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2021年03期 40   

李锴,李江,顾清林,王多才

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随着大数据、物联网、云计算、人工智能等智能技术的不断发展及应用,管道行业由传统管理模式逐步向数字化、智能化发展。国家管网集团西气东输公司坚持以“全数字化移交、全智能化运营、全生命周期管理”为目标,聚焦智慧管网,经过管理创新与技术革新,建立了人工智能与管道行业深度融合的新模式:在已有管道运营体系的基础上,引入工业互联网、机器学习、智能控制等技术,形成了站场智能巡检、分输智能控制、流量计智能检定等核心技术,推动了天然气管道站场智能运行技术的发展;大力发展天然气管道关键设备全面智能感知技术,开展了天然气泄漏检测、站场运维巡检智能化管控、压缩机组与流量计智能监测等核心技术创新;构建管道风险智能管控技术体系, 推进了管道线路风险智能识别、光纤安全预警、管道智能防腐等核心技术的提档升级。在此基础上,国家管网集团西气东输公司高效推进智能管道运行效率再升级,构建了“全方位感知、综合性预判、一体化管控、自适应优化”的智能管网雏形,为中国油气管道的智慧化发展提供了重要借鉴。(表2,参23)

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董绍华1,张轶男1,左丽丽2

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智慧管网具有全面感知、自动预判、自适应、自反馈、自学习等特征优势,近年来得到迅速发展,国内外智慧管网的侧重点有所不同,国外侧重于使用现代模型方法升级传统技术方法,而国内侧重于智慧系统的规划和整体设计。目前中国智慧管网建设仍处于起步阶段,在数字孪生体构建、传感技术、精准检测和评价、决策支持、模型构建、信息共享、大数据深度挖掘等方面缺乏系统性、规划性、科学性,基础模型和智能决策不足。阐述了智慧管网在国家管网多条管道上的开发与应用,逐步实现了设计、施工、运行等多环节覆盖。针对存在的问题,提出了解决方案:管网智能巡护,智慧管网的人工智能,视频实时监控智能识别,管道智能化应急防范,构建基于多源数据的智能化管理平台,灾害一体化智能监测与预警,管道完整性大数据融合、建模、决策支持等。建议进一步采用物联网、云平台、区块链等技术,研究建立管道全生命周期数据标准,构建管道全生命周期数据库,开展智能管网平台设计,包括管道全生命周期资产管控、运行控制、决策支持,最终形成基于多源数据融合的智能一体化管理平台。(参21)

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胡亚博1,吴志平1,吴世勤1,倪少清2,常景龙1

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高压直流输电、油气长输管道建设促进了全国范围内的能源优化配置,但高压直流接地极放电对埋地管道的强直流干扰问题应该引起足够关注。为进一步加强相关风险管控,回顾中国高压直流输电网的发展历程,对高压直流接地极放电影响管道的典型特点进行分析,结合当前实际提出后续风险管控的发展方向。研究结果表明:邻近油气长输管道路由的高压直流输电线路和接地极对管道的影响具有干扰时间不确定、干扰机理复杂、干扰程度大及缓解困难的特点,是管道当前面临的突出安全风险。高压直流输电网调试或故障运行过程中,接地极单极放电会加速管道腐蚀。后续应从加强沟通协调和联合测试,深化腐蚀机理和规律研究,采取综合治理措施等方面提升检测、研究及治理水平,全方位保障国家能源通道的安全稳定。(参32)

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李卫东1,2,黄启玉1,霍富永3,高雪冬1

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蜡沉积是含蜡原油在管输过程中面临的重要流动保障难题,生产上常采用机械清管的方法清除管壁蜡沉积物。由于目前对蜡层剥离机理认识不足,现场清管作业仍然依赖操作经验,卡球蜡堵事故时有发生。通过对原油管道通球清蜡研究的关键问题进行系统阐述,分别从蜡层剥离机理、清蜡效率、蜡层破坏力3个方面详细梳理当前原油管道通球清蜡领域的研究进展,指出蜡层强度、清管器前油蜡浆液流变特性和流动规律以及蜡沉积物积聚成塞条件应是该领域今后研究的关键问题和主要方向。(图3,参41)

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周登极1,邢同胜2,张麟2,马世喜1,郭永华2

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大数据时代的来临带来了工业的大变革。为了提高工业生产效率、安全性和自动化水平,需要通过对工业大数据的充分挖掘利用,从海量数据中发现隐藏的规律,从而提高工业领域的信息管理水平,为智能监测、运行及维护提供技术支持。以大数据为背景,通过实例分析了数据挖掘技术在天然气管网负荷预测、安全预警、调度优化及性能监视中的应用方案及应用效果,进而从多源数据融合、综合信息平台建设、全生命周期管理等方面探讨了数据挖掘及相关技术的发展方向,展望了天然气管网数据挖掘广阔的应用前景。(图8,参22)

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康琦1,吴海浩1,张若晨2,樊迪1,李晓平1,王玮1,宫敬1

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针对集输管网多相输送体系、不同拓扑结构及输送工艺在数字油田智能化建设中的仿真模拟需求,基于图论方法和管网对象设计了可表示复杂连接关系的通用管网数据结构,耦合流动单元水热力数学模型与节点平衡关系建立了普适性的管网非线性方程组,提出了鲁棒性高的求解方法。以油田集输工艺设计、运行及优化等场景中独立使用或在综合管理系统中集成应用为目标研制了计算软件,通过对比商业软件计算结果,验证了所开发软件的适应性和准确性,同时从工程实用方面探讨了其应用前景。(图22,表1,参32)

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郑宏伟,刘喆,吴岩

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针对天然气检定过程流量精确调节及质量精密管控的实际问题,研发了一套适用于多气源工况条件的中高压天然气计量智能检定系统,打破了原检定过程工控与数据处理系统之间的通信障碍,将多系统数据与指令融合互联、实时交互,实现了检定设备的全智能控制。该系统建立了标准装置质量控制系统平台,通过风险预测实时评估标准装置偏差变化趋势及影响;拓展了流量仪表性能评价业务,通过建立多维度数学分析模型,对流量计进行全生命周期运行状况分析、评价;通过重构检定作业模式,实现数据中心操作站控系统远程全流程操作;探索采用防爆AGV 运输车、防爆机械臂、定制视觉测量系统实现仪表的智能拆装。此外,从在线检定校准技术、计量技术智能化升级、计量科技产业化平台3方面对天然气计量检定智能化技术进行了展望。(图5,参19)

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刘翼1,张安祺2,陈璐瑶2,丁疆强1,陈欣2,李斯2

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近年来,随着城镇化进程的持续推进,部分管道的周边环境不断变化,相应管道的高后果区范围也随之发生变化,准确、高效地掌握环境变化数据以持续更新高后果区信息对管道企业的安全管理工作具有重要意义。由于短期内管道沿线具有自然地物变化较少、人工地物变化频率较高的特点,利用高分辨率正射影像与多光谱影像,提出一种基于多源遥感影像的高后果区变化检测方法。该方法在超像素分割基础上,以LBP-HOG融合特征和光谱梯度差方法对多源数据的变化信息进行提取。实验表明,此方法对管道周边人工地物的变化检测具有较高的准确性,可有效提高高后果区管理的工作效率。(图9,表1,参20)

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刁宇1,王宁峰2,刘朝阳3,朱峰3,李静3,王乾坤2,李春漫3,田望3

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输油管道具有里程长、输送介质高危、管道沿线水文地质条件复杂等特点,一旦油品在环境敏感区发生泄漏,将会造成严重的环境污染事件。以某环境高后果区为例,基于Visual-Modflow软件,建立概念模型、水流模型及溶质运移模型,模拟输油管道泄漏情景下石油烃在地下水中的迁移扩散规律,采用改进的内梅罗综合指数评价法对地下水状态进行预警,根据水质变化速率与预警级别之间的关系确定不同井的预警级别。结果表明:采用输油管道泄漏地下水污染风险预警评价,能够有效预警油品泄漏情况,预判输油管道泄漏溢油扩散趋势。(图4,表6,参20)

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胡雄伟,冯新,周晶

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利用导波技术检测管道缺陷,将不可避免地遇到多缺陷相互作用问题。针对此类问题,利用数值模拟方法研究管道中双缺陷相互作用规律,建立双缺陷管道的三维有限元波动数值模型,并通过与已有实验结果的对比验证所建立模型的正确性,在此基础上系统研究相同大小双缺陷相对位置对导波反射特性的响应机理。研究表明,对双缺陷管道而言,两缺陷的相对周向位置对缺陷总体反射的影响很小,反射系数几乎不随缺陷的周向间距变化而变化;两缺陷的相对轴向位置对总体反射有较大影响,反射系数随轴向间距呈周期性变化。此外,在一定轴向长度范围内的多个缺陷,其反射系数近似符合叠加原理, 这对局部缺陷群的检测有重要意义。(图10,表3,参20)

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张勇1,李玉相2,李建廷1,刘宝利3

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天然气放空对气源和用户均会造成显著影响,同时在工程实践中存在较大安全风险,因此放空是输气管道维修施工及应急处置中的重要环节之一。基于天然气管道实际情况及相关标准规范的要求,采用科学工具确定放空关键参数是确保放空安全经济性的关键。通过对中缅天然气管道进行深入分析,确定其放空初始压力、选择可行的放空方式、计算放空时间、评估其对环境的影响;并对中缅干线管道放空实践等进行论述,为合理组织输气管道维修施工、提高输气生产调度决策水平提供了实践依据与技术支持。(图10,表4,参20)

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蒲斌

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电驱离心式压缩机组联轴器处的对中会影响机组的运行稳定性,因此需要在现场进行校验,并修正压缩机生产厂家的冷态对中数据,以确保冷态对中的准确性,提升对中质量。根据离心式压缩机组的结构及运行特点,分析机组冷态与正常运行状态时的差异,得出冷态对中的影响因素,并提出了计算和修正冷态对中数据的公式。从热膨胀、轴上升高度、顶升高度、工具挠度4个方面分析其对离心式压缩机组冷态对中的影响。在计算材料热膨胀数值的过程中,发现其具有明显的线性关系,据此简化了热膨胀数值的计算方式。通过状态监测工具得出转子轴中心的上升高度,并对冷态对中过程中的转子顶升高度进行修正,最终得出修正的冷态对中数据,对指导压缩机组开展冷态对中具有一定借鉴意义。(图9,表1,参23)

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樊学华1,祝亚男2,于勇1,张红1,金永青1,李向阳1

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随着国内外油气田的深度开发,介质工况愈发复杂苛刻,高密度聚乙烯(High Density Polyethylene,HDPE)内衬技术是控制油气田地面集输系统及注水系统腐蚀泄漏、延长管道服役寿命的重要措施之一。基于等径压缩HDPE 管的内衬原理,结合国内外标准规范,从设计、施工、经济性3方面进行对比分析,提出了HDPE内衬管的材料性能要求、HDPE内衬技术的适用工况、内衬管与基管的结合形式、放空口设计原则,以及基于安装和存储最小壁厚、内衬层稳定性和抗塌陷强度三个方面确定的HDPE内衬管壁厚。对比了不同HDPE内衬管技术的接头形式,提出优先考虑法兰连接方式。介绍了HDPE内衬技术的施工安装工序和热煨弯头内衬的形式,并对施工质量控制关键点和要求进行总结。对比不同油气田管道选材方案的经济性,以期推动HDPE内衬管在油气田管道的应用,从而更好地解决管道腐蚀泄漏问题。(图2,表3,参20)

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严密

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为减少天然气长输管道线路截断阀误关断次数,提高阀室泄漏检测系统的可靠性,基于大量阀室误关断事件的原因分析,结合气体流体力学理论,运用SPS仿真软件建立了长输天然气管道泄漏仿真模型。探究了天然气长输管道泄漏过程中泄漏位置、管道运行压力等条件对压力下降过程的影响规律,并在此基础上计算在特定管道出现泄漏时可能发生的最快压力下降过程数据。据此,设计了一种天然气管道线路截断阀误关断判断算法,并编写了管道泄漏线路截断阀关断的控制程序。仿真数据及试验结果表明,该方法可根据压力变化特征实现误关断信号与真实泄漏信号的判断,降低系统误关断率。(图5,参28)

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万宇飞1,邓道明2,李立婉3,刘春雨1,程琳1,王冰月1,陈正文1,黄岩1

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湿气管道在实际运行中,需要基于某些方法确定清管周期,以保证管输效率。为研究国内常用清管周期确定方法的适应性,对最小输气效率法、最大允许压降法、最大积液量法存在的不足进行剖析,并基于2条实际管道,重点研究了清管后管线输送效率和积液量的变化规律。结果表明:当利用最大积液量法时,决定清管周期的关键因素是清管液塞量而不是管内积液量;通过静态积液量确定清管周期的做法具有一定的局限性;当管道输送量较大时,利用最小输气效率法和最大允许积液量法得到的清管周期均为无限大,无法有效应用;对于实际管道,无论是最小输气效率法还是最大积液量法,得到的清管周期都过于短暂,不能用于指导现场清管周期的确定。(图6,表1,参28)

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张启亮,尚义,郭锴,邓忠华,张帆

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长输管道在输送柴油的过程中,柴油质量会随着输送里程的增加而不断降低。以西部成品油管道为例,通过批次跟踪及取样测试的方法,对柴油输送质量的影响因素进行了研究。结果表明:0#柴油、-35#柴油到达末站时的闪点衰减平均值分别为5.75℃、3℃,建议0#柴油、-35#柴油最低进线闪点值分别为66℃、48℃ ;在顺序输送过程中,相邻油品性质差异较大时,柴油质量降低程度较高;管道的停输时间越长,柴油质量降低程度越高,建议减少管道停输时间;管道中的杂质会造成柴油输送质量下降,定期进行清管作业有助于提高管输柴油质量;当管道运行流量大于临界流量时,管道流量变化对柴油输送质量的影响不显著。研究成果可为长输成品油管道的经济高效运行提供理论参考。(图4,表4,参23)

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周宁1,陈力2,吕孝飞1,李雪1,黄维秋1,赵会军1,刘晅亚3

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环境温度导致的气云密度差和大气湍流变化是LNG泄漏扩散的主要影响因素,研究环境温度变化对LNG扩散规律的影响尤为重要。采用Fluent软件中组分输运和Realizable k-ε湍流模型,建立LNG地面泄漏气云扩散数值模型,探究环境温度对LNG泄漏扩散过程中甲烷体积分数的分布规律、气云密度、大气湍流强度的影响。结果表明:当环境温度较低时,LNG气云中各甲烷体积分数线出现“锯齿状”现象,造成甲烷爆炸下限(Low Flammability Limit,LFL)、1/2 LFL的水平扩散范围均增大;当环境温度较高时,甲烷LFL最远扩散距离较低温环境多115m,造成甲烷1/2 LFL的水平顺风方向扩散距离增大;甲烷体积分数大于1/2 LFL的区域的大气湍流强度增幅则随温度升高而增加,而甲烷体积分数小于1/2 LFL的区域的大气湍流强度增幅随温度的升高而减小;在泄漏源周围100~200m内,由于“逆温”所造成的大气湍流强度的增幅达0.79倍。研究结果可为LNG泄漏危害区域预测、安全储运、应急救援提供参考。(图13,参38)

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