具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互结合。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语；使用的术语中“上”、“下”、“左”、“右”等通常是针对附图所示的方向而言，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言；同样地，为便于理解和描述，“内”、“外”等是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。但上述方位词并不用于限制本发明。

如图1-2所示，本发明提供一种输气管道喷射火对邻近液烃管安全性影响实验平台，包括供液烃环道系统、检测系统、以及火焰系统17；

所述供液烃环道系统包括依次相连形成闭合回路的液烃储罐1、管道泵2、非测试管段一3、测试管段4、非测试管段二5，所述液烃储罐1与所述管道泵2之间设有出液烃管6，所述出液烃管6上设有截断阀7，所述非测试管段二5上设有排气阀8；

所述检测系统包括设置在所述非测试管段一3上的流量检测装置9、压力检测装置10、温度检测装置一11，设置在所述测试管段4两端的温度检测装置二12，设置在所述测试管段4内外壁的温度检测装置三13，以及检测测试管段4内流体温度的温度检测装置四14；

所述火焰系统17位于所述闭合回路外，且处于所述测试管段4两端之间的平面内。

为了控制液烃的温度，可选地，所述输气管道喷射火对邻近液烃管安全性影响实验平台还包括温度检测装置五15和冷却装置16，所述温度检测装置五15设置在所述液烃储罐1内，所述冷却装置16与所述液烃储罐1相连。在一个具体的实施例中，所述冷却装置16为设置在所述液烃储罐1内的换热盘管，所述换热盘管按照以下方法进行设计：

结合已知参数，液烃储罐的大小、加热管道燃烧时间、容器内流动介质物性、燃烧的初始温度和目标温度、换热盘管内采用清水作为换热介质，并可设定初始温度与初始流速，利用相关算法进行计算，可进行换热盘管材质和管径的选择。当测试加热段管材发生变化，对换热管的换热量及换热盘管内水的温度变化也不同，可以结合经济因素可选择合适的测试管段；对管内径和外径的选择是在相关软件中对不同管径及在不同壁厚的条件下进行模拟，最终根据换热清水的出口温度选择合适的换热盘管直径与壁厚；在对管程参数的确定上，可将螺距设置为0.5倍盘管直径，而盘管的外径可根据其盘管设计高度得到，由此可计算出盘旋圈数。故按照以上步骤，最终可确定换热盘管的相关参数：管子规格、螺距为0.5管外径、盘管直径与盘管高度。

需要说明的是，所述冷却装置16的作用是为了降低液烃的温度，除了上述实施例中的换热盘管外，采用其他现有技术的冷却装置也可以，上述实施例并非对本发明冷却装置的限制。

液烃填充时，为了更快的排净管道内的气体，使液烃完全充满实验管段，达到满流状态，可选地，所述排气阀8靠近所述液烃储罐1设置。

在一个具体的实施例中，所述非测试管段一3和所述非测试管段二5均由直管段和弯管段组成，所述弯管段采用90°弯头，所述测试管段4为直管段，所述供液烃环道系统整体呈圆角矩形环道状。

为了能够忽略流体经过弯管段对测试管段所产生的影响，可选地，所述非测试管段一3上最靠近所述测试管段4的弯管段与所述测试管段4之间的距离、以及所述非测试管段二5上最靠近所述测试管段的弯管段与所述测试管段4之间的距离分别在8D-15D范围内，D为所述测试管段4的直径。

为了提高在高温环境中温度检测装置的精确性，避免温度检测装置在高温环境中可能失效从而影响数据的采集，可选地，所述温度检测装置三13为热电偶温度传感器，所述热电偶温度传感器为K型一体化温度变送器，所述温度检测装置四14为热电阻温度传感器，所述热电阻温度传感器为铠装铂温度传感器。

在一个具体的实施例中，所述温度检测装置三13和所述温度检测装置四14设置多个，且分别均匀分布在所述测试管段4的轴向和径向上。可选地，同一径向上的设置在所述测试管段4内壁的温度检测装置三13和设置在所述测试管段4外壁的温度检测装置三13正对设置。

本发明所述的输气管道喷射火对邻近液烃管安全性影响实验平台能够用来开展相邻管道流动状态下天然气管道燃烧的热影响实验研究。用其进行实验时，可根据需要选择环道的大小，根据所述环道的大小确定合适的液烃储罐1和管道泵2，保证环道内液烃保持连续流动状态，可真实还原现场液烃管道的流动场景。选择好后采用法兰进行管道连接，如此能够便于拆卸，且可根据实验目的更换不同的管径、管材(不同的壁厚、管径及材质的管子)。实验过程中，通过设置的检测系统，能够利用温度检测装置三13和温度检测装置四14获得测试管段4管道内外壁及管道内液烃的温度变化情况，能够利用温度检测装置二12监测管道内流动介质的温度变化情况。所述火焰系统能够模拟天然气管道的燃烧状态，通过调节火焰的大小与距离，能够进行不同火灾场景下的热影响研究实验。通过设置的排气阀，充液烃时开启该阀门，能够排净管道内的气体，使液烃完全充满实验管段，达到满流状态。

在一个具体的实施例中，所述输气管道喷射火对邻近液烃管安全性影响实验平台的最大流量为60m³/h，非测试管段一3、测试管段4、非测试管段二5的管径相同，且均为D114×7.1mm，直管道总长度为10m，液烃储存容积为510L，环道总占地面积约14m²。所述输气管道喷射火对邻近液烃管安全性影响实验平台的主要设备参数如表1所示：

表1输气管道喷射火对邻近液烃管安全性影响实验平台主要设备参数

在上述实施例中，所述温度检测装置三13和温度检测装置四14还分别与数据采集仪器(图中未示出)相连，所述数据采集仪器能够实时采集实验过程中的温度变化数据。各泵、阀、压力计、温度计、温度传感器还均通过PLC控制柜与中央控制室相连(图中未示出)。

上述实施例中，换热盘管的参数是通过以下步骤确定的：

实验已知参数包括：液烃储罐的大小为510L，火焰燃烧时间预计2小时，环道内的流动介质为柴液烃，换热盘管内采用水作为换热介质，设其初始温度为20℃，流速为1m/s，结合经济因素选择管材为低碳钢。在管内径和外径的选择上，对不同管径从21～38mm的管子及在不同壁厚的条件下进行选择，最终根据水的出口温度选择了D32×2.5；对管程参数的确定，将螺距设置为0.5倍盘管直径，盘管的外径根据其盘管设计高度0.7m可知，需要15圈。故最终换热盘管的参数为管子规格D32×2.5，螺距0.5管外径，盘管直径0.7m，高度0.7m。

上述实施例中的液烃储罐1内储存有成品液烃；防爆管道泵可提供动力保证稳定的管道液体流量，并防止加热液烃流动过程中发生爆炸。管道上的截断阀7可方便控制实验进程。环道内弯头规格为R＝1.5D，且燃烧测试的实验管段距离弯头有100cm，在8D-15D的范围内，能够使得实验时可忽略流体经过弯头对实验管段所产生的影响。换热盘管内的换热介质为清水，通过不断的循环流动带走液烃热量。温度计能够随时监测液烃储罐内的液烃温度变化。流量计设于泵后能够确定当前状况下管道的流动速率。防爆管道泵后设有压力计及温度计，能够检测液体流动的初始压力值和温度值。测试管段前后均安装有温度计，能够观察管道内流体的温度变化。同时，测试管段内外壁均安装温度传感器，可实时传输燃烧状态下管道的内外壁温度变化。各泵、阀、压力计、温度计、温度传感器均通过PLC控制柜连接到中央控制室以便控制开关和数据采集。环道各组件均由法兰连接，方便装卸。

上述实施例的输气管道喷射火对邻近液烃管安全性影响实验平台搭建完成后还需进行密闭性实验，操作步骤如下：

将环道中充满水，通过泵加压并保持一定的时间。压力表读数保持稳定说明环道密封性良好。通过试水试压实验检验，环道密封性良好，在防爆管道泵提供的最大压头下，环道无漏水现象。同时，法兰的安装应详细对垫片和法兰的形式、尺寸和材料等进行检查，并保证螺栓符合相应的安装要求；保持法兰表面无腐蚀损坏、机械损伤，以及残留有旧垫片等情况。同时还需检查好法兰表明的粗燥程度，并保证凸台能够对准，法兰面与面之间的间隙应适当，且两封面的平面所具有的平行度应能够满足相应垫片的形式。

结合各种天然气管道燃烧引起的温度变化、热辐射影响范围等研究方法，利用上述实施例的输气管道喷射火对邻近液烃管安全性影响实验平台，进行流动条件下天然气管道燃烧对相邻管道热影响的实验研究。

实验过程中，能够根据天然气管道燃烧状态原理，通过直接解方程法、迭代法、内插值法和比热近似法等求解方法获得天然气的燃烧温度，以此确定外部火焰的温度大小，本发明可通过调整火焰系统的火焰温度及其与测试管段之间的距离，还原不同场景下天然气管道火灾事故对相邻管道可能产生的热影响。

具体的并行气液管道裸露段燃烧环道实验的步骤如下：

①检查液烃储罐、各阀门及法兰、防爆管道泵等；②压力计及温度计的标定与检查、温度传感器的标定与检查；③火焰喷头的安全性检查，燃料气充装检查；④记录此时环境的温度、湿度、压力；⑤打开液烃储罐阀门，调节防爆管道泵，使管内流体流速为匀速状态；⑥同时打开排气阀，使管道内气体排出，管内液烃为满流状态；⑦打开火焰喷头阀门进行燃烧，火焰大小、火焰喷头与测试管段的距离、火焰燃烧测试管段的长度、火焰燃烧时间均可调节，每隔1s采集测试管道内部流体温度、管内外壁温度、环道内的压力与温度变化数据；⑧关闭火焰喷头阀门，完成燃烧过程；关闭液烃储罐阀门，停止管内流体流动；⑨拆卸相关实验仪器，进行检查或保养，取下燃烧测试管段，可进行金相分析；⑩改变流体流速，或更换不同材质、不同管径和壁厚的测试段，重复以上步骤，可完成多种不同条件下的管道流动状态下的燃烧实验。

采集上述实验前、实验中、以及实验后的数据，实验前数据包括燃烧宽度、火焰喷头与测试管段的距离、环境温度、环境湿度、环境压力、环境风速等。实验中采集的数据包括燃烧时间、导热系数、膨胀系数、比热容、密度、液烃粘度、管道外壁温度、管道内壁温度、管内液烃温度、压力、流速、管道应力、管道应变、火焰强度等。实验后采集数据包括测试管段的金相分析结果、拉伸强度、硬度、冲击韧性等。

实验结束后，利用记录的数据分析管内压力、流速、管道应力及应变随温度的关系，确定天然气管道发生火灾后相邻输液烃管道内液烃的临界流速，预测管材失效时间。实验后分析实验测试段管道的金相组织、拉伸强度、硬度及冲击韧性等材料性能，确定管道的破坏形式及最大屈服强度等，为提出相应的管道防护策略作依据。

具体的，所述临界流速、管材时效时间、管道破坏形式、最大屈服强度都是通过更换不同的实验条件，获得不同实验条件下测试管段的燃烧结果，根据所述燃烧结果及燃烧过程中的反应进行判断。例如不同的管道内液烃的流速，其对应的测试管段耐燃烧时间不同，通过改变不同的管道内液烃的流速，获得各流速条件下对应的测试管段耐燃烧时间，根据所述测试管段的耐燃烧时间选择其中能够使所述测试管段耐燃烧时间最长的流速为所述临界流速。本发明所述的临界流速，其临界的意思就是小于这个流速，耐燃烧时间短，大于这个流速，不仅不经济，也不能再延长耐燃烧的时间了。确定临界流速能够让管材耐燃烧时间更长一点，也给抢修维修争取时间。当所述临界流速确定之后，保持管道内液烃的速度为所述临界流速，继续燃烧，根据测试管段的温度变化以及选用的测试管段的材质的耐受温度确定管材的失效时间。继续燃烧，观察测试管段的破坏形式，例如断裂、裂口、或者破裂等。失效时间确定后，测试当前测试管段的屈服强度，其对应的值即为最大屈服强度。

综上所述，本发明可全面研究相邻管道流动状态下天然气管道燃烧产生的热影响，通过微观金相分析，结合管材强度变化规律和管道失效条件，可确定天然气管道燃烧时对相邻输送管道的临界流速。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。