一種模擬天然氣在土壤中泄漏的試驗(yàn)裝置與方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種模擬天然氣在土壤中泄漏的試驗(yàn)裝置和方法，試驗(yàn)裝置包括了壓縮氣體鋼瓶、減壓閥、氣體流量計(jì)、PC計(jì)算機(jī)、耐壓軟管、硬質(zhì)管道、氣體緩沖筒、可燃?xì)馓筋^、多通道可燃?xì)馓筋^控制器、防水屏蔽電纜和剛性軟管等，其中氣體緩沖筒和可燃?xì)馓筋^埋置于室外的土壤中，通過(guò)鋼性軟管可能對(duì)埋在地下的可燃?xì)馓筋^進(jìn)行標(biāo)零標(biāo)定。試驗(yàn)方法為打開(kāi)天然氣壓縮氣體鋼瓶的減壓閥，依次通過(guò)氣體流量計(jì)、而壓軟管、硬質(zhì)管道向氣體緩沖筒充滿天然氣，利用埋在地下的可燃?xì)馓筋^采集氣體緩沖筒中泄漏出來(lái)的氣體濃度，研究天然氣管道泄漏后天然氣在土壤中的擴(kuò)散規(guī)律，從而為天然氣管道泄漏事故的防范和處置提供技術(shù)支持。
【專利說(shuō)明】一種模擬天然氣在土壤中泄漏的試驗(yàn)裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種模擬天然氣在土壤中泄漏的試驗(yàn)裝置與方法，涉及可燃?xì)獾臏y(cè)量、多孔介質(zhì)中氣體擴(kuò)散和氣路管道系統(tǒng)等【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]截止2005年世界上建成的各種管道長(zhǎng)度已經(jīng)超過(guò)250萬(wàn)公里，其總長(zhǎng)度已經(jīng)超過(guò)了世界鐵路的總里程世界上絕大部分的天然氣，85%以上的原油運(yùn)輸都是通過(guò)管道運(yùn)輸來(lái)實(shí)現(xiàn)的。截至2013年初，中國(guó)油氣管道總長(zhǎng)度已超過(guò)10萬(wàn)公里。然而，像所有的工程設(shè)備一樣，管道也可能發(fā)生事故。隨著管道運(yùn)輸業(yè)的不斷發(fā)展，管道的增多，管齡的增長(zhǎng)，以及不可避免的腐蝕、磨損、缺陷等自然或人為損壞的原因，使管道泄漏事故頻繁發(fā)生，引起世人關(guān)注。對(duì)于石油、天然氣等能源輸送管道，輸送介質(zhì)的泄漏不僅會(huì)造成寶貴自然資源的浪費(fèi)、環(huán)境污染并影響油氣田的正常生產(chǎn)，還會(huì)直接威脅油氣管道、設(shè)施的安全運(yùn)行，甚至威脅到周圍居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。管道投入運(yùn)行的早期和后期是事故的高發(fā)期，特別是服務(wù)后期，管道事故發(fā)生的可能性隨著服務(wù)期限的增加而急劇增加。目前我國(guó)許多管道服務(wù)時(shí)間都已超過(guò)20多年，處于事故高發(fā)期，必須采取有效措施，及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故的隱患并最大限度地減少災(zāi)害造成的損失，管道泄漏的研究不僅對(duì)管道案例十分重要，而且從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，其經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。
[0003]按照管道被破壞的嚴(yán)重情況，一般可以將事故分為泄漏孔徑≤20mm、穿孔20mm<孔徑<管徑和破裂孔徑=管徑3級(jí)，這其中管道泄漏占事故總量的54%，穿孔和破裂分別占事故總量的29%和17%。天然氣管道大多埋于地下，檢查不便。管道的缺陷，長(zhǎng)期運(yùn)行后形成的材料失效、腐蝕，都極易造成泄漏事故。目前的管道運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多是監(jiān)測(cè)管道運(yùn)行的壓力、聲音和震動(dòng)信號(hào)，而小型泄漏產(chǎn)生的信號(hào)常常比較弱，不容易被監(jiān)測(cè)系統(tǒng)捕捉，具有一定的隱蔽性。不過(guò)，如果小泄漏不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，其長(zhǎng)時(shí)間的泄漏積累的可燃?xì)怏w很可能引起火災(zāi)、爆炸等事故。為了盡早發(fā)現(xiàn)和預(yù)防事故，并用泄漏可能導(dǎo)致的結(jié)果為事故后處理提供建議，發(fā)明針對(duì)埋地天然氣管道的穿孔泄漏的模擬與實(shí)驗(yàn)研究提代了試驗(yàn)裝置和方法，能夠用于定量分析泄漏發(fā)生后土壤內(nèi)與土壤表面的天然氣分布情況。預(yù)期本發(fā)明可以為泄漏事故的監(jiān)測(cè)提供比較準(zhǔn)確的理論依據(jù)；為事故發(fā)生后的人群疏散與事故救援工作提供數(shù)據(jù)保障；為管道建設(shè)選址提供參考依據(jù)；有助于建立健全在役管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系。
[0004]針對(duì)天然氣管道泄漏事故發(fā)生后氣體擴(kuò)散，國(guó)內(nèi)的王樹(shù)乾、馬世海、程浩力等學(xué)者們做了一定的研究工作，認(rèn)為天然氣以自由射流進(jìn)入大氣，管道壓力越高，甲烷氣體離地面越高，下風(fēng)向傳播距離越大，湍流效果越明顯，與空氣混合越快。隨著管道壓力增大，泄漏氣體造成的爆炸危險(xiǎn)范圍高度明顯增大，這會(huì)導(dǎo)致建筑物高層人員疏散難度加大；而當(dāng)管道壓力較小時(shí)，地面附近危險(xiǎn)性較高。天然氣高濃度區(qū)明顯大于石油氣，天然氣的危險(xiǎn)區(qū)域幾乎充滿了下風(fēng)向半徑為55m的半圓區(qū)域內(nèi)，而石油氣則基本集中在燃?xì)獾挠L(fēng)面一側(cè)。目前，國(guó)內(nèi)外大多數(shù)相關(guān)研究主要集中于天然氣在大氣環(huán)境中泄漏擴(kuò)散規(guī)律的理論研究和數(shù)值模擬，但對(duì)易燃易爆氣體在土壤中擴(kuò)散過(guò)程研究的很少，基于大尺度實(shí)驗(yàn)方法天然氣在土壤中泄漏規(guī)律更少。
[0005]專利CN200410020046.6公開(kāi)了一種基于干涉原理的分布式光纖油氣管道泄漏監(jiān)測(cè)方法及監(jiān)測(cè)裝置。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要求在管道附近沿管道并排鋪設(shè)一根光纜，利用光纜中的光纖組成一個(gè)光纖微振動(dòng)傳感器。專利CN200620119429、CN200610113044.0均為基于Sagnac光纖干涉儀的管道泄漏監(jiān)測(cè)裝置，專利CN200610072879.6是一種基于分布式光纖聲學(xué)傳感技術(shù)的管道泄漏監(jiān)測(cè)裝置及方法。專利CN100510673C公開(kāi)了一種天然氣管道泄漏激光遙感探測(cè)裝置及其探測(cè)方法。上述專利均不能實(shí)現(xiàn)土壤中天然氣泄漏的定量檢測(cè)。
[0006]針對(duì)埋地管道泄漏擴(kuò)散的實(shí)驗(yàn)研究，Hideki Okamoto和Yasushiro Gomi在((Journal of Loss Prevention in the Process Industries〉〉雜志 2011 第 24 期發(fā)表了((Empirical research on diffusion behavior of leaked gas in the ground))一文，針對(duì)可燃?xì)饴竦毓艿肋M(jìn)行了全尺寸的實(shí)驗(yàn)研究，得到了氣體濃度隨時(shí)間的變化情況，確認(rèn)了氣體密度、濃度對(duì)分子擴(kuò)散的影響。此外，實(shí)驗(yàn)還證明，氣體需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才能擴(kuò)散到地面處。通過(guò)實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算的對(duì)比，證明了達(dá)西定律與費(fèi)克擴(kuò)散定律在全尺寸地下管道問(wèn)題中的適用性。謝昱姝，吳宗之，呂良海，姚偉，白光等人在《中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)》雜志2012年第8卷第4期發(fā)表了《城市管道天然氣在土壤中泄漏擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)研究》一文，采用全尺度氣體泄漏實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)泄漏后天然氣在土壤中的擴(kuò)散過(guò)程進(jìn)行研究。該實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)低壓低流速的事故情境，結(jié)果表明:埋地管道泄漏后天然氣在土壤中的擴(kuò)散過(guò)程主要分為4個(gè)階段:孕育階段、陡然增長(zhǎng)階段、緩慢增長(zhǎng)階段與穩(wěn)定階段。天然氣擴(kuò)散到檢測(cè)點(diǎn)所需要的時(shí)間與距泄漏口的距離呈現(xiàn)近似的冪指數(shù)關(guān)系。當(dāng)檢測(cè)點(diǎn)處于泄漏口附近時(shí)，泄漏壓力起主導(dǎo)作用；當(dāng)檢測(cè)點(diǎn)位于較遠(yuǎn)離泄漏口的區(qū)域時(shí)，泄漏量起主要的作用。以上兩篇文章一是均采用室內(nèi)建立全尺寸實(shí)驗(yàn)裝置，不完全符合實(shí)際應(yīng)用背景；二是兩篇文章均沒(méi)有采用氣體緩沖筒，不能夠模擬泄漏孔附近真實(shí)的壓力梯度的大小和方向；三是兩篇文章均不能對(duì)可燃?xì)馓筋^進(jìn)行在線校準(zhǔn)，埋入土壤較長(zhǎng)時(shí)間可燃?xì)鈺?huì)存在零點(diǎn)和濃度漂移，檢測(cè)的濃度會(huì)有很大誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了真實(shí)地模擬野外埋置的天然氣管道泄漏過(guò)程，為天然氣泄漏事故的防范和處置提供技術(shù)支撐，本發(fā)明提供了一種模擬天然氣在土壤中泄漏的試驗(yàn)裝置與方法，能夠更為真實(shí)地模擬天然氣泄漏時(shí)管道附近土壤的孔隙結(jié)構(gòu)和泄漏孔附近天然氣的壓力梯度，并能夠更準(zhǔn)確地測(cè)定泄漏過(guò)程中土壤中的天然氣濃度。
[0008]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:試驗(yàn)裝置可有選擇地包括壓縮氣體鋼瓶、減壓閥、氣體流量計(jì)、PC計(jì)算機(jī)、耐壓軟管、硬質(zhì)管道、氣體緩沖筒、可燃?xì)馓筋^、多通道可燃?xì)馓筋^控制器、防水屏蔽電纜、剛性軟管、串口通信線、壓縮氣體、泄漏孔、氣體壓力傳感器、空氣壓縮機(jī)、大棚、土坑、氣室、網(wǎng)狀不銹鋼孔、防水透氣面料、堵頭和防水電磁閥。試驗(yàn)裝置采用氣體緩沖筒并在氣體緩沖筒中安裝防水的壓力傳感器模擬泄漏孔附近真實(shí)的壓力梯度；可燃?xì)馓筋^連接防水屏蔽電纜和鋼性軟管并做防水處理，是為了能夠埋置于室外的土壤中長(zhǎng)時(shí)間正常工作并實(shí)時(shí)地通過(guò)防水屏蔽電纜向，并能夠根據(jù)需要向氣室內(nèi)接入防水的鋼性軟管通入標(biāo)氣實(shí)現(xiàn)可燃?xì)馓筋^的在線標(biāo)零與校準(zhǔn)；軟管與硬質(zhì)氣路部件的接頭采用塔形接頭和喉卡連接防止進(jìn)水和漏氣；氣體緩沖筒的氣路通過(guò)L形的硬質(zhì)管道接出地面，硬質(zhì)管道水平部分通過(guò)纏繞生膠帶的螺紋連接于氣體緩沖筒，能夠最大程度地減小硬質(zhì)管道對(duì)天然氣泄漏流場(chǎng)的影響；鋼性軟管一端連入可燃?xì)馓筋^的氣室，另一端可以通過(guò)耐壓軟管和減壓閥與壓縮氣體鋼瓶的連接，這樣既可以通過(guò)向鋼性軟管中注入氮?dú)饣驂嚎s空氣對(duì)埋在土壤下的可燃?xì)馓筋^進(jìn)行標(biāo)零，也可以通過(guò)向軟管中注入甲烷標(biāo)氣對(duì)對(duì)埋在土壤下的可燃?xì)馓筋^進(jìn)行標(biāo)定；氣體緩沖筒長(zhǎng)度和泄漏孔尺寸的選取考慮到直徑尺寸的影響，經(jīng)計(jì)算緩沖筒長(zhǎng)度為直徑的3倍、泄漏孔走私2_能夠較好地模擬泄漏孔的壓力梯度；泄漏孔位置的選取綜合考慮到了充分利用氣體緩沖筒的緩沖作用，并有利于減小氣體緩沖筒對(duì)兩兩對(duì)稱布點(diǎn)的可燃?xì)馓筋^檢測(cè)數(shù)據(jù)影響的不一致性；硬質(zhì)管道的典型材料為鍍鋅管，一是材料易得可以直接采用普通鍍鋅水管，二是能夠一定程度上防銹；硬質(zhì)管道的形狀為L(zhǎng)形，主要是為了硬質(zhì)管道水平部分與氣體緩沖筒連接，長(zhǎng)度為1.5m-3m是為了防止垂直部分離泄漏點(diǎn)太近會(huì)影響天然氣泄漏在土壤的擴(kuò)散；硬質(zhì)管道垂直部分長(zhǎng)度為1.3m-l.5m主要是為了能夠露出地面更容易與耐壓軟管連接；氣體流量計(jì)為質(zhì)量流量計(jì)能夠更準(zhǔn)確地計(jì)算泄漏點(diǎn)的源強(qiáng)，質(zhì)量流量計(jì)具備控制氣體的流量功能時(shí)能夠更好地控制泄漏點(diǎn)的源強(qiáng)；可燃?xì)馓筋^采用非分光紅外傳感器是為了防止采用催化燃燒傳感器時(shí)土壤內(nèi)空氣含量低容易造成檢測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)；可燃?xì)馓筋^的氣室通過(guò)網(wǎng)狀不銹鋼孔及外覆的防水透氣面料與土壤接觸，是為了防止土壤中的水氣進(jìn)入氣室影響檢測(cè)濃度；采用自然擴(kuò)散方式檢測(cè)，是防止泵吸方式影響土壤中的流場(chǎng)；可燃?xì)馓筋^檢測(cè)量程選為可燃?xì)獗ㄏ薜?% _100%，檢測(cè)精度不低于可燃?xì)獗ㄏ薜?%，可燃?xì)鉂舛瘸^(guò)100%爆炸限時(shí)能報(bào)知濃度超限，是為了可燃?xì)馓筋^既能靈敏地檢測(cè)可燃?xì)獗ㄏ?%?100%的氣體，也能在濃度超限時(shí)不產(chǎn)生漏報(bào)；可燃?xì)馓筋^外殼能夠防爆，電纜接口部位能夠防水，是為了防止可燃?xì)獗ê屯寥乐械乃畾庠斐商筋^損壞；防水屏蔽電纜既能向可燃?xì)馓筋^供電，又能回傳可燃?xì)馓筋^的檢測(cè)數(shù)據(jù)，是為了減少電纜數(shù)量進(jìn)而降低對(duì)土壤中天然氣中流場(chǎng)的影響；多通道可燃?xì)馓筋^控制器能夠通過(guò)防水屏蔽電纜為4-16個(gè)埋在土壤中的天燃?xì)馓筋^供電并實(shí)時(shí)采集土壤中天燃?xì)鉂舛葦?shù)據(jù)，主要考慮到探頭數(shù)量過(guò)少不能驗(yàn)證數(shù)值模擬的結(jié)果，探頭過(guò)多則成本過(guò)高并會(huì)嚴(yán)重影響天燃?xì)庠谕寥乐械牧鲌?chǎng)；可燃?xì)馓筋^以氣體緩沖筒為中心，每?jī)蓚€(gè)可燃?xì)馓筋^I組，每組可燃?xì)馓筋^兩兩對(duì)稱埋在土壤中，是為了每?jī)蓚€(gè)可燃?xì)馓筋^間的數(shù)據(jù)可以相互印證并利用兩個(gè)探頭讀數(shù)的算術(shù)平均值減少測(cè)量誤差、偶然誤差，以及土壤不能夠完全各向同性造成的系統(tǒng)誤差；每?jī)山M可燃?xì)馓筋^之間垂直高度差不小于0.2m，是為了檢測(cè)土壤中不同高度的濃度分布；垂直相鄰的兩組可燃?xì)馓筋^從俯視上看為“十”字交叉配置，主要是為了最大程度上滿足泄漏點(diǎn)附近土壤中天然氣濃度分布的檢測(cè)；每?jī)山M可燃?xì)馓筋^離泄漏孔水平距離愈近高度愈高是為了防止離泄漏孔太近影響天然氣在土壤中的擴(kuò)散流場(chǎng)；每?jī)山M可燃?xì)馓筋^之間水平距離差不小于0.5m，是為了檢測(cè)土壤中水平上離泄漏孔不同距離的濃度分布；可燃?xì)馓筋^與泄漏孔之間的水平距離不小于0.5m,同樣是為了防止離泄漏孔太近影響天然氣在土壤中的擴(kuò)散流場(chǎng)；氣體緩沖筒的筒壁上用法蘭加“O”型密封圈緊固方式密封防水的氣體壓力傳感器，這樣既可以實(shí)時(shí)測(cè)量緩沖筒內(nèi)部的氣體壓力，又能通過(guò)緩沖筒外部的防水屏蔽電纜與地面的PC計(jì)算機(jī)連接，并且不會(huì)影響氣體緩沖筒的密封性；防水的氣體壓力傳感器與防水屏蔽線纜的接口端采用防水處理，防水屏蔽線纜與硬制管道并行布線，可以方便施工并防止雨水和土壤中的水氣影響防水的氣體壓力傳感器的測(cè)量性能；甲烷標(biāo)氣濃度選取為50%爆炸限、平衡氣是空氣，一是為了防止甲烷超過(guò)過(guò)爆炸限影響試驗(yàn)安全性，二是通過(guò)數(shù)值計(jì)算能夠從低濃度反演出純甲烷氣體及天然氣的擴(kuò)散規(guī)律，三是平衡氣為空氣時(shí)可以采用催化燃燒原理的可燃?xì)馓筋^，能夠降低試驗(yàn)裝置的成本。試驗(yàn)方法中采用室外挖土坑經(jīng)雨季自然壓實(shí)的方法能夠較好地模擬天然氣泄漏時(shí)的土壤結(jié)構(gòu)；每輪試驗(yàn)前采用空氣壓縮機(jī)吹散土壤孔隙中和吸附的甲烷氣體比使用壓縮空氣鋼瓶和高純氮?dú)怃撈砍杀镜秃芏?；檢查氣路是否漏氣，能夠保證土壤中天然氣的泄漏源強(qiáng)均來(lái)自于泄漏孔，且通過(guò)氣體流量計(jì)可獲得源強(qiáng)的大??；埋入氣體緩沖筒的土壤經(jīng)雨季或多次淋灌自然壓實(shí)后，在試驗(yàn)地點(diǎn)上方搭建了一個(gè)四周密閉的大棚，可以防止泄漏試驗(yàn)期間因風(fēng)、雨等氣象條件變化影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的致性和重復(fù)性，大棚內(nèi)部貼近地面還安裝了一個(gè)可燃?xì)馓筋^，用于測(cè)量地面的泄漏氣體濃度；埋入土中的可燃?xì)馓筋^可以在試驗(yàn)前采用洛陽(yáng)鏟打孔的方式埋入，一是防止雨季中雨水損壞可燃器探頭，二是能夠最大程度地避免破壞雨季后的土壤狀況；每次泄漏試驗(yàn)前通過(guò)鋼性軟管向埋在土壤中的可燃?xì)馓筋^的氣室中通入氮?dú)膺M(jìn)行標(biāo)零，通入甲烷標(biāo)氣進(jìn)行標(biāo)定，然后進(jìn)行試驗(yàn)，能夠充分保證可燃?xì)馓筋^的檢測(cè)精度；通過(guò)安裝在氣體緩沖筒兩端連接兩個(gè)L形硬質(zhì)管道，并用電磁閥控制泄漏孔的泄漏，可以在泄漏試驗(yàn)正式開(kāi)始前將天燃?xì)鈩?dòng)態(tài)充滿氣體緩沖筒，用電磁閥打開(kāi)泄漏孔后能夠更好地模擬泄漏初始段的實(shí)際情況；通過(guò)安裝在氣體緩沖筒兩端連接兩個(gè)L形硬質(zhì)管道，并用電磁閥控制泄漏孔的泄漏，可以在泄漏試驗(yàn)正式開(kāi)始前將天燃?xì)鈩?dòng)態(tài)充滿氣體緩沖筒，用電磁閥打開(kāi)泄漏孔后能夠更好地模擬泄漏初始段的實(shí)際情況。在進(jìn)行模擬天然氣在土壤中泄漏的試驗(yàn)時(shí)，氣路檢漏方法有兩種:第一種氣路檢漏方法為將壓縮氣體鋼瓶、減壓閥、氣體流量計(jì)、耐壓軟管、硬質(zhì)管道和氣體緩沖筒依次進(jìn)行連接，開(kāi)啟減壓閥，氮?dú)饣蚩諝鈴膲嚎s氣體鋼瓶流出，依次經(jīng)過(guò)減壓閥、氣體流量計(jì)、耐壓軟管、硬質(zhì)管道進(jìn)入氣體緩沖筒，調(diào)整減壓閥出口壓力約0.15MPa，根據(jù)氣體緩沖筒體積、氣體流量計(jì)累計(jì)讀數(shù)和減壓閥出口壓力利用質(zhì)量守恒方程和理想氣體方程判斷天然氣壓縮氣體在氣體緩沖筒中的壓力與減壓閥壓力基本一致，即氣流達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，如果氣體流量計(jì)瞬時(shí)讀數(shù)小于0.5L/min，則認(rèn)為氣路不漏氣；第二種氣路檢漏方法為將壓縮氣體鋼瓶、減壓閥、氣體流量計(jì)、耐壓軟管、硬質(zhì)管道、安裝有氣體壓力傳感器和防水電磁閥的氣體緩沖筒、硬質(zhì)管道和堵頭依次進(jìn)行連接，關(guān)閉防水電磁閥，開(kāi)啟減壓閥，氮?dú)饣蚩諝鈴膲嚎s氣體鋼瓶流出，依次經(jīng)過(guò)減壓閥、氣體流量計(jì)、耐壓軟管、硬質(zhì)管道進(jìn)入氣體緩沖筒，調(diào)整減壓閥出口壓力約0.15MPa，待氣體流量計(jì)的氣體流量基本達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，如果防水的氣體壓力傳感器讀數(shù)與減壓閥出口壓力差值小于0.0lMPa，則認(rèn)為氣路不漏氣。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本發(fā)明的模擬天然氣在土壤中泄漏的試驗(yàn)裝置的一種基本結(jié)構(gòu)標(biāo)意圖；
[0010]圖2是采用在線標(biāo)零標(biāo)定的可燃?xì)馓筋^氣室結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖3是本發(fā)明的模擬天然氣在土壤中泄漏的試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法的基本流程圖；
[0012]圖4是本發(fā)明的氣路檢漏方法的基本流程圖；
[0013]圖中1.壓縮氣體鋼瓶，2.減壓閥，3.氣體流量計(jì)，4.PC計(jì)算機(jī)，5-1.耐壓軟管a，5-2.耐壓軟管b，6-1.硬質(zhì)管道a，6-2.硬質(zhì)管道b，7.氣體緩沖筒，8-1.可燃?xì)馓筋^a，8-2.可燃?xì)馓筋^b，8-3.可燃?xì)馓筋^c，8-4.可燃?xì)馓筋^d，8-5.可燃?xì)馓筋^e，8-6.可燃?xì)馓筋^f，8-7.可燃?xì)馓筋^g，9.多通道可燃?xì)馓筋^控制器，10.防水屏蔽電纜a，11.剛性軟管，12.串口通信線，13.壓縮氣體，14.泄漏孔，15.氣體壓力傳感器，16.空氣壓縮機(jī)，17.大棚，18.土坑，19.氣室，20.網(wǎng)狀不銹鋼孔，21.防水透氣面料，22.防水屏蔽電纜b，23.堵頭，24.可燃?xì)馓筋^h，25.防水電磁閥。
【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖1和圖3所示為本發(fā)明的基本實(shí)施方式。模擬天然氣在土壤中泄漏的試驗(yàn)裝置如圖1所示包括壓縮氣體鋼瓶1、減壓閥2、氣體流量計(jì)3、PC計(jì)算機(jī)4、耐壓軟管a5-l、耐壓軟管b5-2、耐壓軟管c5-3、硬質(zhì)管道a6-l、硬質(zhì)管道b6_2、可燃?xì)馓筋^a8_l、可燃?xì)馓筋^b8-2、可燃?xì)馓筋^c8-3、可燃?xì)馓筋^d8-4、可燃?xì)馓筋^e8_5、可燃?xì)馓筋^f8_6、可燃?xì)馓筋^g8_7、可燃?xì)馓筋^h24、氣體緩沖筒7、多通道可燃?xì)馓筋^控制器9、防水屏蔽電纜alO、剛性軟管11、串口通信線12、壓縮氣體13、泄漏孔14、氣體壓力傳感器15、空氣壓縮機(jī)16、大棚
17、土坑18、防水屏蔽電纜b22、堵頭23和防水電磁閥25。其中，壓縮氣體鋼瓶I通過(guò)自帶的螺紋與減壓閥2緊密連接；減壓閥2通過(guò)耐壓軟管a5-l與氣體流量計(jì)3的氣體入口端緊密連接；氣體流量計(jì)3的氣體出口通過(guò)耐壓軟管b5-2與硬質(zhì)管道a6-l連接；氣體流量計(jì)3和PC計(jì)算機(jī)4通過(guò)串口通信線12連接；氣體緩沖筒7為封閉的空心圓柱，氣體緩沖筒側(cè)面開(kāi)有泄漏孔(14)，氣體緩沖筒的一端平面的中心通過(guò)螺孔與硬質(zhì)管道a6-l連接；硬質(zhì)管道a6_l包括水平部分和垂直部分呈L形，硬質(zhì)管道a6_l水平部分通過(guò)纏繞生膠帶的螺紋連接于氣體緩沖筒7，硬質(zhì)管道a6-l垂直部分通過(guò)喉卡與耐壓軟管b5-2連接；可燃?xì)馓筋^a8-l、可燃?xì)馓筋^b8-2、可燃?xì)馓筋^c8-3、可燃?xì)馓筋^d8_4、可燃?xì)馓筋^e8_5、可燃?xì)馓筋^f8-6、可燃?xì)馓筋^g8-7、可燃?xì)馓筋^h24和多通道可燃?xì)馓筋^控制器9與通過(guò)防水屏蔽電纜alO連接；氣體緩沖筒7的泄漏孔14可以用防水電磁閥25進(jìn)行控制進(jìn)行開(kāi)關(guān)；防水的氣體壓力傳感器15采用法蘭緊固方式密封安裝于氣體緩沖筒7的壁上，不會(huì)影響氣體緩沖筒7的密封性，用于測(cè)定氣體緩沖筒7內(nèi)部的氣體壓力，其供電和數(shù)據(jù)接口位于氣體緩沖筒7外部；氣體壓力傳感器15和防水電磁閥25控制和數(shù)據(jù)線為防水屏蔽線纜b22，在地下與硬制管道a6-l并行布線，在地上與PC計(jì)算機(jī)4連接；氣體緩沖筒7和可燃?xì)馓筋^a8_l、可燃?xì)馓筋^b8-2、可燃?xì)馓筋^c8-3、可燃?xì)馓筋^d8-4、可燃?xì)馓筋^e8-5、可燃?xì)馓筋^f8_6埋置于室外的土壤中，部分硬質(zhì)管道a6-l、硬質(zhì)管道b6-2、防水屏蔽電纜alO、防水屏蔽電纜b22埋置于土壤中；可燃?xì)馓筋^a8-l、可燃?xì)馓筋^b8-2、可燃?xì)馓筋^c8-3、可燃?xì)馓筋^d8_4、可燃?xì)馓筋^e8-5、可燃?xì)馓筋^f8-6、可燃?xì)馓筋^g8-7、可燃?xì)馓筋^h24具有甲烷氣體濃度定量檢測(cè)功能，防水防塵能夠埋置在土壤中正常工作；試驗(yàn)地點(diǎn)上方搭建的大棚17四周密閉，能夠防止試驗(yàn)期間因風(fēng)、雨等氣象條件變化影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的致性和重復(fù)性，可燃?xì)馓筋^g8_7安裝在大棚17內(nèi)部貼近地面的位置，用于測(cè)量地面的泄漏氣體濃度；氣體緩沖筒7的直徑為100-1050mm，長(zhǎng)度為300-3000mm，材料為鋼、鑄鐵或聚烯材料，直徑為l_20mm的1_4個(gè)均勻分布的泄漏孔位于氣體緩沖筒7沿長(zhǎng)度方向的一半位置，氣體緩沖筒7水平埋在土壤下
1.2m處；氣體緩沖筒7的典型直徑為300mm，典型長(zhǎng)度為1000mm，典型材料為不銹鋼材料，沿長(zhǎng)度方向一半的位置開(kāi)有的I個(gè)直徑為2mm泄漏孔14，開(kāi)孔方向?yàn)檎戏交蛘路?；氣體流量計(jì)3為質(zhì)量流量計(jì)，并且具備控制氣體流量的功能；硬質(zhì)管道a6-l和硬質(zhì)管道b6-2的材料為鍍鋅管，硬質(zhì)管道a6-l水平部分長(zhǎng)度為1.5m-3m與氣體緩沖筒7連接，硬質(zhì)管道a6-l垂直部分長(zhǎng)度為1.3m-1.5m與耐壓軟管b5_2連接；氣體緩沖筒7連接硬質(zhì)管道a6_l的另一端再連接一個(gè)L形的硬質(zhì)管道b6-2并接出地面，用于氣體緩沖筒內(nèi)氣體的排出，硬質(zhì)管道b6-2水平部分長(zhǎng)度為1.5m-3m與氣體緩沖筒7連接，硬質(zhì)管道b6_2垂直部分長(zhǎng)度為1.3m-1.5m,垂直部分地面出氣口處安裝有一個(gè)可燃?xì)馓筋^h24，硬質(zhì)管道b6_2的地面出氣口可用堵頭23堵死；可燃?xì)馓筋^a8-l、可燃?xì)馓筋^b8-2、可燃?xì)馓筋^c8_3、可燃?xì)馓筋^d8-4、可燃?xì)馓筋^e8-5、可燃?xì)馓筋^f8-6、可燃?xì)馓筋^g8_7和可燃?xì)馓筋^h24均采用自然擴(kuò)散方式檢測(cè)，可燃?xì)馓筋^g8_7和可燃?xì)馓筋^h24采用泵吸方式檢測(cè)；可燃?xì)馓筋^a8-l、可燃?xì)馓筋^b8-2、可燃?xì)馓筋^c8-3、可燃?xì)馓筋^d8-4、可燃?xì)馓筋^e8_5、可燃?xì)馓筋^f8_6的氣室19通過(guò)網(wǎng)狀不銹鋼孔20及外覆的防水透氣面料21與土壤接觸，通過(guò)鋼性軟管11、耐壓軟管c5-3、減壓閥2與壓縮氣體鋼瓶I連接；所述甲烷標(biāo)氣濃度為50%爆炸限；可燃?xì)馓筋^a8-l、可燃?xì)馓筋^b8-2、可燃?xì)馓筋^c8-3、可燃?xì)馓筋^d8_4、可燃?xì)馓筋^e8_5、可燃?xì)馓筋^f8-6、可燃?xì)馓筋^g8-7和可燃?xì)馓筋^h24檢測(cè)量程均為可燃?xì)獗ㄏ薜?% -100%,可燃?xì)鉂舛瘸^(guò)100%爆炸限時(shí)能報(bào)知濃度超限，檢測(cè)精度不低于可燃?xì)獗ㄏ薜?% ;可燃?xì)馓筋^a8-l、可燃?xì)馓筋^b8-2、可燃?xì)馓筋^c8-3、可燃?xì)馓筋^d8_4、可燃?xì)馓筋^e8_5、可燃?xì)馓筋^f8-6、可燃?xì)馓筋^g8-7和可燃?xì)馓筋^h24外殼能夠防爆，防水屏蔽電纜alO接口部位能夠防水；防水屏蔽電纜alO既能向可燃?xì)馓筋^a8_l、可燃?xì)馓筋^b8_2、可燃?xì)馓筋^c8-3、可燃?xì)馓筋^d8-4、可燃?xì)馓筋^e8-5、可燃?xì)馓筋^f8-6、可燃?xì)馓筋^g8_7和可燃?xì)馓筋^h24供電，又能向多通道可燃?xì)馓筋^控制器9回傳可燃?xì)馓筋^a8-l、可燃?xì)馓筋^b8_2、可燃?xì)馓筋^c8-3、可燃?xì)馓筋^d8-4、可燃?xì)馓筋^e8-5、可燃?xì)馓筋^f8-6、可燃?xì)馓筋^g8_7和可燃?xì)馓筋^h24的檢測(cè)數(shù)據(jù)；多通道可燃?xì)馓筋^控制器9能夠通過(guò)防水屏蔽電纜alO為4-16個(gè)埋在土壤中的可燃?xì)馓筋^供電并實(shí)時(shí)采集土壤中天燃?xì)鉂舛葦?shù)據(jù)；埋在土壤中的可燃?xì)馓筋^以氣體緩沖筒7為中心，每?jī)蓚€(gè)可燃?xì)馓筋^可燃?xì)馓筋^a8-l、可燃?xì)馓筋^b8-2、可燃?xì)馓筋^c8-3、可燃?xì)馓筋^d8-4、可燃?xì)馓筋^e8-5、可燃?xì)馓筋^f8-6 —組，每組可燃?xì)馓筋^兩兩對(duì)稱埋在土壤中，每?jī)山M可燃?xì)馓筋^之間垂直高度差不小于0.2m，每?jī)山M可燃?xì)馓筋^離泄漏孔14水平距離愈近高度愈高，垂直相鄰的兩組可燃?xì)馓筋^從俯視上看為“十”字交叉配置，每?jī)山M可燃?xì)馓筋^之間水平距離差不小于0.5m，可燃?xì)馓筋^a8-l、可燃?xì)馓筋^b8_2、可燃?xì)馓筋^c8-3、可燃?xì)馓筋^d8-4、可燃?xì)馓筋^e8-5、可燃?xì)馓筋^f8-6與泄漏孔14之間的水平距離不小于0.5m ;壓縮氣體13包括壓縮天然氣、壓縮空氣、壓縮氮?dú)夂图淄闃?biāo)氣，其中甲烷標(biāo)氣的平衡氣是空氣；鋼性軟管11與防水屏蔽電纜alO并行布線，一端連入可燃?xì)馓筋^a8-l、可燃?xì)馓筋^b8-2、可燃?xì)馓筋^c8-3、可燃?xì)馓筋^d8_4、可燃?xì)馓筋^e8_5、可燃?xì)馓筋^f8_6的氣室19，另一端可以通過(guò)耐壓軟管c5-3和減壓閥2與壓縮氣體鋼瓶I的連接，鋼性軟管11接入可燃?xì)馓筋^a8-l、可燃?xì)馓筋^b8-2、可燃?xì)馓筋^c8_3、可燃?xì)馓筋^d8_4、可燃?xì)馓筋^e8-5、可燃?xì)馓筋^f8-6的部位進(jìn)行防水處理，可以通過(guò)向鋼性軟管11中注入氮?dú)鈱?duì)可燃?xì)馓筋^a8-l、可燃?xì)馓筋^b8-2、可燃?xì)馓筋^c8-3、可燃?xì)馓筋^d8_4、可燃?xì)馓筋^e8-5、可燃?xì)馓筋^f8-6進(jìn)行標(biāo)零，也可以通過(guò)向鋼性軟管11中注入甲烷標(biāo)氣對(duì)可燃?xì)馓筋^a8-l、可燃?xì)馓筋^b8-2、可燃?xì)馓筋^c8-3、可燃?xì)馓筋^d8_4、可燃?xì)馓筋^e8_5、可燃?xì)馓筋^f8-6進(jìn)行標(biāo)定；空氣壓縮機(jī)16能夠通過(guò)塔形接頭和喉卡與耐壓軟管a5-l相連接，從而與硬質(zhì)管道6、氣體緩沖筒7形成氣路連接；空氣壓縮機(jī)16還能夠通過(guò)耐壓軟管c5-3和鋼性軟管11，與可燃?xì)馓筋^a8-l、可燃?xì)馓筋^b8-2、可燃?xì)馓筋^c8_3、可燃?xì)馓筋^d8_4、可燃?xì)馓筋^e8-5、可燃?xì)馓筋^f8-6的氣室19形成氣路連接。模擬天然氣在土壤中泄漏的試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法如圖3所示，該方法的試驗(yàn)步驟操作步驟如下:
[0015]第一步在平坦的土地上開(kāi)挖長(zhǎng)不小于3m、寬不小于2m、深不小于1.2m長(zhǎng)方形土坑18 ；
[0016]第二步將安裝防水電磁閥25和防水的氣體壓力傳感器15的氣體緩沖筒7，以及硬質(zhì)管道a6-l、硬質(zhì)管道b6-2、耐壓軟管a5-l、耐壓軟管b5_2、氣體流量計(jì)3、減壓閥2、壓縮氣體鋼瓶I進(jìn)行連接；
[0017]第三步將PC計(jì)算機(jī)4和氣體流量計(jì)3通過(guò)串口通信線12進(jìn)行連接，并聯(lián)機(jī)工作；
[0018]第四步將L形硬質(zhì)管道b6_2的出氣口用堵頭23堵死，利用防水電磁閥25將氣體緩沖筒7的泄漏孔14關(guān)閉，將減壓閥2與壓縮氮?dú)饣蚩諝怃撈縄連接，并檢查氣路是否漏氣，如果漏氣則進(jìn)行裝置檢修直至不漏氣為止；
[0019]第五步在裝置不漏氣的情況下，將安裝防水電磁閥25和防水的氣體壓力傳感器15的氣體緩沖筒7，連同硬質(zhì)管道a6-l、硬質(zhì)管道b6-2的水平部分和部分防水屏蔽電纜b22置于坑底，硬質(zhì)管道硬質(zhì)管道a6-l、硬質(zhì)管道b6-2的垂直部分和防水屏蔽電纜b22上端露于地面；
[0020]第六步將當(dāng)?shù)氐耐寥滥胨楹笥煤Y子篩除掉石子、植物根和其他雜物后，回填土坑18并保證硬質(zhì)管道a6-l和硬質(zhì)管道b6-2水平部分水平放置，每向土坑18填埋土壤IOcm
壓實(shí)一次；
[0021 ] 第七步氣體緩沖筒7、硬質(zhì)管道a6_l和硬質(zhì)管道b6_2埋入土壤中后需經(jīng)過(guò)一個(gè)雨季或多次淋灌土壤自然壓實(shí)，之后在試驗(yàn)地點(diǎn)上方搭建四周密閉的大棚17 ；
[0022]第八步將連接防水屏蔽電纜alO和鋼性軟管11的可燃?xì)馓筋^a8_l、可燃?xì)馓筋^b8-2、可燃?xì)馓筋^c8-3、可燃?xì)馓筋^d8-4、可燃?xì)馓筋^e8_5、可燃?xì)馓筋^f8_6埋置于土壤中，可燃?xì)馓筋^a8-l、可燃?xì)馓筋^b8-2、可燃?xì)馓筋^c8-3、可燃?xì)馓筋^d8_4、可燃?xì)馓筋^e8-5、可燃?xì)馓筋^f8-6采用洛陽(yáng)鏟打孔的方式埋入，每填埋可燃?xì)馓筋^a8-l、可燃?xì)馓筋^b8-2、可燃?xì)馓筋^c8-3、可燃?xì)馓筋^d8-4、可燃?xì)馓筋^e8_5、可燃?xì)馓筋^f8_6 土壤IOcm后壓實(shí)土壤一次；
[0023]第九步通過(guò)壓縮氣體鋼瓶1、減壓閥2、耐壓軟管c5_3、鋼性軟管11與多路可燃?xì)馓筋^a8-l、可燃?xì)馓筋^b8-2、可燃?xì)馓筋^c8-3、可燃?xì)馓筋^d8_4、可燃?xì)馓筋^e8_5、可燃?xì)馓筋^f8_6的氣室19形成多條氣路連接，通過(guò)向的氣室19中快速注入高純氮?dú)鈱?duì)可燃?xì)馓筋^a8-l、可燃?xì)馓筋^b8-2、可燃?xì)馓筋^c8-3、可燃?xì)馓筋^d8_4、可燃?xì)馓筋^e8_5、可燃?xì)馓筋^f8-6進(jìn)行標(biāo)零，通過(guò)向的氣室19中快速注入甲烷標(biāo)氣對(duì)可燃?xì)馓筋^a8-l、可燃?xì)馓筋^b8-2、可燃?xì)馓筋^c8-3、可燃?xì)馓筋^d8-4、可燃?xì)馓筋^e8_5、可燃?xì)馓筋^f8_6進(jìn)行標(biāo)定；
[0024]第十步通過(guò)壓縮氣體鋼瓶1、減壓閥2、耐壓軟管c5_3直接向可燃?xì)馓筋^g8_7和可燃?xì)馓筋^h24的氣室19中快速吹入高純氮?dú)鈱?duì)可燃?xì)馓筋^g8-7和可燃?xì)馓筋^h24進(jìn)行標(biāo)零，快速注入甲烷標(biāo)氣對(duì)可燃?xì)馓筋^g8_7和可燃?xì)馓筋^h24進(jìn)行標(biāo)定；
[0025]第十一步將盛有甲烷標(biāo)氣的壓縮氣體鋼瓶1、減壓閥2、耐壓軟管a5_l、氣體流量計(jì)3、耐壓軟管b5-2、硬質(zhì)管道a6-l、氣體緩沖筒7、硬質(zhì)管道b6_2進(jìn)行連接，將硬質(zhì)管道b6-2的露于地面端的堵頭23打開(kāi)，利用防水電磁閥25將氣體緩沖筒7的泄漏孔14關(guān)閉；
[0026]第十二步開(kāi)啟硬質(zhì)管道b6_2出氣口處的可燃?xì)馓筋^h24，開(kāi)啟氣體流量計(jì)3，開(kāi)啟減壓閥2，待可燃?xì)馓筋^h24的甲烷濃度檢測(cè)值與壓縮氣體鋼瓶I中甲烷標(biāo)氣濃度值基本一致時(shí)堵死硬質(zhì)管道b6-2出氣口處的堵頭23 ；
[0027]第十三步開(kāi)啟可燃?xì)馓筋^a8_l、可燃?xì)馓筋^b8_2、可燃?xì)馓筋^c8_3、可燃?xì)馓筋^d8-4、可燃?xì)馓筋^e8-5、可燃?xì)馓筋^f8_6和可燃?xì)馓筋^g8_7，利用防水電磁閥25將氣體緩沖筒7的泄漏孔14打開(kāi)，調(diào)節(jié)減壓閥2出口壓力并記錄，通過(guò)PC計(jì)算機(jī)4控制氣體流量計(jì)3的流量并連續(xù)記錄氣體流量計(jì)3瞬時(shí)和累計(jì)流量，通過(guò)多通道可燃?xì)馓筋^控制器9連續(xù)記錄可燃?xì)馓筋^a8-l、可燃?xì)馓筋^b8-2、可燃?xì)馓筋^c8-3、可燃?xì)馓筋^d8_4、可燃?xì)馓筋^e8-5、可燃?xì)馓筋^f8-6和可燃?xì)馓筋^g8-7的甲烷檢測(cè)數(shù)據(jù)，在埋在土壤中可燃?xì)馓筋^a8-l、可燃?xì)馓筋^b8-2、可燃?xì)馓筋^c8-3、可燃?xì)馓筋^d8-4、可燃?xì)馓筋^e8-5和可燃?xì)馓筋^f8_6檢測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，完成一輪模擬天然氣在土壤中泄漏的試驗(yàn)；
[0028]第十四步一輪模擬泄漏試驗(yàn)結(jié)束后，新一輪泄漏試驗(yàn)開(kāi)始前，將空氣壓縮機(jī)16通過(guò)耐壓軟管a5-l、氣體流量計(jì)3、耐壓軟管b5-2、硬質(zhì)管道a6-l與氣體緩沖筒7形成一路氣路連接；將空氣壓縮機(jī)16通過(guò)耐壓軟管c5-3、鋼性軟管11與多路可燃?xì)馓筋^a8-l、可燃?xì)馓筋^b8-2、可燃?xì)馓筋^c8-3、可燃?xì)馓筋^d8-4、可燃?xì)馓筋^e8-5和可燃?xì)馓筋^f8_6的氣室19形成多條氣路連接；堵死硬質(zhì)管道b6-2出氣口處的堵頭23，利用防水電磁閥25將氣體緩沖筒7的泄漏孔14打開(kāi)，通過(guò)持續(xù)向氣體緩沖筒7和可燃?xì)馓筋^a8-l、可燃?xì)馓筋^b8_2、可燃?xì)馓筋^c8-3、可燃?xì)馓筋^d8-4、可燃?xì)馓筋^e8-5和可燃?xì)馓筋^f8-6的氣室19中注入新鮮空氣吹散土壤孔隙中及土壤顆粒吸附的甲烷氣體，然后再進(jìn)行新一輪泄漏試驗(yàn)。
[0029]如圖3所示為本發(fā)明中埋在土壤中的可燃?xì)馓筋^8防水防塵的實(shí)施方式?？扇?xì)馓筋^8采用非分光紅外傳感器，采用自然擴(kuò)散方式檢測(cè)，可燃?xì)馓筋^8的氣室19通過(guò)網(wǎng)狀不銹鋼孔20及外覆的防水透氣面料21與土壤接觸，通過(guò)防水屏蔽線纜alO和鋼性軟管11分別與地面的裝置形成電路和氣路連接。
[0030]如圖4所示為本發(fā)明中氣路檢漏方法的【具體實(shí)施方式】。該氣路檢漏方法的操作步驟如下:將硬質(zhì)管道b6-2垂直部分的出氣口用堵頭23封閉，利用防水電磁閥25將氣體緩沖筒7的泄漏孔14關(guān)閉，開(kāi)啟減壓閥，氮?dú)饣蚩諝鈴膲嚎s氣體鋼瓶I流出，依次經(jīng)過(guò)減壓閥
2、耐壓軟管a5-l、氣體流量計(jì)3、耐壓軟管b5-2、硬質(zhì)管道a6_l進(jìn)入氣體緩沖筒7，調(diào)整減壓閥2出口壓力約0.15MPa，待氣體流量計(jì)3的氣體流量基本達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，如果防水的氣體壓力傳感器15讀數(shù)與減壓閥2出口壓力差值小于0.0lMPa,則認(rèn)為氣路不漏氣。
【權(quán)利要求】
1.一種模擬天然氣在土壤中泄漏的試驗(yàn)裝置，包括壓縮氣體鋼瓶(I)、減壓閥(2)、氣體流量計(jì)(3)、PC計(jì)算機(jī)(4)、耐壓軟管a(5-l)、耐壓軟管b(5-2)、硬質(zhì)管道a(6-l)、可燃?xì)馓筋^a(8-l)、可燃?xì)馓筋^b (8-2)、可燃?xì)馓筋^c (8-3)、可燃?xì)馓筋^d(8_4)、可燃?xì)馓筋^e(8-5)、可燃?xì)馓筋^f(8-6)，其特征是:該試驗(yàn)裝置還包括了氣體緩沖筒(7)、多通道可燃?xì)馓筋^控制器(9)、防水屏蔽電纜a(10)、防水屏蔽電纜b(22)、剛性軟管(11)、串口通信線(12)、壓縮氣體(13)、泄漏孔(14)、氣體壓力傳感器(15)、空氣壓縮機(jī)(16)、耐壓軟管c (5-3)、大棚(17)、土坑(18)、硬質(zhì)管道b (6-2)、堵頭(23)、可燃?xì)馓筋^g (8_7)、可燃?xì)馓筋^h(24)和防水電磁閥(25);壓縮氣體鋼瓶(I)通過(guò)自帶的螺紋與減壓閥(2)緊密連接；減壓閥(2)通過(guò)耐壓軟管a(5-l)與氣體流量計(jì)(3)的氣體入口端緊密連接；氣體流量計(jì)(3)的氣體出口通過(guò)耐壓軟管b(5-2)與硬質(zhì)管道a(6-l)連接；氣體流量計(jì)(3)和PC計(jì)算機(jī)(4)通過(guò)串口通信線(12)連接；氣體緩沖筒(7)為封閉的空心圓柱，氣體緩沖筒側(cè)面開(kāi)有泄漏孔(14)，氣體緩沖筒的一端平面的中心通過(guò)螺孔與硬質(zhì)管道a(6-l)連接；硬質(zhì)管道a (6-1)包括水平部分和垂直部分呈L形，硬質(zhì)管道a (6-1)水平部分通過(guò)纏繞生膠帶的螺紋連接于氣體緩沖筒(7)，硬質(zhì)管道a (6-1)垂直部分通過(guò)喉卡與耐壓軟管b (5-2)連接；可燃?xì)馓筋^a (8-1)、可燃?xì)馓筋^b (8-2)、可燃?xì)馓筋^c (8-3)、可燃?xì)馓筋^d (8-4)、可燃?xì)馓筋^e(8-5)、可燃?xì)馓筋^f (8-6)、可燃?xì)馓筋^g (8-7)、可燃?xì)馓筋^h (24)和多通道可燃?xì)馓筋^控制器(9)與通過(guò)防水屏蔽電纜a(10)連接；氣體緩沖筒(7)的泄漏孔(14)采用防水電磁閥(25)控制開(kāi)關(guān)；防水的氣體壓力傳感器(15)采用法蘭緊固方式密封安裝于氣體緩沖筒(7)的壁上，不影響氣體緩沖筒(7)的密封性，用于測(cè)定氣體緩沖筒(7)內(nèi)部的氣體壓力，其供電和數(shù)據(jù)接口位于氣體緩沖筒(7)外部；氣體壓力傳感器(15)和防水電磁閥(25)控制和數(shù)據(jù)線為防水屏蔽線纜b (22)，在地下與硬制管道a (6-1)并行布線，在地上與PC計(jì)算機(jī)(4)連接；氣體緩沖筒(7)和可燃?xì)馓筋^a(8-1)、可燃?xì)馓筋^b (8-2)、可燃?xì)馓筋^c(8_3)、可燃?xì)馓筋^d(8-4)、可燃?xì)馓筋^e (8-5)、可燃?xì)馓筋^f (8_6)埋置于室外的土壤中，部分硬質(zhì)管道a (6-1)、硬質(zhì)管道b (6-2)、防水屏蔽電纜a (10)、防水屏蔽電纜b (22)埋置于土壤中；試驗(yàn)地點(diǎn)上方搭建的大棚(17)四周密閉，可燃?xì)馓筋^g(8-7)安裝在大棚(17)內(nèi)部貼近地面的位置，用于測(cè)量地面的泄漏氣體濃度；氣體緩沖筒(7)的直徑為100~1050mm，長(zhǎng)度為300-3000mm，材料為 鋼、鑄鐵或聚烯材料，直徑為l_20mm的1_4個(gè)均勻分布的泄漏孔位于氣體緩沖筒(7)沿長(zhǎng)度方向的一半位置，氣體緩沖筒(7)水平埋在土壤下1.2m處；硬質(zhì)管道a(6-1)和硬質(zhì)管道b(6-2)的材料為鍍鋅管，硬質(zhì)管道a(6-1)水平部分長(zhǎng)度為1.5m_3m與氣體緩沖筒(7)連接，硬質(zhì)管道a (6-1)垂直部分長(zhǎng)度為1.3111-1.5111與耐壓軟管13(5-2)連接；氣體緩沖筒(7)連接硬質(zhì)管道a (6-1)的另一端再連接一個(gè)L形的硬質(zhì)管道b (6-2)并接出地面，用于氣體緩沖筒內(nèi)氣體的排出，硬質(zhì)管道b (6-2)水平部分長(zhǎng)度為1.5m-3m與氣體緩沖筒(7)連接，硬質(zhì)管道b (6-2)垂直部分長(zhǎng)度為1.3m-l.5m，垂直部分地面出氣口處安裝一個(gè)可燃?xì)馓筋^h (24)，硬質(zhì)管道b (6-2)的地面出氣口用堵頭(23)堵死；可燃?xì)馓筋^a (8-1)、可燃?xì)馓筋^b (8-2)、可燃?xì)馓筋^c (8-3)、可燃?xì)馓筋^d(8_4)、可燃?xì)馓筋^e(8_5)、可燃?xì)馓筋^f (8-6)、可燃?xì)馓筋^g(8-7)和可燃?xì)馓筋^h(24)采用自然擴(kuò)散方式檢測(cè)，可燃?xì)馓筋^g(8_7)和可燃?xì)馓筋^h(24)采用泵吸方式檢測(cè)；可燃?xì)馓筋^a(8-l)、可燃?xì)馓筋^b (8-2)、可燃?xì)馓筋^c (8-3)、可燃?xì)馓筋^d (8-4)、可燃?xì)馓筋^e (8-5)、可燃?xì)馓筋^f (8-6)的氣室(19)通過(guò)網(wǎng)狀不銹鋼孔(20)及外覆的防水透氣面料(21)與土壤接觸，通過(guò)鋼性軟管(11)、耐壓軟管C (5-3)、減壓閥⑵與壓縮氣體鋼瓶⑴連接；所述甲烷標(biāo)氣濃度為50%爆炸限；可燃?xì)馓筋^a (8-1)、可燃?xì)馓筋^b (8-2)、可燃?xì)馓筋^c (8-3)、可燃?xì)馓筋^d(8_4)、可燃?xì)馓筋^e (8-5)、可燃?xì)馓筋^f (8-6)、可燃?xì)馓筋^g (8-7)和可燃?xì)馓筋^h (24)檢測(cè)量程均為可燃?xì)獗ㄏ薜?% -100%，可燃?xì)鉂舛瘸^(guò)100%爆炸限時(shí)報(bào)知濃度超限，檢測(cè)精度不低于可燃?xì)獗ㄏ薜?%;防水屏蔽電纜a(10)向可燃?xì)馓筋^a(8-1)、可燃?xì)馓筋^b (8-2)、可燃?xì)馓筋^c (8-3)、可燃?xì)馓筋^d (8-4)、可燃?xì)馓筋^e (8-5)、可燃?xì)馓筋^f (8_6)、可燃?xì)馓筋^g(8_7)和可燃?xì)馓筋^h(24)供電，或向多通道可燃?xì)馓筋^控制器(9)回傳可燃?xì)馓筋^a (8-1)、可燃?xì)馓筋^b (8-2)、可燃?xì)馓筋^c (8-3)、可燃?xì)馓筋^d(8_4)、可燃?xì)馓筋^e(8_5)、可燃?xì)馓筋^f (8-6)、可燃?xì)馓筋^g(8-7)和可燃?xì)馓筋^h(24)的檢測(cè)數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求2所述的模擬天然氣在土壤中泄漏的試驗(yàn)裝置，其特征是:氣體緩沖筒(7)的直徑為300mm，長(zhǎng)度為1000mm，材料為不銹鋼材料，沿長(zhǎng)度方向一半的位置開(kāi)有I個(gè)直徑為2mm泄漏孔(14)，開(kāi)孔方向?yàn)檎戏交蛘路?；多通道可燃?xì)馓筋^控制器(9)通過(guò)防水屏蔽電纜a(10)為4-16個(gè)埋在土壤中的可燃?xì)馓筋^供電并實(shí)時(shí)采集土壤中天燃?xì)鉂舛葦?shù)據(jù)；埋在土壤中的可燃?xì)馓筋^以氣體緩沖筒(7)為中心，每?jī)蓚€(gè)可燃?xì)馓筋^a(8-l)、可燃?xì)馓筋^b (8-2)、可燃?xì)馓筋^c (8-3)、可燃?xì)馓筋^d(8-4)、可燃?xì)馓筋^e (8-5)和可燃?xì)馓筋^f (8-6) I組，每組可燃?xì)馓筋^兩兩對(duì)稱埋在土壤中，每?jī)山M可燃?xì)馓筋^之間垂直高度差不小于0.2m，離泄漏孔(14)水平距離最近的可燃?xì)馓筋^組安裝位置最高，垂直相鄰的兩組可燃?xì)馓筋^為“十”字交叉配置，每?jī)山M可燃?xì)馓筋^I之間水平距離差不小于0.5m，可燃?xì)馓筋^a (8-1)、可燃?xì)馓筋^b (8-2)、可燃?xì)馓筋^c (8-3)、可燃?xì)馓筋^d (8-4)、可燃?xì)馓筋^e (8-5)和可燃?xì)馓筋^f (8-6)與泄漏孔(14)之間的水平距離不小于0.5m ;壓縮氣體(13)包括壓縮天然氣、壓縮空氣、壓縮氮?dú)夂图淄闃?biāo)氣，其中甲烷標(biāo)氣的平衡氣是空氣；鋼性軟管(11)與防水屏蔽電纜a (10)并行布線，一端連入可燃?xì)馓筋^a (8-1)、可燃?xì)馓筋^b (8-2)、可燃?xì)馓筋^c (8-3)、可燃?xì)馓筋^d (8-4)、可燃?xì)馓筋^e (8-5)和可燃?xì)馓筋^f(8_6)的氣室(19)，另一端可以通過(guò)耐壓軟管c (5-3)和減壓閥(2)與壓縮氣體鋼瓶(I)的連接，鋼性軟管(11)接入可燃?xì)馓筋^a (8-1)、可燃?xì)?探頭b (8-2)、可燃?xì)馓筋^c (8-3)、可燃?xì)馓筋^d (8-4)、可燃?xì)馓筋^e(8-5)和可燃?xì)馓筋^f(8-6)的部位進(jìn)行防水處理，可以通過(guò)向鋼性軟管(11)中注入氮?dú)鈱?duì)可燃?xì)馓筋^a (8-1)、可燃?xì)馓筋^b (8-2)、可燃?xì)馓筋^c (8-3)、可燃?xì)馓筋^d (8-4)、可燃?xì)馓筋^e(8-5)和可燃?xì)馓筋^f(8-6)進(jìn)行標(biāo)零，也可以通過(guò)向鋼性軟管(11)中注入甲烷標(biāo)氣對(duì)可燃?xì)馓筋^a (8-1)、可燃?xì)馓筋^b (8-2)、可燃?xì)馓筋^c (8-3)、可燃?xì)馓筋^d (8-4)、可燃?xì)馓筋^e (8-5)和可燃?xì)馓筋^f (8-6)進(jìn)行標(biāo)定；空氣壓縮機(jī)(16)能夠通過(guò)塔形接頭和喉卡與耐壓軟管a(5-l)相連接，從而與硬質(zhì)管道(6)、氣體緩沖筒(7)形成氣路連接；空氣壓縮機(jī)(16)還能夠通過(guò)耐壓軟管c (5-3)和鋼性軟管(11)，與可燃?xì)馓筋^a(8-l)、可燃?xì)馓筋^b(8-2)、可燃?xì)馓筋^c (8-3)、可燃?xì)馓筋^d (8-4)、可燃?xì)馓筋^e(8_5)和可燃?xì)馓筋^f(8_6)的氣室(19)形成氣路連接。
3.一種模擬天然氣在土壤中泄漏的試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，其特征是該方法的操作步驟如下: 第一步在平坦的土地上開(kāi)挖長(zhǎng)不小于3m、寬不小于2m、深不小于1.2m長(zhǎng)方形土坑(18)； 第二步將安裝防水電磁閥(25)和防水的氣體壓力傳感器(15)的氣體緩沖筒(7)，以及硬質(zhì)管道a(6-l)、硬質(zhì)管道b(6-2)、耐壓軟管a(5-l)、耐壓軟管b(5_2)、氣體流量計(jì)(3)、減壓閥(2)、壓縮氣體鋼瓶(I)進(jìn)行連接； 第三步將PC計(jì)算機(jī)(4)和氣體流量計(jì)(3)通過(guò)串口通信線(12)進(jìn)行連接，并聯(lián)機(jī)工作； 第四步將L形硬質(zhì)管道b(6-2)的出氣口用堵頭(23)堵死，利用防水電磁閥(25)將氣體緩沖筒(7)的泄漏孔(14)關(guān)閉，將減壓閥(2)與壓縮氮?dú)饣蚩諝怃撈?I)連接，并檢查氣路是否漏氣，如果漏氣則進(jìn)行裝置檢修直至不漏氣為止； 第五步在裝置不漏氣的情況下，將安裝防水電磁閥(25)和防水的氣體壓力傳感器(15)的氣體緩沖筒(7)，連同硬質(zhì)管道a (6-1)、硬質(zhì)管道M6-2)的水平部分和部分防水屏蔽電纜b(22)置于坑底，硬質(zhì)管道硬質(zhì)管道a (6-1)、硬質(zhì)管道b (6-2)的垂直部分和防水屏蔽電纜b (22)上端露于地面； 第六步將當(dāng)?shù)氐耐寥滥胨楹笥煤Y子篩除掉石子、植物根和其他雜物后，回填土坑(18)并保證硬質(zhì)管道a(6-l)和硬質(zhì)管道b(6-2)水平部分水平放置，每填埋土坑(18) IOcm壓實(shí)土壤一次； 第七步氣體緩沖筒(7)、硬質(zhì)管道a(6-l)和硬質(zhì)管道b(6-2)埋入土壤中后需經(jīng)過(guò)一個(gè)雨季或多次淋灌土壤自然壓實(shí)， 之后在試驗(yàn)地點(diǎn)上方搭建四周密閉的大棚(17)； 第八步將連接防水屏蔽電纜a(10)和鋼性軟管(11)的可燃?xì)馓筋^a(8-1)、可燃?xì)馓筋^b(8-2)、可燃?xì)馓筋^c (8-3)、可燃?xì)馓筋^d(8-4)、可燃?xì)馓筋^e(8_5)和可燃?xì)馓筋^f (8_6)采用洛陽(yáng)鏟打孔的方式埋置于土壤中，每填埋可燃?xì)馓筋^a(8-l)、可燃?xì)馓筋^b (8-2)、可燃?xì)馓筋^c (8-3)、可燃?xì)馓筋^d(8-4)、可燃?xì)馓筋^e (8-5)和可燃?xì)馓筋^f (8_6) IOcm 土壤后壓實(shí)土壤一次； 第九步通過(guò)壓縮氣體鋼瓶(I)、減壓閥(2)、耐壓軟管c (5-3)、鋼性軟管(11)與多路可燃?xì)馓筋^a (8-1)、可燃?xì)馓筋^b (8-2)、可燃?xì)馓筋^c (8-3)、可燃?xì)馓筋^d (8-4)、可燃?xì)馓筋^e (8-5)和可燃?xì)馓筋^f (8-6)的氣室(19)形成多條氣路連接，通過(guò)向可燃?xì)馓筋^a(8_l)、可燃?xì)馓筋^b (8-2)、可燃?xì)馓筋^c (8-3)、可燃?xì)馓筋^d (8-4)、可燃?xì)馓筋^e (8-5)和可燃?xì)馓筋^f (8-6)的氣室(19)中快速注入高純氮?dú)鈱?duì)可燃?xì)馓筋^a (8-1)、可燃?xì)馓筋^b (8-2)、可燃?xì)馓筋^c (8-3)、可燃?xì)馓筋^d(8-4)、可燃?xì)馓筋^e (8-5)和可燃?xì)馓筋^f (8_6)進(jìn)行標(biāo)零，快速注入甲烷標(biāo)氣對(duì)可燃?xì)馓筋^a (8-1)、可燃?xì)馓筋^b (8-2)、可燃?xì)馓筋^c (8-3)、可燃?xì)馓筋^d(8-4)、可燃?xì)馓筋^e (8-5)和可燃?xì)馓筋^f (8-6)進(jìn)行標(biāo)定； 第十步通過(guò)壓縮氣體鋼瓶(I)、減壓閥(2)、耐壓軟管c (5-3)直接向可燃?xì)馓筋^g (8-7)和可燃?xì)馓筋^h(24)的氣室(19)中快速吹入高純氮?dú)鈱?duì)可燃?xì)馓筋^g(8-7)和可燃?xì)馓筋^h(24)進(jìn)行標(biāo)零，快速注入甲烷標(biāo)氣對(duì)可燃?xì)馓筋^g (8-7)和可燃?xì)馓筋^h (24)進(jìn)行標(biāo)定；第十一步將盛有甲烷標(biāo)氣的壓縮氣體鋼瓶(I)、減壓閥(2)、耐壓軟管a(5-l)、氣體流量計(jì)(3)、耐壓軟管b(5-2)、硬質(zhì)管道W6-1)、氣體緩沖筒(7)、硬質(zhì)管道b (6-2)進(jìn)行連接，將硬質(zhì)管道b(6-2)的露于地面端的堵頭(23)打開(kāi)，利用防水電磁閥(25)將氣體緩沖筒(7)的泄漏孔(14)關(guān)閉； 第十二步開(kāi)啟硬質(zhì)管道b(6-2)出氣口處的可燃?xì)馓筋^h(24)，開(kāi)啟氣體流量計(jì)(3)，開(kāi)啟減壓閥(2)，待可燃?xì)馓筋^h(24)的甲烷濃度檢測(cè)值與壓縮氣體鋼瓶(I)中甲烷標(biāo)氣濃度值基本一致時(shí)堵死硬質(zhì)管道b (6-2)出氣口處的堵頭(23)；第十三步開(kāi)啟可燃?xì)馓筋^a(8-l)、可燃?xì)馓筋^b (8-2)、可燃?xì)馓筋^c (8-3)、可燃?xì)馓筋^d (8-4)、可燃?xì)馓筋^e (8-5)、可燃?xì)馓筋^f (8-6)和可燃?xì)馓筋^g (8-7)，利用防水電磁閥(25)將氣體緩沖筒(7)的泄漏孔(14)打開(kāi)，調(diào)節(jié)減壓閥(2)出口壓力并記錄，通過(guò)PC計(jì)算機(jī)(4)控制氣體流量計(jì)(3)的流量并連續(xù)記錄氣體流量計(jì)(3)瞬時(shí)和累計(jì)流量，通過(guò)多通道可燃?xì)馓筋^控制器(9)連續(xù)記錄可燃?xì)馓筋^a(8-l)、可燃?xì)馓筋^b(8-2)、可燃?xì)馓筋^c (8-3)、可燃?xì)馓筋^d(8-4)、可燃?xì)馓筋^e (8-5)、可燃?xì)馓筋^f (8_6)和可燃?xì)馓筋^g (8-7)的甲烷檢測(cè)數(shù)據(jù)，在埋在土壤中可燃?xì)馓筋^a (8-1)、可燃?xì)馓筋^b (8-2)、可燃?xì)馓筋^c(8-3)、可燃?xì)馓筋^d(8-4)、可燃?xì)馓筋^e(8-5)和可燃?xì)馓筋^f (8_6)檢測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，完成一輪模擬天然氣在土壤中泄漏的試驗(yàn)； 第十四步一輪模擬泄漏試驗(yàn)結(jié)束后，新一輪泄漏試驗(yàn)開(kāi)始前，將空氣壓縮機(jī)(16)通過(guò)耐壓軟管a(5-l)、氣體流量計(jì)(3)、耐壓軟管b(5-2)、硬質(zhì)管道a(6-l)與氣體緩沖筒(7)形成一路氣路連接；將空氣壓縮機(jī)(16)通過(guò)耐壓軟管c (5-3)、鋼性軟管(11)與多路可燃?xì)馓筋^a(8-l)、可燃?xì)馓筋^b (8-2)、可燃?xì)馓筋^c (8-3)、可燃?xì)馓筋^d(8_4)、可燃?xì)馓筋^e (8-5)和可燃?xì)馓筋^f (8-6)的氣室(19)形成多條氣路連接；堵上硬質(zhì)管道b (6_2)出氣口處的堵頭(23)，利用防水電磁閥(25)將氣體緩沖筒(7)的泄漏孔(14)打開(kāi)，通過(guò)持續(xù)向氣體緩沖筒(7)和可燃?xì)馓筋^a(8-l)、可燃?xì)馓筋^b(8-2)、可燃?xì)馓筋^c(8-3)、可燃?xì)馓筋^d (8-4)、可燃?xì)馓筋^e (8-5)和可燃?xì)馓筋^f(8_6)的氣室(19)中注入新鮮空氣吹散土壤孔隙中及土壤顆粒吸附的甲烷氣體，然后再進(jìn)行新一輪泄漏試驗(yàn)。
4.一種如權(quán)利要求3所述的模擬天然氣在土壤中泄漏的試驗(yàn)方法，其特征是:氣路檢漏方法為將硬質(zhì)管道b (6-2)的垂直部分出氣口用堵頭(23)封閉，利用防水電磁閥(25)將氣體緩沖筒(7)的泄漏孔(14)關(guān)閉，開(kāi)啟減壓閥，氮?dú)饣蚩諝鈴膲嚎s氣體鋼瓶(I)流出，依次經(jīng)過(guò)減壓閥(2)、耐壓軟管a(5-l)、氣體流量計(jì)(3)、耐壓軟管b(5-2)、硬質(zhì)管道a(6-l)進(jìn)入氣體緩沖筒(7)，調(diào)整減壓閥(2)出口壓力約0.15MPa，待氣體流量計(jì)(3)的氣體流量基本達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，如果防·水的氣體壓力傳感器(15)讀數(shù)與減壓閥(2)出口壓力差值小于·0.01MPa，則認(rèn)為氣路不漏氣。
【文檔編號(hào)】G01M3/28GK103712755SQ201310233742
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年6月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月14日
【發(fā)明者】董曉強(qiáng), 李俊明, 晏玉婷, 張赫然, 陸路, 王吉, 肖航 申請(qǐng)人:清華大學(xué)