天然氣管道空氣試壓實驗裝置

一、系統(tǒng)用途

用于管線專業(yè)學(xué)生的教學(xué)實踐和實驗。

（1）對學(xué)生鋪設(shè)的管線進行嚴密性實驗。《民用機場供油工程建設(shè)技術(shù)規(guī)范》，MH5008-2005：嚴密性實驗壓力1.6Mpa，靜置24h，壓降不大于0.1Mpa。

（2）管線泄漏監(jiān)測實驗訓(xùn)練。系統(tǒng)提供一個恒壓氣水源，接上破損管道，利用聲發(fā)射系統(tǒng)、進出口壓力模型、流量差等方法計算管道泄漏點。

（3）流量-壓力關(guān)系公式計算。設(shè)置不同壓力、流量時，記錄管道進出口壓力、溫度值，然后計算該管道的流量-壓力關(guān)系曲線。

為了確保教學(xué)安全，進行空氣實驗時，壓力不得超過0.8Mpa。

二、系統(tǒng)組成

整套系統(tǒng)由3個活動組件組成：空氣壓縮機、管道入口平臺（1#平臺）、管道出口平臺（2#平臺），如圖1所示。通過電控放氣閥向不銹鋼罐中充氣，來精確控制不銹鋼罐內(nèi)的氣水壓力。

（a）管道入口平臺（1#平臺）

（b）管道出口平臺（2#平臺）

圖1  管道泄漏檢測實驗平臺（僅供參考）

1、空氣壓縮機

空氣壓縮機選用市場貨架產(chǎn)品，出口額定氣壓≥0.8MPa，容積流量>1000L/min，儲氣罐容積≥150L。（儲氣罐容積+氣壓緩沖罐容積）≥200L，方便后續(xù)達到流量200L/min（0.35MPa）。

2、管道入口平臺（1#平臺）

管道入口平臺（1#平臺）主要由210L~350L（根據(jù)現(xiàn)有成品）2MPa的不銹鋼罐、20L~80L（根據(jù)現(xiàn)有成品，例如15kg煤氣罐）2MPa的氣壓緩沖罐、電控（放氣閥）氣體流量調(diào)節(jié)閥、安全閥、液位計、球閥、電控流量調(diào)節(jié)閥、高精度流量傳感器、高精度溫度傳感器、高精度壓力傳感器和控制箱等組成，整套系統(tǒng)放在一個小推車上，方便推到管道處進行實驗。（儲氣罐容積+氣壓緩沖罐容積）≥200L，方便后續(xù)達到流量200L/min（0.35MPa）。

本平臺可以提供0~1.6MPa的恒壓水源，以及0~0.8MPa的恒壓氣源，大流量為200L/min（0.35MPa，控制精度為<±0.05MPa）。

3、管道出口平臺（2#平臺）（主要用于緩沖管道出口，可以和1#平臺*）

管道出口平臺（2#平臺）主要由100L~200L（根據(jù)現(xiàn)有成品）2MPa的不銹鋼罐、安全閥、電控流量調(diào)節(jié)閥、流量傳感器、溫度傳感器和壓力傳感器組成，整套系統(tǒng)放在一個小推車上，信號和控制線纜長度>30m，方便測試管道時連接到1#平臺的控制箱。

本平臺主要用于管道實驗時模擬負載。

三、系統(tǒng)功能

1、天然氣管道空氣試壓實驗（壓降）

管道空氣試壓實驗的壓力大到0.8MPa。

（1）將實驗管道的一端連接到1#平臺，另一端連接到2#平臺；關(guān)閉1#平臺上的1#閥門；關(guān)閉2#平臺上的2#和3#電控流量調(diào)節(jié)閥；1#平臺上的氣壓緩沖罐通過A口直接連通至空氣壓縮機，并打開該口氣閥。

（2）設(shè)定實驗壓力、實驗時間、穩(wěn)定時間、采樣頻率；

• 控制器自動檢查打開1#平臺上的1#電控流量調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉2#平臺上的2#和3#電控流量調(diào)節(jié)閥；
• 控制器根據(jù)1#平臺的壓力傳感器，自動開啟電控（放氣閥）氣體流量調(diào)節(jié)閥，向1#不銹鋼罐中充氣，直至壓力達到設(shè)定值，并穩(wěn)定一定時間（可自行設(shè)定，例如30s）；
• 控制器關(guān)閉1#平臺上的1#電控流量調(diào)節(jié)閥；
• 控制器根據(jù)設(shè)定的采樣頻率（0.1Hz~1000Hz），自動記錄并顯示1#平臺和2#平臺上的壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器數(shù)值，直至達到設(shè)定時間（1min~24h）；
• 控制器緩慢打開1#平臺上的1#電控流量調(diào)節(jié)閥，2#平臺上的2#電控流量調(diào)節(jié)閥和3#電控流量調(diào)節(jié)閥，放掉管道中的氣體。如果流量傳感器不可以反轉(zhuǎn)，則不打開1#平臺上的1#電控流量調(diào)節(jié)閥。

（3）系統(tǒng)穩(wěn)定之后，關(guān)閉1#電控流量調(diào)節(jié)閥，控制器開始自動記錄并顯示以后，可以人工手動控制放掉1#不銹鋼罐和氣壓緩沖罐內(nèi)的高壓氣體，撤走空氣壓縮機。

（4）手動按實驗停止后；

控制器緩慢打開2#平臺上的2#電控流量調(diào)節(jié)閥和3#電控流量調(diào)節(jié)閥，放掉管道中的氣體。

2、油料管道水試壓實驗（壓降）

管道水試壓實驗的壓力大到1.6MPa。

（1）將實驗管道的一端連接到1#平臺，另一端連接到2#平臺；如果實驗壓力<0.8Mpa，1#平臺上的氣壓緩沖罐通過A口直接連通至空氣壓縮機，并打開該口氣閥；如果實驗壓力≥0.8Mpa，1#平臺上的氣壓緩沖罐通過B口經(jīng)過1:2增壓器連通至空氣壓縮機，并打開該口氣閥。

（2）打開1#平臺上的1#閥門、1#電控流量調(diào)節(jié)閥，2#平臺上的2#和3#電控流量調(diào)節(jié)閥，通過1#閥門用自來水軟管向不銹鋼罐內(nèi)加水，待整套系統(tǒng)內(nèi)都充滿水后，關(guān)閉1#平臺的1#閥門和2#平臺的2#和3#電控流量調(diào)節(jié)閥。

（3）設(shè)定實驗壓力、實驗時間、穩(wěn)定時間、采樣頻率；

• 控制器自動檢查打開1#平臺上的1#電控流量調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉2#平臺上的2#和3#電控流量調(diào)節(jié)閥；
• 控制器根據(jù)1#平臺的壓力傳感器，自動開啟電控放氣閥，向不銹鋼罐內(nèi)充氣，直至壓力達到設(shè)定值，并穩(wěn)定一定時間（可自行設(shè)定，例如30s），關(guān)閉1#平臺的流量調(diào)節(jié)閥；
• 控制器根據(jù)設(shè)定的采樣頻率（0.1Hz~1000Hz），自動記錄并顯示1#平臺和2#平臺的壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器，直至達到設(shè)定時間（1min~24h）；
• 控制器緩慢打開1#平臺上的1#電控流量調(diào)節(jié)閥，2#平臺上的2#電控流量調(diào)節(jié)閥和3#電控流量調(diào)節(jié)閥，放掉管道中的水。如果流量傳感器不可以反轉(zhuǎn)，則不打開1#平臺上的1#電控流量調(diào)節(jié)閥。

（4）系統(tǒng)穩(wěn)定之后，關(guān)閉1#電控流量調(diào)節(jié)閥，控制器開始自動記錄并顯示以后，可以人工手動控制放掉不銹鋼罐和氣壓緩沖罐內(nèi)的高壓氣體，撤走空氣壓縮機。

（5）手動按實驗停止后；

控制器緩慢打開2#平臺上的2#電控流量調(diào)節(jié)閥和3#電控流量調(diào)節(jié)閥，放掉管道中的水。

3、天然氣管道靜態(tài)泄漏實驗（聲發(fā)射，壓降，流量）

模擬天然氣管道靜態(tài)泄漏，管道靜態(tài)實驗空氣壓力大到0.8MPa。

（1）將實驗破損管道的一端連接到1#平臺，另一端連接到2#平臺；關(guān)閉1#平臺上的1#閥門；關(guān)閉2#平臺上的2#和3#電控流量調(diào)節(jié)閥；打開1#平臺上的1#電控流量調(diào)節(jié)閥；1#平臺上的氣壓緩沖罐通過A口直接連通至空氣壓縮機，并打開該口氣閥。

（2）設(shè)定實驗壓力（<0.8MPa）、穩(wěn)定時間、采樣頻率；

控制器自動檢查打開1#平臺上的1#電控流量調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉2#平臺上的2#和3#電控流量調(diào)節(jié)閥；控制器根據(jù)1#平臺的壓力傳感器，自動開啟電控放氣閥，向不銹鋼罐內(nèi)充氣，直至壓力達到設(shè)定值，并保持住該壓力值，穩(wěn)定設(shè)定時間后，控制器自動記錄并顯示1#平臺和2#平臺的壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器。

（3）手動按實驗停止后；

控制器自動關(guān)閉電控放氣閥，緩慢打開2#平臺上的2#電控流量調(diào)節(jié)閥和3#電控流量調(diào)節(jié)閥，放掉管道中的氣體。

4、油料管道靜態(tài)泄漏實驗（聲發(fā)射，壓降，流量）

模擬油料管道靜態(tài)泄漏，管道靜態(tài)實驗水壓力大到1.6MPa。

（1）將實驗破損管道的一端連接到1#平臺，另一端連接到2#平臺；如果實驗壓力<0.8Mpa，1#平臺上的氣壓緩沖罐通過A口直接連通至空氣壓縮機，并打開該口氣閥；如果實驗壓力≥0.8Mpa，1#平臺上的氣壓緩沖罐通過B口經(jīng)過1:2增壓器連通至空氣壓縮機，并打開該口氣閥。

（2）打開1#平臺上的1#閥門、1#電控流量調(diào)節(jié)閥，2#平臺上的2#和3#電控流量調(diào)節(jié)閥，通過1#閥門用自來水軟管向不銹鋼罐內(nèi)加水，根據(jù)實驗耗水量，在1#平臺不銹鋼罐中備足相應(yīng)的水，然后關(guān)閉1#平臺的1#閥門和2#平臺的2#和3#電控流量調(diào)節(jié)閥。

（3）設(shè)定實驗壓力（<1.6MPa）、穩(wěn)定時間、采樣頻率；

控制器自動檢查打開1#平臺上的1#電控流量調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉2#平臺上的2#和3#電控流量調(diào)節(jié)閥；控制器根據(jù)1#平臺的壓力傳感器，自動開啟電控放氣閥，向不銹鋼罐內(nèi)充氣，直至壓力達到設(shè)定值，并保持住該壓力值，穩(wěn)定設(shè)定時間后，控制器自動記錄并顯示1#平臺和2#平臺的壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器和液位傳感器。

（4）當1#平臺不銹鋼罐內(nèi)液位低于安全界*，自動停止，并關(guān)閉電控放氣閥，緩慢打開2#平臺上的2#電控流量調(diào)節(jié)閥和3#電控流量調(diào)節(jié)閥，放掉管道中的水。

（5）手動按實驗停止后；

控制器自動關(guān)閉電控放氣閥，緩慢打開2#平臺上的2#電控流量調(diào)節(jié)閥和3#電控流量調(diào)節(jié)閥，放掉管道中的水。

5、天然氣管道動態(tài)泄漏實驗（流量差，系統(tǒng)模型）、天然氣管道流體實驗（流量-壓力關(guān)系）

模擬天然氣管道動態(tài)泄漏，也可以演示計算管道的流體特性（流量-壓力關(guān)系），管道動態(tài)實驗空氣壓力<0.8MPa。

（1）將實驗破損管道的一端連接到1#平臺，另一端連接到2#平臺；關(guān)閉1#平臺上的1#閥門；關(guān)閉2#平臺上的2#電控流量調(diào)節(jié)閥；打開1#平臺上的1#電控流量調(diào)節(jié)閥；打開2#平臺上的3#電控流量調(diào)節(jié)閥；1#平臺上的氣壓緩沖罐通過A口直接連通至空氣壓縮機，并打開該口氣閥。

（2）設(shè)定實驗壓力（<0.8MPa）、流量、穩(wěn)定時間、采樣頻率；

因為空氣壓縮機的出口額定氣壓≥0.8MPa，容積流量>1000L/min，所以，控制器首先判別設(shè)定的實驗壓力和流量是否有效，如果（設(shè)定實驗壓力×設(shè)定流量）>（系統(tǒng)額定出口壓力0.8MPa×系統(tǒng)額定流量1000L/min），則系統(tǒng)自動提示設(shè)定值無效；

控制器自動檢查打開1#平臺上的1#電控流量調(diào)節(jié)閥和2#平臺上的3#電控流量調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉2#平臺上的2#電控流量調(diào)節(jié)閥；

控制器根據(jù)1#平臺的壓力傳感器，自動開啟電控放氣閥，向不銹鋼罐內(nèi)充氣，直至壓力達到設(shè)定值，并保持住該壓力值；

控制器根據(jù)1#平臺的流量傳感器，自動開啟2#平臺上的2#電控流量調(diào)節(jié)閥，直至流量達到設(shè)定值，并保持該流量值；

穩(wěn)定設(shè)定時間后，控制器自動記錄并顯示1#平臺和2#平臺的壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器。

（3）手動按實驗停止后；

控制器自動關(guān)閉電控放氣閥，緩慢打開2#平臺上的2#電控流量調(diào)節(jié)閥，放掉管道中的氣體。

6、油料管道動態(tài)泄漏實驗（流量差，系統(tǒng)模型）、油料管道流體實驗（流量-壓力關(guān)系）

模擬油料管道動態(tài)泄漏，也可以演示計算液體的流體特性（流量-壓力關(guān)系），管道動態(tài)實驗壓力<0.8MPa。

（1）將實驗管道的一端連接到1#平臺，另一端連接到2#平臺；1#平臺上的氣壓緩沖罐通過A口直接連通至空氣壓縮機，并打開該口氣閥；2#平臺的不銹鋼罐出口連接軟管至地上或者水池。

（2）打開1#平臺上的1#閥門、1#電控流量調(diào)節(jié)閥，2#平臺上的2#和3#電控流量調(diào)節(jié)閥；通過1#閥門用自來水軟管向不銹鋼罐內(nèi)加水，根據(jù)實驗耗水量，在1#平臺不銹鋼罐中備足相應(yīng)的水；然后關(guān)閉1#平臺的1#閥門和2#平臺的2#電控流量調(diào)節(jié)閥。

（3）設(shè)定實驗壓力（<0.8MPa）、流量、穩(wěn)定時間、采樣頻率；

因為空氣壓縮機的出口額定氣壓≥0.8MPa，容積流量>1000L/min，所以，控制器首先判別設(shè)定的實驗壓力和流量是否有效，如果（設(shè)定實驗壓力×設(shè)定流量）>（系統(tǒng)額定出口壓力0.35MPa×系統(tǒng)額定流量200L/min），則系統(tǒng)自動提示設(shè)定值無效；

控制器自動檢查打開1#平臺上的1#電控流量調(diào)節(jié)閥和2#平臺上的3#電控流量調(diào)節(jié)閥，關(guān)閉2#平臺上的2#電控流量調(diào)節(jié)閥；

控制器根據(jù)1#平臺的壓力傳感器值，自動開啟電控放氣閥，向不銹鋼罐內(nèi)充氣，直至壓力達到設(shè)定值，并保持該壓力值；

控制器根據(jù)1#平臺的流量傳感器，自動開啟2#平臺的2#流量調(diào)節(jié)閥，直至流量達到設(shè)定值，并保持該流量值；

穩(wěn)定設(shè)定時間后，控制器自動記錄并顯示1#平臺和2#平臺的壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器和液位計。

（4）當液位低于安全界*，自動停止，并關(guān)閉電控放氣閥，緩慢打開2#平臺上的2#電控流量調(diào)節(jié)閥，放掉管道中的水。

（5）手動按實驗停止后；

控制器自動關(guān)閉電控放氣閥，緩慢打開2#平臺上的2#電控流量調(diào)節(jié)閥，放掉管道中的水。

四、總體要求

（1）整套系統(tǒng)在參數(shù)設(shè)定完畢進行自動控制時，給出紅燈提示；參數(shù)達到控制值，處于穩(wěn)定狀態(tài)時，給出黃燈提示；穩(wěn)定完畢，控制器開始自動記錄時，給出綠燈提示；系統(tǒng)停止工作后，給出紅燈提示。

（2）所有閥門均可以在界面上手動緩慢開閉，用于放水/放氣。

（3）整套系統(tǒng)設(shè)有緊急關(guān)閉按鈕，可以一鍵緊急關(guān)閉所有閥門。

（4）實驗數(shù)據(jù)可以使用U盤或者SD卡拷走。

（5）不銹鋼壓力罐配備安全閥，并具有一定的承壓安全系數(shù)。

五、個別參數(shù)指標

（1）存放環(huán)境：-20℃~70℃，10%RH~*RH

（2）使用環(huán)境：2℃~50℃，10%RH~*RH

（3）不銹鋼壓力罐：高1000 mm *直徑600mm，2.0MPa，安全系數(shù)>1.5，容積>230L

（4）不銹鋼壓力氣緩沖瓶：2.0MPa，安全系數(shù)>2.0，容積>50L

（5）不銹鋼壓力傳感器：量程0~1.8MPa，精度<2kPa

（6）不銹鋼溫度傳感器：0℃~60℃，精度<0.1℃

（7）不銹鋼流量傳感器：0~250L/min，精度<2 L/min

（8）整套系統(tǒng)壓力控制精度<2kPa，壓力波動范圍±4kPa

（9）整套系統(tǒng)流量控制精度<3L/min，壓力波動范圍±5L/min

（10）不銹鋼泄壓閥：1.8MPa，精度<50kPa

說明：如果因為傳感器的量程過大引起精度不夠時，可以多備幾種傳感器，根