高壓蒸氣爆炸測試裝置及系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及實驗設備領域，具體涉及一種高壓蒸氣爆炸測試裝置及系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]沸騰液體擴展蒸氣爆炸(BLEVE，BoilingLiquid Expanding Vapor Explos1n),是指大量過熱液體瞬時泄放到大氣環(huán)境中而形成的蒸氣爆炸。CO2高壓容器在過充、過壓、機械打擊、熱應力、腐蝕等作用下材料性能降低甚至完整性遭到破壞時，完全有可能由于快速降壓發(fā)生嚴重的CO2沸騰液體擴展蒸氣爆炸事故，從而造成容器的進一步破裂和介質的完全泄放。驅油過程中，CO2注入管內壓力可達30MPa，屬于典型的高壓設備，且長期處于井底的復雜環(huán)境中，具有很大的BLEVE危險性。為了確保CO2-EOR的安全生產(chǎn)，必須對驅油注入過程中CO2BLEVE發(fā)生的條件和機理進行深入研究。分析0)2快速相變發(fā)生BLEVE熱動力學過程的基礎上，從CO2-EOR工程應用的角度，設計適合于研究驅油注入管內⑶2發(fā)生BLEVE的小尺寸實驗裝置，以對這種不可燃也基本無毒性流體的冷BLEVE現(xiàn)象進行實驗研究。
[0003]根據(jù)國內外學者對可燃物質BLEVE過程的大量研究以及對⑶2發(fā)生BLEVE過程的一些探索，CO2BLEVE的形成也多少都與“液體過熱”和“突然降壓”有直接聯(lián)系，因此實驗研究中實現(xiàn)壓力容器的突然降壓與過熱核化，并采用有效的實驗參數(shù)測試系統(tǒng)是研究CO2BLEVE發(fā)生機理中非常關鍵的環(huán)節(jié)。
[0004]現(xiàn)有技術中，也存在一些基于BLEVE爆炸的實驗測試系統(tǒng)，但由于實驗條件的限制，測試系統(tǒng)具有以下缺陷:實驗設備通常與實際PllO注入管的形狀差距較大，無法對注入過程的BLEVE真實再現(xiàn);測試系統(tǒng)中，通常注入的液體是水，單純將水從泄放口倒入，而不能實現(xiàn)高壓液化C02的注入;一般實驗系統(tǒng)采用的是底部加熱，如果CO2的實驗也采用這種加熱方式，會使得C02出現(xiàn)較為嚴重的熱分層現(xiàn)象，對實驗結果產(chǎn)生較大影響。
[0005]如何更真實地模擬演化高壓蒸氣爆炸過程成為亟待解決的問題。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術問題在于現(xiàn)有技術中高壓蒸氣爆炸測試裝置模擬仿真度差。
[0007]為此，根據(jù)第一方面，本發(fā)明實施例提供一種高壓蒸氣爆炸測試裝置，包括:
[0008]承壓容器，具有與高壓蒸氣介質注入管內徑一致的腔體，用于為高壓蒸氣介質提供裝載和實驗的場所;承壓容器的底部側面設置有介質注入口，用于向承壓容器的腔體注入實驗介質;泄壓裝置，為中空結構，設置在承壓容器頂部，與承壓容器連接導通;泄壓裝置的空腔內設置有爆破片;加熱裝置，用于對承壓容器內的實驗介質進行加熱;傳感器，設置在承壓容器的腔體內，用于采集承壓容器的腔體內實驗介質的物理參數(shù)。
[0009]進一步，承壓容器的側壁上還設置有觀察窗，用于觀察承壓容器的腔體實驗介質。
[0010]進一步，觀察窗至少為兩個，分別設置在承壓容器相對的側壁上。
[0011]進一步，承壓容器的頂端還設置有保溫外殼，與承壓容器可拆卸連接。
[0012]進一步，保溫外殼為兩塊半開式，用于在承壓容器的頂端相對方向相向扣合，以與承壓容器可拆卸連接。
[0013]進一步，加熱裝置包括:多個加熱管，分別沿承壓容器的腔體內側豎向布置;溫度控制箱，用于向多個加熱管提供熱能。
[0014]進一步，傳感器包括:多個壓力傳感器，分別布置在承壓容器的腔體內側壁上，用于采集承壓容器的腔體內不同區(qū)域實驗介質的壓力;溫度傳感器，布置在承壓容器的腔體內側壁上，用于采集承壓容器的腔體內不同區(qū)域實驗介質的溫度。
[0015]進一步，還包括:圖像數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集承壓容器的腔體內實驗介質的圖像數(shù)據(jù)；圖像數(shù)據(jù)采集模塊包括:攝影儀，設置在至少一個觀察窗的一側，用于透過該觀察窗采集承壓容器的腔體內實驗介質的圖像數(shù)據(jù)。
[0016]進一步，圖像數(shù)據(jù)采集模塊還包括:光源板，用于向承壓容器的腔體內提供照明光源。
[0017]進一步，還包括:實驗介質注入模塊，與介質注入口連接，用于通過介質注入口向承壓容器的腔體注入實驗介質。
[0018]進一步，實驗介質注入模塊包括:氣瓶，用于提供實驗介質；制冷機組，與氣瓶連接，用于對氣瓶輸出的實驗介質進行冷卻液化;高壓栗，設置在制冷機組和介質注入口之間，高壓栗用于在檢測到承壓容器的腔體內壓力大于或等于氣瓶內的壓力時，開始加壓，以將氣瓶內的實驗介質通過介質注入口注入承壓容器的腔體內。
[0019]根據(jù)第二方面，本發(fā)明實施例提供一種高壓蒸氣爆炸測試系統(tǒng)，包括:
[0020]上述的高壓蒸氣爆炸測試裝置;數(shù)據(jù)采集卡，信號連接至高壓蒸氣爆炸測試裝置的傳感器，用于接收傳感器采集到的物理參數(shù);或者，信號連接至高壓蒸氣爆炸測試裝置的傳感器和圖像數(shù)據(jù)采集模塊，用于接收傳感器采集到的物理參數(shù)和圖像數(shù)據(jù)采集模塊采集到的圖像數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，用于接收數(shù)據(jù)采集卡采集到的數(shù)據(jù)并進行分析。
[0021]本發(fā)明技術方案，具有如下優(yōu)點:
[0022]本發(fā)明實施例提供的高壓蒸氣爆炸測試裝置及系統(tǒng)，由于承壓容器具有與高壓蒸氣介質注入管內徑一致的腔體，在為高壓蒸氣介質提供裝載和實驗的場所時，能夠更好地模擬高壓蒸氣介質注入管，提高了高壓蒸氣爆炸測試裝置模擬仿真度，為高壓蒸氣爆炸測試分析提供了更為可靠的技術參數(shù)支撐。
[0023]作為優(yōu)選的技術方案，承壓容器的底部側面設置有介質注入口，實驗介質通過實驗介質注入模塊從該介質注入口向承壓容器的腔體注入，相對于單純地將水從泄放口倒入，不僅提高了高壓蒸氣爆炸測試的自動化程度，也使得高壓蒸氣爆炸測試裝置能夠更好地仿真模擬高壓蒸氣介質注入管中注入高壓蒸氣的過程。
[0024]作為優(yōu)選的技術方案，承壓容器的頂端還設置有保溫外殼，與承壓容器可拆卸連接，從而實現(xiàn)了在保溫外殼連接在承壓容器的頂端時，對承壓容器腔體內的實驗介質進行保溫，當保溫外殼從承壓容器的頂端拆卸時，能更好地對承壓容器進行散熱。
[0025]作為優(yōu)選的技術方案，加熱裝置包括:多個加熱管，分別沿承壓容器的腔體內側豎向布置，從而使得承壓容器腔體內的實驗介質受熱均勻，利于減少嚴重的熱分層現(xiàn)象，使得實驗結果更為真實可靠。
【附圖說明】
[0026]為了更清楚地說明本發(fā)明【具體實施方式】或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對【具體實施方式】或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0027]圖1為本發(fā)明實施例中一種高壓蒸氣爆炸測試系統(tǒng)示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明實施例中一種承壓容器剖面示意圖；
[0029]圖3為本發(fā)明實施例中一種實驗介質注入模塊示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面將結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0031]此外，下面所描述的本發(fā)明不同實施方式中所涉及的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互結合。
[0032]為提高高壓蒸氣爆炸測試裝置模擬仿真度，本實施例公開一種高壓蒸氣爆炸測試裝置，請參考圖1，該高壓蒸氣爆炸測試裝置包括:承壓容器1、泄壓裝置4、加熱裝置(圖1中未示出標記)和傳感器，其中:
[0033]承壓容器I具有與高壓蒸氣介質注入管內徑一致的腔體，用于為高壓蒸氣介質提供裝載和實驗的場所;承壓容器的底部側面設置有介質注入口 U，用于向承壓容器的腔體注入實驗介質。本實施例中，高壓蒸氣介質例如是C02。所稱高壓蒸氣介質注入管為實際管道設備中的CO2驅油注入管，以CO2驅油注入管為例，承壓容器I具有圓柱形腔體，內徑為Φ62mm，與⑶2驅油注入管內徑一致，承壓容器I的凈高度300mm，裝置最大工作壓力20MPa，可滿足液態(tài)甚至超臨界態(tài)CO2BLEVE過程的壓力要求，工作溫度從室溫到180°C。
[0034]為實現(xiàn)對承壓容器I內的流體進行觀察，在優(yōu)選的實施例中，承壓容器I的側壁上還設置有觀察窗5，用于觀察承壓容器I的腔體實驗介質。優(yōu)選地，觀察窗5至少為兩個，分別設置在承壓容器I相對的側壁上，例如觀察窗5設置在承壓容器前后兩側，采用兩塊2 X10mm高強度玻璃嵌套密封在承壓容器I前后壁的開槽處。通過在承壓容器I上設計視窗觀察機構，可以隨時觀察和檢測承壓容器I內部流體的變化情況。
[0035]在優(yōu)選的實施例中，承壓容器I的頂端還設置有保溫外殼2，與承壓容器I可拆卸連接。在優(yōu)選的實施例中，請參考圖2，保溫外殼2為兩塊半開式，用于在承壓容器I的頂端相對方向相向扣合，以與承壓容器I可拆卸連接，具體地，可以通過四組鎖扣扣緊兩塊保溫外殼2。
[0036]泄壓裝置4為中空結構，設置在承壓容器I頂部，與承壓容器I連接導通;泄壓裝置4的空腔內設置有爆破片。具體地，可以在承壓容器I的頂端開設泄壓口 3，在泄壓口 3通過一段鋼管嵌入承壓容器I，泄壓裝置4通過螺紋連接密封固定在鋼管上，泄壓裝置4的空腔內設置的LP型爆破片可以通過夾持器裝在泄壓裝置4內。在優(yōu)選的實施例中，泄壓裝置4可以包括爆破閥、LP型爆破片和中空螺柱，其中，爆破閥和中空螺柱構成夾持器，具體地，爆破閥為中空螺母結構，其與中空螺柱能夠螺紋配合連接。具體地，LP型爆破片通過中空螺柱頂在泄壓口 3處，中空螺柱通過螺紋固定在泄壓口 3處，而后爆破閥通過螺紋連接至中空螺柱，從而形成更貼近事故模式的爆破片超壓破裂的泄壓方式。在優(yōu)選的實施例中，還可以在承壓容器和爆破閥之間增加電動閥裝置，從而可以采用一體式角行程電動執(zhí)行器進行開關量調節(jié)。通過電動閥裝置，可以實現(xiàn)多種泄壓方式:(I)爆破閥+電動閥+直角形連接管。(2)爆破閥+直角形連接管，此時，電動閥全程呈開啟狀態(tài)。(3)爆破閥+豎直連接管，此時，動態(tài)壓力傳感器可以分別安裝于承壓容器底部和頂部連接管，垂直于容器側壁，即傳感器敏感元件與流體運動方向平行。