一种埋地输气管道泄漏扩散模拟装置

本发明涉及油气储运工程领域实验研究装置，具体为一种埋地输气管道泄漏扩散模拟装置。

背景技术：

1、伴随世界各国的迅速发展，能源需求量逐年升高，化石能源占据能源消耗量首位。然而，化石能源储量的逐年减少以及燃烧带来的一系列环境问题，与我们当今社会的发展形成矛盾。天然气作为一种清洁燃料，具有储量巨大、燃烧清洁的优点。随着海底天然气水合物的不断探明，让我们人类社会重拾信心。相关文献调查表明，海底天然气水合物储量巨大，是全球已探明石油、煤炭和天然气总储量的2倍，相当于常规天然气储量的50倍，只有这种全球海底天然气水合物才能供人类使用1000年。在新能源技术成熟稳定之前，天然气必然作为化石能源的主力军承担负国民发展的命脉。天然气的主要运输方式为管道运输，且多数为埋地管道，具有泄漏风险。近年来，输气管道泄漏爆炸事故比比皆是，给天然气使用者的生命和财产安全带来严重威胁。关于输气管道泄漏扩散的研究主要集中在三个方面：实验、理论分析和数值模拟，实验作为流体力学中重要的研究手段，具有结果客观真实的优点，同时理论分析和数值模拟的准确性需要实验进行验证。目前，埋地输气管道泄漏扩散实验主要分为两种：一是采用室内实验箱进行实验，二是室外挖掘实验坑的方法。现有研究的室内实验箱由于箱体边壁的对气体扩散的阻碍作用增大了实验误差，且随着实验时间延长箱体对气体的阻碍囤积作用加剧，误差增大。而针对室外实验坑，难以实现实验气体的回收，导致可燃气体进入大气，增大了实验的危险性和环境污染。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种埋地输气管道泄漏扩散模拟装置，这种埋地输气管道泄漏扩散模拟装置用于解决现有技术中埋地输气管道泄漏扩散实验存在误差大或实验气体难以回收污染环境的问题。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种埋地输气管道泄漏扩散模拟装置包括承压钢网、装箱封板机构、箱体外壳，承压钢网为网状的箱体，承压钢网的上口开放，承压钢网的网眼为通气孔，承压钢网的上口设置密封渠，承压钢网壁外设置多道加强圈，承压钢网底设置多条加强带，承压钢网底还均匀设置加强台，加强台处设置封板卡槽、箱体卡槽和封板定位槽，每个加强台处安装一个支座；实验准备阶段时，装箱封板机构可拆卸地设置于承压钢网外形成上口开放的箱体，进行土壤装箱、管道填埋和探测器填埋；实验准备阶段完成后，将装箱封板机构从承压钢网外拆卸下来，进行实验测量阶段，实验测量阶段时，箱体外壳可拆卸地包围在完成填装后的承压钢网外构成封闭的实验箱体，进行气体泄漏后在土壤中的浓度分布测量；箱体外壳包括密封盖、壳身，密封盖上设置排气口，壳身上部设置集气口，壳身底部设置进气口。

3、上述方案中装箱封板机构包括多个侧短封板、多个侧长封板、两块底内封板、两块底外封板和多个束缚带；每块侧短封板和侧长封板的内侧均匀设置封堵桩，外侧设置束缚带定位槽，各侧短封板和各侧长封板插入相邻的两个加强圈之间，各封堵桩插入到相应的承压钢网通气孔中，封堵通气孔，各层侧短封板和侧长封板均通过束缚带紧固在承压钢网壁外，束缚带的首尾端通过固定螺栓螺母紧固；底内封板和底外封板分别插入相应的封板卡槽内并通过封板定位槽用螺栓固定。

4、上述方案中壳身是由左边框体、中间框、右边框体组装到一起形成的上口开放的组合箱体，组合箱体上口具有圈密封板，密封板之上还有一圈密封槽，左边框体、中间框、右边框体相接处通过密封母口和密封公口密封连接；组合箱体的外壁具有束缚带定位槽，束缚带卡入束缚带定位槽内将左边框体、中间框、右边框体紧固为一体；密封槽与密封盖配合实现密封连接，密封板与承压钢网的密封渠连接实现顶端定位和密封。

5、上述方案中密封盖为方形框，密封盖上还设置手柄，密封盖下端口设置一圈密封板，密封板和壳身的密封槽配合，实现密封盖的密封，防止实验气体进入大气环境。

6、有益效果

7、1、针对现有室内实验箱箱体边壁对气体泄漏扩散过程的阻碍囤积作用引起的实验结果不准确，且实验误差伴随测量时间的延长而增大的弊端，本发明承压钢网的通气孔设计，减小了现有实验箱箱体边壁的对气体扩散的阻碍和囤积作用，大大减小箱体边壁对气体的阻碍作用，提高测量结果的准确性。

8、2、输气管道输送可燃气体，本发明通过结构设计实现实验过程的全密封以收集实验气体，防止可燃气体进入室内和室外大气环境，实现了实验过程的全密封测量，提高实验的安全性，防止可燃气体进入大气环境带来安全问题。

9、3、针对室外实验坑实验气体不易回收而进入大气引起的环境污染问题，本发明箱体外壳的排气口和集气口设计可实现实验气体的回收，避免了气体进入大气环境造成环境污染，全密封的实验过程可实现实验气体收集，防止气体进入大气以减小环境污染。

10、4、现有技术中，实验测量结束后土壤中残余的气体排放较慢，采用重新装土填埋的方法人工作业量较大，针对组间实验结束后土壤中残余气体难以排空问题，清空土壤重新埋藏组间人工作业量较大，本发明通过进气口和集气口、排气口的设计可实现土壤孔隙的气体排空，实现土壤中气体快速排空，大大减小了组间人工作业工作量，缩短了组间作业时间，提高了实验精度。

11、5、针对现有埋地输气管道泄漏扩散实验室内实验箱和室外实验坑两种方法存在的弊端和不足之处，本发明通过结构设计提高室内实验的准确性和室外实验的安全、环保性，并改善实验操作的简便性。

12、6、本发明承压钢网加强圈、加强带和加强台的设计，满足了承压钢网的承压强度，保证了箱体内部的土体盛装容量，提供了充足的实验研究区域和监测空间。

13、7、本发明承压钢网作为该装置的核心部件，卡槽设计可实现封板和箱体外壳的快速拼装，配合定位槽和束缚带完成装配定位，结构简单，操作便捷。

14、8、本发明侧面封板结构配合束缚带可保证准备阶段承压钢网装土防止土壤泄漏，同时满足土壤装箱过程的压实作用，以研究不同土壤压实承度和孔隙度对气体泄漏扩散过程的影响。

15、9、本发明通过承压钢网分别与装箱封板机构、箱体外壳配合装配，将实验的准备阶段（土壤装箱）和测量阶段（气体浓度测量）分隔开来，具有结构简单、操作便捷的优势，通过结构设计减小了组间人工作业量，弥补了现有室内实验箱和室外挖掘实验坑实验方法的不足之处，提高了实验的结果准确性、过程安全性和绿色环保性。

技术特征：

1.一种埋地输气管道泄漏扩散模拟装置，其特征在于：这种埋地输气管道泄漏扩散模拟装置包括承压钢网、装箱封板机构、箱体外壳，承压钢网为网状的箱体，承压钢网的上口开放，承压钢网的网眼为通气孔，承压钢网的上口设置密封渠，承压钢网壁外设置多道加强圈，承压钢网底设置多条加强带，承压钢网底还均匀设置加强台，加强台处设置封板卡槽、箱体卡槽和封板定位槽，每个加强台处安装一个支座；实验准备阶段时，装箱封板机构可拆卸地设置于承压钢网外形成上口开放的箱体，进行土壤装箱、管道填埋和探测器填埋；实验准备阶段完成后，将装箱封板机构从承压钢网外拆卸下来，进行实验测量阶段，实验测量阶段时，箱体外壳可拆卸地包围在完成填装后的承压钢网外构成封闭的实验箱体，进行气体泄漏后在土壤中的浓度分布测量；箱体外壳包括密封盖、壳身，密封盖上设置排气口，壳身上部设置集气口，壳身底部设置进气口。

2.根据权利要求1所述的埋地输气管道泄漏扩散模拟装置，其特征在于：所述装箱封板机构包括多个侧短封板、多个侧长封板、两块底内封板、两块底外封板和多个束缚带；每块侧短封板和侧长封板的内侧均匀设置封堵桩，外侧设置束缚带定位槽，各侧短封板和各侧长封板插入相邻的两个加强圈之间，各封堵桩插入到相应的承压钢网通气孔中，封堵通气孔，各层侧短封板和侧长封板均通过束缚带紧固在承压钢网壁外，束缚带的首尾端通过固定螺栓螺母紧固；底内封板和底外封板分别插入相应的封板卡槽内并通过封板定位槽用螺栓固定。

3.根据权利要求2所述的高效的埋地输气管道泄漏扩散模拟装置，其特征在于：所述壳身是由左边框体、中间框、右边框体组装到一起形成的上口开放的组合箱体，组合箱体上口具有圈密封板，密封板之上还有一圈密封槽，左边框体、中间框、右边框体相接处通过密封母口和密封公口密封连接；组合箱体的外壁具有束缚带定位槽，束缚带卡入束缚带定位槽内将左边框体、中间框、右边框体紧固为一体；密封槽与密封盖配合实现密封连接，密封板与承压钢网的密封渠连接实现顶端定位和密封。

4.根据权利要求3所述的埋地输气管道泄漏扩散模拟装置，其特征在于：所述密封盖为方形框，密封盖上还设置手柄，密封盖下端口设置一圈密封板，密封板和壳身的密封槽配合，实现密封盖的密封。

技术总结
本发明涉及的是一种埋地输气管道泄漏扩散模拟装置，它包括承压钢网、装箱封板机构、箱体外壳，承压钢网为网状的箱体，承压钢网的上口开放，承压钢网的网眼为通气孔，承压钢网的上口设置密封渠，承压钢网壁外设置多道加强圈，承压钢网底设置多条加强带，承压钢网底还均匀设置加强台，加强台处设置封板卡槽、箱体卡槽和封板定位槽，每个加强台处安装一个支座；承压钢网分别与装箱封板机构、箱体外壳组合装配，通过承压钢网与装箱封板机构可拆卸地组装，实现准备阶段装土；通过承压钢网与箱体外壳组装，实现全封闭实验模拟，进行气体泄漏后在土壤中的浓度分布测量。本发明大大减小箱体边壁对气体的阻碍作用，测量结果准确，实验过程安全、绿色环保。

技术研发人员：卜凡熙,何宇恒,朱家玮,洪家骏,林小强,王志华
受保护的技术使用者：东北石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15