[发明专利]模拟液烃管道泄漏的装置及利用该装置测算泄漏量的方法

说明书

本发明涉及一种模拟液烃管道泄漏的装置及利用该装置测算泄漏量的方法，该装置包括通过油管顺次连接并形成实验环道的油品罐、离心泵、泄漏单元和缓冲罐，在离心泵出口和靠近泄漏单元进出口的油管上顺次安装有流量计、压力计和温度计；泄漏单元包括用于收集泄漏油品的泄漏箱和设置在泄漏箱内部的主管道，泄漏箱的底部出口通过油管与称重机构连接；主管道两端分别通过法兰与油管可拆装地连接，在主管道上并联有第一分管道和第二分管道，在第二分管道上可拆装地设置有泄漏实验管，泄漏实验管上设置有待探究几何形态泄漏孔；在主管道上设置有用于调节主管道压力的针阀。本发明相较已有实验装置不仅更符合实际泄漏工况也能够模拟停泵过程等工况下泄漏量的变化。

技术领域

本发明涉及一种模拟液烃管道泄漏的装置及利用该装置测算泄漏量的方法，属于石油、化工安全工程领域。

背景技术

对于成品油管道泄漏事故，泄漏量和泄漏扩散区域的有效预测是制定应急处理方案的理论基础，也是实现其安全、环保、经济运行的可靠保证。目前已有文献提出能够实现泄漏事故发生后测算成品油管道泄漏量的方法。但此类模型通常将不规则形状的泄漏小孔简化为小圆孔处理，而实际泄漏过程中泄漏小孔形状多为矩形泄漏缝隙或不规则形状。经过现场实验发现，泄漏小孔形状的不规则性会给成品油管道泄漏量测算带来一定的误差，研究埋地液烃管道小孔泄漏特性可以为预测管道泄漏量、研究土壤中液烃扩散规律、后续事故评估、污染区域划分以及制定合理的救援措施等提供可靠的依据。考虑到油品大量泄漏会污染土壤，将对公众健康和生态环境带来长期的不良影响，因此研究泄漏介质在土壤中的运移扩散特征，对于划分危险区域和评估环境影响将具有十分重要的工程实际意义。

针对泄漏管道泄漏孔形态及外部环境对泄漏过程影响的相关理论和实验研究还不够完善，国内外与管道泄漏相关的研究主要集中在泄漏检测、定位及泄漏量测算领域，针对管道小孔泄漏特性的相关研究较少，目前仅有的与液烃管道泄漏相关的工作主要集中于液烃泄漏渗流扩散过程中的相态变化及稳定性的研究，研究主要通过实验和软件模拟仿真的方式进行。

(1)管道小孔泄漏特性研究

在早期泄漏量计算研究过程中，相关学者将管道泄漏过程简化为一维稳定管流小孔出流模型。通过选取适当的孔口出流系数，利用伯努利方程和能量守恒方程，建立简单的泄漏量计算公式，来估算水平和倾斜管道中油品在泄漏点的泄漏速率与泄漏量。这种方法计算相对简单，能够对稳定泄漏状态下的泄漏量进行预测，但是在计算过程中只考虑了孔口出流系数和孔内外压差对泄漏量的影响，未将孔口形状、泄漏孔口的大小、管道运行状态以及成品油泄漏过程中可能存在的传热传质现象等诸多因素考虑在内，因此，计算结果与实际泄漏量的误差较大，难以直接用于管道泄漏事故中泄漏量的预估。

目前有关管道泄漏特征与规律的研究主要是基于流体力学基本方程组的理论推导，在泄漏孔方面，其往往只考虑到规则泄漏孔(比如圆孔)，没有考虑不规则裂口形状对泄漏速率的影响，与现场实际脱节，预测准确率低。中国发明专利申请号201610374025.7设计了一种液相管道泄漏不规则孔等效圆孔计算实验装置及实验方法，研究液相管道在多种不同泄漏工况条件下规则孔与不规则孔稳态与动态泄漏的特征与规律，但其仍存在诸多局限性。

该专利实验平台的设备安装有一定不足：①其泄漏单元处位于管道盲段位置，其边界条件与实际管道发生泄漏事故时相比相差较大，因此其实验结果迁移至实际管道中会有一定偏差。②同时由于盲段位置的设定，该泄漏孔径的朝向特定向下、无法调整。不能探究泄漏孔朝向对泄漏过程的影响。③压力值的变化泄漏过程影响很大，但该实验平台缺乏压力调节机制，其压力值变化很难控制。④由于缺乏回收装置，很难保持实验环境，也很难验证评估管道泄漏量。

(2)液烃渗流扩散实验研究

①数值实验