CN106370453A - 一种lng/ng管路泄漏的堵漏实验*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LNG/NG管路泄漏的堵漏实验***，包括LNG杜瓦瓶、LN2杜瓦瓶、壳管式低温换热器、带视窗的压力水箱、泄漏模块、温度传感器、压力传感器、带控温装置的水箱、变速电机和涡扇等。本发明通过壳管式低温换热器改变泄漏工质温度，通过调节杜瓦瓶上的自增压阀和泄漏模块后的可调压力背压阀调节泄漏压力；通过电磁阀控制LNG/NG的泄漏时间；通过带控温装置的水箱和水泵，控制进入带视窗的压力水箱中的水的温度和流速；通过改变调速电机的转速，控制涡扇的转速，从而模拟涡流搅动对堵漏效果的影响；通过低温盛液罐和储气罐接收泄漏管线流过的LNG/NG，并将产生的废气通过排气管线和排气桅排放到大气中，保证实验的安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种低温液体管路泄漏的堵漏实验***，更具体地说，涉及一种LNG/NG水域和陆域管路泄漏的堵漏实验***。
背景技术
天然气(Natural Gas，简称NG)作为化石能源中污染最少的能源，热值相应高于煤炭与石油，我国正大力提高NG在能源消费结构中的比重。随着运输距离的增加，海底管路与LNG(Liquid Natural Gas)船舶运输量正在快速增加。当海底管路发生破裂、LNG船舶发生海上运输事故或LNG码头装卸货过程中都有可能造成LNG水域/陆域泄漏，通过统计以往发生的LNG/NG泄漏事故发现，绝大多数的泄漏事故是由于操作不当或事故而造成的管路泄漏。而LNG/NG管路泄漏的主要特点是温差较大(超过175K)；泄漏出的液体温升速率高，产气量大；产生的气体或泄漏出的气体由于与外界换热，其密度变化较大；产生的气体具有可燃性，需要特别处理等。
目前，在模拟管路堵漏实验的设计中，有研究者综合分析了船舶管路泄漏形式，采用模块化和并行设计方法，开发了船舶管路堵漏实验平台，该平台可以同时进行多种船舶管路泄漏故障的堵漏实验。相关文章包括：刘乔,何世平,郭文勇,吴新跃.船舶管路堵漏实验平台的设计[J].实验室科学，2012(6):179-182.。未发现有相关专利文件。
已发现的相关实验***的研究主要集中在分析船舶管路常见泄漏形式和堵漏方法，结合管路中的介质(油、水、蒸汽、气体等)、压力情况(带压堵漏、无压堵漏)，设计管路堵漏实验平台，设计出的实验平台可以模拟常温下水在陆域的泄漏堵漏情况。但由于LNG/NG的低温特性和不安全性，以及考虑到实验平台可提供实验条件的多样性，需要对实验***进行相关特殊考虑与设计。目前，尚未发现有针对低温液体/气体在水域/陆域条件下由于管路破裂而导致的泄漏和堵漏实验平台研究与开发。如使用现有的研究平台进行泄漏堵漏实验，会出现以下几点问题：1)无法通过实验平台完成低温液体/气体泄漏控制；2)无法通过实验平台完成水下堵漏操作；3)实验平台无法在具有可燃性和可爆性的实验对象中使用。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要研制一种能够完成低温液体/气体泄漏控制、能够完成水下堵漏操作、可在具有可燃性和可爆性的实验对象中使用的LNG/NG水域或陆域管路泄漏的堵漏实验***。
一种LNG/NG管路泄漏的堵漏实验***，包括控制模块、LNG/NG陆域泄漏模块、LNG/NG水域泄漏模块和堵漏操作模块；
所述控制模块包括存放堵漏对象LNG的LNG自增压杜瓦瓶、存放LN2的LN2自增压杜瓦瓶和管壳式低温换热器，为LNG/NG陆域泄漏模块和水域泄漏模块提供温度和压力可控的LNG/NG；
所述LNG自增压杜瓦瓶的LNG出口阀和NG气体出口阀分别通过气液转换三向阀A与管壳式低温换热器连接，所述LN2自增压杜瓦瓶的N2出口阀/除气阀与管壳式低温换热器连接；所述LN2自增压杜瓦瓶的LN2出液阀经预冷三向阀与管壳式低温换热器连接；
所述管壳式低温换热器经LNG/NG出口单向阀连接主进液/气截止阀，所述预冷三向阀经预冷单向阀连接主进液/气截止阀；所述主进液/气截止阀的另一端连接气液转换三向阀B；所述气液转换三向阀B的另两端分别连接低温液体流量计和低温气体流量计；所述低温液体流量计经进液电磁阀连接进液三向阀；所述低温气体流量计经进气电磁阀连接进气三向阀；
所述进液三向阀与水域泄漏单元进液单向阀相连；所述进气三向阀与水域泄漏单元进气单向阀相连；
所述LNG/NG陆域泄漏模块包括液体泄漏单元、气体泄漏单元、低温盛液罐、储气罐和排气桅。
所述液体泄漏单元两端分别连接带法兰的单向阀A和带法兰的单向阀B，所述带法兰的单向阀A通过液体管路与进液三向阀连接，所述带法兰的单向阀A与进液三向阀之间的液体管路上连接有排气管路、第二温度传感器T2和第二压力传感器P2；
所述气体管路经单向旋塞阀A连接到储气罐；低温盛液罐经单向旋塞阀D连接到储气罐，储气罐经排气单向阀与排气桅相连；
所述带法兰的单向阀B经可调压力背压阀C连接到低温盛液罐；
所述气体泄漏单元两端分别连接带法兰的单向阀E和带法兰的单向阀F，所述带法兰的单向阀E通过气体管路与进气三向阀连接，所述带法兰的单向阀E与进气三向阀之间的气体管路上连接有排气管路、第四温度传感器T4和第四压力传感器P4；
所述排气管路经单向旋塞阀C连接到储气罐；
所述带法兰的单向阀F经可调压力背压阀D连接到储气罐，并最终经排气桅排放到大气中；
所述LNG/NG水域泄漏模块包括水域泄漏单元、带视窗的压力水箱、水泵、带控温装置的水箱、低温盛液罐、储气罐和排气桅。
所述水域泄漏单元进液单向阀和水域泄漏单元进气单向阀之间连接气液混合管路，所述气液混合管路经第三温度传感器T3、第三压力传感器P3和带法兰的单向阀C连接到水域泄漏单元，所述水域泄漏单元经带法兰的单向阀D和排液/气三向阀分别连接到可调压力背压阀C和可调压力背压阀D；
所述水域泄漏单元安装在带视窗的压力水箱中；
所述带视窗的压力水箱上设置第五温度传感器T5、第五压力传感器P5；
所述水域泄漏单元进液单向阀和水域泄漏单元进气单向阀之间的气液混合管路经单向旋塞阀B连接到储气罐；
所述带视窗的压力水箱经可调压力背压阀B连接到储气罐；
所述带视窗的压力水箱的入水口经注水阀和水泵与带控温装置的水箱相连；
所述带视窗的压力水箱的出水口经可调压力背压阀A与带控温装置的水箱相连；
所述带视窗的压力水箱经充气阀与高压氮气瓶相连；
所述堵漏操作模块包括推杆机械装置、堵漏剂储罐、堵漏剂喷嘴、涡扇和变速电机；
所述推杆机械装置安装在带视窗的压力水箱内，堵住水域泄漏单元上的漏口；
所述涡扇置于水域泄漏单元漏口前端，与变速电机连接；
所述堵漏剂喷嘴置于涡扇和水域泄漏单元漏口之间，经堵漏剂出口单向旋塞阀与堵漏剂储罐连接。
优选地，所述气液转换三向阀B与低温气体流量计之间连接伴热铜管。
优选地，所述管壳式低温换热器设置有用于监测管壳式低温换热器中的实验工质的温度第一温度传感器T1和实验工质的压力的第一压力传感器P1，设置有LN2出口阀；所述LNG自增压杜瓦瓶设置有自增压调节阀A，所述LN2自增压杜瓦瓶设置有自增压调节阀B。
优选地，所述储气罐经排气单向阀连接排气桅。
优选地，所述推杆机械装置包括气缸、推杆、弹簧对中型电磁换向阀和高压气瓶，所述高压气瓶通过气管与弹簧对中型电磁换向阀连接，所述弹簧对中型电磁换向阀与气缸连接，气缸中的推杆堵住水域泄漏单元上的漏口。
优选地，所述带视窗的压力水箱提供有透明窗口，透光率不小于92.5％，承压能力不小于1MPa。
优选地，所述第五温度传感器T5的探头设置于带视窗的压力水箱水面以下，所述第五压力传感器P5的探头设置于带视窗的压力水箱水面以上。
优选地，所述管路均采用低温真空双层不锈钢管。
优选地，所述进液电磁阀和进气电磁阀均选用本质安全性低温电磁阀。
本发明各模块及器件的工作原理如下：
控制模块为LNG/NG陆域泄漏模块和LNG/NG水域泄漏模块提供温度和压力可控的LNG/NG，用于模拟LNG/NG陆域和水域泄漏过程，经堵漏模块完成堵漏操作，并比较堵漏完成的效果。
LNG/NG陆域泄漏模块将LNG/NG从所述液体泄漏单元和气体泄漏单元漏出，并排放到大气环境中，实现陆域环境泄漏模拟。从所述液体泄漏单元和气体泄漏单元流过的LNG/NG流入所述低温盛液罐和储气罐，并最终以气体的形式从排气桅排出；
LNG/NG水域泄漏模块将LNG/NG经所述水域泄漏单元排放到所述带视窗的压力水箱中，带视窗的压力水箱中的水流和水温由所述水泵和带控温装置的水箱提供，以实现LNG/NG水域泄漏模拟。从所述水域泄漏单元流过的LNG/NG流入所述低温盛液罐和储气罐，并最终以气体的形式从排气桅排出；
堵漏操作模块实现LNG/NG水域泄漏的堵漏操作。
与LNG自增压杜瓦瓶和LN2自增压杜瓦瓶连接的管壳式低温换热器，在管壳式低温换热器中，通过控制注入的LN2来调节实验工质LNG/NG的温度；
设置于管壳式低温换热器中的第一温度传感器T1和第一压力传感器P1，用于监测管壳式低温换热器中的实验工质LNG/NG的温度和压力；
与管壳式低温换热器连接的低温液体流量计和低温气体流量计，用于监测实验工质的流量；
与低温液体流量计相连的进液电磁阀和与低温气体流量计相连的进气电磁阀，用于控制通入实验工质的启闭时间；
带控温装置的水箱通过水泵往带视窗的压力水箱供入温度和流量可控的水；
可调压力背压阀C和可调压力背压阀D分别用来调节液体泄漏单元和气体泄漏单元的排放压力，实现泄漏实验工质压力的变化调节；
与进液电磁阀和进气电磁阀相连的便于更换的液体泄漏单元和气体泄漏单元，用于模拟LNG管路泄漏和NG管路泄漏；
液体泄漏单元和气体泄漏单元，通过连接在其两端的带法兰的单向阀实现更换操作和方向控制；
低温盛液罐用于接收从液体泄漏单元流过的LNG低温液体，低温盛液罐通过单向旋塞阀D与储气罐相连，排出从低温盛液罐中蒸发的NG气体，消除压力过高和可燃气体在实验区域聚集的威胁；
储气罐用于接收从气体泄漏单元、废气管路和低温盛液罐流过的气体工质，储气罐通过排气单向阀与排气桅相连，消除压力过高和可燃气体在实验区域聚集的威胁；
带视窗的压力水箱提供LNG/NG水域泄漏空间，其上设置有透明窗口，用于为拍摄泄漏过程和堵漏过程提供可视化窗口；
第五温度传感器T5和第五压力传感器P5用于监测带视窗的压力水箱中水温变化；
推杆机械装置用于对水域泄漏单元进行启闭操作；
水域泄漏单元可以通入LNG液体，也可以通入NG气体，完成水域不同工质的泄漏模拟；
用于注入堵漏剂的喷嘴，正对水下泄漏模块，置于带视窗的压力水箱的水域中；
与堵漏剂喷嘴相连的堵漏剂储罐，可以提供压力可调的堵漏剂，用于进行水域堵漏操作；
涡扇可以改变局部水流旋流状态，与可调速电机相连，置于堵漏剂喷嘴后，模拟堵漏环境变化对堵漏效果的影响。
实施本发明的LNG/NG管路泄漏的堵漏实验***，具有以下有益效果：
1、本发明的实验***通过设计壳管式低温换热器改变泄漏工质温度，调节杜瓦瓶上的自增压阀和泄漏模块后的可调压力背压阀改变泄漏压力，使用进液电磁阀和进气电磁阀控制LNG/NG的泄漏时间，使用液体管路、气体管路、气液混合管路、低温液体流量计、气体流量计和其他相关阀件实现低温液体/气体管路连接、流量测量和流动方向与启闭控制，克服了现有实验***不能完成低温液体/气体泄漏控制的缺陷。
2、本发明使用带控温装置的水箱和水泵将一定流速和水温的水送入到带视窗的压力水箱中，并将水域泄漏单元安装其中，使用高压氮气瓶向带视窗的压力水箱中充气，改变水箱的工作压力以模拟不同水深工况，实现LNG/NG水域泄漏模拟；通过设置在压力水箱中的推杆机械装置完成水域泄漏的启闭操作；通过堵漏剂喷嘴向水域泄漏单元上的漏口位置喷注堵漏剂；控制改变调速电机的转速，从而改变涡扇转速，以模拟涡流搅动对堵漏效果的影响。克服了现有实验***不能完成水域泄漏与堵漏实验操作的缺陷。
3、本发明通过低温盛液罐接收从液体泄漏单元流过的液体工质，使用储气罐接收从气体泄漏单元、废气管路和低温盛液罐流过的气体工质，汇集到储气罐中的气体最终通过排气桅排放到大气中，保证实验的安全。克服了现有实验平台不能用于可燃、可爆工质的缺陷。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是本发明的推杆机械装置结构示意图。
图中：1-LNG自增压杜瓦瓶；2-LN2自增压杜瓦瓶；3-LNG出口阀；4-自增压调节阀A；5-NG出口阀；6-N2出口阀/除气阀；7-LN2出液阀；8-自增压调节阀B；9-气液转换三向阀A；10-预冷三向阀；11-管壳式低温换热器；12-LN2出口阀；13-预冷单向阀；14-LNG/NG出口单向阀；15-主进液/气截止阀；16-气液转换三向阀B；17-低温液体流量计；18-进液电磁阀；19-进液三向阀；20-单向旋塞阀A；21-带法兰的单向阀A；22-液体泄漏单元；23-带法兰的单向阀B；24-低温盛液罐；25-水域泄漏单元进液单向阀；26-伴热铜管；27-带法兰的单向阀C；28-带法兰的单向阀D；29-变速电机；30-涡扇；31-高压氮气瓶；32-充气阀；33-推杆机械装置；34-水泵；35-注水阀；36-可调压力背压阀A；37-带控温装置的水箱；38-带视窗的压力水箱；39-排液/气三向阀；40-低温气体流量计；41-进气电磁阀；42-进气三向阀；43-水域泄漏单元进气单向阀；44-单向旋塞阀B；45-可调压力背压阀B；46-单向旋塞阀C；47-带法兰的单向阀E；48-气体泄漏单元；49-带法兰的单向阀F；50-可调压力背压阀C；51-单向旋塞阀D；52-储气罐；53-排气单向阀；54-排气桅；55-水域泄漏单元；56-堵漏剂储罐；57-堵漏剂出口单向旋塞阀；58-堵漏剂喷嘴；59-可调压力背压阀D；60-气缸；61-弹簧对中型电磁换向阀；62-高压气瓶；63、推杆。
具体实施方式
本发明提供一种LNG/NG管路泄漏的堵漏实验***，下面结合附图对本发明的***进行详细说明。
图1是本发明实施例的结构示意图。LNG/NG管路泄漏的堵漏实验***包括：存放观察对象LNG和NG的LNG自增压杜瓦瓶1；存放LN2和N2的LN2杜瓦瓶2；与LNG自增压杜瓦瓶1和LN2杜瓦瓶2连接的管壳式低温换热器11，在管壳式低温换热器11中，通过控制注入的LN2来调节LNG管线中LNG的温度，和NG管线中NG的温度；设置于管线中，用于监测管壳式低温换热器11管路中LNG或NG工作温度的温度和压力的第一温度传感器T1和第一压力传感器P1；通过气液转换三向阀B16分别与低温液体流量计17和低温气体流量计40相连，分别记录进入流过液体泄漏单元22、气体泄漏单元48和水域泄漏单元55的液体和气体流量；在NG管路中，与气液转换三向阀16连接有伴热铜管26，将NG气体进行升温处理；分别与低温液体流量计17和低温气体流量计40连接的进液电磁阀18、进液三向阀19和进气电磁阀41、进气三向阀42，用于控制进入液体泄漏单元22、气体泄漏单元48和水域泄漏单元55启闭时刻和持续时间；所述进液三向阀19控制LNG选择进入液体泄漏单元22或水域泄漏单元55；所述进气三向阀用于控制NG选择进入气体泄漏单元48或水域泄漏单元55；所述液体泄漏单元22为LNG泄漏提供破损管路，所述气体泄漏单元48为NG泄漏提供破损管路，所述水域泄漏单元55为LNG/NG泄漏提供水域破损管路；用于监测进入所述液体泄漏单元22管路中LNG工作温度的温度和压力的第二温度传感器T2和第二压力传感器P2；所述液体泄漏单元22连接有可调压力背压阀C50，与所述LNG自增压杜瓦瓶1上的自增压调节阀A4一起控制从所述液体泄漏单元22泄漏的LNG的压力；用于监测进入所述气体泄漏单元48管路中LNG工作温度的温度和压力的第四温度传感器T4和第四压力传感器P4；所述气体泄漏单元48连接有可调压力背压阀D59，与所述LNG自增压杜瓦瓶1上的自增压调节阀A4一起控制从所述气体泄漏单元48泄漏的NG的压力；用于监测进入所述水域泄漏单元55管路中LNG/NG工作温度的温度和压力的第三温度传感器T3和第三压力传感器P3；用于模拟水域泄漏的所述水域泄漏单元55置于带视窗的压力水箱38中，泄漏口位于水面以下；用于为水域泄漏提供水域环境的带视窗的压力水箱38，透过视窗可以使用高速摄像机拍摄水域泄漏和堵漏过程；用于调节带视窗的压力水箱38中压力的可调压力背压阀B45和高压氮气瓶31，可调压力背压阀B45和高压氮气瓶31分别通过气体管路与带视窗的压力水箱38相连；用于喷射堵漏剂的喷嘴58和堵漏储罐56，堵漏剂喷嘴58置于水域泄漏单元55的泄漏口前，与储存堵漏剂的堵漏储罐56连接；用于在水域泄漏单元55泄漏口附近形成水漩涡的变速电机29和涡扇30，涡扇30置于堵漏剂喷嘴58后，与变速电机相连，搅动堵漏剂喷嘴58附近的水；用于调节带视窗的压力水箱38内水温的带温控装置的水箱37和水泵34，带温控装置的水箱37通过水管与带视窗压力水箱中38连接，带温控装置的水箱37和水泵34连接；用于接收流过液体泄漏单元22和水域泄漏单元55的LNG的低温盛液罐24，排气出口通过单向旋塞阀D51与储气罐52相连；用于接收流过气体泄漏单元48和水域泄漏单元55的NG和***中其他位置排气的储气罐52，排气出口通过放气单向旋塞阀53与排气桅54相连。
管壳式低温换热器11的结构是在LNG/NG管线外套接一个大容积的密封套管，LNG/NG流过管壳式低温换热器11的LNG/NG管路，将LN2通入密封套管环隙中，利用改变进入的LN2的流量来改变LNG/NG的温度。LN2的流量是通过调节LN2杜瓦瓶2上的LN2进液阀7的开度来实现的。伴热铜管26通过在铜质盘管周围设置电加热器，控制从管壳式低温换热器11中流过的NG气体温度。管壳式低温换热器11的设置解决了现有技术中无法通过实验平台改变LNG/NG气体温度，从而无法模拟不同泄漏工质温度条件下对堵漏效果影响的技术缺陷。
作为本发明的优选技术方案，LNG自增压杜瓦瓶1和LN2自增压杜瓦瓶2可提供压力在0.1MPa-1.4MPa范围内的LNG/NG和LN2/N2，在自增压调节阀A4、自增压调节阀B8、可调压力背压阀C50和可调压力背压阀D59的共同作用下，调节泄漏工质的压力。该方案可以为验证泄漏工质压力对堵漏效果的影响实验提供条件。
作为本发明的优选技术方案，带视窗的压力水箱38可承受压力不小于1Mpa，以保证实验可以模拟水下10米泄漏条件，钢制热交换器4上的透明窗口的透光率不小于92.5％，以便于观察。带视窗的压力水箱38上的透明窗口采用15mm的亚克力板制成，以保证实验的安全性。在带视窗的压力水箱38内设置本质安全型照明光源，照明区域覆盖整个带视窗的压力水箱38内部，使得拍摄记录泄漏和堵漏过程的效果更好。
作为本发明的优选技术方案，带控温装置的水箱37通过调节水箱中加热电阻丝的电流和通电时间，控制水箱中水温变化。经过水泵34将温度满足要求的水以供入到带视窗的压力水箱38，供入水的流量可通过水泵34的变量调节机构控制。带视窗的压力水箱38的出水口与可调压力背压阀A36相连，以保证带视窗的压力水箱38中工作压力恒定不变。
作为本发明的优选技术方案，通过改变调速电机29的转速，控制涡扇30的转速，从而模拟涡流搅动对堵漏效果的影响。通过设置在带视窗的压力水箱38的推杆操作装置33完成水域泄漏单元55泄漏口的启闭操作。通过调节堵漏剂储罐56上的截止阀和压力调节阀控制堵漏剂从堵漏剂喷嘴58喷出，堵漏剂喷嘴置于泄漏口正前方，使得喷出的堵漏剂可以完全作用在泄漏口位置。该方案解决了现有技术中无法通过实验平台模拟并验证水下泄漏LNG/NG的管路堵漏效果的实验。
作为本发明的优选技术方案，实验***中设置有管路单向旋塞阀A20，单向旋塞阀B44，单向旋塞阀C46和低温盛液罐24出口的单向旋塞阀D51，通过气体管路与储气罐52相连，可先将***管路中的气体工质收集到储气罐52中，最终从装有防火罩的排气桅54排出。该***也可以不设置储气罐52和排气桅54，但直接释放到大气中的NG气体会对大气造成污染，并有可能导致火灾或***。因此，设置储气罐52和排气桅54，具有防止大气污染和预防火灾与***的有益效果，同时解决了现有实验平台无法用在具有可燃、可爆性工质的缺陷。
作为本发明的优选技术方案，经过管壳式低温换热器11的LNG通过气液转换三向阀B16，将LNG供入到低温液体流量计17测量LNG的流量，经过进液电磁阀18控制泄漏过程的启闭和持续时间，供入到进液三向阀19前选择进入陆域液体泄漏单元22或水域泄漏单元55。当选择进入液体泄漏单元22时，需经过第二温度传感器T2和第二压力传感器P2，测量进入到液体泄漏单元22的LNG的温度和压力。当选择进入水域泄漏单元55时，需经过第三温度传感器T3和第三压力传感器P3，测量进入到水域泄漏单元55的LNG的温度和压力。或者，经过管壳式低温换热器11的NG通过气液转换三向阀B16，经过伴热铜管26，将NG供入到低温气体流量计40测量NG的流量，经过进气电磁阀41控制泄漏过程的启闭和持续时间，供入到进气三向阀42前选择进入气体泄漏单元48或水域泄漏单元55。当选择进入气体泄漏单元48时，需经过第四温度传感器T4和第四压力传感器P4，测量进入到气体泄漏单元48的NG的温度和压力。当选择进入水域泄漏单元55时，需经过第三温度传感器T3和第三压力传感器P3，测量进入到水域泄漏单元55的NG的温度和压力。该方案设计使用共用的供液和供气管路，简化了***设备和管路布置。
图2是本发明推杆机械装置33的实施例的结构示意图。推杆机械装置33包括：操作推杆63动作的气缸60；控制气缸60进气的弹簧对中型电磁换向阀61；为气缸60提供压力空气的高压气瓶62；推杆机械装置33作用的水域泄漏单元55。通过向所述弹簧对中型电磁换向阀61左侧或右侧供电，将高压气瓶62的进气口与气缸60的A侧或B侧进气，从而操纵推杆63将水域泄漏单元55上的泄漏口的关闭或打开。电磁阀停止供电后，在弹簧力的作用下簧对中型电磁换向阀61回到中位，锁闭气缸A和B两端的气体通路，推杆63的位置保持不变。推杆机械装置33提高了启闭泄漏口的速度，解决了由于启闭动作迟缓对实验过程的影响。
利用本发明的堵漏实验***进行实验的过程如下：
实验之前的准备工作包括：更换并安装符合实验要求的液体泄漏单元22、气体泄漏单元48和水域泄漏单元55，实验之前不开启所述液体泄漏单元22、气体泄漏单元48和水域泄漏单元55的泄漏口；向带控温装置的水箱37中注水，并开启控温加热装置，当水温满足实验要求时打开水泵34和注水阀35向带视窗的压力水箱38中注水，调节水泵排量可调节进入带视窗的压力水箱38中水流情况。全开可调压力背压阀B45，当水位超过水域泄漏单元55的泄漏口一定高度时，开启可调压力背压阀A36并调节可调压力背压阀B45使两者压力等于设定的实验压力。开启高压氮气瓶31的排气阀32，调节高压氮气瓶31的排气压力与可调压力背压阀A36和压力背压阀B45的设定压力相等，此时带视窗的压力水箱38中水位保持不变，带视窗的压力水箱38内的温度和压力分别由第五压力传感器T5和第五压力传感器P5测得，压力值代表水域泄漏单元55发生泄漏的水下深度，从而克服了实验平台无法验证周围水环境和泄漏深度对堵漏过程影响的技术缺陷；开启自增压LN2杜瓦瓶2中的N2的出口阀/除气阀6，使N2分别进入液体管路、气体管路和气液混合管路，全开可调压力背压阀C50和可调压力背压阀D59，使N2最终从排气桅54排出，对整个管路进行除气作业，置换掉初期管路中存在的空气，保证进入的可燃工质(LNG或NG)没有发生燃烧或***所需的氧气，从而克服了实验平台无法进行可燃工质泄漏实验的缺陷；开启自增压LN2杜瓦瓶杜瓦瓶2中的LN2的出液阀7经过预冷三向阀10进入液体管路，对整个实验***的液体管路进行预冷。如有需要也通过气液三向阀B16将LN2引入气体管路进行预冷处理，使用后的LN2/N2进入低温盛液罐24或储气罐52，并最终从排气桅54排出。当进行完除气和预冷处理后，关闭自增压LN2杜瓦瓶2中的N2的出口阀6，转换预冷三向阀10，使LN2进入管壳式低温换热器11，控制LN2出口阀12开度，使LN2存储在管壳式低温换热器11的壳体中，并为其预冷。实验过程中，当预冷温度接近实验所需LNG/NG温度时，根据实验需要，开启LNG自增压杜瓦瓶1的LNG出口阀3或NG出口阀5，调节LNG自增压杜瓦瓶1的出口压力，部分关闭可调压力背压阀C50和可调压力背压阀D59以满足实验压力需要。根据气液三向阀A9阀芯的位置，使LNG或NG流入管壳式低温换热器11的内部管路，第一温度传感器T1和第一压力传感器P1置于管壳式低温换热器11的内部管路内，用于测量流过的LNG/NG的温度和压力，当满足要求时，开启主进液/气截止阀15，经过气液三向阀B16，根据阀芯位置，满足实验要求的LNG或NG流入其后液体管路或气体管路。液体管路上连接有低温液体流量计17和进液电磁阀18，用来测量液体管路内的液体流量和控制流过液体管路LNG开始和停止的时间。随后经过进液三向阀19，根据阀芯位置，控制LNG流入液体泄漏单元22或水域泄漏单元55。第二温度传感器T2、第二压力传感器P2和第三温度传感器T3、第三压力传感器P3分别用于测量进入液体泄漏单元22和水域泄漏单元55的LNG的温度和压力。气体管路上连接有伴热铜管26、低温气体流量计17和进气电磁阀41，用来对实验需要的NG气体进行加热、测量气体管路内的气体流量和控制流过气体管路NG开始和停止的时间。随后经过进气三向阀42，根据阀芯位置，控制LNG流入气体泄漏单元48或水域泄漏单元55。第四温度传感器T4、第四压力传感器P4和第三温度传感器T3、第三压力传感器P3分别用于测量进入气体泄漏单元48和水域泄漏单元55的NG的温度和压力。打开单向旋塞阀A20、单向旋塞阀B44或单向旋塞阀C46，将不满足实验要求的LNG/NG经过排液/气管路，经过储气罐52，最终从排气桅排出，保证了可燃工质在实验室环境内没有燃烧***危险。打开用于初期封闭液体泄漏单元22或气体泄漏单元48的封堵装置，使LNG或NG分别泄漏出来，使用后期开发的堵漏方法或工具对液体泄漏单元22或气体泄漏单元48进行堵漏操作，完成实验以检验LNG或NG在不同温度、压力和流量情况下，堵漏方法或装置的适用性和可靠性。由于泄漏的LNG或NG的量相对于流过泄漏模块的量要小，实验过程中需保证实验室的良好通风，并严格控制泄漏时间，使用本质安全型的电气元件，可以有效的防止从液体泄漏单元22或气体泄漏单元48中泄漏出的LNG或NG发生燃烧或***。如果采用与水域泄漏单元55相同的设计方法，在液体泄漏单元22或气体泄漏单元48周围设置可视密闭空间，泄漏出的LNG和NG可以直接排入到低温盛液罐24和储气罐52中，最终通过排气桅54排出实验室外，消除了实验室发生燃烧***的可能，但这将阻碍使用设计的堵漏机械器材进行堵漏工作，将严重影响实验效果。鉴于此，本发明不为陆域泄漏设置独立的密闭空间。当进行水下堵漏实验时，将推杆机械装置33操作离开水域泄漏单元55的泄漏口，其中的LNG/NG会发生水下泄漏。带开堵漏剂储罐56的堵漏剂出口单向旋塞阀57，调节堵漏剂储罐56的排出压力，使堵漏剂从堵漏剂喷嘴58中喷出，堵漏剂喷嘴58置于泄漏口正前方，喷射出的堵漏剂覆盖在泄漏口上，对水下泄漏进行封堵。调节变速电机29的转速，与其相连的涡扇30的转速会随之变化，以此模拟不同水下涡流情况对堵漏效果的影响，从而克服了实验***无法进行水下低温液体或气体管路泄漏实验的缺陷，同时克服了无法监测实验条件如水域环境或堵漏喷射压力等对堵漏效果影响的缺陷。水下泄漏堵漏过程可通过将摄像机镜头对准带视窗的压力水箱38的视窗进行拍摄，记录全过程，为分析堵漏效果提供视频图像依据。从带视窗的压力水箱38排出的废气被引入到储气罐52，流过水域泄漏单元55的LNG/NG经过排液/气三向阀39，根据其阀芯位置，被分别排入到低温液体盛液罐24和储气罐52中，并最终经过排气桅54排入大气。实验完成后，全开可调压力背压阀C50和可调压力背压阀D59，封闭液体泄漏单元22、气体泄漏单元48和水域泄漏单元55的泄漏口，关闭LNG自增压杜瓦瓶1所有出口阀，打开LN2自增压杜瓦瓶2的N2出口阀/除气阀6，N2流过液体管路、气体管路、气液混合管路和排气管路，流入低温盛液罐24和储气罐52，完全置换其中的残余气体，残余液体蒸发成气体与N2一起最终从排气桅54排出。当***管路充满N2后，关闭N2出口阀/除气阀6。停止带温控装置的水箱37的加热，关停水泵34，将带视窗的压力水箱38中的水全部泄放掉。
根据本发明的技术方案获取的结论可应用于指导和培训工作人员处理不同条件下的LNG/NG管路泄漏事故。因为利用本实验***中的壳管式低温换热器可以改变泄漏工质温度，通过调节杜瓦瓶上的自增压阀和泄漏模块后的可调压力背压阀改变泄漏压力；通过将泄漏模块安装在陆域和水域，使用高速摄像机记录泄漏和堵漏过程；通过带控温装置的水箱和水泵，控制进入带视窗的压力水箱中的水的温度和流速；通过改变调速电机的转速，控制涡扇的转速，从而模拟涡流搅动对堵漏效果的影响。改变实验条件是为了探讨泄漏工质本身的温度和压力，以及周围环境条件对堵漏效果的影响，完善应急处置理论，并将此作为制定LNG/NG管路泄漏堵漏作业安全导则的理论指导，利用该实验***可以完成堵漏处置方法实践与培训。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种LNG/NG管路泄漏的堵漏实验***，其特征在于：包括控制模块、LNG/NG陆域泄漏模块、LNG/NG水域泄漏模块和堵漏操作模块；
所述控制模块包括存放堵漏对象LNG的LNG自增压杜瓦瓶(1)、存放LN2的LN2自增压杜瓦瓶(2)和管壳式低温换热器(11)，为LNG/NG陆域泄漏模块和水域泄漏模块提供温度和压力可控的LNG/NG；
所述LNG自增压杜瓦瓶(1)的LNG出口阀(3)和NG气体出口阀分别通过气液转换三向阀A(9)与管壳式低温换热器(11)连接，所述LN2自增压杜瓦瓶(2)的N2出口阀/除气阀(6)与管壳式低温换热器(11)连接；所述LN2自增压杜瓦瓶(2)的LN2出液阀(7)经预冷三向阀(10)与管壳式低温换热器(11)连接；
所述管壳式低温换热器(11)经LNG/NG出口单向阀(14)连接主进液/气截止阀(15)，所述预冷三向阀(10)经预冷单向阀(13)连接主进液/气截止阀(15)；所述主进液/气截止阀(15)的另一端连接气液转换三向阀B(16)；所述气液转换三向阀B(16)的另两端分别连接低温液体流量计(17)和低温气体流量计(40)；所述低温液体流量计(17)经进液电磁阀(18)连接进液三向阀(19)；所述低温气体流量计(40)经进气电磁阀(41)连接进气三向阀(42)；
所述进液三向阀(19)与水域泄漏单元进液单向阀(25)相连；所述进气三向阀(42)与水域泄漏单元进气单向阀(43)相连；
所述LNG/NG陆域泄漏模块包括液体泄漏单元(22)、气体泄漏单元(48)、低温盛液罐(24)、储气罐(52)和排气桅(54)；
所述液体泄漏单元(22)两端分别连接带法兰的单向阀A(21)和带法兰的单向阀B(23)，所述带法兰的单向阀A(21)通过液体管路与进液三向阀(19)连接，所述带法兰的单向阀A(21)与进液三向阀(19)之间的液体管路上连接有排气管路、第二温度传感器T2和第二压力传感器P2；
所述气体管路经单向旋塞阀A(20)连接到储气罐(52)；低温盛液罐(24)经单向旋塞阀D(51)连接到储气罐(52)，储气罐(52)经排气单向阀(53)与排气桅(54)相连；
所述带法兰的单向阀B(23)经可调压力背压阀C(50)连接到低温盛液罐(24)；
所述气体泄漏单元(48)两端分别连接带法兰的单向阀E(47)和带法兰的单向阀F(49)，所述带法兰的单向阀E(47)通过气体管路与进气三向阀(42)连接，所述带法兰的单向阀E(47)与进气三向阀(42)之间的气体管路上连接有排气管路、第四温度传感器T4和第四压力传感器P4；
所述排气管路经单向旋塞阀C(46)连接到储气罐(52)；
所述带法兰的单向阀F(49)经可调压力背压阀D(59)连接到储气罐(52)，并最终经排气桅(54)排放到大气中；
所述LNG/NG水域泄漏模块包括水域泄漏单元(55)、带视窗的压力水箱(38)、水泵(34)、带控温装置的水箱(37)、低温盛液罐(24)、储气罐(52)和排气桅(54)；
所述水域泄漏单元进液单向阀(25)和水域泄漏单元进气单向阀(43)之间连接气液混合管路，所述气液混合管路经第三温度传感器T3、第三压力传感器P3和带法兰的单向阀C(27)连接到水域泄漏单元(55)，所述水域泄漏单元(55)经带法兰的单向阀D(28)和排液/气三向阀(39)分别连接到可调压力背压阀C(50)和可调压力背压阀D(59)；
所述水域泄漏单元(55)安装在带视窗的压力水箱(38)中；
所述带视窗的压力水箱(38)上设置第五温度传感器T5、第五压力传感器P5；
所述水域泄漏单元进液单向阀(25)和水域泄漏单元进气单向阀(43)之间的气液混合管路经单向旋塞阀B(44)连接到储气罐(52)；
所述带视窗的压力水箱(38)经可调压力背压阀B(45)连接到储气罐(52)；
所述带视窗的压力水箱(38)的入水口经注水阀(35)和水泵(34)与带控温装置的水箱(37)相连；
所述带视窗的压力水箱(38)的出水口经可调压力背压阀A(36)与带控温装置的水箱(37)相连；
所述带视窗的压力水箱(38)经充气阀(32)与高压氮气瓶(31)相连；
所述堵漏操作模块包括推杆机械装置(33)、堵漏剂储罐(56)、堵漏剂喷嘴(58)、涡扇(30)和变速电机(29)；
所述推杆机械装置(33)安装在带视窗的压力水箱(38)内，堵住水域泄漏单元(55)上的漏口；
所述涡扇(30)置于水域泄漏单元(55)漏口前端，与变速电机(29)连接；
所述堵漏剂喷嘴(58)置于涡扇(30)和水域泄漏单元(55)漏口之间，经堵漏剂出口单向旋塞阀(57)与堵漏剂储罐(56)连接。
2.根据权利要求1所述的一种LNG/NG管路泄漏的堵漏实验***，其特征在于：所述气液转换三向阀B(16)与低温气体流量计(40)之间连接伴热铜管(26)。
3.根据权利要求1所述的一种LNG/NG管路泄漏的堵漏实验***，其特征在于：所述管壳式低温换热器(11)设置有用于监测管壳式低温换热器(11)中的实验工质的温度第一温度传感器T1和实验工质的压力的第一压力传感器P1，设置有LN2出口阀(12)；所述LNG自增压杜瓦瓶(1)设置有自增压调节阀A(4)，所述LN2自增压杜瓦瓶(2)设置有自增压调节阀B(8)。
4.根据权利要求1所述的一种LNG/NG管路泄漏的堵漏实验***，其特征在于：所述储气罐(52)经排气单向阀(53)连接排气桅(54)。
5.根据权利要求1所述的一种LNG/NG管路泄漏的堵漏实验***，其特征在于：所述推杆机械装置(33)包括气缸(60)、推杆(63)、弹簧对中型电磁换向阀(61)和高压气瓶(62)，所述高压气瓶(62)通过气管与弹簧对中型电磁换向阀(61)连接，所述弹簧对中型电磁换向阀(61)与气缸(60)连接，气缸(60)中的推杆(63)堵住水域泄漏单元(55)上的漏口。
6.根据权利要求1所述的一种LNG/NG管路泄漏的堵漏实验***，其特征在于：所述带视窗的压力水箱(38)提供有透明窗口，透光率不小于92.5％，承压能力不小于1MPa。
7.根据权利要求1所述的一种LNG/NG管路泄漏的堵漏实验***，其特征在于：所述第五温度传感器T5的探头设置于带视窗的压力水箱(38)水面以下，所述第五压力传感器P5的探头设置于带视窗的压力水箱(38)水面以上。
8.根据权利要求1所述的一种LNG/NG管路泄漏的堵漏实验***，其特征在于：所述管路均采用低温真空双层不锈钢管。
9.根据权利要求1所述的一种LNG/NG管路泄漏的堵漏实验***，其特征在于：所述进液电磁阀(18)和进气电磁阀(41)均选用本质安全性低温电磁阀。
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