[發明專利]一種水下管道可燃氣泄漏擴散相似模型試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 202111148448.4
• 申請日: 2021-09-27
• 公開（公告）號: CN113884274A
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 曹楊;王紅紅;王魁濤;劉濤;周偉;馬晨波;呂松松;陳坤亮;郝靜敏;胡忠前;張海娟;劉國恒
• 申請（專利權）人: 中國海洋石油集團有限公司;中海油研究總院有限責任公司
• 主分類號: G01M9/08
• 分類號: G01M9/08
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 孫楠

本發明涉及一種水下管道可燃氣泄漏擴散相似模型試驗裝置及方法，其包括：可燃氣泄漏控制與監測系統，包括氣源罐，氣源罐的輸出端經管道依次與驅動泵、緩沖罐和泄漏釋放器的一端連接，泄漏釋放器的另一端經管道也連接至氣源罐的輸出端；用于模擬不同工況條件下海底管道可燃氣的泄漏擴散情況；水流模擬系統，包括模擬水池，泄漏釋放器設置在模擬水池內，用于模擬海上流動特征參數，在不同流速、深度以及泄漏擴散工況條件下，海底管道可燃氣泄漏后在水中的運動軌跡和擴散特征；可燃氣排放收集系統，包括，罩設在模擬水池外部的集氣罩，用于對試驗過程中的產生的可燃氣進行排除與收集。本發明能模擬不同泄漏擴散條件下水中可燃氣運移行為和羽流的形態特征。

技術領域

本發明涉及一種海洋石油天然氣領域，特別是關于一種水下管道可燃氣泄漏擴散相似模型試驗裝置及方法。

背景技術

目前，海洋石油是未來石油與天然氣開采的重要方向。海底管道是海洋油氣輸運的主要通道。由于外力、內外腐蝕、第三方破壞等各種客觀因素的存在，導致海底管道被破壞，并發生可燃氣泄漏事故，是海洋石油開發過程中最常見的事故類型之一。開展海底管道可燃氣泄漏定量風險評價是對海洋石油安全評價與分析的重要工作內容之一。但是，海底管道可燃氣泄漏擴散過程往往很難監測與觀察，同時受到海流環境等眾多因素的影響，導致泄漏的可燃氣在海水中擴散行為未知性增大，這也直接導致了溢出海面之上的可燃氣擴散行為預測，以上存在的問題導致難以開展真實環境下的可燃氣泄漏擴散行為研究。盡管能夠通過數值模擬的手段，對海底管道可燃氣泄漏擴散進行模擬研究，但是其模擬結果的準確性難以獲得驗證。因此，基于以上存在的問題，很難獲取有價值的數據支持開展海底管道可燃氣泄漏定量風險評價工作。

根據目前的研究發現，國內外水下氣體泄漏擴散主要集中在氣體羽流上升擴散的規律研究，以及不同釋放工況、海面環境風耦合作用下的氣體溢出水面濃度分布，以及形成點火與燃燒現象的研究。然而對于不同水流流速條件下的可燃氣泄漏擴散行為的研究較少。現有技術中的水下氣相管道泄漏與擴散試驗裝置，用于水下氣體管道泄漏量評估和水環境下氣體的擴散過程及水面涌流效應研究。但是試驗條件相對單一，對外界環境控制程度差，且不涉及有水流環境條件下的氣體泄漏擴散規律的研究。現有技術中的基于氣泡聲學的水下氣體泄漏量的檢測方法和檢測裝置，主要是監測水下氣體泄漏量，觀測水下氣體泄漏運動行為，并不能對水流條件下的氣泡行為進行觀測與研究。現有技術中的用于水下氣體泄漏擴散及燃燒的試驗系統，主要用于不同釋放速率、不同釋放深度、不同孔徑、泄漏位置等條件下水下氣體泄漏擴散行為規律及其火焰燃燒特性，但是該試驗系統并不能研究不同水流流速對氣體擴散行為的影響規律。現有技術中的水下輸氣管道泄漏擴散實驗模擬裝置及實驗方法，主要用于研究不同泄漏孔徑、不同泄漏方向、不同泄漏深度工況下的泄漏特性。但是該實驗系統并不能研究不同水流流速情況下的泄漏氣體運動特性。

因此，以上現有技術對水下氣體在不同水流流速情況下泄漏擴散行為的研究不全面。此外，以上現有技術中的不涉及如何對真實海底管道泄漏擴散條件進行相似縮比，即對氣體泄漏擴散相似模型研究并不全面。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種水下管道可燃氣泄漏擴散相似模型試驗裝置及方法，模擬在不同泄漏擴散條件下的水中可燃氣運移行為和形態特征，為海底管道可燃氣泄漏數值模擬提供數據驗證，為海底管道泄漏定量風險評價工作提供數據支持。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種水下管道可燃氣泄漏擴散相似模型試驗裝置，其包括：可燃氣泄漏控制與監測系統，包括氣源罐，所述氣源罐的輸出端經管道依次與驅動泵、緩沖罐和泄漏釋放器的一端連接，所述泄漏釋放器的另一端經管道也連接至所述氣源罐的輸出端；用于模擬不同工況條件下海底管道可燃氣的泄漏擴散情況；水流模擬系統，包括模擬水池，所述泄漏釋放器設置在所述模擬水池內，用于模擬海上流動特征參數，在不同流速、深度以及泄漏擴散工況條件下，海底管道可燃氣泄漏后在水中的運動軌跡和擴散特征；可燃氣排放收集系統，包括集氣罩，罩設在所述模擬水池的外部，用于對試驗過程中的產生的可燃氣進行排除與收集。

進一步，所述可燃氣泄漏控制與監測系統還包括：