(huán)道的入口和出口還安裝有電磁截止閥、安全閥和泄壓 放空閥，在實(shí)驗(yàn)環(huán)道的外壁上設(shè)有溫度控制裝置。電磁截止閥可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)控封閉開啟實(shí)驗(yàn) 環(huán)道;管路采用DN20、304不銹鋼焊接而成，耐腐承壓效果好，適用于C0 2管道;外壁電加熱用 來實(shí)現(xiàn)控制管內(nèi)C〇2溫度及相態(tài);泄壓放空閥用于實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備及結(jié)束時(shí)安全泄放高壓非 實(shí)驗(yàn)用C〇2。
[0007] 進(jìn)一步的，所述的雙爆破片控制裝置由兩片正拱爆破片以及連接兩片爆破片的管 段組成，其中一個(gè)爆破片以夾持器夾持，固定在實(shí)驗(yàn)環(huán)道出口；另一爆破片夾持在整個(gè)實(shí)驗(yàn) 裝置末通向大氣環(huán)境，在兩個(gè)爆破片之間的管段開設(shè)注入孔以平衡主管內(nèi)壓力。不同參數(shù) 的爆破片可以實(shí)現(xiàn)管路在不同瞬態(tài)失壓工況下對(duì)管內(nèi)壓力溫度采集的實(shí)驗(yàn)要求。
[0008] 進(jìn)一步的，注入系統(tǒng):采用工業(yè)用高純度C02氣瓶，采用氣瓶注入具有用量少，易操 作等優(yōu)點(diǎn)，為便于氣瓶的安全更換與拆裝，在C0 2氣瓶的注入端安裝有手自雙控閥門組。
[0009] 進(jìn)一步的，所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括多個(gè)間隔安裝在實(shí)驗(yàn)環(huán)道上的壓力采集裝置 以及溫度采集裝置。
[0010]具體的實(shí)驗(yàn)方法如下：
[0011] 考慮到管道輸送過程中c〇2的不同相態(tài)特性，該裝置可以測(cè)量不同相態(tài)下（氣態(tài)、 液態(tài)、超臨界態(tài))c〇 2管道的泄漏過程中減壓波的傳播速度及沿程參數(shù)變化規(guī)律。
[0012] 實(shí)驗(yàn)操作過程中的方案設(shè)計(jì)如下：
[0013] 1)以氣態(tài)C02注入實(shí)驗(yàn)環(huán)道內(nèi)，掃氣清除管內(nèi)雜質(zhì);關(guān)閉實(shí)驗(yàn)環(huán)道末端泄壓放空閥 及電磁截止閥；
[0014] 2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)環(huán)道管容及實(shí)驗(yàn)參數(shù)估算實(shí)驗(yàn)用氣量充裝實(shí)驗(yàn)環(huán)道，同步監(jiān)測(cè)管內(nèi)壓 力及溫度，充裝至計(jì)算用氣量時(shí)關(guān)閉實(shí)驗(yàn)環(huán)道首端電磁截止閥，封閉實(shí)驗(yàn)環(huán)道；
[0015] 3)開啟末端電磁截止閥連通爆破片，對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)道進(jìn)行加熱升溫升壓，采用雙爆破 片控制裝置控制管內(nèi)爆破壓力，通過注入孔向爆破管段注入C0 2平衡實(shí)驗(yàn)環(huán)道內(nèi)壓力，使實(shí) 驗(yàn)環(huán)道內(nèi)C02流體絕對(duì)壓力不變情況下相對(duì)壓力下降，同時(shí)爆破管段內(nèi)C0 2壓力低于外爆破 片標(biāo)定爆破壓力，再次調(diào)節(jié)主管實(shí)驗(yàn)壓力至內(nèi)爆破片爆破壓力，升溫過程結(jié)束，再升高爆破 管段壓力至外爆破片爆破，外爆破片爆破后將使內(nèi)爆破片背壓為環(huán)境壓力進(jìn)而使內(nèi)爆破片 爆破，爆破瞬間形成泄漏瞬態(tài)失壓工況，根據(jù)采集管內(nèi)參數(shù)及時(shí)間關(guān)系得出減壓波傳播速 度；
[0016] 4)泄漏至設(shè)定壓力時(shí)，關(guān)閉實(shí)驗(yàn)環(huán)道末端的電磁截止閥，實(shí)驗(yàn)結(jié)束，更換爆破片進(jìn) 行下一組實(shí)驗(yàn)。
[0017] 減壓波傳播速度的計(jì)算方法：
[0018] 根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)，利用安裝在管路上2個(gè)壓力傳感器在軸線方向上的間隔距 離除以兩傳感器采集到相同壓力之間的滯后時(shí)間即得到減壓波速度在該實(shí)驗(yàn)管段上的實(shí) 驗(yàn)值，假設(shè)實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的減壓波僅為單程傳播，在實(shí)驗(yàn)管路入口端能量完全耗散。減壓波速 度可以表示為：
[0019]
[0020] W表示實(shí)驗(yàn)測(cè)得的減壓波速度，m/s;L表示兩個(gè)壓力傳感器間的距離，m; △ t表示兩 個(gè)壓力傳感器相繼左右的時(shí)間間隔，s。
[0021] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0022] 本發(fā)明提供了一種測(cè)量C02管道減壓波傳播速度的實(shí)驗(yàn)裝置及方法，能夠安全、準(zhǔn) 確的測(cè)得減壓波傳播速度。該發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)C0 2管道減壓過程的人為控制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)超臨 界、液態(tài)、氣態(tài)等不同相態(tài)的C02管道減壓波的測(cè)量。該發(fā)明有助于對(duì)C0 2管道泄漏的檢測(cè)以 及對(duì)管道裂紋延展的安全控制。
[0023] 環(huán)道的使用能夠模擬了真實(shí)工程中管道的泄漏減壓過程。環(huán)道是泄漏減壓過程的 主體，也是輸送C02流體的工具。所以應(yīng)在環(huán)道(管道)中測(cè)定減壓波傳播速度。
【附圖說明】
[0024] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明 的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù) 這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1實(shí)驗(yàn)裝置原理圖；
[0026]圖2圖1的A視圖放大結(jié)構(gòu)圖；
[0027] 圖3手自雙控閥門。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 如圖1所示，一種測(cè)量C02管道減壓波傳播速度的裝置，主要由實(shí)驗(yàn)環(huán)道、雙爆破片 控制裝置、注入系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)多部分組成。通過環(huán)道可以采集在瞬態(tài)失壓工況下管道 內(nèi)C0 2流體壓力及溫度隨時(shí)間變化過程，是研究減壓波傳播特性的有效方法，實(shí)驗(yàn)裝置圖如 圖1所示。
[0029] 實(shí)驗(yàn)環(huán)道:包括電磁截止閥、管路、外壁電加熱、泄壓放空閥及安全閥等。電磁截止 閥可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)控封閉開啟環(huán)道;管路采用DN20、304不銹鋼焊接而成，耐腐承壓效果好，適用 于C0 2管道;外壁電加熱用來實(shí)現(xiàn)控制管內(nèi)C02溫度及相態(tài);泄壓放空閥用于實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備及 結(jié)束時(shí)安全泄放高壓非實(shí)驗(yàn)用C0 2。
[0030] 雙爆破片控制裝置:爆破片是一次性的泄壓裝置，是壓力容器、管道的重要安全裝 置，可以在規(guī)定的爆破壓力及溫度下，當(dāng)爆破片兩側(cè)壓差達(dá)到預(yù)定值時(shí)，爆破片破裂或脫落 從而泄放壓力。在相同的爆破溫度下，實(shí)際爆破壓力與標(biāo)定爆破壓力會(huì)有區(qū)別，爆破允差是 指實(shí)際爆破壓力與標(biāo)定爆破壓力之間的允許的偏差。為了使管內(nèi)C0 2在要求參數(shù)下實(shí)現(xiàn)泄 漏工況，安全準(zhǔn)確控制爆破片爆破，采用雙爆破片