CN107084894B - 一种深海油气管道低温***试验装置 - Google Patents

一种深海油气管道低温***试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种深海油气管道低温***试验装置，其包括整体试验区、外接操作区，外接操作区由液氮罐车、水泵、水罐、氮气罐组成，整体试验区由液氮输送管道、试验管单元、拱形涵洞、储气罐组成，外接操作区与整体试验区之间设有安全距离，试验管单元水平放置固定安装在拱形涵洞内，试验管单元由试验管、保温筒、冷却浴箱组成，试验管为大厚壁焊管，在试验管接合处形成线性焊缝区，起爆装置安装在保温筒上，试验管内部盛装有模拟状态的水及氮气，试验管外部通过多个喷嘴向冷却浴箱内喷射液氮形成冷却浴流入保温筒中空腔体内模拟深海低温环境，试验管***后形成新的焊缝撕裂形貌，根据新的焊缝撕裂形貌制定适应不同深海低温环境的油气管型号。

Description

一种深海油气管道低温***试验装置
技术领域
本发明属于管道结构强度测试技术领域，具体涉及一种用于深海油气输送管道在低温下的***试验装置。
背景技术
油气管是天然气输送的基础，服役条件恶劣，通常要承受几百个大气压的内压和外压、几百吨的拉伸载荷等。油气管是板(带)经过深加工而形成的较特殊的冶金产品。油气管裂纹失稳扩展引起的钢管***事故一直受到关注。但是现在大多都是通过数值模拟、板材应力代替处理来获得油气管的***性能，缺乏实际对照，而实际性质的***耗资成本比较大，安全系数非常低，造成很多研究工作止步不前。
发明内容
针对上述存在问题，本发明旨在提供一种深海油气管道低温***试验装置，以获得在节约成本、模拟真实可靠的油气管在深海低温情况下***时的撕裂形貌，并以此来制定不同环境(温度、压强)下相对应的符合国家安全标准的油气管型号。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种深海油气管道低温***试验装置，其特征在于，包括外接试验区、整体试验区，外接操作区主要由液氮罐车、水泵、水罐、氮气罐组成，整体试验区主要由液氮输送管道、试验管单元、拱形涵洞、储气罐组成，液氮输送管道外接端连接在外接操作区中的液氮罐车上，外接操作区与整体试验区之间设置有安全距离，试验管单元水平放置固定安装在拱形涵洞内，试验管单元包括试验管、保温筒、冷却浴箱，试验管为大厚壁焊管，在试验管轴向接合处形成线性焊缝区，试验管侧面设有压力传感器，保温筒套在试验管上，其内壁与试验管紧密接触，其外壁设有若干通道孔，其中空腔体用于容纳冷却浴，冷却浴箱焊固在保温筒上半部且包容试验管线性焊缝区的外圆周面上，冷却浴箱端部设有温度传感器，冷却浴箱顶部设有多个冷却喷嘴，每个冷却喷嘴顶端连接一个电磁阀，电磁阀可通过液氮输送管道与液氮罐车内的液氮连通，起爆装置安装在保温筒上，试验管端部通过加压软管与储气罐相连接，储气罐另一端通过分叉调合管分别与氮气罐和水罐相连接；试验管内部盛装有模拟状态的水及氮气，试验管外部通过喷射液氮形成冷却浴模拟深海低温环境，试验管被***后形成新的焊缝撕裂形貌，根据新的焊缝撕裂形貌制定适应不同深海低温环境的油气管型号。
作为优选，本发明所述保温筒两侧各设有一个冷却浴箱，每个冷却浴箱顶部设有3个冷却喷嘴，所述起爆装置设置在两个冷却浴箱之间的保温筒上。
进一步地，所述水罐底部设有称重传感器；所述外接操作区与整体试验区之间的安全距离为100m～300m。
本发明的有益效果如下：
1、在试验管的两侧分别设置两个冷却浴箱，模拟深海低温环境，控制施加不同的测试低温，从而能够在一个***试验中获知两个不同试验温度下的试验管断裂形貌。
2、在目标温度保温一段时间后，通过储气管给试验管加压，加压介质为氮气与水的混合体，直接用定比例混合气体逆向加压导入来替代单种物质分别加压导入，在节约成本的基础上，等效模拟出实际环境下的工况，试验低温***的温度是在液氮冷却浴箱配合电磁阀流量调节下实现，现场调温、调压的外接设备可以实时连接、断开，保证***试验的时效性。
3、试验后对焊缝撕裂形貌与压制缺口试验的断口形貌(裂缝长度)进行直接比较，可制定出符合国家安全标准并适应不同环境下的输油管型号。
附图说明
图1为深海油气管道低温***试验装置示意图。
图2为图1中试验管单元沿A-A线剖面图。
图3为试验管起爆后焊缝撕裂形貌示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
如图1～2所示，本发明实施例的一种深海油气管道低温***试验装置，主要整体试验区9、外接操作区15，外接操作区15是由液氮罐车1、水泵16、水罐18、氮气罐19组成，整体试验区9主要由液氮输送管道2、试验管单元8、拱形涵洞11、储气罐13组成。外接操作区15与整体试验区9之间设有安全距离D1＝200mm，以保证实施***试验时外环境人员的安全。试验管单元8水平放置固定安装在拱形涵洞11内，试验管单元包括试验管24、冷却浴箱21、保温筒23，保温筒23套在试验管上，保温筒内壁与试验管紧密接触，外壁上设有若干个通道孔28，保温箱的中空腔体用于容纳液氮冷却浴，两个冷却浴箱21焊固在保温筒23上半部且包容试验管线性焊缝区27的外圆周面上，每个冷却浴箱顶部安装3个冷却喷嘴20，冷却喷嘴20经通道孔28将液氮喷到冷却浴箱21内形成冷却浴22，之后通过若干个通道28将冷却浴22进入保温筒23的中空腔体内，每一个冷却喷嘴20顶端部都设置连接有电磁阀5，每一个电磁阀5端部都连接在液氮输送管道2端部，液氮输送管道2水平的两端顶部均安装有排空管道3，起爆装置10安装在两个冷却浴箱21之间的保温筒23上，试验管24一端连接有加压软管12，加压软管12另一端连接在储气罐13端侧，储气罐13另一端部连接有分叉调合管14，分叉调合管14一端连接在外接操作区15中的氮气罐19上，另一端连接在外接操作区15中的水泵16上，水泵16另一端管道连接在水罐18上，水罐18底端安装有称重传感器17。液氮输送管道2外接端连接在外接操作区15中的液氮罐车1上，两个冷却浴箱21端部均安装有可实时测温的温度传感器7，试验管24端部连接有可实时测压的压力传感器6，试验管24内部盛装有模拟状态的水25以及气体形式的氮气26。
在深海油气管道低温***试验中，主要包括拱形涵洞11内部试验管24等装置的安装组合、外接操作区15间接的模拟气压控制设备以及数据(温度、压强、***撕裂形式)测试采集装置，其***试验实现的***工作流程如下：
将试验管单元8水平放置固定安装在拱形涵洞11内，两侧冷却浴箱21顶部均布连接有冷却喷嘴20，每一个冷却喷嘴20顶端部都设置连接有电磁阀5，通过控制冷却喷嘴20内的液氮流量来控制试验管24内的温度，每一个电磁阀5端部都连接在液氮输送管道2端部。通过冷却浴箱中液氮制冷可以实时调节试验管两端内部的低温状况，一次试验直接模拟两种不同低温的***形式。液氮输送管道2水平的两端顶部均安装有排空管道3，预先可以排除试验管24内部的复杂气体，液氮输送管道2外接端连接在外接操作区15中的液氮罐车1上，通过液氮来调节模拟的低温，其冷却效果、低温保持效果、***试验精确性都得到极大提高。
试验管24一端连接有加压软管12，加压软管12另一端连接在储气罐13端侧，储气罐13另一端部连接有分叉调合管14，其一端连接在外接操作区15中的氮气罐19上，另一端连接在外接操作区15中的水泵16上，水泵16另一端管道连接在水罐18上，水罐18底端安装有称重传感器17，来自水罐18、水泵16的水25配合氮气罐19的气体输送在调合管14中形成混合，可以进行比例精确调节，氮气与水混合比例大约为1：5，最后进入储气罐13中，通过加压软管12将内部混合气雾压进试验管内，可调节性模拟内部油气输送压强下真实的环境，采用氮气和水作为主要成分，大大降低了***试验的成本，氮气本身为惰性气体，可保证***试验前期的安全性。
两端冷却浴箱21端部均安装有可实时测温的温度传感器7，试验管24端面侧连接有可实时测压的压力传感器6，试验管24内部盛装有模拟状态的水25以及气体形式的氮气26，通过温度传感器7、压力传感器6输出的温度、压力数据，试验所反馈信息：一是控制电磁阀，调节冷却喷嘴内液氮流量来标定冷却浴箱内低温；二是储气罐通过加压软管来逆向输送到试验管内部，来调节内部模拟态标准油气压强。
设置工作完成后，引爆安装在保温筒23上的起爆装置10进行***试验，当***完成后，如图3所示，在试验管24两侧不同低温下***，其焊缝区27形成新的焊缝撕裂形貌(如图3中虚线所示)，焊缝撕裂形貌中研究内容主要是裂缝长度D2和D3、撕裂角度θ1和θ2，来确定其断裂速度、断裂路径等，据此制定出符合国家安全标准并适应不同环境下的输油管型号。
以上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披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其设计构思等同的替换或改变，都应该涵盖在本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种深海油气管道低温***试验装置，其特征在于，包括外接操作区、整体试验区，外接操作区主要由液氮罐车、水泵、水罐、氮气罐组成，整体试验区主要由液氮输送管道、试验管单元、拱形涵洞、储气罐组成，液氮输送管道外接端连接在外接操作区中的液氮罐车上，外接操作区与整体试验区之间设置有安全距离，试验管单元水平放置固定安装在拱形涵洞内，试验管单元包括试验管、保温筒、冷却浴箱，试验管为大厚壁焊管，在试验管轴向接合处形成线性焊缝区，试验管侧面设有压力传感器，保温筒套在试验管上，其内壁与试验管紧密接触，其外壁设有若干通道孔，其中空腔体用于容纳冷却浴，冷却浴箱焊固在保温筒上半部且包容试验管线性焊缝区的外圆周面上，冷却浴箱端部设有温度传感器，冷却浴箱顶部设有多个冷却喷嘴，每个冷却喷嘴顶端连接一个电磁阀，电磁阀可通过液氮输送管道与液氮罐车内的液氮连通，起爆装置安装在保温筒上，试验管端部通过加压软管与储气罐相连接，储气罐另一端通过分叉调合管分别与氮气罐和水罐相连接；试验管内部盛装有模拟状态的水及氮气，试验管外部通过喷射液氮形成冷却浴模拟深海低温环境，试验管被***后形成新的焊缝撕裂形貌，根据新的焊缝撕裂形貌制定适应不同深海低温环境的油气管型号。
2.根据权利要求1所述的一种深海油气管道低温***试验装置，其特征在于，所述保温筒两端各设有一个冷却浴箱，每个冷却浴箱顶部设有3个冷却喷嘴，所述起爆装置设置在两个冷却浴箱之间的保温筒上。
3.根据权利要求1所述的一种深海油气管道低温***试验装置，其特征在于，所述水罐底部设有称重传感器。
4.根据权利要求1所述的一种深海油气管道低温***试验装置，其特征在于，所述外接操作区与整体试验区之间的安全距离为100m～300m。
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