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2022年04期 41  封面 目次  

胡其会1,李玉星1,张建2,俞欣然1,王辉2,王武昌1,殷布泽1,龚霁昱1

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碳捕集、封存与利用(CarbonCaptureUtilizationandStorage,CCUS)是当前能够大规模降低工业CO2排放的有效方式。通过系统分析国内外CCUS关键环节的发展现状,发现燃烧后CO2捕集技术较成熟,燃烧前捕集技术分离系统较复杂,富氧燃烧技术制氧电耗大,三者要达到工业应用均需继续降低CO2捕集成本及能耗。中国在CO2管输工艺、管输安全及管输标准等方面已具备一定的技术实力,但缺乏工程验证和CO2管道技术系列标准;CO2封存项目规模较小,在回注方案、地面工艺系统及CO2泄漏监测等方面尚未到工业化推广要求;CO2在油气田开发、化工生产等领域的利用积累了丰富经验,但利用量较低,未来应从提高封存量和利用量两方面入手,降低CO2封存成本。研究结果可为CCUS工程示范和商业化发展提供参考。(图3,表2,参47)

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王振声

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当前,中国企业的标准体系建设存在单项技术标准与不同专标委制定的标准内容重叠、交叉且引用层级多等问题,在使用过程中,极易造成标准内容衔接不畅、执行要求差异大、技术水平参差不齐等困惑。为落实《国家标准化发展纲要》和国家管网集团战略部署,通过梳理资产完整性管理相关法律法规、国家标准及行业标准,并结合加拿大国家标准及国外知名能源公司的一体化标准最佳实践成果,开展了具有国家管网集团特色的油气储运资产完整性管理一体化标准体系建设实践:搭建了资产完整性管理一体化标准框架,确立了统一对象认识、统一技术要求、统一业务管理的一体化标准编制原则,创建了一体化标准质量管控流程泳道图,建立了资产完整性管理通用规范、油气管道线路完整性管理规范等覆盖资产完整性管理业务领域的一体化标准,有效解决了标准协调性、适用性问题,确保了标准的先进性。研究成果可为实现资产完整性管理业务对象与作业活动的数字化指引提供有力保障。(图7,表2,参32)

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李茜璐,唐柳怡

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氢能是碳中和目标下新能源重要发展方向之一。中国对于天然气长输管道混氢输送的适应性研究较多,但在终端管网中应用尚缺乏全面系统的分析。调研了国内外混氢天然气在终端应用的互换性、设备材料适配性、安全性等方面的研究现状,结果表明:混氢天然气对民用燃具、终端管道材料有较好的适配性,但面向终端用户使用还需要在互换性、介质分层、泄漏检测、加臭、计量等方面进一步开展研究。根据终端管网特点及供气需求,提出相关建议:①结合具体天然气组分、燃具工况,对混氢天然气进行互换性分析;②提高输送压力,消除高层建筑物立管附加压力的影响,并开展极限工况下介质分层研究;③对连接件密封性能进行全面分析,结合氢气泄漏扩散特性,优化泄漏检测设备及加臭剂的布置;④亟待建立终端混氢天然气计量标准体系;⑤加快终端管网氢气分离装置及技术的适应性调整。研究结果可为混氢天然气在终端管网中的应用及氢能产业链的发展提供参考。(参70)

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王金江1,于昊天2,张凤丽2,张来斌1

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随着中国油气站场建设规模不断扩大,生产运行及安全管理的要求日益严苛,但目前管道及站场实体可视化应用及综合展示非常匮乏,无法以三维场景查看站场内各区域分布及运行数据,尚未建立与实际情况高度一致的设施设备模型。为此,提出了基于数字孪生的智慧油气站场系统化解决方案:在数字孪生理论的基础上,以ArcGIS系统为基础平台,运用3DsMax软件建立等比例、高精度的站场模型,搭建真实映射物理站场的数字孪生站场,辅以先进传感、大数据分析及人机交互技术,形成智慧化的输油气站场信息物理系统。以陕西某压气站为例进行了系统设计与开发示范,结果表明:该系统能够实现站场全要素的三维展示、站场状态的实时监测、站场管理的统筹决策,有利于全方位提升站场安全生产的宏观监管、重点监管、精准监管水平。(图3,参22)

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沙胜义1,冯文兴2,詹一为2,孙汉清3,杨启明1,孙晁2,张念飞1

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振弦式应变传感器已广泛应用于油气管道本体应力应变监测领域,但受管道运行工况、安装工艺等的影响,不同类型振弦式传感器的使用性能存在明显差异。为掌握该类传感器在油气管道应变监测中的实际使用寿命,对比监测数据误差,以点焊型和弧焊型振弦式应变传感器为研究对象,对穿越曲阜煤矿采空区的天然气管道应力状态进行连续监测,通过12年监测数据的对比分析表明:弧焊型传感器的存活率随时间线性下降,而监测数据误差呈线性增长趋势,传感器累计测量误差较大,这是由于弧焊型传感器采用防腐层安装,不能直接获取管道真实应力,且易受外界因素影响脱落所致。与弧焊型传感器相比,点焊型传感器测量数据能够真实反映管道应力应变状态,且使用寿命更长,满足持续监测对传感器最低存活率的要求。(图6,表3,参23)

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王婷1,陈健1,沙胜义1,戴联双2,杨鹏2,赵小辉3

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天然气管道的自保护药芯半自动多层多道焊接工艺的环焊缝易发生失效,主要原因是焊接层数少于焊接工艺要求值、单道焊层厚度过厚、不符合施焊原则等,导致焊接热输入过高,影响焊缝组织,从而致使环焊缝韧性指标下降。选取采用自保护药芯焊丝半自动焊施工工艺的X80管线钢为研究对象,通过对不同焊接层数的环焊缝区及热影响区韧性试验结果、金相组织及断口进行对比分析,结果表明:随着焊接层数的增加,焊缝的冲击韧性大幅提升且分散性下降;断口形貌的韧性比例增大;晶粒不断细化且彼此交错,可有效预防裂纹扩展。研究结果对于制定天然气管道焊接工艺规程、加强施工现场质量管理具有指导作用。(图8,表3,参24)

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易斐宁1,杨叠2,王鹏宇3,杨晗1,黄安东1,刘啸奔2,刘图3

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自动焊技术在中国大口径、高钢级管道现场焊接过程中广泛应用,出现了由多种因素导致的错边、裂纹等焊缝缺陷,对管道焊接接头变形承载能力造成了严重影响。为了明确含根焊裂纹X80管道焊接接头应变能力变化规律,开展管道环焊接头应变能力数值模拟。以外径1219mm的单V形坡口X80管道焊接接头为研究对象,假定接头处存在工程允许的最大3mm错边以及根焊熔合线位置存在无法检测到的最大25mm×2.5mm的表面型裂纹缺陷,考虑环焊接头根焊、热影响区、母材、填充焊4个区域材料本构关系的差异性,采用数值仿真分析方法,定量分析了载荷形式、母材屈强比及热影响区软化率对焊接接头应变能力的影响。结果表明:通过建立的有限元模型,可以计算得到多种工况条件下含根焊裂纹X80管道焊接接头应变的变化规律,并且得到了以0.25mm为临界韧性值、0.5%为应变能力的符合工程应用需求的安全临界强度匹配系数。研究结果可为含根焊裂纹X80管道焊接接头应变能力的安全评估及工程应用提供参考。(图7,表1,参30)

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刘翼1,韩昌柴1,苏望发2,李德明1,郭磊1,刘俊1,崔巍1,张建平1

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管道高后果区识别工作主要依据GB32167—2015《油气输送管道完整性管理规范》开展,但由于缺乏有效技术手段的支撑,标准中的定量识别判据对实际识别工作的指导作用受限,从而导致识别工作的效率以及识别结果的准确率不高。为此,提出基于高分辨率遥感影像的高后果区识别方法,采用卷积神经网络和条件随机场组合模型,通过管道中心线两侧缓冲区的建立和基于线性参考的管段划分,实现管道沿线建筑物的自动检测与提取,最后,应用几何计算完成全线高后果区识别。利用该方法对某管道高后果区进行了识别,识别的准确率与召回率分别为93%、90%,大幅提高了高后果区识别的效率与准确性。研究成果可为管道高后果区的高效、定量识别提供技术指导,具有良好的应用前景。(图4,表1,参27)

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战征

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顺北油气田集输管网集输半径大、气油比高、地形起伏大、流态复杂,时常引起管道低洼处积液量大、段塞流等多种复杂工艺问题。为此,建立气液混输管网水力仿真计算模型,并利用顺北油气田现场数据对模型进行修正,进而开发油气混输管网仿真计算程序,对顺北1区集输管网气液混输特性进行仿真及参数预测。结果表明:建立的水力计算模型仿真结果与实测数据的误差基本在±6%以内,满足运行需求;管网各管道的持液率均较低,流型以分层流和环状流为主;针对管网中压降与温降较大、管输效率较低、积液量较大的管道分别提出了优化及保护建议。研究成果可为气液混输管网设计及安全运行提供技术依据。(图3,表7,参30)

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于鹏1,程康2,岳前进3

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LNG蒸发是影响罐式集装箱运输安全的重要因素之一,运输过程中动态蒸发的特性尚未阐明。原型试验是最能反映动态蒸发特性的研究方法,但目前现有试验方法及设备加载能力无法满足原型试验的需求。在此,设计基于40ft(1ft=0.3048m)的LNG罐式集装箱的动态蒸发原型试验系统,建造了大吨位单自由度运动模拟台,采用运动加载的方式实现物理子结构的原型加载,将蒸气流速作为表征蒸发强度的指标,采用智能气体测量系统实时测量蒸气流速。应用该系统进行实例测量,结果表明,提出的原型试验系统可用于罐式集装箱动态蒸发特性的系统研究;船体运动将加速LNG的蒸发,有关动态蒸发特性的研究对LNG罐式集装箱运输的安全性评估具有重要意义。(图5,表1,参26)

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陈永刚,李广超,李善亮,张金,宋超,吕宝奇

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中国LNG储罐内罐壁板立向焊缝焊接长期采用焊条电弧焊工艺(ShieldedMetalArcWelding,SMAW),目前尚无自动焊接工艺的应用先例。通过9%Ni钢板材立向焊缝自动焊试验,拟定了多层、细丝、短弧、周向摆动、坡口两侧短暂停顿的立向药芯自动焊工艺(FluxCoredArcWelding,FCAW),并对采用该工艺完成的焊接接头进行机械性能试验,结果表明:试样拉伸、弯曲及低温冲击性能均满足相关标准要求,尤其是焊接热影响区低温夏比冲击吸收能量比SMAW提升了17.6%。将立向FCAW应用于中国某LNG接收站一座16×104m3LNG储罐进行立向焊缝焊接,与SMAW相比,其焊接效率提升了52%、返修率降低了2%、储罐试压合格、试运行稳定,并已投入使用。研究成果可为今后LNG储罐内罐立向焊缝自动焊接的推广提供理论指导和实践依据。(图2,表5,参20)

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王猛1,张雪琴2,牛亚琨2,姜博文3

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径向摩擦是离心式压缩机组在运行过程中的常见故障之一,其产生的额外热量有可能导致转子热弯曲,并对转子振动产生复杂影响。为准确识别、诊断该故障,建立了转子振动分析模型,对转子与静子发生径向摩擦并导致热弯曲时的转子相位滞后、转子不平衡量、转子振动响应的变化情况进行分析,研究了不同程度的径向摩擦热弯曲对转子振动造成的影响。结果表明:径向摩擦热弯曲发生时,由于转子相位滞后、转子不平衡量发生变化,转子振动响应将产生一系列富有规律的变化,并通过实例应用对相关理论进行了验证,从而对该故障的识别、分析提供了理论和实践两方面的支持。研究成果可帮助现场工作人员发现径向摩擦导致的热弯曲、判断故障位置、查找故障原因、评估故障严重性、制定维修计划,以期为长距离天然气输送管道离心式压缩机组的安全运行提供有力保障。(图8,表3,参24)

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曹杨1,王红红1,林超2,李忠涛1

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海底管道清管器运行时间对于清管收球作业具有重要的参考作用。为了明确清管器运行时间的影响因素,运用灰色关联分析法对海管里程、海管进出口压力差、输气量、海管进出口温度差、过盈量、清管器质量、输油量、含水率进行关联度计算,分析各影响因素与清管器运行时间的相关性,并以此构建了网络结构为(8,11,1)的清管器运行时间BP神经网络预测模型。以渤海某油田海底管道的清管作业数据记录为样本,对清管器运行时间进行预测及验证,结果表明:该模型预测的清管器运行时间的平均误差为8min,平均相对误差为12.5%。研究结果可为制订合理的海底管道清管收球作业方案提供参考。(图5,表2,参20)

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赵书华,黎少飞,王树立,饶永超,段云飞,李天亮

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随着长距离输电工程的发展,杂散电流引起的埋地油气管道电化学腐蚀日趋严重,其中高压直流(HighVoltageDirectCurrent,HVDC)输电系统的接地流干扰将在管道防腐涂层缺陷处导致严重的电化学腐蚀,威胁管道运行安全。通过COMSOL软件对靠近接地极的埋地管道沿线杂散电流密度分布进行模拟分析,研究各干扰参数(管道与HVDC系统电缆夹角、接地流、土壤电导率、与接地极距离、管道半径)对管道沿线杂散电流密度分布及干扰腐蚀的影响规律。结果表明:管道与任一接地极距离小于5km时,干扰腐蚀显著增强;管道与电缆夹角为0°时,干扰腐蚀最为严重;其余参数对管道干扰腐蚀均具有较大影响。研究结果可为管道干扰防护及维修检测提供理论依据与参考。(图7,表2,参21)

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王盟浩1,李森圣1,谢雯洁2

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储气服务具有易逝资产属性及金融属性,对其进行基于金融价值划分的收益管理,并对储气服务产品进行细分及差异化定价,即可实现最大收益。为探究储气库商业化运营模式新思路,使用最小二乘蒙特卡洛法,对储气服务产品的金融价值进行量化计算,以展示储气服务在产品和市场两个维度下金融价值的变化情况。结果表明:储气服务产品的工作气量和注采能力呈相互制约关系,储气服务产品应当合理搭配工作气量与注采能力的组合,以实现更优的价值。合同时长受天然气价格周期性的影响,以1年的整数倍为合同时长的产品,具有相对更高的金融价值。结合金融价值的变化,将不同市场形态分为管制阶段、内在价值阶段及外在价值阶段。管制阶段储气库金融价值极低;在价格波动率较低的时候,内在价值阶段和外在价值阶段下储气服务能够实现的金融价值相差不大;在价格波动率较高的时候,外在价值阶段的储气服务实现的价值相对更高。研究成果可为天然气市场化背景下储气库商业化运营模式的建立提供理论支撑。(图5,表1,参22)

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赵国忠1,杨牧2,李哲伟1

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为满足中国未来油气管网建设发展投资决策的需要,亟需开发一种针对天然气长输管道项目投资风险的定量评估方法,从而为投资决策提供评估依据。为此,提出了基于蒙特卡洛法的投资风险评估流程,根据天然气长输管道项目的技术经济特征,构建了管道运输价格校核模式下的效益模型。以某大型天然气长输管道项目为例进行风险评估,通过专家打分法建立了项目投资风险因素识别清单,并量化了风险因素与等级划分;以三角分布函数作为概率分布函数,明确了设计输量、管道运输价格及建设投资作为输入变量,运用风险评估软件@RISK进行了模拟计算。计算结果表明:作为输出变量的财务净现值呈现一定的统计规律且趋向于正态分布,财务净现值大于等于0的概率为94.4%,说明该项目具有较好的盈利期望,同时具有较强的抗风险能力。模拟计算结果验证了基于蒙特卡洛法的定量评估方法的可行性及有效性,可为长输油气管道投资风险的定量评估提供参考。(图3,表4,参28)

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