專利名稱：模擬CO₂管道輸運(yùn)及泄漏的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種模擬CO2管道輸運(yùn)及泄漏的裝置。
背景技術(shù)：
CO2是典型的溫室氣體之一，將從煤電廠、火電站或者鋼鐵廠等工廠排出的CO2進(jìn)行捕集后輸運(yùn)至填埋地點(diǎn)，永久埋存于地下，是實(shí)現(xiàn)CO2減排的可行方案之一，如此可以延緩溫室效應(yīng)帶來(lái)的全球氣候變化，保護(hù)地球環(huán)境。此外，CO2還是一種油田二次或者三次開(kāi)采的驅(qū)替介質(zhì)，因此將CO2輸運(yùn)到油井中，有利于提高石油的采收率。無(wú)論是將CO2輸運(yùn)到填埋地點(diǎn)進(jìn)行填埋，還是將其輸運(yùn)到油田，都需要將CO2以超臨界態(tài)通過(guò)管道輸運(yùn)到目的地，而在管道輸運(yùn)的過(guò)程中，可能會(huì)發(fā)生泄漏影響其輸運(yùn)，而且一旦泄漏沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，便會(huì)在附近的低凹地區(qū)堆積想成CO2高濃度區(qū)，進(jìn)而威脅到周?chē)纳鷳B(tài)環(huán)境甚至人身安全。因此需要研究CO2管道輸運(yùn)過(guò)程中的泄漏機(jī)理，以便于對(duì)CO2的泄漏過(guò)程進(jìn)行防控，以保證CO2的安全輸運(yùn)。目前研究CO2管道輸運(yùn)過(guò)程中的泄漏機(jī)理使用的模擬CO2泄漏的裝置只能研究靜態(tài)的超臨界CO2通過(guò)細(xì)微小孔的瞬時(shí)噴射以及某些特定受限噴射(噴射到一個(gè)與射流方向垂直放置平板上)的撞擊行為，而無(wú)法分析管道內(nèi)存在初始流動(dòng)狀態(tài)的CO2泄漏的情況。綜上所述,如何其有效地解決無(wú)法分析管道內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)的CO2泄漏時(shí)管道內(nèi)外的問(wèn)題，是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種模擬CO2管道輸運(yùn)及泄漏的裝置，該模擬CO2管道輸運(yùn)及泄漏的裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以有效再現(xiàn)真實(shí)流動(dòng)狀態(tài)下CO2泄漏時(shí)管道內(nèi)外的相關(guān)行為。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案—種模擬CO2管道輸運(yùn)及泄漏的裝置，包括CO2循環(huán)管道，通過(guò)閥門(mén)與所述CO2循環(huán)管道連通的供氣瓶，纏繞于所述CO2循環(huán)管道上的加熱帶和設(shè)置于所述CO2循環(huán)管道的管壁上并與其內(nèi)部連通的可開(kāi)啟和關(guān)閉的泄漏噴口；所述CO2循環(huán)管道上串接有循環(huán)泵和孔板流量計(jì)，且連接有排氣閥，且所述CO2循環(huán)管道上還設(shè)置有用于監(jiān)測(cè)CO2循環(huán)管道內(nèi)部壓力的壓力傳感器和用于監(jiān)測(cè)CO2循環(huán)管道內(nèi)部溫度的溫度傳感器。優(yōu)選地，所述供氣瓶的閥門(mén)與所述CO2循環(huán)管道之間還依次串接有過(guò)濾器、制冷箱、增壓泵、回止閥、緩沖罐和耐高壓電磁閥，且所述緩沖罐上還設(shè)置有用于測(cè)量其內(nèi)部氣壓的氣壓表。優(yōu)選地，所述供氣瓶的數(shù)量為多個(gè)且多個(gè)供氣瓶并聯(lián)設(shè)置，每個(gè)供氣瓶的出氣口均連接一個(gè)閥門(mén)。
優(yōu)選地，還包括架設(shè)于所述CO2循環(huán)管道的管壁上的振動(dòng)測(cè)量?jī)x和應(yīng)變傳感器，且所述壓力傳感器、溫度傳感器、振動(dòng)測(cè)量?jī)x和應(yīng)變傳感器的數(shù)量均為多個(gè)。優(yōu)選地，所述泄漏噴口具體包括具有螺紋的噴口底座、與所述噴口底座配合的螺帽和噴頭，所述噴頭的側(cè)壁上具有突出的環(huán)形凸起，所述噴頭的環(huán)形凸起壓緊于所述噴口底座和螺帽之間以將所述噴頭固定，且所述噴口底座和噴頭上均開(kāi)設(shè)有相互連通的泄漏通孔，且所述通孔通過(guò)氣動(dòng)閥與所述CO2循環(huán)管道內(nèi)部連通。優(yōu)選地，所述噴頭的數(shù)量為多個(gè)，且多個(gè)噴頭的通孔的形狀和尺寸均不相同。優(yōu)選地，所述氣動(dòng)閥與驅(qū)動(dòng)其開(kāi)啟或閉合的空氣壓縮機(jī)之間設(shè)置有電磁閥，所述電磁閥控制所述空氣壓縮機(jī)的開(kāi)啟或關(guān)閉。優(yōu)選地，所述氣動(dòng)閥通過(guò)三通管與所述CO2循環(huán)管道連通，且所述三通管的兩個(gè)進(jìn)氣口通過(guò)多個(gè)螺栓和法蘭與CO2循環(huán)管道串接，且多個(gè)螺栓均勻的沿所述CO2循環(huán)管道的周向分布，所述氣動(dòng)閥與所述三通管的出氣口連接。優(yōu)選地，所述CO2循環(huán)管道的管壁上還設(shè)置有與管壁密封連接的觀察窗，所述觀察窗包括與所述CO2循環(huán)管道串接的筒狀框架和鑲嵌于所述筒狀框架的側(cè)壁上的透明材料。優(yōu)選地，所述框架通過(guò)螺紋連接的方式與所述CO2循環(huán)管道串接，所述透明材料為耐高壓玻璃，其通過(guò)螺栓鑲嵌于所述筒狀框架的側(cè)壁上，并通過(guò)密封圈密封。優(yōu)選地，所述CO2循環(huán)管道整體為矩形管道，且矩形管道的拐角處設(shè)置為圓角結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述加熱帶包括靠近所述CO2循環(huán)管道的加熱層和設(shè)置于所述加熱層外圍的保溫層，且所述加熱層內(nèi)部設(shè)置有玻纖或者耐熱樹(shù)脂包裹的電加熱絲。優(yōu)選地，還包括主控計(jì)算機(jī)，且所述主控計(jì)算機(jī)接收所述壓力傳感器和溫度傳感器的測(cè)量結(jié)果，并控制所述增壓泵或者排氣閥的開(kāi)啟或者閉合和所述加熱帶的工作狀態(tài)。本發(fā)明提供的模擬CO2管道輸運(yùn)及泄漏的裝置，包括CO2循環(huán)管道，通過(guò)閥門(mén)與所述CO2循環(huán)管道連通的供氣瓶，纏繞于CO2循環(huán)管道上的加熱帶和設(shè)置于CO2循環(huán)管道的管壁上并與CO2循環(huán)管道內(nèi)部連通的可開(kāi)啟和關(guān)閉的泄漏噴口 ；并且CO2循環(huán)管道上串接有循環(huán)泵和孔板流量計(jì)，且連接有排氣閥，且CO2循環(huán)管道上還設(shè)置有用于監(jiān)測(cè)CO2循環(huán)管道內(nèi)部壓力的壓力傳感器和用于監(jiān)測(cè)CO2循環(huán)管道內(nèi)部溫度的溫度傳感器。應(yīng)用本發(fā)明提供的模擬CO2管道輸運(yùn)及泄漏的裝置時(shí)，可首先利用供氣瓶向CO2循環(huán)管道內(nèi)注入CO2，注入完畢后開(kāi)啟或加熱帶，使CO2循環(huán)管道內(nèi)的溫度達(dá)到CO2超臨界態(tài)所需的溫度后停止加熱，然后開(kāi)啟循環(huán)泵，使CO2循環(huán)管道內(nèi)部的CO2循環(huán)流動(dòng)，其中，壓力傳感器可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)CO2循環(huán)管道內(nèi)部的壓力，同時(shí)溫度傳感器可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)CO2循環(huán)管道內(nèi)部溫度，然后開(kāi)啟泄漏噴口進(jìn)行模擬超臨界CO2的泄漏。由上可知，使用上述模擬CO2管道輸運(yùn)及泄漏的裝置可以模擬管道內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)下CO2泄漏的情況,從而為研究流動(dòng)狀態(tài)CO2泄漏時(shí)的管道內(nèi)外情況提供了實(shí)驗(yàn)支撐。


為了更清楚地說(shuō)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(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)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。圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的模擬CO2管道輸運(yùn)及泄漏的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的泄漏噴頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2中A區(qū)域的局部放大圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的紋影系統(tǒng)的俯視圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的刀口光闌的側(cè)視圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的泄漏噴口的側(cè)視圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的曲面鏡的側(cè)視圖。附圖中標(biāo)記如下1-供氣瓶、2-閥門(mén)、3-過(guò)濾器、4-制冷箱、5-增壓泵、6-回止閥、7-緩沖罐、8-氣壓表、9-耐高壓電磁閥、10-壓力傳感器、11-溫度傳感器、12-排氣閥、13-觀察窗、14-應(yīng)變傳感器、15-振動(dòng)測(cè)量?jī)x、16-泄漏噴口、17-循環(huán)泵、18-孔板流量計(jì)、161-電磁閥、162-噴口底座、163-螺帽、164-噴頭、165-卡環(huán)、166-氣動(dòng)閥、201-紅外成像儀、202-曲面鏡、203-光源、204-凸透鏡、205-高速攝影機(jī)、206-刀口光闌、207-反射鏡、208-熱電偶。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的目的在于提供一種模擬CO2管道輸運(yùn)及泄漏的裝置，該模擬CO2泄漏裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以有效地解決此前無(wú)法真實(shí)反映流動(dòng)狀態(tài)下CO2泄漏的管道內(nèi)外情況的問(wèn)題。下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。請(qǐng)參閱圖1-圖7，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的模擬CO2管道輸運(yùn)及泄漏的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的泄漏噴頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2中A區(qū)域的局部放大圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的紋影系統(tǒng)的俯視圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的刀口光闌的側(cè)視圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的泄漏噴口的側(cè)視圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的曲面鏡的側(cè)視圖。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的模擬CO2管道輸運(yùn)及泄漏的裝置，包括CO2循環(huán)管道，通過(guò)閥門(mén)2與所述CO2循環(huán)管道連通的供氣瓶I，纏繞于CO2循環(huán)管道上的加熱帶和設(shè)置于CO2循環(huán)管道的管壁上并與CO2循環(huán)管道內(nèi)部連通的可開(kāi)啟和關(guān)閉的泄漏噴口 16 ;并且CO2循環(huán)管道上串接有循環(huán)泵17和孔板流量計(jì)18，且連接有排氣閥12，且CO2循環(huán)管道上還設(shè)置有用于監(jiān)測(cè)CO2循環(huán)管道內(nèi)部壓力的壓力傳感器10和用于監(jiān)測(cè)CO2循環(huán)管道內(nèi)部溫度的溫度傳感器11。應(yīng)用本發(fā)明實(shí)施例提供的模擬CO2管道輸運(yùn)及泄漏的裝置時(shí)，可首先利用供氣瓶I向CO2循環(huán)管道內(nèi)注入CO2，注入完畢后開(kāi)啟加熱帶，使CO2循環(huán)管道內(nèi)的溫度達(dá)到CO2超臨界態(tài)所需的溫度后停止加熱，然后開(kāi)啟循環(huán)泵17，使CO2循環(huán)管道內(nèi)部的CO2循環(huán)流動(dòng)，其中，壓力傳感器10可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)CO2循環(huán)管道內(nèi)部的壓力和溫度傳感器11可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)CO2循環(huán)管道內(nèi)部溫度，然后開(kāi)啟泄漏噴口 16進(jìn)行模擬超臨界CO2的泄漏。由上可知，使用上述模擬CO2管道輸運(yùn)及泄漏的裝置可以模擬管道內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)的CO2泄漏的情況，從而可為研究流動(dòng)狀態(tài)的CO2泄漏時(shí)管道內(nèi)外的情況提供實(shí)驗(yàn)支撐。其中，為了便于監(jiān)測(cè)CO2循環(huán)管道內(nèi)超臨界CO2的流動(dòng)速度，還在CO2循環(huán)管道上串接孔板流量計(jì)18，并且可以根據(jù)孔板流量計(jì)18所測(cè)量的CO2循環(huán)管道內(nèi)超臨界CO2的流動(dòng)速度，調(diào)整循環(huán)泵17的功率，以改變CO2循環(huán)管道內(nèi)超臨界CO2的流動(dòng)速度。排氣閥12可以起到過(guò)壓保護(hù)和排放氣體的作用。其中，供氣瓶I的閥門(mén)2與CO2循環(huán)管道之間還依次串接有過(guò)濾器3、制冷箱4、增壓泵5、回止閥6、緩沖罐7和耐高壓電磁閥9，且緩沖罐7上還設(shè)置于用于測(cè)量其內(nèi)部氣壓的氣壓表8，即供氣瓶I的閥門(mén)2與過(guò)濾器3的進(jìn)氣口相連通，過(guò)濾器3的出氣口與制冷箱4的進(jìn)氣口相連通，制冷箱4的出氣口與增壓泵5的進(jìn)氣口相連通，增壓泵5的出氣口與回止閥6的進(jìn)氣口相連通，回止閥6的出氣口與緩沖罐7的進(jìn)氣口相連通，緩沖罐7的出氣口與耐高壓電磁閥的進(jìn)氣口相連通，耐高壓電磁閥的出氣口直接與CO2循環(huán)管道相連通。供氣瓶I中的CO2由供氣瓶I的閥門(mén)2排出后進(jìn)入過(guò)濾器3以除去其中的雜質(zhì)和水汽，凈化后的CO2氣體進(jìn)入制冷箱4 (制冷箱4的控溫下限為_(kāi)50°C )，成為低溫液態(tài)CO2,低溫液態(tài)CO2再利用增壓泵5注入到緩沖罐7內(nèi)，進(jìn)而通過(guò)耐高壓電磁閥9注入CO2循環(huán)管道。緩沖罐7的容積可以為20L，最大承壓為16Mpa。如此設(shè)置，并非將CO2直接注入CO2循環(huán)管道，而是先將CO2冷卻液化，再利用增壓泵5進(jìn)行注入，極大的提高了注入效率。此過(guò)程中，緩沖罐7內(nèi)的壓力要高于CO2的超臨界壓力，以備后續(xù)補(bǔ)氣所用。其中，制冷箱4包括冷卻管路和冷卻壓縮機(jī)。其中各個(gè)部件之間均可以采用高壓不銹鋼管連通。其中，供氣瓶I的數(shù)量可以為多個(gè)，且多個(gè)供氣瓶I并聯(lián)設(shè)置，每個(gè)供氣瓶I的出氣口均連接一個(gè)閥門(mén)2。即每個(gè)供氣瓶I的出氣口均獨(dú)立連接一個(gè)閥門(mén)2，從各個(gè)供氣瓶I的閥門(mén)2流出的氣體可匯合后注入CO2循環(huán)管道，供氣瓶I可以為高壓氣瓶，由于CO2比空氣的密度大，所以在實(shí)際使用者，可以使供氣瓶I的瓶口稍向下傾斜。多個(gè)供氣瓶I之間或與其它裝置之間可以通過(guò)耐高壓不銹鋼氣管(承壓強(qiáng)度15Mpa)連通。具體的，為了測(cè)量CO2循環(huán)管道管壁的振動(dòng)頻率可以在CO2循環(huán)管道的管壁上設(shè)置振動(dòng)測(cè)量?jī)x15，為了測(cè)量CO2循環(huán)管道管壁的應(yīng)力變化，可以在CO2循環(huán)管道的管壁上設(shè)置應(yīng)變傳感器14，其中振動(dòng)測(cè)量?jī)x15和應(yīng)變傳感器14可以同時(shí)設(shè)置，也可以單獨(dú)設(shè)置。另夕卜，壓力傳感器10、溫度傳感器11、振動(dòng)測(cè)量?jī)x15和應(yīng)變傳感器14的數(shù)量可以均為多個(gè)。其中壓力傳感器10和溫度傳感器11可以接入CO2循環(huán)管道的截面中心處。其中，泄漏噴口 16可以具體包括具有螺紋的噴口底座162、與噴口底座162配合的螺帽163和噴頭164，并且噴頭164的側(cè)壁上具有突出的環(huán)形凸起，噴頭164的環(huán)形凸起壓緊于噴口底座162和螺帽163之間以將噴頭164固定，且噴口底座162和噴頭164上均開(kāi)設(shè)有相互連通的泄漏通孔，且泄漏通孔通過(guò)氣動(dòng)閥166與CO2循環(huán)管道內(nèi)部連通。噴頭164可以穿過(guò)螺帽163，另外，噴頭164和螺帽163之間還可以設(shè)置卡環(huán)165。其中噴頭164可以通過(guò)螺紋配合與氣動(dòng)閥166連接。其中，噴頭164的泄漏通孔的長(zhǎng)度可以在3cm左右。具體的，可以預(yù)制多個(gè)噴頭164，且多個(gè)噴頭164的泄漏通孔的形狀和尺寸均不相同，如此可以通過(guò)更換噴頭164實(shí)現(xiàn)模擬CO2從不同形狀和尺寸的泄漏孔的情況，比如孔的形狀可以為圓形、矩形或者菱形等。當(dāng)然多個(gè)噴頭164的泄漏通孔可以僅形狀不同或者尺寸不同，還可以形狀尺寸均不同。更換時(shí)，可以擰下螺帽163抽走卡環(huán)165便可進(jìn)行噴頭164的更換。
其中，氣動(dòng)閥166與驅(qū)動(dòng)該氣動(dòng)閥166開(kāi)啟或閉合的空氣壓縮機(jī)之間設(shè)置有電磁閥161，電磁閥161控制空氣壓縮機(jī)的開(kāi)啟或關(guān)閉。如此設(shè)置，可以遠(yuǎn)程控制電磁閥161，以實(shí)現(xiàn)泄漏噴頭開(kāi)閉的遠(yuǎn)程控制。進(jìn)一步地，氣動(dòng)閥166可以通過(guò)三通管與CO2循環(huán)管道連通，且所述三通管的兩個(gè)進(jìn)氣口通過(guò)多個(gè)螺栓和法蘭與CO2循環(huán)管道串接，且多個(gè)螺栓均勻的沿所述CO2循環(huán)管道的周向分布，氣動(dòng)閥166與三通管的出氣口連接。如此設(shè)置，只要拆卸螺栓后將三通管周向轉(zhuǎn)動(dòng)，然后再進(jìn)行連接，就可以改變泄漏噴口 16的噴射方向或角度，從而可以實(shí)現(xiàn)模擬不同噴射方向的超臨界CO2泄漏，可以盡量還原實(shí)際管道中的泄漏過(guò)程。三通管可以為“T”型管。優(yōu)選地，相鄰的兩個(gè)螺栓與CO2循環(huán)管道的截面的圓心的連線之間的夾角為30°。還可以在CO2循環(huán)管道的管壁上還設(shè)置有與管壁密封連接的觀察窗13，觀察窗13包括與所述CO2循環(huán)管道串接的筒狀框架和鑲嵌于所述筒狀框架中的透明材料。其中觀察窗13的數(shù)量可以為多個(gè)?？梢圆捎娩撝仆矤羁蚣艽尤隒O2循環(huán)管道，該筒狀框架可以外部為方形，內(nèi)部為圓形，且內(nèi)部的內(nèi)徑與CO2循環(huán)管道的內(nèi)徑相同，如此設(shè)置更加方便透明材料的安裝，框架的兩端可以通過(guò)螺紋連接的方式與CO2循環(huán)管道串接，透明材料可以為耐高壓玻璃，其通過(guò)螺栓鑲嵌于筒狀框架中，并通過(guò)密封圈密封。該觀察窗13可以安裝在泄漏噴口 16的附近，以便于觀察。其中耐高壓玻璃可以為矩形的，其寬度可以為2cm，長(zhǎng)度可以為10cm，長(zhǎng)度沿著CO2循環(huán)管道的軸向設(shè)置。具體的，CO2循環(huán)管道整體可以為矩形管道，且矩形管道的拐角處設(shè)置為圓角結(jié)構(gòu)。CO2循環(huán)管道的材料可以為不銹鋼的，其內(nèi)徑可以為30_，管壁厚可以為5_，圓角半徑可以為O. 25m，矩形管道的兩個(gè)長(zhǎng)邊可以為10m，兩個(gè)短邊可以為2m，總長(zhǎng)度約25m，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)其承壓上限為12Mpa。其中將矩形管道的拐角處設(shè)置為圓角結(jié)構(gòu)，可以防止流動(dòng)的超臨界CO2在拐角處產(chǎn)生撞擊，造成較大的損耗。其中，泄漏噴口 16可以設(shè)置在矩形管道的長(zhǎng)邊上。具體在進(jìn)行加工時(shí)，CO2循環(huán)管道可以分段加工，即先加工多段CO2循環(huán)管道單體，再通過(guò)法蘭盤(pán)將多段CO2循環(huán)管道單體進(jìn)行連接。具體的，加熱帶可以包括靠近CO2循環(huán)管道的加熱層和設(shè)置于加熱層外圍的保溫層，且加熱層內(nèi)部設(shè)置有玻纖或者耐熱樹(shù)脂包裹的電加熱絲。其中，靠近CO2循環(huán)管道的加熱層可以為尼龍層，保溫層可以防止溫度過(guò)快向環(huán)境耗散。加熱帶還可以分段纏繞在0)2循環(huán)管道上，總功率可以為10kw，以便使管道快速升溫。其中，該模擬CO2管道輸運(yùn)及泄漏的裝置還可以包括主控計(jì)算機(jī)，并且主控計(jì)算機(jī)接收壓力傳感器10和溫度傳感器11的測(cè)量結(jié)果，并控制增壓泵5或者排氣閥12的開(kāi)啟或者閉合和加熱帶的工作狀態(tài)，如此設(shè)置將壓力傳感器10通過(guò)主控計(jì)算機(jī)與增壓泵5和排氣閥12實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，將溫度傳感器11與加熱帶實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。其中，還可以在泄漏噴口 16外側(cè)設(shè)置紋影系統(tǒng)，其中紋影系統(tǒng)包括光源203、設(shè)置于光源203前方的凸透鏡204、反射鏡207、曲面鏡202、高速攝影機(jī)205和設(shè)置于所述高速攝影機(jī)205的鏡頭前的刀口光闌206，光源203發(fā)出的光經(jīng)反射鏡207和曲面鏡202的反射照射于高速攝影機(jī)上且經(jīng)過(guò)泄漏噴口 16，還包括紅外成像儀201和設(shè)置于泄漏噴口 16前方的熱電偶208。如此可觀測(cè)泄漏噴口 16噴射流的物理形貌特征和密度場(chǎng)變化規(guī)律；利用熱紅外成像儀201及高精度熱電偶可測(cè)量泄漏射流場(chǎng)的溫度變化規(guī)律，為擴(kuò)散預(yù)警提供參考依據(jù)。在使用上述整套裝置進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，首先打開(kāi)回止閥6以及耐高壓電磁閥9，關(guān)閉放氣閥，以保證注氣路線暢通。開(kāi)啟制冷箱4和增壓泵5，然后分別打開(kāi)各個(gè)供氣瓶I的閥門(mén)2開(kāi)始注氣。氣瓶?jī)?nèi)流出的高壓CO2在制冷箱4的冷卻回路中液化，并不斷由增壓泵5打入緩沖罐7，最終到達(dá)CO2循環(huán)管道。當(dāng)CO2循環(huán)管道內(nèi)的壓力接近實(shí)驗(yàn)規(guī)定壓力時(shí)(此時(shí)不需要完全達(dá)到設(shè)定值，因?yàn)橹蟮募訜徇^(guò)程會(huì)使管內(nèi)氣壓再次增加)，關(guān)閉緩沖罐7后的耐高壓電磁閥9，停止對(duì)CO2循環(huán)管道內(nèi)注氣，但繼續(xù)向緩沖罐7內(nèi)注氣，當(dāng)緩沖罐7內(nèi)的壓力達(dá)到某特定數(shù)值時(shí)，關(guān)閉增壓泵5以及泵后回止閥6，關(guān)閉制冷箱4，關(guān)閉所有供氣瓶I的閥門(mén)2，初步注氣階段完成。隨后啟動(dòng)加熱帶進(jìn)行整體加熱，以使CO2循環(huán)管道內(nèi)CO2達(dá)到設(shè)定溫度，并形成超臨界態(tài)，加熱的過(guò)程中，CO2循環(huán)管道內(nèi)流體的溫度和壓力通過(guò)傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。加熱帶和溫度傳感器11通過(guò)主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，當(dāng)CO2循環(huán)管道內(nèi)溫度超過(guò)設(shè)定值某一微小特定值后，加熱帶停機(jī)；當(dāng)溫度低于設(shè)定值某一微小特定值，加熱帶再次工作，以保證CO2循環(huán)管道內(nèi)基本處于恒溫狀態(tài)。對(duì)于壓力控制，同樣采取增壓泵5、排氣閥12、壓力傳感器10及主控計(jì)算機(jī)聯(lián)動(dòng)控制的方式，當(dāng)壓力低于設(shè)定值某一特定范圍時(shí)，緩沖罐7后耐高壓電磁閥9開(kāi)啟，由緩沖罐7對(duì)CO2循環(huán)管道進(jìn)行注氣，達(dá)到設(shè)定值后耐高壓電磁閥9自動(dòng)關(guān)閉；如壓力高于設(shè)定值某一特定范圍，排氣閥12開(kāi)啟，直到壓力下降到設(shè)定值后關(guān)閉。當(dāng)CO2循環(huán)管道內(nèi)壓力和溫度均達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)定范圍后，整個(gè)注氣階段結(jié)束。為模擬超臨界態(tài)CO2的管道流動(dòng)輸運(yùn)過(guò)程，需啟動(dòng)循環(huán)泵17，根據(jù)孔板流量計(jì)18的示數(shù)調(diào)整循環(huán)泵17的功率，以使超臨界態(tài)CO2達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需流速。達(dá)到穩(wěn)定循環(huán)流動(dòng)狀態(tài)后，遠(yuǎn)程開(kāi)啟氣動(dòng)閥166。如此多次實(shí)驗(yàn)可以實(shí)時(shí)記錄超臨界CCV流體在不同初始?jí)毫?、溫度、流速以及不同泄漏通孔尺寸的瞬態(tài)失壓條件下相關(guān)參數(shù)變化，同時(shí)可以擴(kuò)充紅外圖像采集系統(tǒng)、紋影系統(tǒng)、音頻采集系統(tǒng)，對(duì)泄漏行為進(jìn)行多參數(shù)綜合監(jiān)測(cè)。利用本裝置可以精確測(cè)量超臨界態(tài)CO2在運(yùn)輸管道泄漏或破裂等瞬態(tài)失壓情況下熱物理、氣動(dòng)參量，為系統(tǒng)深入研究運(yùn)輸管道中高壓CO2在泄漏各階段中特征物理量(如CO2循環(huán)管道內(nèi)壓力、泄漏率、泄漏射流速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、泄漏維持及衰變特征時(shí)間、射流氣體擴(kuò)散速率)的變化規(guī)律提供可靠實(shí)驗(yàn)支撐。本說(shuō)明書(shū)中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見(jiàn)即可。對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種模擬CO2管道輸運(yùn)及泄漏的裝置，其特征在于，包括CO2循環(huán)管道，通過(guò)閥門(mén)(2)與所述CO2循環(huán)管道連通的供氣瓶(I )，纏繞于所述CO2循環(huán)管道上的加熱帶和設(shè)置于所述CO2循環(huán)管道的管壁上并與其內(nèi)部連通的可開(kāi)啟和關(guān)閉的泄漏噴口(16)； 所述CO2循環(huán)管道上串接有循環(huán)泵(17)和孔板流量計(jì)(18)，且連接有排氣閥(12)，且所述CO2循環(huán)管道上還設(shè)置有用于監(jiān)測(cè)CO2循環(huán)管道內(nèi)部壓力的壓力傳感器(10)和用于監(jiān)測(cè)CO2循環(huán)管道內(nèi)部溫度的溫度傳感器(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬CO2管道輸運(yùn)及泄漏的裝置，其特征在于，所述供氣瓶(I)的閥門(mén)(2)與所述CO2循環(huán)管道之間還依次串接有過(guò)濾器(3)、制冷箱(4)、增壓泵(5)、回止閥(6)、緩沖罐(7)和耐高壓電磁閥(9)，且所述緩沖罐(7)上還設(shè)置有用于測(cè)量其內(nèi)部氣壓的氣壓表(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬CO2管道輸運(yùn)及泄漏的裝置，其特征在于，還包括架設(shè)于所述CO2循環(huán)管道的管壁上的振動(dòng)測(cè)量?jī)x(15)和應(yīng)變傳感器(14)，且所述壓力傳感器(10)、溫度傳感器(11)、振動(dòng)測(cè)量?jī)x(15)和應(yīng)變傳感器(14)的數(shù)量均為多個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬CO2管道輸運(yùn)及泄漏的裝置，其特征在于，所述泄漏噴口(16)具體包括具有螺紋的噴口底座(162)、與所述噴口底座(162)配合的螺帽(163)和噴頭(164)，所述噴頭(164)的側(cè)壁上具有突出的環(huán)形凸起，所述噴頭(164)的環(huán)形凸起壓緊于所述噴口底座(162)和螺帽(163)之間以將所述噴頭(164)固定，且所述噴口底座(162)和噴頭(164)上均開(kāi)設(shè)有相互連通的泄漏通孔，且所述通孔通過(guò)氣動(dòng)閥(166)與所述CO2循環(huán)管道內(nèi)部連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模擬CO2管道輸運(yùn)及泄漏的裝置，其特征在于，所述氣動(dòng)閥(166)與驅(qū)動(dòng)其開(kāi)啟或閉合的空氣壓縮機(jī)之間設(shè)置有電磁閥(161 )，所述電磁閥(161)控制所述空氣壓縮機(jī)的開(kāi)啟或關(guān)閉。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的模擬CO2管道輸運(yùn)及泄漏的裝置，其特征在于，所述氣動(dòng)閥(166)通過(guò)三通管與所述CO2循環(huán)管道連通，且所述三通管的兩個(gè)進(jìn)氣口通過(guò)多個(gè)螺栓和法蘭與CO2循環(huán)管道串接，且多個(gè)螺栓均勻的沿所述CO2循環(huán)管道的周向分布，所述氣動(dòng)閥(166)與所述三通管的出氣口連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬CO2管道輸運(yùn)及泄漏的裝置，其特征在于，所述CO2循環(huán)管道的管壁上還設(shè)置有與管壁密封連接的觀察窗(13)，所述觀察窗(13)包括與所述CO2循環(huán)管道串接的筒狀框架和鑲嵌于所述筒狀框架的側(cè)壁上的透明材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的模擬CO2管道輸運(yùn)及泄漏的裝置，其特征在于，所述框架通過(guò)螺紋連接的方式與所述CO2循環(huán)管道串接，所述透明材料為耐高壓玻璃，其通過(guò)螺栓鑲嵌于所述筒狀框架的側(cè)壁上，并通過(guò)密封圈密封。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬CO2管道輸運(yùn)及泄漏的裝置，其特征在于，所述加熱帶包括靠近所述CO2循環(huán)管道的加熱層和設(shè)置于所述加熱層外圍的保溫層，且所述加熱層內(nèi)部設(shè)置有玻纖或者耐熱樹(shù)脂包裹的電加熱絲。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬CO2管道輸運(yùn)及泄漏的裝置，其特征在于，還包括主控計(jì)算機(jī)，且所述主控計(jì)算機(jī)接收所述壓力傳感器(10)和溫度傳感器(11)的測(cè)量結(jié)果，并控制所述增壓泵(5 )或者排氣閥(12 )的開(kāi)啟或者閉合和所述加熱帶的工作狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種模擬CO2管道輸運(yùn)及泄漏的裝置，包括CO2循環(huán)管道，通過(guò)閥門(mén)與所述CO2循環(huán)管道連通的供氣瓶，纏繞于所述CO2循環(huán)管道上的加熱帶和設(shè)置于所述CO2循環(huán)管道的管壁上并與其內(nèi)部連通的可開(kāi)啟和關(guān)閉的泄漏噴口；所述CO2循環(huán)管道上串接有循環(huán)泵和孔板流量計(jì)，且連接有排氣閥，且所述CO2循環(huán)管道上還設(shè)置有用于監(jiān)測(cè)CO2循環(huán)管道內(nèi)部壓力的壓力傳感器和用于監(jiān)測(cè)CO2循環(huán)管道內(nèi)部溫度的溫度傳感器。使用上述裝置可以模擬管道內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)的CO2泄漏的情況。
文檔編號(hào)G01M9/08GK103063400SQ20121055534
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月19日
發(fā)明者謝啟源, 涂然, 周學(xué)進(jìn), 李康, 姜羲 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)