[发明专利]一种用于管道流动安全水合物特性研究及泄露监测的可视化实验装置

说明书

本发明公开了一种用于管道流动安全水合物特性研究及泄露监测的可视化实验装置，包括输气系统，用于提供天然气且能连续供给；输水系统，用于储存水源且能连续供给；气液混合系统，用于在常温下提前将天然气和水源进行混合；模型主体系统或泄露系统，所述模型主体系统用于研究低温条件下天然气水合物生成、分解过程中动力学特性和观测宏观形态变化；所述泄露系统用于监测试验管段在水下泄露情况，从而得到水下泄漏气体的泄露规律；回压系统，用于降低环路出口压力；气液分离系统，用于将气液混合物予以分离；回气系统，用于回收分离出的天然气，保证气体能够循环利用；本发明能够实现实验室条件下研究水合物的特性与监测管道气体泄漏。

技术领域

本发明涉及一种水合物管道环路实验装置，具体涉及一种用于管道流动安全水合物特性研究及泄露监测的可视化实验装置。

背景技术

天然气水合物是指天然气(通常以甲烷为主)与水在低温和高压下生成的一种笼形结构固态晶体，在海域与冻土区均有广泛的分布。水合物作为一种储量巨大、洁净的新型替代能源受到普遍关注。随着水合物研究的日益深入，特别是天然气水合物特性方面的研究与发展，天然气水合物储运、混合气体分离等方面的应用前景日益显现。管道输运具有连续高效、安全稳定、经济无污染等优点，但实际输运条件较为恶劣，容易出现管道气体泄漏的情况。一旦发生泄漏，不仅造成较大的经济损失，还会对人身安全造成威胁。因此，对油气集输管道中天然气水合物的生成、分解等过程的特性与泄漏的研究尤为重要，而其变化过程则需要可视化装置进行多维度研究。

目前，实验室多采用机械搅拌的方式来研究天然气水合物的特性，但是现有的实验装置存在反应容积小、可视范围有限、运行费用昂贵等缺点，无法观测到整个天然气水合物形成晶体结构和形貌的变化。相比于反应釜，在流动环路中开展水合物生成实验，能够模拟管输流动体系中水合物的生成规律，因此得到国内外众多研究者的青睐。此外，目前控温手段多采用管夹套的形式，其控温效果不够理想且导致管道可视面积减小，拍摄设备多设置在管道内部，由于管道大多由圆弧状管道相连接，导致拍摄效果会发生变形失真。同时，采用水平布置的环道致使设备占地面积过大，维护成本较高。目前仅有少数学者开展了一些小型的实验环路水合物特性的研究工作，但由于所使用的设备、介质、条件均不相同，在理论上还没有达成共识，有关天然气水合物特性研究并且通过实验环路的形式的文献不是很多。现有水下管道泄漏的研究主要是理论计算和数值模拟，实验室内模拟管道泄露的实验装置较少，测试起来具有一定的误差，因此在这方面的研究工作亟待深入。

发明内容

针对现有技术存在上述问题，本申请提供一种用于管道流动安全水合物特性研究及泄露监测的可视化实验装置，其能够实现实验室条件下研究水合物的特性与监测管道气体泄漏，且整个过程全可视，这对于总结研究管道流动安全水合物特性的规律和气体泄露规律有着重要的作用。

为实现上述目的，本申请的技术方案为：一种用于管道流动安全水合物特性研究及泄露监测的可视化实验装置，包括：

输气系统，用于提供天然气且能连续供给；

输水系统，用于储存水源且能连续供给；

气液混合系统，分别与所述输气系统、输水系统相连，用于在常温下提前将天然气和水源进行混合；

模型主体系统或泄露系统，所述模型主体系统与所述气液混合系统相连，用于研究低温条件下天然气水合物生成、分解过程中动力学特性和观测宏观形态变化；所述泄露系统与所述气液混合系统相连，用于监测试验管段在水下泄露情况，从而得到水下泄漏气体的泄露规律；

回压系统，与所述模型主体系统或所述泄露系统相连，用于降低环路出口压力；

气液分离系统，与所述回压系统相连，用于将气液混合物予以分离；

回气系统，与所述气液分离系统相连，用于回收分离出的天然气，保证气体能够循环利用；

温度控制系统，用于为模型主体系统提供低温环境；