高压气液两相流管道的泄漏信号检测装置及方法

1.本发明属于管道泄漏检测技术领域，具体涉及一种高压气液两相流管道的泄漏信号检测装置，还涉及一种高压气液两相流管道的泄漏信号检测方法。


背景技术：

2.长距离管道输送技术广泛应用于水利工程、石油化工、能源动力等领域(长距离输水水力控制的研究进展与前沿科学问题[j].水利学报,2016,47(03):424-435.)，是水资源、油气资源输送的首选方式。然而，上述工程中管道工作压力高(mpa级)，输运距离长，沿线地质环境复杂，叠加上长期服役带来的管道腐蚀、地质破坏等因素，导致管道易发生泄漏事故，造成巨大经济损失和环境污染等重大事故(a comprehensive framework to evaluate hydraulic and water quality impacts of pipe breaks on water distribution systems[j].water resources research,2018,54(10):8174-8195.)。特别是，随着我国长输管道系统智慧化运行的不断升级，对管道泄漏定位检测技术提出了更高要求。
[0003]
现有的泄漏检测技术主要应用于单相流体输送管道，其中基于瞬态信号的检测方法是重要途径(experimental investigation on blockage predictions in gas pipelines using the pressure pulse wave method[j].energy,2021,230:120897.)。其基本原理是通过检测瞬态泄漏信号(主要是流体压力/压差信号)的奇异点来实现定位。然而，在实际工程中，流体输运管道往往处于气液两相流动状态，并存在多种流型，对泄漏信号的传播过程存在不容忽视的影响，是制约泄漏定位技术精度提升的关键因素。以长距离输水系统为例，由于管线中泵吸、管内负压、空气阀排气不畅等因素，管道中不可避免地混有空气(尤其在局部高点、下降管段)，即产生了气液两相流动。
[0004]
两相流动系统具有波动现象、界面扰动等复杂流动特征，使得泄漏信号在不同流型下的传播特征迥异，两相流动会引起发大量的流动背景噪声，而且高压泄漏条件下流动参数的变化更加剧烈，信号提取与处理的难度升级，导致传统单相泄漏检测技术难以适用。因此，亟需搭建能够稳定检测高压气液两相流泄漏信号的实验装置，从而帮助探究两相流流型对泄漏信号传播的影响机制。
[0005]
搭建高压气液两相流泄漏管道的泄漏信号检测装置，开展流型可视化和泄漏信号检测存在多个技术难点，主要表现为：
[0006]
(1)设计加工可耐高压的可视化实验段，解决石英玻璃管的密封、安装、拍摄等难题；
[0007]
(2)高压气液两相流系统易出现流动不稳定现象，需设法保持稳定的气液两相流的流量和压力。
[0008]
因此，提供一个运行可靠、试验成本低、试验测量参数范围大、并且能够准确同步测量高压气液两相流管道的流型及压力、压差等数据的实验平台，是本领域亟待解决的难题。


技术实现要素：

[0009]
本发明的第一个目的是提供一种高压气液两相流管道的泄漏信号检测装置，解决了难以稳定测量高压气液两相流实验参数的问题。
[0010]
本发明的第二个目的是提供高压气液两相流管道的泄漏信号检测方法，解决传统检测方法中，未能考虑流型对泄漏信号的影响，以及难以同时高精度测量流型的图像数据和压力、压差等泄漏信号数据的问题。
[0011]
本发明所采用的第一个技术方案是，高压气液两相流管道的泄漏信号检测装置，包括有通过管道依次连接的气液混合段、第三阀门、流型可视化实验段及气液分离段；气液分离段为气液混合段供液；第三阀门与流型可视化实验段之间的管道上设置有实验加热单元；
[0012]
流型可视化实验段与气液分离段之间的管道上设置有泄漏定位实验单元；实验加热单元与流型可视化实验段之间的管道上设置有温度传感器；还包括有压差变送器，压差变送器通过两个管道分别与可视化实验段进口端及可视化实验段出口端连接；流型可视化实验段与泄漏定位实验单元之间的管道上设置有第一高频压力传感器，泄漏定位实验单元与气液分离段之间的管道上设置有第二高频压力传感器及冷凝器，冷凝器靠近气液分离段设置；可视化实验段外围设置有若干个高速摄像机及若干个光源，高速摄像机与光源一一对应，配合使用；还包括有数据采集及显示系统，若干个高速摄像机、气液混合段、温度传感器、压差变送器、泄漏定位实验单元、第一高频压力传感器及二高频压力传感器均与数据采集及显示系统连接。
[0013]
本发明的特征还在于，
[0014]
气液混合段包括有依次连接的气体回路单元、气液混合器及液体回路单元；所述气体回路单元包括有依次连接的空气压缩机、储气罐、稳压阀、调节阀及空气流量计；空气流量计还通过管道与气液混合器的进气口连接；所述液体回路单元包括有依次连接的水箱、第一阀门、第一过滤器、高压恒流泵、第二阀门及质量流量计；质量流量计还通过管道与气液混合器的进液口连接；气液混合器的气液两相流流体出口还通过管道与第三阀门连接；气液分离段为水箱供液；空气流量计及质量流量计均与数据采集及显示系统连接。
[0015]
气液分离段包括有气液分离器，气液分离器的气液分离器气体出口连接有第二管道，第二管道上还设置有第二背压阀；气液分离器的气液分离器液体出口连接有第一管道，第一管道上还设置有第二过滤器及第一背压阀，第二过滤器靠近气液分离器的气液分离器液体出口设置；通过第一管道为水箱供液。
[0016]
可视化实验段包括有石英管、第一法兰、第二法兰、第三法兰及第四法兰，第一法兰与第二法兰配对使用，第一法兰安装在石英管第一端一侧的管道端部，第二法兰安装在石英管第一端端部，第一法兰与第二法兰通过螺栓配合螺母连接；第三法兰与第四法兰配对使用，第三法兰安装在石英管第二端管道端部，第四法兰安装在石英管第二端一侧的管道端部，第三法兰与第四法兰通过螺栓配合螺母连接；第二法兰与第三法兰之间的石英管外壁上还套有外形为长方体且带有通孔的石英管方壳，石英管穿过石英管方壳的通孔，石英管外壁与石英管方壳通孔的内壁紧密贴合。
[0017]
石英管第一端端部设置有第一密封圈，第一密封圈位于第一法兰与第二法兰之间；石英管第二端端部设置有第二密封圈，第二密封圈位于第三法兰与第四法兰之间。
[0018]
泄漏定位实验单元包括有三个并联的第一支管、第二支管及第二支管；第一支管、第二支管及第二支管的一端端部均与第一高频压力传感器及第二高频压力传感器之间的管道连接；第一支管、第二支管及第二支管上分别安装有第一电动阀门、第二电动阀门及第三电动阀门；第一电动阀门、第二电动阀门及第三电动阀门均与数据采集及显示系统连接。
[0019]
实验加热单元包括有设置在第三阀门与流型可视化实验段之间管道上的第一交流极板及第二交流极板；第一交流极板与第二交流极板之间通过导线连接有变压器；还包括有形成闭合回路的交流电源与调压器，调压器与变压器之间通过电磁互感的方式，将加热功率传输至第一交流极板、第二交流极板和第三阀门与流型可视化实验段之间管道，从而给予两块交流极板之间的管道一定的热流密度。
[0020]
本发明所采用的第二个技术方案是，高压气液两相流管道的泄漏信号检测方法，采用上述的高压气液两相流管道的泄漏信号检测装置，具体按照以下步骤实施：
[0021]
步骤1，检查电路，保证无断线、漏电情况；打开数据采集及显示系统，保障各传感器工作正常；
[0022]
步骤2，关闭调节阀，打开第一阀门、第二阀门和第三阀门；往水箱中通入去离子水，在高压恒流泵上设定试验所需的液体质量流量后，启动高压恒流泵，观察管路是否通畅，是否存在泄漏；若管路通畅且无泄漏问题，则进行下一步骤；
[0023]
步骤3，待液体在试验回路中完成1-2分钟循环后，打开空气压缩机，向高压储气罐中通入高压气体；待高压储气罐存满气体后，缓慢打开稳压阀以调节出口压力、待出口压力稳定后，缓慢打开调节阀，将气体流量调节至设定流量，在气液混合器中得到气液两相流体；
[0024]
步骤4，待气液两相流体在试验回路中完成1-2分钟循环后，调节第一背压阀和第二背压阀，使试验回路达到设定压力；
[0025]
步骤5，调节实验加热单元的调压器，控制变压器输出稳定的加热功率，使得实验加热单元(14)所在管道出口处的流体温度达到预设的初始管道进口处温度，待实验数据稳定后，利用数据采集及显示系统记录此时测量装置中所有监测仪器测量得到的相关实验数据(包括：第一高速摄像机32和第一高速摄像机34拍摄获得的流型数据，温度传感器15、压差传感器17、第一高频压力传感器19和第二高频压力传感器20的记录的数据)；
[0026]
步骤6，打开泄漏定位实验单元中的第一电动阀门，并记录下电动阀门开启时间前后(0.1s-2s)的相关实验数据，参数记录完成后，关闭第一电动阀门；待实验数据稳定后，重复上述过程：依次分别打开第二电动阀门和第三电动阀门，并记录下第二电动阀门或第三电动阀门开启时间前后(0.1s-2s)的数据。
[0027]
步骤7，利用调节阀改变气体流量，待试验数据稳定后，通过流型可视化实验段观察此时的流型，并重复步骤，记录下相关参数。同理，利用高压恒流泵改变液体流量，重复上述过程；
[0028]
步骤8，利用实验加热单元改变实验加热单元的出口温度，重复步骤和步骤，获得不同温度条件下的相关实验数据；利用第一背压阀和第二背压阀改变实验回路的压力，重复步骤和步骤，获得不同压力条件下的相关实验数据。
[0029]
步骤9，逐步降低实验加热单元对应管道上的加热功率，待功率降低至0后，关闭变压器；调节一背压阀和第二背压阀，使试验回路压力降至常压；关闭空气压缩机，停止产生
气体，并逐步调节并关闭稳压阀和调节阀，不再往实验回路中输送气体；关闭高压恒流泵，流体停止在实验回路中循环；最后，关闭第一阀门、第二阀门、第三阀门及数据采集及显示系统。
[0030]
本发明的有益效果是：
[0031]
(1)本发明提供的高压气液两相流管道的泄漏信号检测装置，最大的优点在于，试验装置运行安全可靠，实验成本低，试验测量参数范围大，且测量参数在试验过程能够保持稳定，解决了难以稳定测量高压气液两相流实验参数的问题。
[0032]
(2)本发明提供的高压气液两相流管道的泄漏信号检测装置，能够实时同步获取气液两相流流型图像和信号数据，有利于观察气液两相流流体的流型，便于探究不同流型下泄漏信号的变化规律。
[0033]
(3)本发明提供的高压气液两相流管道的泄漏信号检测装置，所采用的测量仪器及数据采集系统，均具有采样频率高，响应快等特点，同时能够实时检测并保存数据，相关数据能够帮助探究高压气液两相流条件下的泄漏规律及影响因素。
[0034]
(4)本发明提供的高压气液两相流管道的泄漏信号检测装置，设计加工了可耐高压的可视化实验段，解决石英玻璃管的密封、安装、拍摄等难题。
[0035]
(5)本发明提供的高压气液两相流管道的泄漏信号检测方法，考虑了流型对泄漏信号的影响，解决了流型图像数据和压力、压差等泄漏信号数据同步采集的问题，能够获取准确的高压气液两相流流型及泄漏信号数据。
附图说明
[0036]
图1是本发明高压气液两相流管道的泄漏信号检测装置的结构示意图；
[0037]
图2是本发明高压气液两相流管道的泄漏信号检测装置中流型可视化实验段的结构示意图。
[0038]
图3是本发明高压气液两相流管道的泄漏信号检测装置中流型可视化实验段的拍照方式示意图。
[0039]
图4是本发明高压气液两相流管道的泄漏信号检测装置中预热段的结构示意图；
[0040]
图5是实施例1中压力调节至0.7mpa，温度调节至25℃，此时的液体流量和气体流量的压力信号图；
[0041]
图6为图5条件下的流型图像；
[0042]
图7为实施例1中将液体流量和气体流量分别设定为10g/s和5g/s，压力设定为0.7mpa，获取此时的压力信号图；
[0043]
图8为图7条件下的流型图像；
[0044]
图9为实施例1中液体流量和气体流量分别设定为10g/s和3.33g/s，压力设定0.2mpa时的压力信号变化数据；
[0045]
图中，1.空气压缩机，2.高压储气罐，3.稳压阀，4.调节阀，5.空气流量计，6.水箱，7.第一阀门，8.第一过滤器，9.高压恒流泵，10.第二阀门，11.质量流量计，12.气液混合器，13.第三阀门，14.实验加热单元，15.温度传感器，16.流型可视化实验段，17.压差传感器，18.泄漏定位实验单元，19.第一高频压力传感器，20.第二高频压力传感器，21.气液分离器，22.第二过滤器，23.第一背压阀，24.第二背压阀，25.数据采集及显示系统，26.第一法
兰，27.第二法兰，28.第三法兰，29.第四法兰，30.第一密封圈，31.第二密封圈，32.第一高速摄像机，33.第一光源，34.第二高速摄像机，35.第二光源，36.石英管，37.石英管方壳，38.第一电动阀门，39.第二电动阀门，40.第三电动阀门，41.第一交流极板，42.第二交流极板，43.交流电源，44.调压器，45.变压器，46.气液分离器气体出口，47.气液分离器液体出口，48.气液混合段，49.气液分离段，50.第二管道，51.第一管道，52.第一支管，53.第二支管，54.第三支管，55.冷凝器。
具体实施方式
[0046]
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
[0047]
本发明提供高压气液两相流管道的泄漏信号检测装置，如图1-5所示，包括有通过管道依次连接的气液混合段48、第三阀门13、流型可视化实验段16及气液分离段49；气液分离段49为气液混合段48供液；第三阀门13与流型可视化实验段16之间的管道上设置有实验加热单元14；流型可视化实验段16与气液分离段49之间的管道上设置有泄漏定位实验单元18；实验加热单元14与流型可视化实验段16之间的管道上设置有温度传感器15；还包括有压差变送器17，压差变送器17通过两个管道分别与可视化实验段16进口端及可视化实验段16出口端连接；流型可视化实验段16与泄漏定位实验单元18之间的管道上设置有第一高频压力传感器19，泄漏定位实验单元18与气液分离段49之间的管道上设置有第二高频压力传感器20及冷凝器55，冷凝器55靠近气液分离段49设置；可视化实验段16外围设置有若干个高速摄像机及若干个光源，高速摄像机与光源一一对应，配合使用；还包括有数据采集及显示系统25，若干个高速摄像机、气液混合段48、温度传感器15、压差变送器17、泄漏定位实验单元18、第一高频压力传感器19及二高频压力传感器20均与数据采集及显示系统25连接。整个装置回路为开式循环，气液两相流流体在气液混合段48中获得并流出，经过实验加热单元14、流型可视化实验段16、泄漏定位实验单元18及冷凝器55等相关装置后，流入气液分离段49并重新分离为气体和液体，气体排出至大气，液体流入气液混合段48进行循环利用。实验加热单元14、可视化实验段16、泄漏定位实验单元18及相关连接管道均包裹有保温棉，以降低热损失。
[0048]
如图1所示，气液混合段48包括有依次连接的气体回路单元、气液混合器12及液体回路单元；所述气体回路单元包括有依次连接的空气压缩机1、储气罐2、稳压阀3、调节阀4及空气流量计5；空气流量计5还通过管道与气液混合器12的进气口连接；所述液体回路单元包括有依次连接的水箱6、第一阀门7、第一过滤器8、高压恒流泵9、第二阀门10及质量流量计11；质量流量计11还通过管道与气液混合器12的进液口连接；气液混合器12的气液两相流流体出口还通过管道与第三阀门13连接；气液分离段49为水箱6供液；空气流量计5及质量流量计11均与数据采集及显示系统25连接。气液混合段48中的气体回路：气体由空气压缩机1制成后，经过储气罐2、稳压阀3、调节阀4空气流量计5，流入气液混合器12；液体回路：水从水箱6流出，经过第一阀门7、第一过滤器8、高压恒流泵9、第二阀门10及质量流量计11，流入气液混合器12。气体和液体在气液混合器12中得到充分混合，得到气液两相流流体。空气压缩机1中自带过滤装置，能够过滤空气中的杂质，稳定制造和输出高压气体；储气罐2能够存储高压气体，并初步稳定气体压力；稳压阀3能够进一步稳定气体压力，并输出稳压气体；调节阀4配合气体流量计5，能够调节气体的输出流量。第一过滤器8能够去除水中
的杂质，保护循环回路中相关仪器设备的使用安全；高压恒流泵9能够稳定控制液体流量，使流量在实验过程中保持稳定。
[0049]
如图1所示，气液分离段49包括有气液分离器21，气液分离器21的气液分离器气体出口46连接有第二管道50，第二管道50上还设置有第二背压阀24；气液分离器21的气液分离器液体出口47连接有第一管道51，第一管道51上还设置有第二过滤器22及第一背压阀23，第二过滤器22靠近气液分离器21的气液分离器液体出口47设置；通过第一管道51为水箱6供液。气体从气液分离器气体出口46流出，经过第二背压阀24流入大气；液体从气液分离器液体出口47流出，经过第二过滤器22、第一背压阀23、流入气液混合段48进行循环利用。第一背压阀23和第二背压阀24分别用于稳定和调节液体和气体的压力，保障实验回路的压力稳定；第二过滤器22用于去除液体中的杂质，保护循环回路中相关仪器设备的使用安全。
[0050]
如图2-3所示，可视化实验段16包括有石英管36、第一法兰26、第二法兰27、第三法兰28及第四法兰29，第一法兰26与第二法兰27配对使用，第一法兰26安装在石英管36第一端一侧的管道端部，第二法兰27安装在石英管36第一端端部，第一法兰26与第二法兰27通过螺栓配合螺母连接；第三法兰28与第四法兰29配对使用，第三法兰28安装在石英管36第二端管道端部，第四法兰29安装在石英管36第二端一侧的管道端部，第三法兰28与第四法兰29通过螺栓配合螺母连接；第二法兰27与第三法兰28之间的石英管36外壁上还套有外形为长方体且带有通孔的石英管方壳37，石英管36穿过石英管方壳37的通孔，石英管36外壁与石英管方壳37通孔的内壁紧密贴合。石英管36第一端端部设置有第一密封圈30)第一密封30位于第一法兰26与第二法兰27之间；石英管36第二端端部设置有第二密封圈31，第二密封圈31位于第三法兰28与第四法兰29之间。第一法兰26与连接管道焊接，第一法兰26、第二法兰27和第一密封圈30组合使用，将石英管36的一端与不锈钢管道连接；第三法兰28与不锈钢管道焊接，第三法兰28、第四法兰29和第二密封圈31组合使用，将石英管36的另一端与连接管道连接。这种将石英管36与不锈钢管道连接的方式，不仅阻力小，而且能够耐高温高压。第一高速摄像机32和第二高速摄像机34分别从轴向和纵向经石英管方壳37拍摄石英管36内流体的状态，第一光源33和第二光源35分别为第一高速摄像机32和第二高速摄像机34打光。这种拍摄方式，能够清晰拍摄管内流体不同角度的情况，便于研究分析。
[0051]
如图1所示，泄漏定位实验单元18包括有三个并联的第一支管52、第二支管53及第二支管54；第一支管52、第二支管53及第二支管54的一端端部均与第一高频压力传感器19及第二高频压力传感器20之间的管道连接；第一支管52、第二支管53及第二支管54上分别安装有第一电动阀门38、第二电动阀门39及第三电动阀门40；第一电动阀门38、第二电动阀门39及第三电动阀门40均与数据采集及显示系统连接，能够迅速开断，模拟管道泄漏情况，并且能够在阀门开断的一瞬间，迅速捕获泄漏瞬间的瞬时参数。
[0052]
如图4所示，预热段14包括，在第三阀门13与温度传感器15之间的管道上设置的第一交流极板41及第二交流极板42，第一交流极板41与第二交流极板42之间通过导线连接有变压器45，还包括有形成闭合回路的交流电源43与调压器44，调压器44与变压器45之间通过电磁互感的方式，将功率传输至第一交流极板41、第二交流极板42和管道，从而给予两块交流极板之间的管道一定的热流密度。
[0053]
使用的压差传感器器17的型号为：rosemont3051压力变送器；第二高频压力传感
器19和第二高频压力传感器20的型号为：pa-33/20bar；第一过滤器8和第二过滤器22的采用的型号为：熊川ss-216-30。
[0054]
温度传感器15：采用k型铠装热电偶，测温范围0-300℃；第一背压阀23和第二背压阀24的压力调节范围为0-10mpa；高压恒流泵9选用耐高压(10mpa)，并输出稳定流量的恒流泵；数据采集及显示系统22选用ni采集系统，机箱型号为ni daq-9178，配套ni 9203、ni 9213及ni 9220输入模块，采集程序为labview，用于收集试验测试装置中所有监测仪器测量得到的相关试验数据。
[0055]
本发明还提供一种高压气液两相流管道的泄漏信号检测方法，采用上述的高压气液两相流管道的泄漏信号检测装置，具体按照以下步骤实施：
[0056]
步骤1，检查电路，保证无断线、漏电情况；打开数据采集及显示系统25，保障各传感器工作正常；
[0057]
步骤2，关闭调节阀4，打开第一阀门7、第二阀门10和第三阀门13；往水箱中通入去离子水，在高压恒流泵9上设定试验所需的液体质量流量后，启动高压恒流泵9，观察管路是否通畅，是否存在泄漏；若管路通畅且无泄漏问题，则进行下一步骤；
[0058]
步骤3，待液体在试验回路中完成1-2分钟循环后，打开空压机1，向高压储气罐2中通入高压气体；待高压储气罐2存满气体后，缓慢打开稳压阀3以调节出口压力、待出口压力稳定后，缓慢打开调节阀4，将气体流量调节至设定流量，在气液混合器12中得到气液两相流体；
[0059]
步骤4，待气液两相流体在试验回路中完成1-2分钟循环后，调节第一背压阀23和第二背压阀24，使试验回路达到设定压力；
[0060]
步骤5，调节实验加热单元14的调压器44，控制变压器45输出稳定的加热功率，使得实验加热单元14出口处的流体温度达到预设的初始进口温度，待实验数据稳定后，利用数据采集及显示系统25记录此时测量装置中所有监测仪器测量得到的相关实验数据(包括：第一高速摄像机32和第一高速摄像机34拍摄获得的流型数据，温度传感器15、压差传感器17、第一高频压力传感器19和第二高频压力传感器20的记录的数据)；
[0061]
步骤6，打开泄漏定位实验单元18中的第一电动阀门38，并记录下电动阀门开启时间前后(0.1s-2s)的相关实验数据，参数记录完成后，关闭第一电动阀门38；待实验数据稳定后，重复上述过程：依次分别打开第二电动阀门39和第三电动阀门40，并记录下第二电动阀门39或第三电动阀门40开启时间前后(0.1s-2s)的数据。
[0062]
步骤7，利用调节阀4改变气体流量，待试验数据稳定后，通过流型可视化实验段16观察此时的流型，并重复步骤6，记录下相关参数。同理，利用高压恒流泵9改变液体流量，重复上述过程；
[0063]
步骤8，利用实验加热单元14改变实验加热单元14的出口温度，重复步骤6和步骤7，获得不同温度条件下的相关实验数据；利用第一背压阀23和第二背压阀24改变实验回路的压力，重复步骤6和步骤7，获得不同压力条件下的相关实验数据。
[0064]
步骤9，逐步降低实验加热单元14对应管道上的加热功率，待功率降低至0后，关闭变压器45；调节一背压阀23和第二背压阀24，使试验回路压力降至常压；关闭空气压缩机1，停止产生气体，并逐步调节并关闭稳压阀3和调节阀4，不再往实验回路中输送气体；关闭高压恒流泵9，流体停止在实验回路中循环；最后，关闭第一阀门7、第二阀门10、第三阀门13及
数据采集及显示系统25。
[0065]
实施例1
[0066]
通过本发明提供的高压气液两相流管道的泄漏信号检测装置并采取本发明提供的一种高压气液两相流管道的泄漏定位方法，在6mm管径的实验条件下，测量获得了空气—水两相流流体在高压管道内的流型及泄漏信号。具体步骤及结果如下：
[0067]
完成步骤1的检查工作后，进行步骤2和步骤3，将液体流量和气体流量分别设定为8.33g/s和3.33g/s，得到流量稳定的气液两相流体；接着，根据步骤4和步骤5，将压力调节至0.7mpa，温度调节至25℃，获取此时的流型图像及压力信号，如图5-6所示(此时液体流量8.33g/s，气体流量3.33g/s)。同理，将液体流量和气体流量分别设定为10g/s和5g/s，压力设定为0.7mpa，获取此时的流型图像及压力信号，如图7-8(此时液体流量10g/s气体流量5g/s)。结果证明，本发明能够准确实时同步采集流型图像及压力信号数据。
[0068]
根据步骤3-7，将液体流量和气体流量分别设定为10g/s和3.33g/s，压力设定0.2mpa，打开第一电动阀门并记录此时的压力信号变化数据如图9所示。结果表明，本发明方法能够在高压气液两相流条件下，准确测量获得泄漏信号。

技术特征：
1.高压气液两相流管道的泄漏信号检测装置，其特征在于，包括有依次连接的气液混合段(48)、第三阀门(13)、流型可视化实验段(16)及气液分离段(49)；气液分离段(49)为气液混合段(48)供液；第三阀门(13)与流型可视化实验段(16)之间的管道上设置有实验加热单元(14)；流型可视化实验段(16)与气液分离段(49)之间的管道上设置有泄漏定位实验单元(18)；实验加热单元(14)与流型可视化实验段(16)之间的管道上设置有温度传感器(15)；还包括有压差变送器(17)，压差变送器(17)通过两个管道分别与可视化实验段(16)进口端及可视化实验段(16)出口端连接；流型可视化实验段(16)与泄漏定位实验单元(18)之间的管道上设置有第一高频压力传感器(19)，泄漏定位实验单元(18)与气液分离段(49)之间的管道上设置有第二高频压力传感器(20)及冷凝器(55)，冷凝器(55)靠近气液分离段(49)设置；可视化实验段(16)外围设置有若干个高速摄像机及若干个光源，高速摄像机与光源一一对应，配合使用；还包括有数据采集及显示系统(25)，若干个高速摄像机、气液混合段(48)、温度传感器(15)、压差变送器(17)、泄漏定位实验单元(18)、第一高频压力传感器(19)及二高频压力传感器(20)均与数据采集及显示系统(25)连接。2.根据权利要求1所述的高压气液两相流管道的泄漏信号检测装置，其特征在于，所述气液混合段(48)包括有依次连接的气体回路单元、气液混合器(12)及液体回路单元；所述气体回路单元包括有依次连接的空气压缩机(1)、储气罐(2)、稳压阀(3)、调节阀(4)及空气流量计(5)；空气流量计(5)还通过管道与气液混合器(12)的进气口连接；所述液体回路单元包括有依次连接的水箱(6)、第一阀门(7)、第一过滤器(8)、高压恒流泵(9)、第二阀门(10)及质量流量计(11)；质量流量计(11)还通过管道与气液混合器(12)的进液口连接；气液混合器(12)的气液两相流流体出口还通过管道与第三阀门(13)连接；气液分离段(49)为水箱(6)供液；空气流量计(5)及质量流量计(11)均与数据采集及显示系统(25)连接。3.根据权利要求2所述的高压气液两相流管道的泄漏信号检测装置，其特征在于，所述气液分离段(49)包括有气液分离器(21)，气液分离器(21)的气液分离器气体出口(46)连接有第二管道(50)，第二管道(50)上还设置有第二背压阀(24)；气液分离器(21)的气液分离器液体出口(47)连接有第一管道(51)，第一管道(51)上还设置有第二过滤器(22)及第一背压阀(23)，第二过滤器(22)靠近气液分离器(21)的气液分离器液体出口(47)设置；通过第一管道(51)为水箱(6)供液。4.根据权利要求1所述的高压气液两相流管道的泄漏信号检测装置，其特征在于，所述可视化实验段(16)包括有石英管(36)、第一法兰(26)、第二法兰(27)、第三法兰(28)及第四法兰(29)，第一法兰(26)与第二法兰(27)配对使用，第一法兰(26)安装在石英管(36)第一端一侧的管道端部，第二法兰(27)安装在石英管(36)第一端端部，第一法兰(26)与第二法兰(27)通过螺栓配合螺母连接；第三法兰(28)与第四法兰(29)配对使用，第三法兰(28)安装在石英管(36)第二端管道端部，第四法兰(29)安装在石英管(36)第二端一侧的管道端部，第三法兰(28)与第四法兰(29)通过螺栓配合螺母连接；第二法兰(27)与第三法兰(28)之间的石英管(36)外壁上还套有外形为长方体且带有通孔的石英管方壳(37)，石英管(36)穿过石英管方壳(37)的通孔，石英管(36)外壁与石英管方壳(37)通孔的内壁紧密贴合。5.根据权利要求4所述的高压气液两相流管道的泄漏信号检测装置，其特征在于，石英管(36)第一端端部设置有第一密封圈(30)，第一密封圈(30)位于第一法兰(26)与第二法兰
(27)之间；石英管(36)第二端端部设置有第二密封圈(31)，第二密封圈(31)位于第三法兰(28)与第四法兰(29)之间。6.根据权利要求1所述的高压气液两相流管道的泄漏信号检测装置，其特征在于，所述泄漏定位实验单元(18)包括有三个并联的第一支管(52)、第二支管(53)及第二支管(54)；第一支管(52)、第二支管(53)及第二支管(54)的一端端部均与第一高频压力传感器(19)及第二高频压力传感器(20)之间的管道连接；第一支管(52)、第二支管(53)及第二支管(54)上分别安装有第一电动阀门(38)、第二电动阀门(39)及第三电动阀门(40)；第一电动阀门(38)、第二电动阀门(39)及第三电动阀门(40)均与数据采集及显示系统连接。7.根据权利要求1所述的高压气液两相流管道的泄漏信号检测装置，其特征在于，所述实验加热单元(14)包括有设置在第三阀门(13)与流型可视化实验段(16)之间管道上的第一交流极板(41)及第二交流极板(42)；第一交流极板(41)与第二交流极板(42)之间通过导线连接有变压器(45)；还包括有形成闭合回路的交流电源(43)与调压器(44)，调压器(44)与变压器(45)之间通过电磁互感的方式，将加热功率传输至第一交流极板(41)、第二交流极板(42)和第三阀门(13)与流型可视化实验段(16)之间管道。8.高压气液两相流管道的泄漏信号检测方法，其特征在于，采用权利要求1-7任意一项所述的高压气液两相流管道的泄漏信号检测装置，具体按照以下步骤实施：步骤1，检查电路，保证无断线、漏电情况；打开数据采集及显示系统(25)，保障各传感器工作正常；步骤2，关闭调节阀(4)，打开第一阀门(7)、第二阀门(10)和第三阀门(13)；往水箱(6)中通入去离子水，在高压恒流泵(9)上设定试验所需的液体质量流量后，启动高压恒流泵(9)，观察管路是否通畅，是否存在泄漏；若管路通畅且无泄漏问题，则进行下一步骤；步骤3，待液体在试验回路中完成1-2分钟循环后，打开空气压缩机(1)，向高压储气罐(2)中通入高压气体；待高压储气罐(2)存满气体后，缓慢打开稳压阀(3)以调节出口压力、待出口压力稳定后，缓慢打开调节阀(4)，将气体流量调节至设定流量，在气液混合器(12)中得到气液两相流体；步骤4，待气液两相流体在试验回路中完成1-2分钟循环后，调节第一背压阀(23)和第二背压阀(24)，使试验回路达到设定压力；步骤5，调节实验加热单元(14)的调压器(44)，控制变压器(45)输出稳定的加热功率，使得实验加热单元(14)所在管道出口处的流体温度达到预设的初始管道进口处温度，待实验数据稳定后，利用数据采集及显示系统(25)记录此时测量装置中所有监测仪器测量得到的相关实验数据；步骤6，打开泄漏定位实验单元(18)中的第一电动阀门(38)，并记录下电动阀门开启时间前后的相关实验数据，参数记录完成后，关闭第一电动阀门(38)；待实验数据稳定后，重复上述过程：依次分别打开第二电动阀门(39)和第三电动阀门(40)，并记录下第二电动阀门(39)或第三电动阀门(40)开启时间前后的数据；步骤7，利用调节阀(4)改变气体流量，待试验数据稳定后，通过流型可视化实验段(16)观察此时的流型，并重复步骤(6)，记录下相关参数；同理，利用高压恒流泵(9)改变液体流量，重复上述过程；步骤8，利用实验加热单元(14)改变实验加热单元(14)的出口温度，重复步骤(6)和步
骤(7)，获得不同温度条件下的相关实验数据；利用第一背压阀(23)和第二背压阀(24)改变实验回路的压力，重复步骤(6)和步骤(7)，获得不同压力条件下的相关实验数据；步骤9，逐步降低实验加热单元(14)对应管道上的加热功率，待功率降低至0后，关闭变压器(45)；调节一背压阀(23)和第二背压阀(24)，使试验回路压力降至常压；关闭空气压缩机(1)，停止产生气体，并逐步调节并关闭稳压阀(3)和调节阀(4)，不再往实验回路中输送气体；关闭高压恒流泵(9)，流体停止在实验回路中循环；最后，关闭第一阀门(7)、第二阀门(10)、第三阀门(13)及数据采集及显示系统(25)。

技术总结
本发明公开高压气液两相流管道的泄漏信号检测装置，包括有依次连接的气液混合段、第三阀门、流型可视化实验段及气液分离段；第三阀门与流型可视化实验段之间的管道上设置有实验加热单元；流型可视化实验段与气液分离段之间的管道上设置有泄漏定位实验单元；实验加热单元与流型可视化实验段之间的管道上设置有温度传感器；还包括有压差变送器；流型可视化实验段与泄漏定位实验单元之间的管道上设置有第一高频压力传感器，泄漏定位实验单元与气液分离段之间的管道上设置有第二高频压力传感器及冷凝器；还包括有数据采集及显示系统。解决了难以稳定测量高压气液两相流实验参数的问题。还提供了高压气液两相流管道的泄漏信号检测方法。信号检测方法。信号检测方法。


技术研发人员：颜建国 郑书闽 郭鹏程 王帅 刘振兴 王赛
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/8/28