申请/专利权人：中国石油大学(华东)

申请日：2019-03-04

公开（公告）日：2024-04-05

公开（公告）号：CN109682726B

主分类号：G01N13/00

分类号：G01N13/00;G01M9/02;G01M9/06

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.05#授权;2019.05.21#实质审查的生效;2019.04.26#公开

摘要：本发明涉及一种水幕抑制LNG蒸气扩散效果分析实验平台，包括LNG蒸气扩散模拟系统、自然风模拟系统、水幕系统、数据采集及控制系统。LNG蒸气扩散模拟系统包括LNG储罐，LNG储罐上装有液位计、压力表、温度计、安全阀、气化器自增压装置，LNG储罐内LNG通过绝热管道经泄漏喷嘴泄放模拟自然条件下LNG蒸气扩散，防爆风扇、风洞模拟自然风，水流通过水流管线经流量控制器后由水幕喷头形成水幕，水幕两侧均设有监测点，超声波风速计、监测点阵列、高速相机采集的数据经信号处理器处理后与控制终端相连。本实验平台安全系数高、操作简单，可为水幕控制和LNG与水幕作用机理研究提供可靠的实验依据，给LNG泄漏事故的应急救援和水幕系统设计提供参数。

主权项：1.一种水幕抑制LNG蒸气扩散效果分析实验平台，其特征在于：包括LNG蒸气扩散模拟系统、自然风模拟系统、水幕系统、数据采集及控制系统，所述LNG蒸气扩散模拟系统包括LNG储罐（1）、气化器自增压装置（6）、LNG绝热管道（7）、电磁阀（8）、涡轮流量传感器（9）、第二压力表（10）、阻火器（11）、泄漏喷嘴（12），所述自然风模拟系统包括风洞（13）、防爆风扇（14），所述水幕系统包括水流管线（17）、流量控制器（18）、第三压力表（19）、水幕喷头（20），所述数据采集及控制系统包括第一超声波风速计（15）、第二超声波风速计（16）、第三超声波风速计（22）、监测点阵列（23）、高速相机（24）、信号处理器（26）、控制终端（27），监测点阵列（23）由布有热电偶传感器、压力传感器、甲烷浓度监测传感器、湿度传感器的监测点排列形成；LNG储罐（1）内的LNG通过LNG绝热管道（7）经泄漏喷嘴（12）泄放模拟自然条件下LNG蒸气扩散，水流通过水流管线（17）经流量控制器（18）后由水幕喷头（20）形成水幕（21），水幕（21）两侧均设有监测点，第一超声波风速计（15）、第二超声波风速计（16）、第三超声波风速计（22）、监测点阵列（23）、高速相机（24）采集的数据经信号处理器（26）处理后与控制终端（27）相连；风洞（13）内有防爆风扇（14），通过调节防爆风扇（14）转速，来模拟所需实验自然风速，风洞（13）内设有第一超声波风速计（15），水幕（21）两侧分别设有第二超声波风速计（16）、第三超声波风速计（22）；监测点阵列（23）与信号处理器（26）之间设有防爆隔离墙（25），用以保证实验人员的安全；监测点阵列（23）由布有热电偶传感器、压力传感器、甲烷浓度监测传感器、湿度传感器的监测点排列形成，水幕（21）两侧均设有监测点，通过实时显示的水幕（21）两侧的监测数据，可以直观的对比分析水幕对LNG蒸气扩散的抑制效果，操作简单方便，减轻了实验人员的劳动强度，提高了其实验效率。

全文数据：一种水幕抑制LNG蒸气扩散效果分析实验平台技术领域本发明涉及一种水幕抑制LNG蒸气扩散效果分析实验平台，属于液化天然气安全技术领域。背景技术液化天然气LiquefiedNaturalGas简称LNG作为一种新型优质的清洁能源日益受到国内外青睐，对促进我国能源消费结构转换、生态环境保护具有重要意义，由于LNG在常压下的低温特性-162℃和液体特性，LNG相关设备与管道标准的安全都有较高要求，LNG一旦发生泄漏，会使接触的人体迅速发生冻伤，泄漏的LNG的低温会引起材料收缩，造成管道与临近设备的进一步破坏失效，引起更严重的泄漏，而液化天然气发生泄漏后就会立即蒸发形成蒸气云团，跟空气混合后成为混合气，混合气的爆炸极限为5％-15％，遇到火源就很容易起火爆炸。水幕在LNG蒸气扩散控制方面起着重要作用，在液化天然气LNG站场内设置喷射水幕是安全隔离、控制LNG泄漏后蒸气云扩散和减缓事故后果的重要措施之一，然而目前对各类型水幕的抑制LNG蒸气扩散效果进行实验分析的成果鲜见，LNG泄漏后LNG蒸气扩散遇到水幕后，LNG蒸气的稀释情况、水幕对LNG蒸气扩散的影响、以及目前对于水幕控制和LNG蒸气与水幕作用机理尚无定论，为了给水幕抑制LNG蒸气扩散作用机理研究、LNG泄漏事故的应急救援和水幕系统设计提供参数，亟需一套可以真实模拟水幕抑制LNG蒸气扩散过程的实验平台。发明内容本发明提供一种水幕抑制LNG蒸气扩散效果分析实验平台，用以解决现有技术中的缺陷。本发明通过以下技术方案予以实现：一种水幕抑制LNG蒸气扩散效果分析实验平台，包括LNG蒸气扩散模拟系统、自然风模拟系统、水幕系统、数据采集及控制系统。所述LNG蒸气扩散模拟系统包括LNG储罐、气化器自增压装置、LNG绝热管道、电磁阀、涡轮流量传感器、压力表、阻火器、泄漏喷嘴，所述自然风模拟系统包括风洞、防爆风扇，所述水幕系统包括水流管线、流量控制器、压力表、水幕喷头，所述数据采集及控制系统包括超声波风速计、监测点阵列、高速相机、信号处理器、控制终端，监测点阵列由布有热电偶传感器、压力传感器、甲烷浓度监测传感器、湿度传感器的监测点排列形成。LNG储罐通过LNG绝热管道与泄漏喷嘴相连，水流通过水流管线经流量控制器后由水幕喷头形成水幕，水幕两侧均设有监测点，超声波风速计、监测点阵列、高速相机采集的数据经信号处理器处理后与控制终端相连。如上所述的一种水幕抑制LNG蒸气扩散效果分析实验平台，所述的LNG储罐上装有液位计、压力表、温度计、安全阀、气化器自增压装置。如上所述的一种水幕抑制LNG蒸气扩散效果分析实验平台，所述的LNG绝热管道上装有阻火器。如上所述的一种水幕抑制LNG蒸气扩散效果分析实验平台，所述的各压力表、电磁阀、涡轮流量传感器、超声波风速计、监测点所布各个传感器、高速相机均为防爆设备且均通过数据线经信号处理器后与控制终端相连。如上所述的一种水幕抑制LNG蒸气扩散效果分析实验平台，所述的检测点阵列与信号处理器之间设有防爆隔离墙。如上所述的一种水幕抑制LNG蒸气扩散效果分析实验平台，所述的监测点阵列由布有热电偶传感器、压力传感器、甲烷浓度监测传感器、湿度传感器的监测点排列形成，水幕两侧均设有监测点。如上所述的一种水幕抑制LNG蒸气扩散效果分析实验平台，所述的风洞内有防爆风扇，风洞及水幕两侧均设有超声波风速计。如上所述的一种水幕抑制LNG蒸气扩散效果分析实验平台，所述的泄漏喷嘴、水幕喷头均可以更换，水流管线上装有流量控制器和压力表。本发明的优点是：本发明能够根据实际情况通过风洞及防爆风扇模拟自然风，可以更加真实的模拟自然条件下LNG蒸气扩散及水幕抑制效果的实验；LNG绝热管道上装有阻火器，检测点阵列与信号处理器之间设有防爆隔离墙，本实验平台所采用的各压力表、电磁阀、涡轮流量传感器、超声波风速计、监测点所布各个传感器、高速相机均为防爆设备，为实验的安全进行提供保障；可以通过更换泄漏喷嘴研究不同泄漏口形状对LNG蒸气扩散的影响，通过更换水幕喷头研究不同尺寸、宽度的水幕对LNG蒸气扩散抑制效果的影响；水幕两侧均布有监测点，监测点阵列上各传感器监测到的数据经信号处理器处理后可以实时显示在控制终端上，通过实时显示的水幕两侧的监测数据，可以直观的对比分析水幕对LNG蒸气扩散的抑制效果。本实验装置安全系数高、操作简单，使用方便，减轻了实验人员的劳动强度，提高了其工作效率，为水幕控制和LNG与水幕作用机理研究提供可靠的实验依据，给LNG泄漏事故的应急救援和水幕系统设计提供参数，取得很好的技术效果。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是水幕抑制LNG蒸气扩散效果分析实验平台结构示意图。附图标记：1LNG储罐，2液位计，3第一压力表，4温度表，5安全阀，6气化器自增压装置，7LNG绝热管道，8电磁阀，9涡轮流量传感器，10第二压力表，11阻火器，12泄漏喷嘴，13风洞，14防爆风扇，15第一超声波风速计，16第二超声波风速计，17水流管线，18流量控制器，19第三压力表，20水幕喷头，21水幕，22第三超声波风速计，23监测点阵列，24高速相机，25防爆隔离墙，26信号处理器，27控制终端。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。一种水幕抑制LNG蒸气扩散效果分析实验平台，如图所示，包括LNG蒸气扩散模拟系统、自然风模拟系统、水幕系统、数据采集及控制系统。所述LNG蒸气扩散模拟系统包括LNG储罐1、气化器自增压装置6、LNG绝热管道7、电磁阀8、涡轮流量传感器9、第二压力表10、阻火器11、泄漏喷嘴12，所述自然风模拟系统包括风洞13、防爆风扇14，所述水幕系统包括水流管线17、流量控制器18、第三压力表19、水幕喷头20，所述数据采集及控制系统包括第一超声波风速计15、第二超声波风速计16、第三超声波风速计22、监测点阵列23、高速相机24、信号处理器26、控制终端27，监测点阵列23由布有热电偶传感器、压力传感器、甲烷浓度监测传感器、湿度传感器的监测点排列形成。LNG储罐1内LNG通过绝热管道7经泄漏喷嘴12泄放模拟自然条件下LNG蒸气扩散，水流通过水流管线17经流量控制器18后由水幕喷头20形成水幕21，水幕21两侧均设有监测点，第一超声波风速计15、第二超声波风速计16、第三超声波风速计22、监测点阵列23、高速相机24采集的数据经信号处理器26处理后与控制终端27相连。具体而言，本实施例所述的用来实验的LNG储存在绝热低温的LNG储罐1中，LNG储罐1上装有液位计2、第一压力表3、温度计4、安全阀5、气化器自增压装置6，气化器自增压装置6用以提供实验所需的稳定的LNG泄漏压力，当LNG储罐1内压力低于设定的实验所需压力值时，部分LNG液体会进入气化器自增压装置6进行气化，气化后的气体会被补充进LNG储罐1内，进而提供稳定的实验所需压力值。具体的，本实施例所述的LNG绝热管道7上装有阻火器11，保护阀门及仪表，防止意外发生危及LNG储罐1安全。具体的，本实施例所述的各压力表、电磁阀8、涡轮流量传感器9、超声波风速计、监测点所布各个传感器、高速相机24均为防爆设备且均通过数据线经信号处理器26后与控制终端27相连，控制终端27可以实时显示所有数据并完成操作实验，通过高速相机24可以观察实验的进行情况，也可为典型实验场景保存实验影像资料，操作简单方便。具体的，本实施例所述的检测点阵列23与信号处理器26之间设有防爆隔离墙25，用以保证实验人员的安全。具体的，本实施例所述的监测点阵列23由布有热电偶传感器、压力传感器、甲烷浓度监测传感器、湿度传感器的监测点排列形成，水幕21两侧均设有监测点，通过实时显示的水幕21两侧的监测数据，可以直观的对比分析水幕对LNG蒸气扩散的抑制效果，操作简单方便，减轻了实验人员的劳动强度，提高了其实验效率。具体的，本实施例所述的风洞13内有防爆风扇14，通过调节防爆风扇14转速，来模拟所需实验自然风速，风洞13内设有第一超声波风速计15，水幕21两侧分别设有第二超声波风速计16、第三超声波风速计22。进一步的，本实施例所述的泄漏喷嘴12、水幕喷头20均可以更换，水流管线17上装有流量控制器18和第三压力表19，可以通过更换泄漏喷嘴12研究不同泄漏口形状对LNG蒸气扩散的影响，通过更换水幕喷头20研究不同尺寸、宽度的水幕对LNG抑制效果的影响。最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

权利要求：1.一种水幕抑制LNG蒸气扩散效果分析实验平台，其特征在于：包括LNG蒸气扩散模拟系统、自然风模拟系统、水幕系统、数据采集及控制系统，所述LNG蒸气扩散模拟系统包括LNG储罐1、气化器自增压装置6、LNG绝热管道7、电磁阀8、涡轮流量传感器9、第二压力表10、阻火器11、泄漏喷嘴12，所述自然风模拟系统包括风洞13、防爆风扇14，所述水幕系统包括水流管线17、流量控制器18、第三压力表19、水幕喷头20，所述数据采集及控制系统包括第一超声波风速计15、第二超声波风速计16、第三超声波风速计22、监测点阵列23、高速相机24、信号处理器26、控制终端27，监测点阵列23由布有热电偶传感器、压力传感器、甲烷浓度监测传感器、湿度传感器的监测点排列形成；LNG储罐1内的LNG通过LNG绝热管道7经泄漏喷嘴12泄放模拟自然条件下LNG蒸气扩散，水流通过水流管线17经流量控制器18后由水幕喷头20形成水幕21，水幕21两侧均设有监测点，第一超声波风速计15、第二超声波风速计16、第三超声波风速计22、监测点阵列23、高速相机24采集的数据经信号处理器26处理后与控制终端27相连。2.根据权利要求1所述的一种水幕抑制LNG蒸气扩散效果分析实验平台，其特征在于：所述的用来实验的LNG储存在绝热低温的LNG储罐1中，LNG储罐1上装有液位计2、第一压力表3、温度计4、安全阀5、气化器自增压装置6，气化器自增压装置6可以提供实验所需的稳定的LNG泄漏压力，当LNG储罐1内压力低于设定的实验所需压力值时，部分LNG液体会进入气化器自增压装置6进行气化，气化后的气体会被补充进LNG储罐1内，进而提供稳定的实验所需压力值。3.根据权利要求1所述的一种水幕抑制LNG蒸气扩散效果分析实验平台，其特征在于：所述的LNG绝热管道7上装有阻火器11，保护阀门及仪表，防止意外发生危及LNG储罐1安全。4.根据权利要求1所述的一种水幕抑制LNG蒸气扩散效果分析实验平台，其特征在于：所述的各压力表、电磁阀8、涡轮流量传感器9、超声波风速计、监测点所布各个传感器、高速相机24均为防爆设备且均通过数据线经信号处理器26后与控制终端27相连，控制终端27可以实时显示所有数据并完成操作实验，通过高速相机24可以观察实验的进行情况，也可为典型实验场景保存实验影像资料，操作简单方便。5.根据权利要求1所述的一种水幕抑制LNG蒸气扩散效果分析实验平台，其特征在于：所述的检测点阵列23与信号处理器26之间设有防爆隔离墙25，用以保证实验人员的安全。6.根据权利要求1所述的一种水幕抑制LNG蒸气扩散效果分析实验平台，其特征在于：所述的监测点阵列23由布有热电偶传感器、压力传感器、甲烷浓度监测传感器、湿度传感器的监测点排列形成，水幕21两侧均设有监测点，通过实时显示的水幕21两侧的监测数据，可以直观的对比分析水幕对LNG蒸气扩散的抑制效果，操作简单方便，减轻了实验人员的劳动强度，提高了其实验效率。7.根据权利要求1所述的一种水幕抑制LNG蒸气扩散效果分析实验平台，其特征在于：所述的风洞13内有防爆风扇14，通过调节防爆风扇14转速，来模拟所需实验自然风速，风洞13内设有第一超声波风速计15，水幕21两侧分别设有第二超声波风速计16、第三超声波风速计22。8.根据权利要求1所述的一种水幕抑制LNG蒸气扩散效果分析实验平台，其特征在于：所述的泄漏喷嘴12可以更换成不同泄漏口形状的喷嘴，水幕喷头20也可以更换成不同尺寸、宽度的喷头，水流管线17上装有流量控制器18和第三压力表19，可以通过更换泄漏喷嘴12研究不同泄漏口形状对LNG蒸气扩散的影响，通过更换水幕喷头20研究不同尺寸、宽度的水幕对LNG抑制效果的影响。

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