《油气储运》

宫敬，沈思亨，刘大千，康琦，宋尚飞，吴海浩，史博会

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[目的]随着复杂系统在自然与工程领域的广泛应用，其非线性、涌现性等特性带来的管理难题日益凸显，传统简化分析方法难以应对动态不确定性挑战，而现有数据驱动算法又面临可解释性缺失与鲁棒性不足的双重困境。[方法]为应对这些挑战，提出了逻辑脑与关联脑的概念，构建一个双脑协同的数智体，旨在为工业领域的复杂系统智能化提供兼具智能水平与可靠性的解决方案。首先，介绍了以数字化为基础、以智能决策与控制为目标的数智体的内涵；随后，提出逻辑脑与关联脑的概念，逻辑脑负责逻辑规则，关联脑负责关联提取，共同构建数智体的核心模块；最后，分析了双脑协同的优势，提出3种建模过程的融合方法，以提升复杂系统智能化解决方案的有效性。[结果]在全球能源转型与"双碳"目标驱动下，油气集输系统正加速迈向智能化，但也面临管网复杂、多源干扰及全生命周期管理的技术挑战。当前国内外智能化建设仍处于数字化转型初期，亟需突破算法融合、动态数据共享及AI深度赋能等瓶颈，实现从局部优化到全系统智能决策的跨越。以油气集输系统中的油井虚拟计量、油气田生产优化及集输接转站故障归因分析3个案例，验证了逻辑脑与关联脑协同机制在油气集输系统智能化中的有效性。[结论]逻辑脑与关联脑双脑协同机制通过机理与数据融合，不仅确保了模型精度，还提升了预测速度、计算效率及故障诊断准确性，可显著增强油气集输系统实时监控、优化决策及故障响应能力，有效验证了所提方法对复杂系统的有效性。未来需突破小样本多模态数据融合、跨尺度建模及低碳化智能协同技术，构建机理驱动的动态强化学习框架，推动系统向全生命周期管理与多能协同优化演进，为能源绿色转型提供核心支撑。

喷气燃料卧式过滤分离器工作特性数值模拟

雷志良，余林辉，于天，徐桂龙，宋强，贺元骅

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【目的】近年来随着中国民航事业的迅猛发展，国家对航空燃油的市场需求急剧增加，航空燃油质量控制成为民航业中的重中之重，研究过滤分离器的工作特性对保证航空燃油质量至关重要。【方法】采用正交试验设计与数值模拟方法对不同聚结滤芯数量（3个、4个、7个）、入口流量（98 m³/h、131 m³/h、230 m³/h）、聚结滤芯渗透率（1.74×10^-9 m²、1.74×10^-10 m²、1.74×10^-11 m²）及分离滤芯渗透率（1.82×10^-7 m²、1.82×10^-8 m²、1.82×10^-9 m²）下过滤分离器进口与聚结滤芯出口面速度差（简称速度差）、过滤分离器进出口压降（简称压降）特性进行研究，并取速度差最优方案进行固有频率分析，以验证模型内部滤芯是否发生共振。【结果】以速度差为评价指标时，速度差越大方案越优。对速度差影响最显著的因素为入口流量，最优方案为A1B3C2D2，即设置7个渗透率1.74×10-11 m²的聚结滤芯，且入口流量230 m³/h，分离滤芯渗透率为1.82×10^-7 m²；以压降为评价指标时，压降越小方案越优。对压降影响最显著的因素为聚结滤芯渗透率，最优方案为A1B1C1D3，即设置7个渗透率1.74×10^-9 m²的聚结滤芯，且入口流量98 m3/h，分离滤芯渗透率为1.82×10^-9 m²。通过对以速度差为评价指标优选出的方案进行固有频率特性分析，发现其内部滤芯之间湍流脉动力的主频率小于滤芯一阶固有频率，表明所设计的过滤分离器结构不会引发共振造成滤芯受损。【结论】在工艺设计的过程中，建立一套具有针对性的、系统的理论体系来指导设计速度差大、压降小的过滤分离器意义重大。研究成果可提高喷气燃料卧式过滤分离器的工作特性，延长其使用寿命，为喷气燃料卧式过滤分离器的优化设计提供理论基础。

埋地天然气管道泄漏情景构建与浓度场解耦方法

齐盛　吴俊垚　宋兴旺　韩猛荆琦　李云涛

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【目的】天然气作为全球能源供应体系的重要组成，其应用规模随能源清洁化转型持续扩大。然而，随着管道敷设速度加快与服役年限增长，管道泄漏引发的安全问题日益凸显。天然气泄漏事故可能导致严重的火灾与爆炸，直接威胁周围居民的生命财产安全。因此，亟需一种有效的天然气管道情景构建与浓度场预测方法，以提升泄漏应急处置能力。【方法】基于管道断裂控制试验场，开发高压大口径天然气管道泄漏实景化演练平台，可模拟埋深≥1.5m、管径≥1219mm、承压能力≥14MPa的复杂泄漏场景，并通过爆破片装置实现泄漏参数（孔径、方向）的动态调控。基于平台获取的真实数据，结合布林克曼方程建立三维管道泄漏CFD模型，实现了埋地管道泄漏气体扩散演化规律的高精度再现。在此基础上，提出基于代数迭代重构技术的三维浓度场解耦方法，通过建立二维监测数据与三维空间分布的映射关系，实现场域重构，解决了传统模型泛化能力弱的问题。【结果】天然气在土壤域中呈现椭球形扩散，在空气域中呈现圆锥形扩散，精准再现了埋地天然气管道典型泄漏情景。在各类泄漏场景中，气体扩散危险范围（Ground Danger Range, GDR）均超过2.5米，其中垂直向上泄漏对GDR的扩大效应最为显著。泄漏初期（3600秒前），气体受高速喷射动量支配，水平方向扩散优势明显（水平＞下向）；泄漏后期（3600秒后），重力作用增强，下向扩散逐渐占据主导，揭示了泄漏方向与扩散时间的非线性关系。气体扩散至稳态时，由于气体射流方向与浮力方向一致，形成协同加速效应，泄漏口垂直向上扩散到地面天然气体积为300m³，显著高于其他两个方向，进一步验证了泄漏方向对扩散行为的主导作用。模拟和解耦的气云最大直径误差为13.54%，气云高度误差为11.83%；监测点浓度误差最大为14.92%，最小为6.49%，均满足应急响应中≤20%的误差要求，显著提升了三维浓度场的解耦精度。【结论】通过实景化平台与解耦算法的结合，解决了高压大口径管道泄漏情景构建与三维浓度场重构的精度难题，为泄漏应急处置装备进场路线规划、开挖方式选择等提供关键数据支持，显著提升了泄漏模拟的可靠性与应急决策的科学性，为中国长输天然气管道安全运行、风险防控及应急处置提供了关键技术支撑。

掺氢天然气对终端用气设备性能的影响

冯建国，罗恒金，秦朝葵，彭东清，陈志光，蔡健

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【目的】氢气掺入天然气是大规模推广氢气的可行方案，然而，氢气的掺入会显著改变燃气物性参数，导致终端用气设备出现燃烧振荡、热负荷下降、回火风险倍增等问题。因此，大规模应用掺氢天然气关键在于明确不同掺氢比对用气设备性能的影响，并对终端用气设备进行安全适应性、燃烧特性、排放性能等的评估。【方法】借助理论分析、文献检索、案例调研等方法，系统研究掺氢对终端用气设备的影响，梳理国内外掺氢天然气的仿真模拟与燃烧实验，探讨掺氢对天然气物性、燃烧稳定性、热效率、污染物排放等方面的变化与影响，提出未来高掺氢比的关键研究方向。【结果】天然气掺氢后其密度、热值、点火能降低，燃烧温度提高，燃烧速度加快，熄火距离缩短，贫燃极限增加，爆炸极限范围变化；目前市场上民用燃具可直接使用掺氢比0~20%的燃气，但掺氢影响热效率与寿命，需研发专用燃具以提高热效率与寿命；在工业用气设备方面，掺氢可提高燃烧效率，降低碳排放，但会加剧燃烧振荡、降低回火临界值、导致NOx排放超标，影响设备稳定性和环保性。为应对上述问题，需配备新型耐高温、抗腐蚀的合金材料并应用自适应控制技术,同时调整实际的工艺流程，以确保产品质量不受影响。在压缩天然气（Compressed Natural Gas,CNG）汽车领域，掺氢显著改善了天然气发动机的燃烧特性，拓宽了稀燃极限，降低了循环变动与有害气体排放，虽然NOx排放量上升，但通过技术手段能够有效控制。【结论】目前中国终端用气设备掺氢燃烧技术研究已取得一定成绩，但大多停留在实验室阶段，缺乏市场环境的应用验证，因此迫切需要开展天然气掺氢的长期实地测试工作，助力双碳目标的早日实现。

油气管网行业大模型的思考、研究及应用

宫敬吴冕赵周丙宋尚飞戈志伟虞维超

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[目的]随着人工智能技术的飞速发展，大模型技术在众多领域得到广泛应用，展现出巨大潜力。油气管网作为国家能源输送的关键基础设施，其在智能化升级进程中的大模型技术应用潜力日益受到关注。然而，目前大模型技术在油气管网行业的应用尚未深入，面临着诸多难题。因此，深入推动大模型技术与油气管网行业的融合，成为提升该行业智能化水平的重要任务。[方法]从数据、算力、算法、研究模式四个关键维度出发，深入剖析了现有大模型在油气管网行业应用中面临的研究难点。在此基础上，基于智能油气管网系统建设与油气管网行业大模型建设的双重视角，提出了涵盖基础设施层、技术基座层、模型层及控制层的油气管网行业大模型体系架构。最后，依托该架构，针对性地为油气管网行业大模型建设过程中的难题提供了解决方案，制定了完整的技术路线。[结果]多维度构建的油气管网行业大模型体系架构，为油气管网智能化系统的建设、运行以及大模型的研发，提供了系统的技术支撑。基于架构提出的数据集构建方法、一体化平台、多技术融合技术路线以及大模型分层构建的解决方案，有效解决了研究过程中在数据、算力、算法、研究模式这四个维度所遇到的难题。将这些解决方案应用于天然气管网智能调控和天然气需求预测等场景，显著提升了相关领域的智能化水平。[结论]研究成果为油气管网行业的智能化升级提供了全面的技术指导，对提升智能管网的认知水平以及推动大模型在该行业的建设具有重要意义。未来，大模型在油气管网行业的应用将朝着全面化、深层次方向拓展。持续紧跟先进技术发展步伐、高度重视数据资产建设、大力推动技术融合，是提升油气管网行业智能化水平的关键所在。

X80管道焊缝热影响区硬度预测公式与应用

蒋庆梅¹，邓丽阳²，王昊²，张小强¹，甄莹³，任东东¹

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【目的】在油气管道长期服役过程中，环焊缝热影响区性能不均是导致管道失效的重要因素之一，尤其对于高钢级管道，这一问题尤为严重。工程实践中常用硬度作为评估钢材性能的重要指标，为了提升管道的安全性并降低失效风险，需要对环焊缝热影响区的硬度进行精确预测。【方法】通过开展热模拟实验和硬度实验，获得热模拟试样硬度和全尺寸环焊接头热影响区硬度数据库。在传统最大热影响区硬度预测方程的基础上，并列考虑热影响区由800℃冷却至500℃所需时间t_8/5、一次峰值温度、二次峰值温度，利用热模拟试样硬度数据库，拟合出预测热影响区硬度分布的经验方程。并将该方程应用于实际焊接接头，结合有限元模型计算得到的全尺寸焊接接头温度历程，对其热影响区硬度分布进行预测。预测结果与全尺寸环焊接头热影响区硬度数据库进行比较以验证公式的准确性。【结果】针对全自动焊和组合自动焊两种焊接工艺下的全尺寸接头，该预测公式在热影响区预测的硬度均值平均相对误差分别为2.27%和1.12%，该公式具有较高的预测准确性。【结论】尽管该公式在硬度极值波动与分布预测方面存在较大误差，但整体上能够有效地对管道焊缝区域的整体材料性能进行评估，可为提高焊缝质量、优化焊接工艺参数提供科学指导，增强油气管道的整体安全性和可靠性。

层状盐穴畸形溶腔爆破效应数值模拟

梁五星，胡榕榕，杨帆，范金洋，姜德义

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【目的】在水溶开采过程中，地下盐穴常由于难溶夹层的存在而产生腔体偏溶、畸形等问题，且自然状态下该夹层的垮塌具有不可控性。对含夹层盐穴中畸形岩体进行控制爆破能够改善腔体形态、消除建腔隐患、有效加快建腔速度和效率。【方法】为研究层状盐穴难溶夹层及周边岩体对爆破作用的响应，利用ANSYS/LS-DYNA软件构建了含难溶夹层的层状盐穴爆破数值模型，揭示了溶腔内畸形岩体在单一爆源下的破坏模式与溶腔围岩在不同当量炸药作用下的损伤程度，通过对不同当量炸药与爆破效果之间的关系进行分析，提出由围岩水平向位移、竖向应力、有效塑性应变、顶板沉降量、剪切应力分布组成的盐穴储气库安全评价体系。【结果】围岩水平位移可有效表征溶腔侧向围岩的变形状态；有效塑性应变与剪切应力分布能够有效表征腔体围岩损伤状态并预测溶腔失效状况；竖向应力与顶板沉降量在预测腔体顶板的垮塌方面具有较好的敏感性。【结论】基于盐岩RHT（Riedel Hiermaier Thoma）本构模型进行层状盐穴畸形溶腔爆破数值模拟，并对5个指标进行具体分析，探究盐穴不同位置在不同爆破工况下的受损情况，结合已有的盐穴稳定性评价模型，提出适用于动态荷载作用下的溶腔稳定性评价指标，进一步完善盐穴安全评价体系。所得研究结果可为盐穴储气库稳定性评价提供参考。

多孔介质对高压氢气泄放自燃火焰传播的抑制模拟

杨昊燃，崔淦

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【目的】为提高氢能使用的安全性，研究多孔介质对管内氢气泄放自燃火焰传播动力学的影响以及抑制过程。【方法】基于Ansys Fluent，采用大涡模拟模型、涡耗散概念模型、21步氢-空气详细化学反应机理及各向同性的多孔材料模型建立了带有多孔介质的高压氢气泄放管段数值模型。将模拟结果与前人所做研究相对比，保证数值模拟准确性与仿真结果可靠度。【结果】分析自燃火焰在管内与多孔介质区的压力变化可知，多孔介质对压力波具有一定的吸收作用，并且激波在进入多孔介质时会形成反射激波，反射激波会在多孔介质区域前相交干涉形成高压区。基于冷壁效应分析多孔介质内部温度变化，与普通管道相比，多孔材料管道的比表面积更大，这会导致火焰在多孔介质中传播时损失大量的热量。由OH自由基的浓度分布情况可知，OH自由基的浓度分布呈先增大后减小的趋势，在多孔介质的器壁效应下OH自由基活性降低，最终导致淬熄。氢气的泄放压力与多孔介质的孔隙率都会影响火焰在多孔介质内的淬熄距离，泄放压力越大，火焰的淬熄距离越长，并且孔隙率越大，多孔介质对火焰的抑制能力越弱。【结论】相关研究可为多孔介质的抑制机理探索、氢气泄放时自燃管内火焰的抑制与安全防护提供参考。

油气管道在多能融合新型能源体系建设中的作用

梁永图，涂仁福，张昊，刘春颖，付广涛，邱睿，廖绮，徐宁

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[目的]为实现“双碳”战略目标，中国正积极推进多能融合新型能源体系建设。油气管道在传统能源的供应保障中起到了关键性作用，如何在新型能源体系中继续发挥其连续性、经济性、安全性、环保性优势，成为亟需探讨的问题。[方法]以油气管道的内涵不断延伸作为出发点，全面剖析了油气管道在多能融合新型能源体系建设中的作用。首先，综合梳理了中国多能融合与油气管道的发展政策；其次，系统阐述了多能融合新型能源体系的概念，并结合能源消费结构的演变过程，阐述了新型能源体系的发展方向及建设意义；进一步从油气资源优化配置、油气能源供应保障、油气市场新格局的形成以及综合立体交通体系建设4方面，探讨了油气管道在能源资源配置中的影响及其重要地位；并在此基础上，重点回顾了新世纪以来油气管道的建设概况，从新介质、新工艺、新管理方法、新建设方案、新运输体系5个方面，诠释了油气管道灵活赋能发展的内涵；最后，以油气资源、生物燃料、氢能、二氧化碳、LNG与冷能为讨论对象，深刻描述了油气管道在多能融合新型能源体系建设中所扮演的关键角色，包括参与多网融合、多能协同、多式联运等新体系建设。[结果]油气管道仍是中国政府能源规划管理的重要对象，其对多能融合新型能源体系建设具有重要的推进作用，不仅能够保障能源大规模、长距离供应，还能提高中国能源储运网络的韧性与可靠性水平。[结论]油气管道在过去至未来都是能源运输环节的关键纽带，在推动经济社会发展、保障国家能源安全等方面扮演着重要角色。在时代的发展大潮中，油气管道的内涵必将不断延伸，未来将朝着多元融合、协同发展的方向持续迈进。

磁分离技术在天然气管道黑粉处理中的应用

杨宏伟^1，2　张天钰³　刘方^1，2　刘震³　陈俊先³　杨文刚^1，2

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【目的】针对天然气管道内以磁性腐蚀产物为主的黑色粉末浓度超标，导致的过滤元件频繁堵塞与压缩机非正常停机等问题，探究将磁分离技术应用于磁性颗粒物杂质高效分离的方法，对维护天然气管网安全稳定高效运行具有重要意义。【方法】采用有限元仿真软件COMSOL建立磁系矩阵三维模型，利用参数化扫描技术研究不同磁系排布条件下多组磁系间的相互作用。通过设置不同磁系间距，定量分析磁系矩阵在磁分离器中不同位置处的磁场分布规律，进而优化设计磁系矩阵排布参数。设计搭建磁系分离效率测试实验平台，测试不同磁系矩阵排布参数下的分离效率并验证仿真结果。【结果】随着磁系间距增加，磁系导磁块对应位置处的磁感应强度因同磁极相斥作用而降低，Nd-Fe-B磁体对应位置处的磁感应强度则因磁场叠加作用而增强。当磁系间距在35~85 mm范围内变化时，磁系矩阵产生的平均磁感应强度呈现先上升后下降的趋势。当采用磁系矩阵对磁性颗粒物进行捕集时，磁系矩阵的分离效率与平均磁感应强度成正比。当磁系间距为65 mm时，磁分离器内磁系磁感应强度平均值与较强磁场所覆盖的空间体积均达到相对最高值，分别为6.76×10^-2 T与12.7×10⁵ mm³，此时磁系矩阵分离效率也最高，达到80.37%，表明磁系矩阵结构参数达到最优值。【结论】优化后的磁系矩阵可有效捕集天然气管道内磁性腐蚀产物，延长过滤分离设备的运行寿命，显著降低天然气输送场站的运维成本，具有规模化工程应用前景。

管道输送含杂质NH3的物性参数变化规律

尹鹏博，王博，李臻超，聂超飞，李加庆，贾秀璨，滕霖，江莉龙

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[目的]管道输送是实现绿色氨能大规模运输最为经济且安全的方式之一，但管输NH3可能会因合成工艺与输送环境影响而混入杂质，造成NH3的相平衡特性及物性发生改变，进而影响管输效率，并给实际管输过程带来潜在安全隐患。[方法]基于已有NH3物性实验数据，开展了常用气体状态方程（PR、SRK及BWRS）与Helmholtz自由能模型（THB）的对比分析，实现了含杂质NH3物性参数计算模型优选。同时，基于优选模型探究了NH3与不同含量H2、N2、O2及H2O杂质所组成二元混合物的相平衡特性与物性发展规律。[结果]PR状态方程针对含杂质NH3混合体系的计算精度较高，以NH3+H2O混合物密度为例，采用PR状态方程得到的计算值与实验值的平均偏差为1.2%。非极性、极性杂质分别对NH3混合体系泡点线、露点线产生影响，造成气液两相区范围扩大，并使临界点位置发生偏移。非极性杂质（H2、N2、O2）造成相变点处NH3的密度与黏度突增现象消失且呈现显著下降趋势，使管输NH3发生相态转变时的流动更加平稳，杂质分子量越小、含量与温度越高，该影响效果越显著，但对气相状态下NH3的密度与黏度变化影响较小；非极性杂质还会导致相变点处NH3比热容减小并在更高压力位置发生突变，杂质分子量、含量及温度越高，该作用效果越明显。NH3密度、黏度及比热容的变化趋势受极性杂质H2O影响较小，其数值随H2O含量的增加而增加。[结论]研究结果可用于指导杂质影响下的管输液氨相态控制，同时为含杂质液氨管道的输送特性预测、流动保障提供理论支持；建议结合未来液氨管道大规模建设运行后的实际杂质问题，后续开展更多杂质类型、不同含量情况下的氨基础热物性研究，以确保液氨管输过程的稳定性与安全性。

应力状态下管线钢的氢脆敏感性

刘翠伟，赵兰琦，张睿，彭世垚，李荣天，徐新宇，李玉星

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【目的】氢脆现象是限制输氢管道安全运行的一个重大安全问题。然而，氢管道工况下氢是否会进入管线钢并引发氢脆仍然存在争议。一方面，众多研究结果表明临氢环境下钢材的塑性、韧性将有显著损失。另一方面，众多输氢管道工程在长时间运行后未发现明显的氢脆危险。氢脆实验过程中试样的极端服役状态可能是导致实验室研究结论与实际工程经验差异的关键，因此有必要研究氢脆实验过程对材料氢脆敏感性的影响。【方法】通过应力下高压气相原位拉伸实验，以慢应变速率拉伸实验为例，研究了不同充氢方式下X52钢试样的力学性能及氢脆程度，探究了试样内部氢来源，进而梳理了不同弹性应力下实验过程对试样氢脆敏感性的影响。【结果】实验结果显示，应力是影响试样内部氢含量、导致不同氢脆敏感性的关键因素，因此通过应力充氢实验确定了导致X52钢产生氢脆的临界氢浓度。结果表明产生的氢效应大都来自拉伸环境中进入试样的氢，预充氢阶段进入试样内部的氢含量十分有限，并且氢在弹性阶段就已经充分进入试样。【结论】无预充氢、直接在氢环境拉伸的试样出现了屈服阶段的氢致硬化效应，说明氢在时间极短的弹性阶段内已经进入钢材内部；应力充氢状态下，试样内部氢含量明显上升；应力促进气相氢环境下的氢表面吸附及内部氢溶解度是导致应力促进氢效应的机制。在今后的研究中，应考虑慢应变速率拉伸实验对材料氢效应的影响。

油气泄漏多组分标志性气体浓度光谱监测方法

张志荣陈朋超蔡永军杜文友李中林彭云涛孙鹏帅吴边

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【目的】传统油气泄漏气体监测方法存在检测灵敏度低、校准周期短、误报多、测量气体单一、易受环境干扰、传感器带电等因素，难以满足日益发展的智慧管网安全运维的需求，亟需研制适用于新型复杂场景的油气泄漏监测传感器。【方法】面向油气管网储运场景中的一二次密封、浮舱、隧道、地下空间、分析室等多类型受限空间场景，选取可燃气体（甲烷、丙烷、丁烷）、助燃气体氧气以及温度等多参数同时监测作为目标，设计了用于满足现场布设的新型全光纤耦合、本质安全、可组网的扩散式传感器探头；参考复杂体系的光谱解析与背景噪声扣除的设计思想，将传统的可调谐半导体激光吸收光谱技术（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, TDLAS）技术与偏最小二乘算法、非负最小二乘算法、人工智能算法模型等相结合，分别选取氧气－761 nm、甲烷－1 653 nm、丙烷－1 686.1 nm、丁烷－1 686.5 nm的中心吸收谱线，提出了烷烃类气体分子测量时混叠吸收光谱干扰处理的共性技术，并研制了适用于多种场合的油气泄漏多组分气体浓度测量传感器。【结果】新研制的传感器系统可以实现远距离、安全、稳定的多组分气体与集成温度的多参数、多点、宽动态范围的实时监测与分析，能够适应多种不同应用场景的气体监测需求。经过实验测试，得到新研制传感器的探测可燃气体甲烷、丙烷、丁烷爆炸下限（Lower Explosive Limit, LEL）分别为0.1%LEL、0.8%LEL、0.9%LEL，而助燃剂氧气测量下限的体积分数为3%，均符合油气领域的最低检测标准要求。【结论】深入分析传感器各类型干扰影响因素，可提升油气管网多场景火灾风险防控与预警能力，并为打造“平安管道、绿色管道、发展管道、友谊管道”目标贡献力量。

大庆萨南油田零碳站场建设工艺

王善哲^1，2　张宏奇¹　李忠诚²　刘书孟¹　程铁航¹　周跃斌¹　孙璞¹　王禹祁¹

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【目的】在“双碳”目标背景下，大庆油田快速推进绿色低碳转型，作为长垣老区主力采油厂的萨南油田，在打造低碳示范区的过程中，挖掘生产工艺中传统热能的替代点，寻找热能利用的新能源方式，正逐步形成“低碳数智融合”的油气生产模式，旨在实现“全域零弃电”、“工艺再造”、“零碳站场”等目标。【方法】为实现风光绿电的高效消纳，并适应风光发电不稳定、不连续、等效小时数低的特性，探索实施生产系统再造，尝试将站内伴热系统取消，并改变掺水伴热的集输方式。【结果】通过应用井筒电加热技术，实现热源的井站转移，起到井筒清防蜡效果的同时又升高采出液温度，从而使集输温度提高，并根据环境温度、集输系统温度灵活控温，实现热洗工艺的替代。而针对集输距离较远的生产井，协同开展电伴热集输、井场光热利用、智能化间抽等技术的数智融合，构建以清洁能源供能的零碳化、电气化工艺流程，形成高比例消纳绿电的变工况运行模式，变硬性生产负荷为柔性，使油气生产与新能源特性匹配，实现工艺再造。【结论】结合大庆萨南油田生产现状与未来发展形势，持续攻关智能低碳生产技术，针对不同生产工况探索低温集输新界限，构建智能微电网能源管控平台，实现能源管理智慧化，助力萨南油田平稳有效完成低碳转型。

耦合机理与数据的天然气动态管存快速计算方法

殷雄，张晶，杨飞，朱羽墨，宋柯楠，耿金亮，温凯，宫敬

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[目的]管道作为天然气长距离输送的主要方式，在国家能源安全中扮演着至关重要的角色。管存作为天然气管网综合运行参数，具备安全与经济双重属性。然而，现有稳态管存计算方法仅适用于稳定工况，在工况变化情况下计算精度不足，不符合管网非稳态运行特征；动态管存计算方法需要依托复杂的天然气管网在线仿真系统，计算效率低下，难以满足实际应用需求。[方法]为此，提出了一种耦合数据与机理的天然气管存快速计算方法。先分析了管存指标在天然气管网安全与高效运行中的关键作用，再根据管道行业标准与数值仿真原理，详细比较了稳态、动态两种传统管存计算方法在数值精度、计算效率及适用工况等方面的差异。继而针对传统方法难以兼顾精度与效率的缺陷，通过将机理模型嵌入数据模型，结合长短期记忆网络（Long Short-Term Memory, LSTM）实现了时序管存数据的高效计算，克服了纯数据模型泛化能力差、纯机理模型计算效率低的问题。[结果]将耦合数据与机理的天然气管存快速计算方法应用于中国某在役天然气管道，分别对比了修正、嵌入、整合3种LSTM与管存数值计算模型耦合模式，结果表明，嵌入模式下管存计算最大偏差为0.76×104 m3，远低于修正模式与整合模式。基于嵌入模式的管存快速计算方法在计算精度与速度上较传统管存计算方法有明显优势，并且避免了复杂在线仿真系统的搭建，实现了管存计算的模块化与轻量化部署，验证了所提方法的有效性。[结论]耦合数据与机理的天然气动态管存快速计算方法可快速、精确的掌握天然气管道内的管存变化情况，在保障天然气管网的安全平稳运行与管存资产的精细化管理方面提供了数据与技术支撑，有助于辅助管网公司监测进出气不平衡状态，实现管网基础设施的公平开放。

基于网格与域质心权重的自适应k-means聚类GDCW-AKM算法

蔡巍，孙广宇，杨飞，姚博，李传宪

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[目的]根据物理实体构建的天然气管道数字孪生体会源源不断的产生大量数据，数据挖掘面临着与计算成本、效率及可扩展性相关的巨大挑战。k-means聚类算法是应用最广泛的数据挖掘方法之一，但是需要指定簇数k，且初始质心的选择决定了聚类的计算效率与是否会陷入局部最优，这导致传统k-means算法处理大数据通常需要数分钟甚至更久，同时聚类结果不唯一，需要多次运行取最优结果。[方法]为满足管道数字孪生体对实时数据挖掘的需求，提出一种基于网格与域质心权重的自适应k-means聚类GDCW-AKM算法：①将数据集划分到大小一致的网格空间里，用网格空间的中心位置代替这个空间，空间内数据的数量作为权重赋予该点，得到样本集与权重集；②再次将样本集划分成多个域，把每个域的质心作为样本，域内数据的权重之和作为新的权重，得到新的样本集与权重集；③为每个样本赋予密度ρ与距离δ，令，根据r值对样本进行降序排序；④设置多组k值，选择前k个r对应的样本作为初始质心，聚类结果的方差比准则最大值对应的k与初始质心即为最佳簇数与最佳初始质心，该次聚类结果即最终结果。[结果]将GDCW-AKM算法应用于山东天然气管道公司某站场上，通过运行时间和多种内部评价指标评估了该算法的性能。结果表明，该算法能够准确识别站场管道历史运行数据的工况数量，并能确切的将新增数据分配到所属工况类别，且在聚类精度达到k-means算法的99%以上的情况下后续计算效率大幅提高，数据量达到20×104时效率提高近12倍，数据量越大效率提升越明显。[结论]基于网格与域质心权重的自适应k-means聚类GDCW-AKM算法能充分满足站场管道数字孪生体对算法效率与精度的要求，可在站场大力推广应用。

基于SOM-BP级联神经网络的电驱离心泵健康状态识别方法

江新星，张雪琴，薛一冰，彭世亮

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[目的]离心泵预测性维护是提升设备可靠性与运行效率的核心技术之一，在该过程中，对离心泵设备的健康状态识别是关键环节。然而，传统的健康状态识别方法多依赖于机器学习技术，高度依赖足量标记数据，难以直观清晰地表征监测数据与健康状态之间的对应关系，使其在实际复杂工况中的应用效果受限，亟需开发更精准、高效且适应性更强的健康状态识别方法。[方法]为此，提出了一种基于自组织映射（Self Organization Map, SOM）神经网络与BP（Back Propagation）神经网络级联的电驱离心泵健康状态识别方法。首先采用SOM神经网络方法对离心泵全生命周期振动数据进行预处理，提取时域、频域及时频域的多种统计特征与熵特征，从而全面表征设备的运行状态；其次，采用主成分分析法（Principal Component Analysis, PCA）对已提取的轴承振动信号特征进行降维与融合，有效减少冗余信息和计算复杂度，优化输入参数的模式，提升建模效率；最后，综合SOM神经网络与BP神经网络的优点，建立了基于SOM-BP级联神经网络的电驱离心泵健康状态识别模型。[结果]以某电驱离心泵的健康状态监测数据集为算例，对比了SOM-BP模型与常见的机器学习方法（随机森林、XG-boost）识别电驱离心泵健康状态的准确率，以R2、MSE、RMSE为模型评价指标，结果表明：基于SOM-BP级联神经网络模型的R2值、MSE值、RMSE值分别为0.901、0.8×10-6 m2/s4、9.12×10-4 m/s2，显著优于传统的机器学习方法，展现出良好的鲁棒性与适应性。[结论]所提方法不仅提升了离心泵健康状态识别的精度，还可为离心泵故障诊断与剩余寿命预测提供数据支撑，同时为其他旋转机械的健康状态管理与诊断提供了新思路。

LNG储罐进液管道应力状态计算及潜在失效风险识别

王炎兵张宏夏梦莹周泓宇李柏松黄启玉刘啸奔

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【目的】进液管道作为LNG储罐的重要附属设施，在运行过程中管道的压力与温度变化大、分布不均匀，且进液管道受力状态复杂，预先识别管道潜在的失效风险有利于保障LNG储罐的安全运行。【方法】以某LNG接收站储罐进液管道为例，建立管道温度场数值计算模型，将管道的真实运行参数作为输入，计算管道在预冷、进液工况下的温度变化，获得LNG储罐罐顶进液管道环向及壁厚方向的温度分布。选取LNG储罐进液管道用304/304L不锈钢，对管材在常温与超低温环境下的拉伸性能、疲劳性能进行力学性能测试。结合管材特性测试结果，建立进液管道应力计算模型，将温度场模拟结果作为边界载荷条件，计算进液管道在不同运行工况下的应力状态。【结果】进液管道在预冷过程中环向存在不均匀的温度分布，管顶与管底的温差达到40 ℃，管道内外壁温差达到23 ℃；在进液初始时刻，管道环向温度均匀分布，内壁温度快速降至－160 ℃，内外壁温差超过50 ℃；在超低温环境下，管材的屈服强度、抗拉强度分别达到454 MPa、1 463 MPa；在0.8%的应变下，管材的失效循环次数在4 500次以下，低于LNG储罐设计寿命内预计进液次数。进液管道在正常服役工况下，因内压、温度等会导致管道结构发生变化，但产生的应力较小；若罐顶进液管道阀门存在内漏、较高的保冷温度，再叠加管道不满流运行产生的环向不均匀温度分布，会在管道底部内表面不等壁厚焊接位置产生超过材料屈服强度的轴向及环向应力，管道易发生裂纹失效风险。【结论】对于LNG储罐进液管道，运行过程中管道内外的巨大温差是影响管道应力的最主要因素之一，今后应从降低温差的角度优化运行工艺，排查安全风险，保障管道稳定、可靠运行。

高钢级管道环焊缝可靠性计算方法与敏感性因素规律研究

邵佳刘啸奔张晗陈健陈朋超燕冰川孙晁付孟楷

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【目的】环焊缝失效是高钢级管道本质安全的主要威胁，随着中国管道建设与运维的数字化水平不断提升，形成了适用于中国高钢级管道的基础参数统计数据库，为管道环焊缝可靠性分析提供了重要数据支持。基于真实工况数据统计结果，深入开展含裂纹缺陷的高钢级管道环焊缝可靠性分析，以期为管道安全评估提供更加精确的理论依据。【方法】为了克服传统单一因素确定性设计与评价方法的保守性，建立了针对含裂纹缺陷的高钢级管道环焊缝可靠性分析模型，采用极大似然估计法，对中俄东线天然气管道工程北段现场机械性能抽检资料中的管材、焊材数据开展参数估计与K-S检验确定输入分布；针对管道大应变载荷条件，优选改进的PRCI-CRES极限拉伸应变预测公式以准确构建基于应变的极限状态方程；为解决传统MC法随机抽样模式的低效率问题，采用了基于哈密顿蒙特卡洛子集模拟法（HMC-SS）的高效抽样策略，有效优化了传统可靠性分析过程；为全面评估环焊缝各参数对结构失效的影响度，采用Sobol全局敏感性分析方法进行环焊缝各参数敏感性分析，量化主要影响因素敏感程度。【结果】采用HMC-SS法计算结果的相对误差低至0.90%，模型计算效率提升99.70%；在大应变条件下，影响高钢级管道环焊缝区域失效的最敏感因素为强度匹配系数，其敏感程度远大于其他参数，总效应指数S_T为1.09、一阶影响指数S₁为0.951。【结论】在材料加工过程中应着重保证焊材与母材等强或高强匹配；从二阶影响指数结果来看，基于可靠性的参数设计能够有效考虑到各参数间共同作用，从全局角度保证管道设计的安全性。

高钢级钢材表面氢吸附解离机制的模拟探究

吴瑕　柳金豆　兰岚　宋梓涵　贾文龙

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摘要：【目的】氢气解离为氢原子是掺氢天然气输送管道发生渗氢及氢脆损伤的首要条件，当前相关研究主要聚焦于钢材的α-Fe微观结构，尚不明确Fe₃C微观结构的加入是否加强或改变氢气在钢材表面的吸附解离行为。【方法】以高钢级钢材为研究对象，基于第一性原理和密度泛函理论建立Fe₃C和α-Fe两类典型微观结构的晶胞模型。考察两类晶胞模型在不同密排面、吸附位、吸附角度下的氢吸附行为，以Fe₃C和α-Fe相的最优吸附构型为初始态，并基于晶胞模型模拟得到的吸附产物，展开过渡态搜索，描述高钢级钢材表面氢解离过程，对比两类晶胞模型下H₂吸附解离所需吸附能及其解离能垒；考虑电子电荷密度、态密度表面性质，分析微观结构表面最优吸附构型下H原子与Fe、C原子间的成键机理。【结果】研究发现，密排面、吸附位和吸附角度直接影响吸附能的大小，Fe₃C相的最优吸附构型为H₂平行吸附于100面Bgg位，其吸附能为－1.26 eV，α-Fe相的最优吸附构型为H₂平行吸附于110面tf位，其吸附能为－1.44 eV；H₂分子先从垂直形态转变为平行形态再进行解离，Fe₃C相在最优吸附构型的解离能垒为0.83 eV（79.97 kJ/mol），α-Fe相在最优吸附构型的解离能垒为0.46 eV（44.32 kJ/mol）；解离吸附时H原子会导致Fe原子间的键合力减弱，H原子的1s轨道电子与表面C原子的2s和2p轨道电子和表面Fe原子的4s轨道和3d轨道电子产生杂化共轭作用。【结论】H₂在高钢级钢材表面的吸附解离能力与钢材微观组织和表面结构有关，Fe₃C微观结构会加强氢气在钢材表面的吸附解离行为，且H₂分子平行吸附于钢材表面时解离能最小。高钢级钢材中，H₂分子首先吸附于α-Fe相，部分吸附于Fe₃C相，通过轨道杂化作用解离产生活性H原子进入材料内部，为发生氢损伤提供必要条件。

大落差成品油管道改输液氨系统参数适应性分析

黄明月，涂仁福，廖绮，倪玮隆，李政兵，张昊，徐斌，梁永图

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[目的]中国可再生能源分布不均，氨供需错配问题突出，而成品油管道的走向与氨能流向相似度较高，利用成品油管道改输氨可实现氨能的规模化、经济化再分布。[方法]基于OLGA软件的MULTIFLASH模块计算氨的饱和蒸汽压随温度的变化情况，将其作为判断氨所处状态的依据，再参照某大落差成品油管道的设计参数（管道规格、站间距离、地形起伏、输量、环境温度、管道出口压力边界等）构建液氨管道输送仿真模型。随后采用控制变量法对比典型起伏管段的水热力参数，以全面评估成品油管道改输液氨的流动稳定性及管道系统参数适应性。[结果]在满足各站场进出站压力限制的基础上，该大落差管道可使氨保持液相输送；在各边界条件下的水热力参数变化规律与列宾宗公式、考虑摩擦热的苏霍夫公式反映的影响规律一致；地形对压力、温度的影响大于边界条件的影响，且随着边界条件的变化，温降幅值随地形的变化趋势与压降幅值随地形的变化趋势表现出较高的相似性，说明压力变化对温度变化产生影响，表现为上行管段增大温降幅值、下行管段减小温降幅值。[结论]研究成果从压力控制角度验证了大落差成品油管道改输液氨的可行性，可为成品油管道改输液氨的生产运行提供理论依据。

油气储运企业甲烷排放管理体系框架构建

田望，陈心怡，任磊，王传风，茹畅，李晓枫

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【目的】油气储运企业将油气产业链的上游和下游串联起来，是甲烷减排工作开展的主力军，然而当前其甲烷排放管理体系尚不健全。为此，研究油气储运企业甲烷排放管理体系框架，有助于进一步细化企业甲烷排放管控工作，贯彻落实《甲烷排放控制行动方案》，助力实现“双碳”目标。【方法】从欧盟、美国以及中国油气行业的甲烷管控趋势出发，梳理欧美在政策导向、排放标准、企业责任、减排技术等方面的发展要求，分析油气储运企业进行甲烷排放管理的必要性。同时，选取8家北美、欧洲知名油气公司进行文件报告调研，从顶层设计、量化统计、检测维修、信息披露4个方面对比其甲烷排放管理经验，总结了油气公司在体系顶层设计和管理细则方面的甲烷排放管理思路。【结果】国际油气企业在法规的强制要求及油气行业组织的指导下，已逐步建立完善甲烷排放管理体系，形成明确的减排目标、组织架构和考核激励机制，未来工作重心放在排放监测量化方面；对比国际，中国油气储运企业甲烷排放管理体系尚不成熟，甲烷控排工作缺少抓手，跨部门协作与激励机制不完善，减排主动性不足。【结论】中国油气储运企业应参照国际甲烷排放管理体系的领先经验与优秀实践，从甲烷排放管理的顶层设计出发，以控排目标为导向，围绕量化统计、规划减排、评价审核、信息公开等过程环节压实责任分工，健全考核奖励机制，搭建油气储运企业甲烷排放管理体系框架；编制运营过程中的排放量化方法，规范维检修工作流程，明确环境信息披露要求，充分考虑甲烷减排成本与效益，完善碳资产管理能力，从而实现甲烷管理与企业生产、安全、成本等管理协同发展。（表4，参43）

天然氢勘探开发及集输研究现状及展望

宇波　李敬法　田坤　秦守强　章涛

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【目的】天然氢是一种重要的氢气资源，但目前国内外对天然氢的了解和研究有限，导致天然氢的勘探开发及利用进展缓慢。随着国际社会对天然氢的逐渐重视，很多国家开始布局天然氢资源，发展天然氢资源已成为未来推动清洁能源发展的一种重要途径。天然氢的勘探开发及集输是天然氢资源开发利用的关键。【方法】通过文献调研，回顾了近年来国内外天然氢的主要研究进展，归纳总结了天然氢的形成机制，分析了现阶段天然氢的勘探开发及集输研究现状，介绍了目前全球天然氢资源勘探开发的典型工程实例，最后展望了未来天然氢的重点研究方向。【结果】①天然氢的形成机制复杂，涉及多种理论及学说，目前尚无统一定论，未来需进一步研究，尽快明晰天然氢的形成机制，为天然氢的勘探提供理论支撑；②天然氢的勘探技术需结合遥感技术、地球化学分析、地球物理探测和岩石物理学等方法进行改进，提高探测精度和效率，更好地识别天然氢资源的潜在分布；③中国在天然氢领域仍处于早期发展阶段，对其资源量和分布特征的全面评估有限，应尽快开展天然氢资源全面普查与评价工作，为未来天然氢的勘探开采提供基础数据；④天然氢的开发与集输可以参考现阶段天然气藏的相关技术，并结合氢分离纯化技术和储运配套设施等进行改造适配；⑤天然氢勘探开发技术与地下储氢技术、氦资源开发技术等面临部分类似技术瓶颈，未来可推进相关技术协同发展。【结论】分析天然氢的勘探开发及集输技术的研究现状及未来发展建议，对推动天然氢产业发展、能源转型提供有益参考。

考虑地层压力动态变化的地下储气库注气方案优化

喻鹏飞　侯磊　王雪婷　刘倩　王敏聪

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【目的】地下储气库作为天然气“产-供-储-销-用”产业链中的核心基础设施，对稳定天然气供应、平衡供需波动及保障应急供气具有重要意义。地下储气库注气优化是确保其高效、安全运行的关键环节之一。传统地下储气库运行策略未充分利用历史数据且缺乏智能决策的支持，导致主观性较强、注气能耗较高。【方法】结合地质开发资料与多周期注采运行数据，拟合地层压力与库容量、单井注气能力的关系，构建地下储气库注气过程一体化动态压力计算方法；利用该方法动态更新注气过程中各环节的压力计算结果，为注气优化中目标函数的计算、约束条件的设定提供关键的输入参数和动态边界条件；以注气井开井时间为决策变量，以注气总能耗和井口油压稳定性为优化目标，设定计划注气总量、注气期限等约束条件构建注气优化方法，并采用多目标粒子群算法求解Pareto前沿解集，通过优劣解距离法综合评估各方案的经济性与安全性，确定最佳开井方案及注气量。【结果】针对某已建储气库，设定注气期限30 d、计划注气总量1 300×10⁴ m³，采用该方法最终制定的方案注气总能耗为8.002×10⁴ kW、井口油压标准差为1.712 MPa，同初始方案相比总能耗降低51.6%、井口油压标准差降低81.6%，优化效果明显。【结论】地下储气库注气过程一体化动态压力计算方法能够全面协调地层、井筒及地面管网压力的动态变化关系，弥补了传统方法忽视地层压力动态变化的不足，为提高注气优化的科学性和实用性提供了可靠支持。未来研究应聚焦地层压力与库容量、单井注气能力的动态耦合关系，并针对现场地质条件复杂或数据不完备的情况进行改进与优化，推动地下储气库向高效、安全和智慧化方向发展。

水-氧-应力关联作用对X80管线钢液氨应力腐蚀行为的影响

李加庆何帅震赵子峰冯智雨尹鹏博滕霖江莉龙

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【目的】“双碳”目标背景下，液氨有望成为高效与安全的储氢载体。然而在液氨长距离管输过程中，管材会发生液氨应力腐蚀开裂进而引起液氨泄漏事故，威胁液氨管道运行本质安全。因此，探究管线钢液氨应力腐蚀敏感性规律对保障管道安全意义重大。【方法】为分析管线钢在含杂质液氨环境下的应力腐蚀行为，设计并开展了不同含量的水、氧气及不同应力下的X80管线钢C形环法应力腐蚀实验；采用失重法、控制变量法定量分析杂质及应力关联作用对X80管线钢液氨应力腐蚀行为的影响；基于管线钢的腐蚀速率、腐蚀微观形貌及腐蚀产物三个方面，阐明管线钢的液氨应力腐蚀演化规律及内在机理。【结果】在无水液氨环境下，随着氧含量的增加，管线钢腐蚀速率增大；随着应力的增加，管线钢腐蚀速率迅速增加；当在含氧液氨中加入质量分数为0.20%的水，在所研究的氧浓度范围内，管线钢的腐蚀速率均降低。氧浓度与应力的关联作用会诱发管线钢表面形成腐蚀产物。当施加应力为100%屈服强度时，腐蚀产物呈颗粒状沉积形态，且有裂纹萌生与扩展；随着应力进一步增大至125%与150%屈服强度时，管线钢表面萌生出更多裂纹且部分相连，腐蚀形貌呈现胶泥状沉积形态并伴有龟裂纹形成。加入一定质量分数的水（0.20%与1.00%），即使在高应力下管线钢表面仅出现少量微裂纹与腐蚀产物，表明一定量的水杂质能够抑制管线钢的液氨应力腐蚀开裂倾向。【结论】在液氨管道设计、建设及运行过程中，需要考虑氧气杂质的混入、管材的高应力抗力以及管道施工引起的残余应变等因素对管道液氨应力腐蚀开裂的影响，必要时可添加一定量的水降低液氨腐蚀风险，提升高钢级管道的服役安全。

滑坡作用下埋地天然气管道的失效机理及预测

刘为1 张鹏1 沈豪2 许田1 刘思铭3

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【目的】滑坡作为中国最常见且最频繁的地质灾害之一，极易造成长输管道发生变形、破裂、泄漏甚至灾难性的爆炸事故，对滑坡作用下的管道失效进行研究可以更直观地评估管道的安全状态。【方法】选取X80管道为研究对象，使用ABAQUS软件建立滑坡-管道有限元模型，将有限元模拟结果与机器学习相结合，构建秃鹰-极限学习机（Bald Eagle Search-Extreme Learning Machine, BES-ELM）模型，对滑坡作用下埋地天然气管道的力学响应与预测性能进行分析。采用多因素分析法，主要探讨了滑坡位移、滑坡宽度、管道内压、管道壁厚、土体黏聚力、土体内摩擦角及土体类型7种参数对管道等效应力的影响规律。【结果】在滑坡位移作用下，管道受轴向拉力、压力的影响最为显著，当滑坡位移处于2.5～3.0 m时，管道最大等效应力易超过屈服强度，导致管道发生失效。在相同的滑坡位移影响下，管道内压、土体黏聚力及土体内摩擦角与管道最大等效应力呈正相关关系，而管道壁厚与管道最大等效应力呈负相关关系。滑坡宽度存在应力集中区，当滑坡宽度由10 m逐渐增至50 m时，管道最大等效应力呈先正、后负的非线性变化规律。在滑坡影响下，管道最危险部位并非固定不变，而是随着位移及其他不同因素的变化，在迎滑面与背滑面之间相互转移。【结论】选取150组有限元数据，将BES-ELM模型与传统的极限学习机（Extreme Learning Machine, ELM）模型进行了滑坡作用下管道等效应力预测性能对比，BES-ELM模型预测效果较好，最大相对误差为1.06%、决定系数为0.977，均方根误差预测结果也降低了65.18%，可将其作为快速识别管道等效应力的有效工具。在长输管道选线工作中，应对管道沿线地质条件进行调研，尽量避开潜在的滑坡影响范围或采取加固措施保护管道安全。

基于MWIWOA-SVM的海底长输管道腐蚀速率预测

骆正山¹，吕海鹏¹，骆济豪²

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【目的】为保障海底长输油气管道安全运行，需提高海底长输管道内腐蚀速率预测精度。现有模型多基于支持向量机（Support Vector Machine, SVM）建立，存在收敛精度低、寻优失衡和易陷入局部最优等缺点。【方法】为解决以上问题，提出一种基于多途径提升的鲸鱼优化算法（Multi-Way Improve the Whale Optimization Algorithm，MWIWOA）优化SVM的海底长输管道内腐蚀速率预测模型。通过Tent混沌映射结合反向学习机制初始化种群，引入自适应权重及非线性收敛因子平衡全局寻优和局部搜索功能，融合单纯形法改进拓张搜索方式，采用Levy飞行改进步长提升鲸鱼优化算法（WOA）的寻优能力。基于改进后的鲸鱼优化算法对SVM模型核函数参数及惩罚因子寻优，提高参数选择的科学性。【结果】以SP74-FPSO管道段内管腐蚀数据为例，综合多种算法模型改进策略，分别构建MWIWOA-SVM、WOA-SVM、PSO-SVM和SVM海底长输管道内腐蚀速率预测模型，对海底长输管道内腐蚀速率进行训练、预测及模型对比。MWIWOA-SVM海底长输管道内腐蚀速率预测模型的平均绝对百分比误差及均方根误差均低于2%，处于极低水平，且决定系数和拟合度均达到98%以上，内腐蚀速率预测值与真实值的相对误差不超过0.99%。其各项性能指标显著优于其它预测模型，预测精度更高。【结论】成功引入途径优化鲸鱼算法提高预测精度，其表现较于对比模型均更优，证明改进算法的可行性。解决了算法模型初期所具有的收敛精度低、易局部最优和算力不平衡易失衡等问题，表明改进模型具有现实意义。根据实验结果，MWIWOA-SVM海底长输管道内腐蚀速率预测模型具有良好的预测性能和更好的预测效果。可为后续海底管道风险评估及维修建议研究做出参考。

X80M管道全自动焊环焊缝热影响区冷却时间预测模型

张小强¹，云泽²，蒋庆梅¹，龙迅²，李岩²，曹鹏昊³

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【目的】受厚壁管道多层多道焊热输入的影响，环焊缝热影响区组织经历循环的升温降温过程。为避免生成淬硬组织导致冷裂纹产生，需严格把控接头冷却速率。探究焊接工艺与环焊接头热影响区温度由800 ℃冷却至500 ℃所需时间t_8/5之间的关联对把控焊接热输入、提高接头性能具有决定性作用。【方法】以1 219 mm×22 mm X80M管道环焊接头作为研究对象，建立基于全自动焊工艺的有限元模型，并贴合单双焊炬工艺特点编写热源程序，利用实验接头焊层形貌信息确定热源参数。计算焊接温度场数据，并与实验点位热循环数据进行对比验证模型计算准确性；通过选择各焊层对应热影响区点位进行热循环信息统计分析，并通过改变焊接电流与焊接速度调节焊接热输入，获得t_8/5的变化规律，最后拟合获得冷却时间预测公式。【结果】热输入较小时，增加焊接电流比减小焊接速度对t_8/5的影响更大，而热输入较大时，减小焊接速度比增加焊接电流对t_8/5的影响更大，不过在相同的热输入变化条件下，两者导致的计算误差不超过6%。【结论】利用所建立的有限元模型计算焊接热参数，误差较小，模型准确、可用。相较于焊接电流，调整焊接速度将会使峰值温度与t_8/5数值分布出现较大波动，因此为保证焊接稳定性，推荐优先调整焊接电流。根据模拟所得焊接热循环曲线，新提出不包含经验参数的t_8/5预测公式，预测精度比传统经验公式提高10%以上。

中国中长期天然气干线管网规划布局方法研究

周大可; 杨嘉; 刘伟; 周美领; 陈希; 张峰; 张也; 赵洋

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【目的】“双碳”目标下，中国天然气需求在2040年前仍将保持较快增长速度，天然气管网规模将进一步扩大。传统天然气管网布局侧重资源与市场点对点局部匹配，对于全国市场需求分布与资源统筹优化配置考虑不足，难以适应当前“全国一张网”背景下的天然气管网规划、建设与运营需求，因此必须建立科学、系统的方法体系，为“十五五”与远期天然气干线管网规划布局提供参考。【方法】基于全国资源市场空间分布与已建天然气干线管网布局特征，构建“区域+通道”模式的干线管网简化模型；建立以最小周转量为优化目标，以管输能力为约束的流向流量分析方法，采用GLPK求解器求解各通道负荷率，基于N-1原则提出各通道负荷率上限并识别通道瓶颈；结合通道瓶颈提出多个可行的规划布局方案，建立由建设投资与运行能耗等因素构成的综合评价指标体系，以综合成本最低为导向确定最优规划布局方案。【结果】基于2040年天然气供需预测数据开展流向流量分析，识别出已建天然气干线管网主要存在4个瓶颈，提出3种可行的规划布局方案，通过综合比选确定未来中国需要在Ⅰ、Ⅲ、Ⅵ、Ⅷ等通道进行规划布局。【结论】通过建立“区域+通道”模式的干线管网简化模型能够突出天然气资源配置核心问题，为优化管网输送方案提供数据支撑；构建基于N-1原则的瓶颈识别准则与以社会效益为导向的综合比选方法为规划布局提供了主要依据，进而建立了一套科学、系统的天然气管网规划布局方法体系，能够实现在保障国家能源安全与民生用气需求的前提下，发挥有效投资的关键作用，降低管网运行能耗，为中长期天然气干线管网规划与建设决策提供参考。

单级朗肯循环与双级朗肯循环冷能发电方案对比

冷晓熳

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[目的]随着中国低碳与新能源转型步伐的进一步加快，LNG接收站建设发展更加迅速。LNG在气化过程中能够释放大量冷能，充分利用LNG冷能符合“双碳”战略的要求。冷能发电是最值得推广应用的冷能利用方式，其存在多种技术路线，在其中选择适用于国内LNG接收站的技术路线十分重要。[方法]以待建的某LNG接收站冷能发电项目为例，对单级朗肯循环、双级朗肯循环并联、双级朗肯循环混联系统的冷能发电技术路线进行分析，在热力学性能、经济性、可靠性、操作运维等方面进行综合对比，以确定最优方案。[结果]通过对比分析发现，在热力学性能方面，双级朗肯循环混联系统表现最优，其平均净输出功率为4 037 kW，㶲效率达到29.2%，双级朗肯循环并联系统次之，单级朗肯循环系统最差。在经济性方面，单级朗肯循环系统和双级朗肯循环混联系统的资本金内部收益率相近，分别为6.78%、6.90%；双级朗肯循环并联系统资本金内部收益率最低，经济性最差。在可靠性、操作运维方面，单级朗肯循环系统的现场操作控制更加简便，可靠性更高，更易于LNG接收站的操作运维，且占地面积较小；双级朗肯循环混联系统和双级朗肯循环并联系统操作复杂，占地面积较大。考虑实际工程应用，推荐采用单级朗肯循环冷能发电技术路线。[结论]LNG接收站主要生产任务为LNG的储存与气化外输，冷能发电装置在LNG接收站亦作为LNG气化设施使用，其稳定运行非常关键，因此在选择冷能发电技术路线时，除考虑热力学性能、投资收益率外，还需重点关注冷能发电系统的可靠性与现场操作运维的便利性。研究成果可为中国LNG接收站冷能发电装置技术路线的选择提供理论参考。

考虑灵活性的电-气综合能源系统运行优化

魏生远¹　宋尚飞¹　史博会¹　马云宾²　宫敬¹

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【目的】随着新型电力系统建设与电力市场改革的加速，高比例可再生能源并网对电力系统灵活性构成严峻挑战。电-气综合能源系统因其能够利用天然气系统的灵活性资源为电力系统提供灵活性，成为缓解可再生能源出力不确定性的重要手段。然而，目前电-气综合能源系统的协同运行优化主要关注经济成本，忽视了系统灵活调节能力的重要性。【方法】建立了综合考虑系统运行方案经济成本与灵活性的多目标运行优化模型，该模型同时满足电网稳态潮流约束与气网瞬态能量流约束。其中灵活性基于安全域理论进行评估，以当前运行方案下电-气综合能源系统所能应对的可再生能源出力波动范围的大小作为表征。运行优化模型求解过程中，首先利用Gurobi求解器求解无目标约束条件下的可行解，将其作为非支配排序遗传算法II（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II，NSGA-II）的初始种群，进而通过NSGA-II算法的迭代优化求解得到帕累托前沿。为了验证模型的有效性，在6节点电力系统与6节点天然气系统组成的综合能源系统上对模型进行测试。【结果】考虑天然气系统的动态特性时，初始压力、流量条件的不同会显著影响天然气系统中灵活性资源的可用性，从而使得电-气综合能源系统平抑可再生能源出力波动的能力存在差异。此外，运行方案的经济成本与系统灵活性之间存在内在权衡：当优先考虑经济效益时会限制系统的灵活性，从而削弱其调节可再生能源间歇出力的能力；相反，若增强系统的灵活性则会导致运行成本的增加。【结论】多目标运行优化模型解决了现有电-气综合能源系统协同运行优化中忽视系统灵活调节能力的问题，有助于电-气综合能源系统更好地应对可再生能源出力的波动性与不确定性，为未来电-气综合能源系统优化研究提供新思路。

层状盐岩储气库腔体偏溶影响因素及技术对策

冷晓熳

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[目的]为提高中国层状盐岩成腔效率，控制盐穴腔体规则度，扩大有限厚度盐层可形成的储气空间，保障造腔及注气排卤过程中管柱安全，针对金坛储气库勘探及钻井成果进行精细地质模描述，统计分析了区域内腔体的形状溶蚀演变趋势及对应的造腔工艺措施，系统研究了腔体偏溶的影响因素及作用机理。[方法]金坛盐矿为典型的多夹层盐岩，应用三维地震勘探成果结合滚动实施的单井测井数据建立了区域盐岩及隔夹层发育地质模型，精细表征盐岩及隔夹层构造起伏，并对井筒周围隔夹层倾角趋势针对性研究。结合金坛储气库腔体实测声纳数据成果分析形状溶蚀扩展趋势及偏溶出现时机与地质特征关系，通过对比不同井隔夹层段溶蚀时注水动态及管柱控制策略研究了相关造腔工艺对腔体形状发展及控制的具体影响。[结果]井筒周围地层构造中的盐岩及隔夹层的垮塌时间不同及隔夹层倾角对腔体内流场干扰是导致腔体形状发生偏溶的基础地质因素，造腔管柱与隔夹层深度位置关系及注水排量等是导致腔体形状发生偏溶的关键工艺因素，应基于精细地质认识从而有针对性地提出合理的造腔工艺措施。[结论]中国盐矿普遍存在夹层多、倾角大的地质特征，应用新钻井测井数据结合勘探成果滚动加强地质认识，对存在偏溶风险的腔体针对性设计与控制，提高腔体体积及形状规则度，降低盐穴储气库投资成本，有助于高效推进复杂层状盐层储气库建设。

油品内锯齿状静电消除电极的电荷注入效果实验及数值模拟

王议搏胡又平梅雪飞田勇危卫

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【目的】低电导率油品在管道输送过程中容易因摩擦产生静电积聚，存在火灾或爆炸的风险。为了有效消除静电，研制一种锯齿状电极电荷注入装置，旨在通过向油品中注入与静电电荷极性相反的电荷，与油品中的静电荷相中和，降低静电积聚风险。【方法】搭建低电导率油品的电荷注入实验平台，制作小尺寸结构的锯齿状电极，通过电荷注入实验分析多种扭转角度的电极在不同物性油品中的电荷注入效果。为进一步探究电荷注入效果的影响因素，通过数值模拟方法分析了不同扭转角度下油品内电荷注入情况，并明晰了电压、油品流速等因素对电荷注入量的影响规律。此外，通过敏感性分析，量化了各种影响因素对电荷注入效果的敏感性。【结果】锯齿状电极能够有效提高油品的电荷密度，扭转角度对电荷注入效果有显著影响，当扭转角度为720°时，电荷注入效果最佳，电荷注入装置出口油品的平均电荷密度达到0.001 19 C/m³；油品的物性变化会影响电荷注入效果，但具体影响机制尚未完全明确；油品流速的增大也会导致电荷注入效果降低，油品流速宜低于0.5 m/s；电压的增大能够显著提升电荷注入效果，但过高电压将会导致油液被击穿的风险增大，电压应维持在15 kV左右。敏感性分析结果表明，电压对电荷注入效果的影响最大，敏感性值为0.641 82；扭转角度的影响次之，敏感性值为0.255 39；油品流速的影响最小，敏感性值仅为0.107 09。【结论】锯齿状电极能够降低低电导率油品在管道输送过程中的静电积聚风险，通过控制电压及优化电极结构，可为油品输送过程中的静电安全提供技术支持。未来的研究可以进一步探讨高流速条件下电荷注入机制、油品物性对电荷注入效果的影响，以及电极在不同管径、流动条件下的适用性。

含杂质超临界CO₂管道水击瞬态模拟

聂超飞　殷布泽　苗青　杨琦　路建鑫　胡其会　李玉星

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【目的】随着“双碳”战略目标持续推进，CO₂管道设计建设进入快速发展期。长距离CO₂管道运输常以超临界/密相态运行，管输介质密度大、相态复杂多变，工况变化以及设备启停等引发的水击风险亟需评估。【方法】为了明确超临界CO₂管道的水击特性，针对中国某含杂质超临界CO₂管道，采用OLGA软件建立瞬态模型研究地形起伏情况下含杂质超临界CO₂管道的水击问题，并与水击压力理论公式计算结果进行对比。【结果】在高程起伏的CO₂管道中，沿线最低点容易出现水击超压失稳或低压导致相变的风险，在管道压力设计时应在理论计算的水击压力幅值基础上增加最高点的高程水柱压力以防止水击超压，在规定最低运行压力时也应该考虑最低点的高程水柱压力防止水击负压产生相变。相较于纯CO₂，当管内存在密度小于CO₂的杂质时，水击压力幅值降低，水击周期增长，可以有效降低CO₂管道的水击危害。【结论】在CO₂管道工程设计中，建议将水击理论公式与考虑高程的瞬态仿真模型相结合来计算水击安全问题，尤其注意管道全线的低点位置。关于杂质含量的指标制定，不仅要考虑水击问题，还需根据经济比选，腐蚀、泄漏、减压波、韧性止裂等风险评价以及上游碳源的情况综合分析。

纯氢长输管道环焊缝典型缺欠应力集中及适用性评价准则

宋卫臣¹^,2，胡松岩²，程光旭²，黄孝波²，汪兵³，涂圣文²

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【目的】输氢管道是实现氢能长距高效利用的重要途经，长输管道通常由大量的环焊缝连接而成，焊缝缺欠是造成管道失效的高风险点。但目前尚无对长输纯氢管道施工中可能存在的环焊缝缺欠的风险评级及验收标准。【方法】通过总结比较国内外关于长输管道环焊缝缺欠的分类评级标准，以适合国内标准的典型缺欠提取到的特征尺寸为基础，通过建立L245管线钢含缺欠输氢管道有限元模型，分析研究缺欠尺寸和位置等因素对缺欠应力集中系数大小的影响。【结果】国内标准对于焊缝缺欠容限尺寸的限制普遍更为严格。在研究范围内，根部内凹缺欠的应力集中系数相对最高。圆形缺欠的最大应力集中系数为3 mm时的2.74；条形缺欠的最大应力集中系数为25 mm长时的1.98；根部内凹缺欠的最大应力集中系数是宽0.5 mm深1mm时的3.58；错边量为3 mm的错边缺欠的应力集中系数为2.62；附加弯矩会使4 mm圆形缺欠处的应力集中系数达到3.97。【结论】埋藏的圆形和条形缺欠在更靠近壁面尤其是内壁表面时，应力集中越显著。圆形缺欠的尺寸越大应力集中越明显，而条形缺欠的长度对应力集中影响不显著。错边量增大时，应力集中系数近似线性增大。根部内凹缺欠的宽度越窄，深度越深时，应力集中越显著。额外的弯矩作用会使缺欠处的应力集中显著增大。应力集中显著的焊接缺欠的存在，增加了在高压气态氢环境中服役管道的风险性，基于纯氢管道缺欠的应力集中定量分析，结合材料的氢脆敏感性随缺口应力集中系数变化的实验数据和工程运行经验，探讨了缺欠适用性评价准则。

数字管道三维空间可视化建模技术研究进展

刘鑫涂圣文侯燕芳林冬舒洁唐雨

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【目的】数字管道三维空间可视化建模技术通过精确刻画地下管道三维空间并提供清晰的可视化展示，已成为管道应急抢险和运维管理的关键技术。随着可视化理论与技术的不断发展，需要针对现场实际需求选择合适的可视化建模技术，提升管道的应急响应能力和日常管理效率。【方法】从软件和算法特点的角度，将管道可视化建模技术分为三维建模软件、已有组件二次开发和底层开发3类，阐述各类技术的方法原理、特点及应用场景，并对比分析其优缺点；针对油气管道常跨越恶劣地质区域，管道可视化建模技术存在的管道变形刻画不明显、人工运维困难等问题，探讨了惯性测量单元、激光雷达、增强现实、数字孪生及物联网等新型技术在管道可视化中的应用与优势；从数据采集、特征信息构建和多系统融合角度，分析了数字管道三维空间可视化建模技术面临的挑战，并对其发展趋势进行了初步展望。【结果】管道可视化建模技术实现了基于要素信息库对管道本体、附属物、缺陷及服役场景的快速建模，构建起三维可视化系统，真实反映管道空间位置关系，为管道选线规划及维抢修开挖提供有效指导。此外，通过新型技术的引入，管道可视化建模在提高探测数据精度、刻画管道变形趋势、增强系统交互性及实现实时管道数据监测等方面取得了显著进展，丰富了可视化系统功能，提升了运维效率。【结论】数字管道三维空间可视化建模已进入多技术融合阶段，开发者可根据需求选择合适的方法以确保系统的适用性，未来应着眼于高精度数据采集、多源数据融合、可视化系统实时性能优化、智能化与自动化应用的推进等方面，以实现对管道空间位置、缺陷信息、运行工况数据的全方位可视化交互，提升管道本质安全。

某气田集气管道流动仿真模拟算法

吕宇玲　姜振河　李晓伟　石家凯　曹华平

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[目的]某气田开采进入中后期，气井产液量逐渐增多，管道内流动介质的持液率升高，由此导致的集气管道局部积液、季节性冻堵等问题将严重影响气田产量与安全生产。探究集气管道内流体沿程流动规律，预测管内积液情况，对集气管道的安全运行、提高集气效率具有重要意义。[方法]结合某气田现场生产资料与多相流理论，建立集气管道水力计算模型与热力计算模型，提出一种集气管道流动仿真模拟算法，通过管道特征识别与离散、流动参数初始化、物性数据库调用等环节求解管内任意截面流体流型、持液率、压力、温度等流动状态。并将该仿真算法对该气田的部分集气管道两端压差的计算结果、主流商业软件OLGA计算结果与气田现场的实测数据进行对比，验证该集气管道流动仿真算法的准确性。最后采用该仿真算法预测该气田某集气管道的积液情况。[结果]该算法压差计算结果的MRE为0.101，OLGA软件计算结果的MRE为0.267，与OLGA软件相比，该算法的计算结果更贴近于现场实测值。在此基础上，改变混合物的质量流量、含水率、出站温度等条件，分析获得集气管道内流型、压力、持液率的变化规律。利用该算法预测14^#站—15^#站间集气管段积液情况，该管道最大持液率为0.4，积液问题严重，应采取相应处理措施，以免产生危险工况。[结论]该算法对研究集气管道的流动特性与积液预测具有实践意义，气田企业工程技术人员可利用该算法对现场管道进行工艺模拟计算，从而制定合理的积液处理计划与方案，避免发生危险工况。该算法是打破国外商业软件垄断的一次有益尝试，下一步应在其他气田区块进行调试验证，提高该算法的通用性与稳定性。

基于LES-Schumann模型的氢气与天然气掺混流动特性数值模拟

刘悦，吴群航，田瑞超，许守武，李智伟，黄雷，彭浩平

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[目的]天然气管道掺氢输送是目前氢能输送的主要方式，随着氢气的掺入，天然气管道内流体的黏度降低，导致湍流生成和发展变得更加复杂。[方法]为了准确预测氢气与天然气掺混后气体的流动特性，提出了一种将大涡模拟（Large Eddy Simulation, LES）与舒曼（Schumann）模型耦合的LES-Schumann模型。该模型采用LES分析大尺度涡流特征，同时用Schumann模型捕捉流动不稳定性引起的小尺度湍流变化，从而弥补了LES在小尺度湍流建模中的不足。采用LES-Schumann模型对不同掺氢比下的管道混合气体流动特性进行研究，分析了密度、体积分数、湍流黏度、压力等参数的变化，探讨了掺氢比对气体流动、湍流特性及氢脆敏感性等方面的影响。[结果]LES-Schumann模型能够精确预测氢气与天然气掺混后气体的流动特性，其模拟结果与实验数据的平均误差仅为3.422%，验证了该模型在模拟氢气与天然气掺混流动中的高可靠性。随着掺氢比的增加，管道内混合气体的密度逐渐降低，氢气的体积分数增大，管道压力也显著上升，尤其在氢气与天然气的混合起始位置，湍流黏度达到最高值，湍流现象最为剧烈。掺氢比对掺混气体混合均匀性、氢脆敏感性系数的影响呈非线性变化。当掺氢比为20%时，气体混合均匀性最佳，其氢脆敏感性系数仅比掺氢比10%工况下增加0.41%，氢脆化风险较低；而当掺氢比增至30%时，气体混合均匀性下降，氢脆化风险随之增加。[结论]LES-Schumann模型可用于预测不同掺氢比下氢气与天然气掺混后气体流动特性，揭示其氢脆化风险。20%的掺氢比能够保证氢气与天然气掺混均匀性最佳，并有效控制由氢气与天然气掺混引起的压力升高、湍流黏度增加及氢脆化风险等潜在问题。研究成果为掺氢天然气管道的优化设计与运行提供了重要的理论依据。

大型氢气液化工艺及热力学循环

曹学文，张兴旺，张师博，王鹏深，张睿，边江

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【目的】氢气作为一种清洁高效的能源，可以满足未来的能源需求。为提高大型氢液化厂的生产效率并降低成本，构建了一种使用新型混合制冷剂的氢气液化工艺系统。【方法】该工艺为设计液氢产量120 t/d的大型氢气液化系统。系统采用液氮预冷、混合制冷剂为工质的逆布雷顿循环深冷，并通过换热器冷却与膨胀降温结合的方法共同完成氢气液化。利用Aspen HYSYS对工艺流程进行模拟计算与分析，通过敏感性分析与试错法结合确定系统流程中的关键参数。重点进行能量分析与㶲分析，并通过换热器复合曲线来体现液化过程性能。【结果】物质的量分数为12%氢气、7%氖气和81%氦气的混合制冷剂的㶲效率最高，该工况下的比能耗为6.99 kWh/kgLH2，性能系数为0.188 5，㶲效率为33.96%，系统的总㶲损失为273 8.8 kW，其中膨胀机的㶲损失占主要部分，且膨胀机的㶲效率随着温度的降低而降低。通过换热器复合曲线来约束换热器的最小温差，可使深冷段的换热器㶲效率普遍为90%以上。敏感性分析结果表示，进料氢气的压力与温度对系统的能耗影响不大。【结论】在氢气液化的深冷阶段，在以氦气为主要成分的混合制冷剂中加入适量的氢气与氖气可以降低系统的能耗并提高㶲效率。文章所提出的新型液化工艺设备投资少，结构紧凑，能耗较低，可为未来氢气液化工艺研究提供参考。

天然气管网瞬态运行水力热力解耦仿真模型

余春雨¹　余春浩²　刘刚¹　刘锐¹　杨放¹　秦阳¹　左丽丽²　陈潜³

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【目的】天然气管网瞬态运行仿真技术对管道供气调峰、经济安全运行及异常工况诊断至关重要。目前制约天然气管网瞬态运行仿真技术的难点在于时空变量非线性耦合规律复杂，亟需提高仿真过程计算效率。【方法】建立天然气管网水力热力解耦瞬态运行仿真模型：首先依据管流控制方程中水力、热力变量之间的耦合关系，分别构建水力仿真子模型与热力仿真子模型；采用时间递推法对整个瞬态时间域仿真，针对任意时步，将该时步初始时刻管网温度分布作为待求解时刻温度仿真计算的迭代初值，通过求解水力子模型得到管网压力、密度及质量流量分布，然后将其作为热力子模型的已知条件，通过热力子模型计算管网的温度与焓分布；以迭代前后的温度分布偏差是否满足精度要求作为是否跳出当前时步求解的判据，若满足要求，则当前时步仿真完成，否则以热力子模型计算出的温度分布作为水力子模型的已知条件，重复以上过程；最后通过时间递推，逐步完成后续所有时步的求解，得到整个时空域的水力热力运行参数演变规律。【结果】①结合算例，综合分析时空网格步长划分对计算速度与精度的影响，针对2.5 km、5 km及10 km这3种空间步长，分别选取30 s与60 s作为时间步长，结果表明5 km-30 s的组合可兼顾解耦模型的计算精度与效率；②时空步长一定时，以耦合模型仿真结果为基准，解耦模型求解出压力与温度的最大绝对偏差为0.003 MPa与0.1 K，计算时间缩短42%，表明该水力热力解耦模型具有高效性；③该解耦模型在多组边界条件下均表现出较好的适应性。【结论】天然气管网瞬态运行水力热力解耦仿真模型可以大幅度提高天然气管网动态仿真的计算效率，对于天然气管网瞬态运行仿真技术与智能管网调控机制探索具有重要的理论借鉴与技术支撑。

超临界相CO₂输送管道经济流速计算方法

程昱涵　李长俊　贾文龙　高谦　付仕雄　张雯琴

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摘要：【目的】碳捕集、利用及封存技术（Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS）被广泛视为温室气体减排最佳解决方案之一，而管道输送是大规模、长距离输送CO₂的最佳选择。在超临界相CO₂管道输送过程中，当管输压力低于临界压力（7.38 MPa）时，CO₂会发生相变，导致管道发生冲蚀，影响CO₂的稳定输送和管道的安全运行。管道流速会影响CO₂管输压力，流速过低会增加压降，导致压力低于临界点，流速过高则会增大摩擦损失，增加能耗。同时流速与管径密切相关，影响管道建设和运行费用。因此，有必要研究超临界相CO₂输送管道的经济流速。【方法】以“增压站+管道”组合为研究对象，建立了计算CO₂管道经济流速的优化模型。模型以管道年投资总费用为目标函数，约束条件以保持单一相态输送的二氧化碳相态约束为基础，包含管道沿程压力约束、管道强度约束、管道稳定性约束。利用遗传算法对优化模型进行求解。【结果】通过设定一系列经济参数，绘制了超临界相CO₂输送管道各标准管径在输量1000~10000 t/d和增压站间距50~150 km情况下的管道年投资总费用和经济流速范围。在输量较小时，管道年投资总费用随管径增大呈现线性增加的趋势，输量不断增加时呈现先降低后升高的趋势；当管径一定时，输量越大其管道年投资总费用越大；管道经济流速随着输量增加呈现波动上升的趋势。同时分析了管材和电价对经济流速的影响。【结论】超临界相CO₂输送管道经济流速范围为1.1~2.35 m/s；电价显著影响经济流速，管道材料对经济流速的影响较弱。通过改变实例的运行参数，设计出9种运行方案，运用模型进行评价和优选，得到了最优方案，验证了经济流速的准确性。研究结果可为管道优化设计提供参考。

面向碳捕集的超重力反应器流体流动与传质特性研究进展

张威　陈昊　黄柯　朱锐　傅程　黄斌

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【目的】超重力反应器作为一种新型的过程强化设备，可以显著提高气液反应体系的传质系数，能够有效解决常规塔器碳捕集过程中传质效率低的难题，有望为CCUS碳捕集提供新的技术思路。但反应器内填料的高速旋转剪切，导致流体的流动与传质特性较为复杂，不利于反应器的结构设计及参数优化。【方法】基于超重力反应器的结构类型、特点以及强化传质原理，从实验研究与数值模拟两个方面重点论述了超重力反应器CO2化学吸收过程中的液体流动特性、分散特性及传质特性进展，并展望了未来超重力反应器碳捕集研究的发展方向。【结果】与实验方法相比，数值模拟方法在获取填料内部流体流动特性方面更具优势，为了获取气液有效界面面积、液体微元粒径、相界面参数等关键流动特征参数信息，需要建立与真实填料更为接近的数值模型；填料表面及截面形状均会对液体分散特性产生显著影响，其中疏水性表面、椭圆形及菱形截面的填料更有利于液体分散，但填料表面性质与截面形状两者之间的协同作用机制尚不明确；数值模拟与过程模拟方法均可以获得较为准确的传质模拟结果，气液有效接触面积、相界面参数、液体微元粒径等关键子模型对模拟结果具有重要影响。【结论】基于国内外对超重力反应器填料中的流动与分散行为特性尚不明确、传质性能有待提高等问题，提出以下建议：研制液体分散性能好且可以延长液体停留时间的新型填料；采用数值模拟为主，并以实验研究为辅，获取真实填料中液体详细的流动特征信息；建立CFD-过程模拟耦合模型，对整个碳捕集系统进行模拟，通过评估系统的整体效率来实现超重力反应器及整个碳捕集系统的性能优化。

海底管道粗砂和碎石回填层落锚贯入深度计算

杨泽亮¹，张鹏宇¹，黄水祥¹，邵强²，金子航³

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[目的]船舶落锚损伤是造成海底管道第三方破坏的主要因素，其间接影响海底结构物的运行安全，确定落锚贯入回填层深度，开发不同回填层落锚贯入深度计算模型，对海底管道安全运行意义重大。[方法]以霍尔锚为例，分别采用有限元分析、试验验证、经验公式方法研究了粗砂、碎石回填对落锚贯入深度的影响。先采用DNV经验公式、数值模拟方法计算不同质量霍尔锚贯入粗砂、碎石回填层的深度，再结合落锚原尺寸模型，开展一系列小比尺落锚物理模型试验，并对比分析物理模型试验、数值模拟方法、DNV经验公式的计算结果。[结果]在粗砂工况下，3种方法贯入深度的计算结果均吻合良好；在碎石工况下，数值模拟与物理模型试验计算结果吻合良好，但DNV经验公式的计算结果与物理模型试验有45%的误差。因DNV经验公式主要依据圆管落锚试验得出，为此提出碎石回填层的锚等效前端接触面积经验公式。采用修正后的前端面积公式能够较准确地预测霍尔锚在碎石中的贯入深度，其计算结果与物理模型试验计算结果高度吻合。同时根据上述计算结果拟合了粗砂、碎石回填层不同质量霍尔锚最大贯入深度的回归方程。[结论]研究成果可为海底管道防护工程的设计和安全评估提供依据。

超声内检测器直管段运行过程中背景噪声分析

徐广丽　王一富　周志豪　文强　蔡亮学

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【目的】管道系统运行时，管输环境中的压力波动会产生背景噪声。随着管道系统压力升高，压力波动的幅度会发生变化，从而影响背景噪声强度。在管道缺陷检测过程中，背景噪声会干扰超声内检测器正常工作，降低检测精度。水平直管段是油气管道的主要组成部分，其噪声特性研究可为其他管段的噪声分析提供科学依据，因此分析超声内检测器在直管段运行过程中的背景噪声尤为关键。【方法】搭建了超声内检测模拟实验平台，采集不同压力、流量下的管道系统压力和回波信号数据。通过管道系统压力变化规律定位超声内检测器的运行位置，分析超声内检测器过直管段时的管道系统压力波动范围和压力变化速率；采用频域分析探究压力波动引起的背景噪声强度，明确背景噪声对回波信号的影响；利用渡越时间法计算壁厚和误差，量化由管输介质压力波动产生的背景噪声对超声内检测器探伤精度的影响。【结果】超声内检测器通过直管段时，管输介质会产生压力波动，波动范围为0.093~0.196 MPa；大部分实验压力变化速率小于0.531 MPa/ms，但压力变化速率最值可高达17.792 MPa/ms。由压力信号的频域特性可知，3~7 MHz范围内，噪声幅度较小；5 MHz、6.929 MHz处的噪声信号受压力变化速率影响而增大，最大增幅分别为415.023%、1 240.825%，但幅度增大的最值仅为0.881，对超声内检测器性能影响较小。通过分析超声回波信号特性，发现背景噪声会引起回波信号的幅值、峰值点的采样点数发生变化，进而影响壁厚计算精度。背景噪声幅度变化对壁厚计算影响较小，误差范围为0.128%~4.324%。【结论】在工程应用中，可忽略由管输介质压力波动产生的背景噪声对超声内检测器探伤的影响，研究成果可为超声内检测器直管段运行过程中的缺陷检测提供理论参考。

改性磁性纳米粒子对稠油乳化降黏的影响

孙娜娜，　柳健，　蒋华义，　董红妹，　胡建波

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【目的】乳化降黏技术是解决稠油运输困难常用的方法之一，但传统乳化剂制备的稠油乳状液稳定性较差，在运输过程中容易受外部环境影响导致破乳，研究发现磁性纳米粒子可以促进油水乳状液的稳定性，并且通过外加磁场可以实现循环再使用，而传统的磁性纳米粒子分散性差、沉降快、且对乳状液稳定性的促进效果差，易受外部环境影响。【方法】引入具有负电性与黏弹性的HPAM（聚丙烯酰胺）对磁性纳米粒子Co₃O₄进行改性，并通过实验探究pH值、乳化温度、油水比等因素对改性前后Co₃O₄制备的稠油O/W型乳状液稳定性的影响规律与作用机理。【结果】随着pH值升高，乳状液的稳定性增强，且Co₃O₄@HPAM对乳状液的稳定效果远高于Co₃O₄，在pH=10时，4 h后乳状液分水率仅为2.13%。乳状液稳定性变化的原因是：随着pH值增大，磁性纳米粒子的Zeta电位绝对值升高，油滴间静电排斥力变大；乳状液表观黏度逐渐增大，油滴运移阻力增强，降黏率逐渐减小，但均在98%以上；油水界面张力降低，有利于磁性纳米粒子吸附在油滴表面；油滴粒径变小、分布更加均匀。随着乳化温度升高，乳状液稳定性变差，当乳化温度为25 ℃时，4 h后Co₃O₄@HPAM与Co₃O₄制备的乳状液分水率分别为25.00%、52.28%；乳状液表观黏度均逐渐减小，降黏率先升高后降低，但均大于97%；油水界面膜强度降低，小油滴聚并为大油滴。在油水比小于等于7:3的条件下，随着油水比增大，乳状液表观黏度升高，降黏率逐渐减小，稳定性逐渐增强，油滴变小且数量增多；在油水比为8:2时，仅Co₃O₄@HPAM能成功制备O/W型乳状液，4 h分水率为10.25%，降黏率为97.92%。【结论】该研究充分解释了磁性纳米粒子在不同实验条件下对稠油乳状液稳定性的促进作用及机理，以期为磁性纳米粒子在稠油乳化降黏输送技术中的应用提供支持。

双碳背景下CO₂输送系统的集成与应用策略

吴珮璐

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【目的】CO₂输送作为碳捕集利用与封存（Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS）技术体系的重要组成部分，承担着推动整个CCUS系统高效运作的枢纽功能。基于不同CO₂输送方式的技术特点与发展趋势，构建集成性CO₂输送系统具有深远意义，能够优化CO₂运输效率、降低成本，为实现低碳经济转型和全球碳减排目标提供有力支撑。【方法】通过调研CO₂输送系统的技术现状，评析不同CO₂陆路输送与水路输送方式的适用性、实施关键及发展趋势。根据国内外CCS/CCUS项目的研究进展，分析CCUS技术在各国不同产业领域的布局与商业化应用情况。梳理CO₂输送系统发展所面临的挑战与机遇以及现行CCS/CCUS政策框架，从CO₂封存、输送技术及政策监管等方面开展系统规划，为双碳背景下CO₂输送系统的发展与应用提供可行建议。【结果】全球CCUS系统工程实践表明，跨区域CO₂输送面临技术、基础设施以及政策支持等多方面的挑战，而陆地封存容量限制与海上封存需求增长将为中国CCUS系统工程的发展带来新机遇。准确估算海底CO₂封存能力，建立适用于工业应用的储存空间评估标准；加强CO₂封存风险评估与监测技术研发，提升CO₂封存的安全性与可靠性；综合考虑构建海洋与陆地相结合的多式联运CO₂输送系统，优化CO₂输送效率、降低成本；完善CCS/CCUS相关政策支持，推动CCUS技术规模化应用。【结论】中国CCUS技术未来发展应加速工程实施，优化近海封存布局，科学选址CO₂封存终端，构建灵活、多元集成化的CO₂输送体系，通过完善监管与碳税激励政策，调动企业积极参与到CCUS工程技术发展进程中，助力国家实现碳中和目标。

地下空间储氢技术研究进展与应用展望

王敏聪侯磊王雪婷杨牟青云许子聪刘玥奇朱淑艳

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【目的】随着“双碳”战略与可持续发展目标的不断推进，氢能作为来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源受到国内外广泛关注。地下储氢是实现氢能大规模、长周期储存的有效途径，与国外相比，中国地下储氢研究与建设起步较晚，尚无已建成的地下储氢工程案例。【方法】围绕地下空间储氢技术展开调研，剖析盐穴、枯竭油气藏、含水层、衬砌岩洞4种储氢地质体类型的优缺点与储存特征。针对地下储氢关键难点与潜在风险点，结合国外氢气地下储存典型案例，选取枯竭油气藏型与盐穴型两类储氢库为例，系统阐述了地下储氢在地质体完整性、井筒完整性、地球化学反应与微生物反应等方面面临的风险，对比了不同风险对两类典型储氢库的影响。为拓宽地下储氢应用场景、推进氢能产业协同发展，考虑用氢场景多元化与地下储氢容量大、周期长、受地质条件限制的特点，讨论了电-氢、电-氢-电、电-氢-甲烷3类用氢场景下的地下储氢适配模式，并对3类应用模式的未来发展潜力进行了展望。【结果】枯竭油气藏型与盐穴型两类储氢库在实际运行过程中也面临众多风险挑战，但与枯竭油气藏相比，盐穴中氢气沿围岩发生泄漏的风险概率更低，因地球化学反应、微生物反应而产生的氢气损耗量更小。地下空间储氢技术在3类用氢场景中均有适配发展潜力，但现阶段电-氢-电与电-氢-甲烷两种方式存在能量转化效率低、经济成本高等问题。【结论】地下空间储氢技术在未来氢能大规模应用中具有广阔的市场前景。结合国外地下储氢案例与现有风险难题，盐穴是目前经验技术最成熟、最优质的地下储氢库类型。为建立绿色高效低成本的低碳能源体系，宜优先发展以氢气为终端应用的“电-氢”协同模式。

脉冲电流作用下弯管裂尖熔池相变及流动模拟

张思，周名将，梁玉恒，付必伟

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【目的】利用脉冲电流修复弯管基体时，裂纹尖端处会产生绕流现象，使局部温度升高并生成熔池，熔池尺寸及其流动、凝固行为对裂纹愈合具有决定性作用。探究脉冲电流作用下弯管裂纹附近熔池的演化规律，并进一步研究裂纹尖端及前缘的愈合机制对脉冲电流管道裂纹修复技术的发展具有重要意义。【方法】使用Comsol软件，以含裂纹的NiCr21Mo高压弯管为研究对象，建立脉冲电流修复含裂纹的90°高压弯管有限元模型，在“电-热-结构”三场耦合的基础上添加“两相流-相场”多物理场耦合模型，进行熔池相变及流动模拟，分析脉冲电流放电时弯管裂纹熔池的演化规律及停止放电后的液相金属相变规律与流动特性。【结果】脉冲放电时长与间隔均会影响裂纹熔池产生影响。设置脉冲电流密度为2.4×10⁸ A/m²，当放电时长达0.65 s时，熔池开始在裂纹尖端及裂纹前缘形成，形态呈U形柱状；当放电时长超过0.75 s后，裂纹附近外的其他区域开始熔化，部分液态金属蒸发，不利于裂纹愈合。停止放电后，熔池金属流速逐渐减慢，在0.008 s内完全凝固，前0.001 s内裂纹愈合效率最高。脉冲放电间隔应大于0.008 s，否则将影响下一次形成的熔池面积，导致修复性能降低。【结论】在脉冲电流作用下，裂纹尖端将形成U形柱状熔池，裂纹附近的液相体积随放电时间增加而增加。为充分发挥修复能力，应选择适宜的放电时长，使裂纹尖端及前缘充分发生相变并形成熔池，避免其他区域发生固液相变。同时，脉冲放电间隔应大于熔池液态金属凝固所需时间，否则将缩小熔池尺寸，降低修复效率。在实际利用脉冲电流修复高压弯管微裂纹时，可先通过仿真确定脉冲放电功率、时长与间隔，从而更加精准高效地修复弯管裂纹。

LNG薄膜罐动压力分布规律

余晓峰¹　詹旺宇²　魏成国²　刘文涛²　王俊岭²　龚文政¹

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【目的】LNG薄膜罐是未来LNG储罐的发展方向，地震作用下LNG液体所造成的对流及冲击作用直接作用在LNG薄膜罐外罐罐壁上，罐壁需承受常规LNG全容罐罐壁未承受的LNG液体动压力，因此亟需对LNG薄膜罐动压力分布规律开展研究。【方法】采用数值模拟方法，使用ANSYS有限元分析软件分别对海南25×10⁴ m³ LNG薄膜罐及龙口30×10⁴ m³ LNG薄膜罐进行建模。对25×10⁴ m³LNG薄膜罐进行OBE及SSE地震波下的时程分析，通过对比模拟分析结果与经典Housner公式计算结果验证了数值模型的有效性与一致性。基于此，结合30×10⁴ m³LNG薄膜罐在OBE及SSE地震波下的时程分析结果得到了多种工况下的LNG薄膜罐动压力分布情况，最终拟合得到LNG薄膜罐动压力分布公式。【结果】罐内LNG液体的动压力作用是导致罐壁加速度最大的原因，罐体承受最大加速度时刻即为储罐受力最不利时刻。在相同水平角度不同水平高度下，提出的LNG薄膜罐动压力分布公式与数值模拟结果及Housner公式结果曲线趋势一致，且各点数值与数值模拟结果相差均小于20%，特别是在低水平高度下该公式相比Housner公式考虑了罐壁与承台刚性连接处的刚度影响更加贴合数值模拟结果，能有效反映LNG薄膜罐的受力情况。相同水平高度不同水平角度工况下的对比结果同样验证了该公式的准确性。【结论】提出的LNG薄膜罐动压力分布公式能较好地计算LNG薄膜罐在地震作用下承受的液体动压力，在保证混凝土罐壁具有足够承载力的前提下能显著降低设计中的保守度，对提高LNG薄膜罐混凝土外罐设计的经济性具有借鉴作用。未来将对实际大型LNG薄膜罐在地震条件下的动压力分布进行监测或开展缩尺模型试验，以期得到动压力分布数据，进一步提升该公式的适应性与准确性。

盐穴储气库水平多步法造腔模拟试验

陈加松，白雪峰，王桂九，赵廉斌，鲁俊，范丽林，刘浩生，肖罗坤

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【目的】中国的盐岩地层多为层状薄盐层，常规单井单腔的建库技术已不能满足高效建设大尺寸盐腔的需求，应用盐穴储气库水平多步法造腔技术可以实现在有限厚度的盐岩层中建设更大体积的盐腔。【方法】通过探究水平多步法造腔关键参数对于最终成腔形态的影响，并对腔体形态与造腔过程进行工程分析，给出了水平多步法造腔关键参数的推荐值。为探究水平多步法造腔时的腔体扩展规律，设计了水平多步法造腔的物理模拟试验装置。通过设置不同造腔参数的物理模拟试验，得到了不同形态的水平腔。利用三维扫描技术，将试验所得腔体通过镜像操作构建出完整的3D腔体模型。【结果】通过对不同造腔参数所得到的3D腔体模型进行分析可知：在形成的腔体体积相同的情况下，注水流量的改变对腔体高度、腔体长度及腔体最大宽度影响较大；退管距离的改变主要对腔顶形状的影响较大，对腔体尺寸的影响并不显著；造腔过程中充入气垫保护顶板会使得腔体呈现“平顶型”，不仅影响腔体稳定性，还会增大造腔经济成本。【结论】水平多步法造腔的合理注水排量可能为160 ~240 m3/h，可设置较小退管距离，造腔过程中不宜全程充入阻溶剂保护腔顶。研究结果可为盐穴储气库水平多步法造腔的腔体形态设计与工艺参数优化提供借鉴与指导。

X80钢制管道环焊缝应变时效特性及预测方法

范玉然¹^,2，帅义¹，张铁耀¹，帅健¹，张怡¹，高唯¹，石磊³，张俊杰¹

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【目的】长输管道在建设与运行期间不可避免会受到应变时效的影响，导致管道母材及环焊缝的力学性能发生劣化，影响服役安全。随着高钢级X80管道的规模化应用，探究高钢级管道环焊接头应变时效特性及规律对保障管道环焊缝的安全服役具有重要意义。【方法】选取等强匹配X80钢制管道环焊接头作为研究对象，通过标准冲击试验与小尺寸拉伸试验研究环焊接头经不同温度及周期时效处理后的力学性能变化规律；并基于大量试验数据和理论模型，建立了X80管道环焊缝应变时效临界劣化时间预测模型。【结果】相较于单一预应变处理或单一高温时效处理，应变时效处理后环焊缝的冲击韧性显著降低，降幅可达68.5%；应变时效处理后，X80钢的应力-应变曲线由“圆屋顶型”转变为“吕德斯型”，材料强度升高、塑性降低；随着时效温度、时效周期的增加，焊缝材料的塑性变形能力急剧劣化。【结论】通过所建立的应变时效预测模型，预测得到在服役温度为20℃的条件下，若X80钢环焊缝发生应变集中，其韧性将于约119.7 d后劣化至无法满足安全服役要求。研究成果可为高钢级管道环焊缝应变时效的认识、防治及控制提供一定数据支撑与理论指导。

新型能源体系目标下中国气电发展趋势及应对策略

武艺李然张晓明

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【目的】天然气发电（简称“气电”）具有启停灵活、爬坡速度快、调节范围广、碳排放水平低等特点，是电力系统调峰调频最重要的优质电源之一。但在构建新型能源体系目标下，气电业务高质量发展面临诸多问题与挑战。【方法】通过对中国气电产业发展现状进行调研及统计分析，发现气电是构建新型能源体系目标中不可替代的调节性、支撑性电源，但气电与新能源协同发展存在瓶颈：风能、太阳能等新能源发电具有间歇性、逆调峰性、波动性、随机性等特点，在保供用电高峰时段，高度依赖燃气机组进行深度调峰，为核心发电设备的安全性、环保性、经济性带来较大挑战；此外，气电产业自身存在明显短板，包括能源保供、经济效益、生产运行调度、发展路径尚需优化以及对期权特性认识不足等。【结果】为了稳步增强气电产业供应能力，提出高质量发展气电产业的建议：①坚持气电与新能源协同发展，完善气电顶层设计，出台政策引导实施细则加快落地；②天然气供应企业与燃气发电企业共同合作开发“气电+新能源”项目，签订中长期购销协议，实现气电业务的可持续发展；③加大电力与天然气市场化改革力度，探索建立气电联动机制，确保民生供气、供电平稳畅通。【结论】气电产业发展的驱动因素已由气源驱动转变为环保性政策、电力供需形势、气源保障、经济性等多因素的共同作用，今后应当发挥全产业链发展优势，加强顶层设计、注重统筹兼顾、持续深度融合，为构建新型新型能源体系助力。

区域天然气管网新建管道设计优化技术

崔静怡　朱坤锋　高萃仙　谷俐　任静　李玉星　王武昌

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【目的】随着天然气用户数量与用气量增长，管网在不断扩建，然而错综复杂的管网结构、多样化的供/用气特征、相互影响的设计参数，致使难以按照常规方式对新管道进行规划设计。为保障用户的未来用气需求、提高管道设计效率，亟需对现有的管道规划设计方法、优化算法进行梳理研究，提出一套适用于多气源、多用户且存在旧管网的复杂管网系统的设计优化方法。【方法】首先在管道水力约束、压气站能耗约束等约束条件下，以费用现值最低为目标，采用3级优化方法构建天然气管网设计优化模型，第1级模型以管网布局为决策变量进行迭代求解，第2级模型对管道设计输量进行寻优，第3级模型对管道管径、压气站等参数进行设计、寻优；其次，采用粒子群优化算法对模型进行优化求解；最后，将所提方法应用于某实际天然气管网中，计算得到管网的规划设计方案。【结果】与仅考虑总输量最大的单一工况相比，考虑未来管网可能出现的多种工况计算得到的新建管道设计方案更加合理。该优化方法计算得到的最优设计方案的总成本相比传统设计方案低27.09%。【结论】管网输送能力的提高验证了该规划模型可在满足管网输送需求的情况下、最大限度减少管道建设与运营成本。

加拿大油气管道安全监管法律制度考察与镜鉴

孙增芹，郑程程

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【目的】油气管道作为国家能源之命脉，须以完善的法律制度为其安全保驾护航。作为油气管道大国，加拿大在渐进式发展中积累了丰富经验，形成了一套兼具系统性、层次性、接续性的多维度油气管道安全监管法律制度，其立法理念与具体做法可供中国借鉴，以实现中国油气管道安全监管法律制度的全方位发展。【方法】剖析加拿大法律法规及指南，梳理全生命周期安全监管框架、监管主体制度以及核心安全监管制度等具体内容，在此基础上进行比较法考察，以整体视角梳理和分析中国油气管道安全监管法律体系。【结果】加拿大油气管道安全监管法律体系层次分明、种类丰富，形成了申请、建设、运行至废弃的全生命周期安全监管框架，以独立能源监管机构为主的监管主体制度，以及标准制度、应急管理制度、责任与赔偿制度等核心安全监管制度，为中国油气管道安全监管法律制度建设提供有价值的借鉴与启示。【结论】中国应以能源安全为立足点，构建油气管道安全监管综合性法律体系，弥补作为油气管道安全监管核心的《石油天然气管道保护法》全生命周期安全监管之缺漏，进一步健全与优化安全监管主体制度以及标准制度、应急管理制度、责任与赔偿制度等核心安全监管制度。

基于知识图谱的冲刷腐蚀研究现状与热点演化

曹学文¹; 徐中英¹; 臧雪瑞¹; 张浩鹏¹; 赵湘阳²; 边江

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【目的】含固多相流冲刷腐蚀是能源开发与能源化工管道系统主要安全隐患之一，冲蚀磨损与电化学腐蚀的协同作用加剧金属材料的损失。梳理冲蚀与腐蚀协同作用的研究特征与演进趋势，探究该领域的研究热点与前沿问题，能够为解决石油、天然气、化工等领域管道与设备中的腐蚀与磨损问题提供决策支持。【方法】通过构建知识图谱，对2000-2023年国内外关于冲刷腐蚀领域的相关文献进行聚类分析；通过关键词共现分析、合作者共现分析以及文献引证分析等方式，深入探讨冲刷腐蚀领域的研究热点和发展脉络，梳理了不同时期冲刷腐蚀的研究特征与热点演化趋势。【结果】2010年之前国内外在冲刷腐蚀领域均侧重于碳钢腐蚀与磨损机制等基础研究，且发展迅速，建立了相关的冲蚀磨损和腐蚀模型。近年涌现的突现词表明，冲刷腐蚀领域的研究重点集中在数值模拟、防护涂层、以及协同机理等方面。然而，多相流冲刷腐蚀的协同作用研究涉及多学科领域，金属在多相流环境下的冲刷腐蚀机理尚不明确。【结论】未来在冲刷腐蚀的防护技术研究与预测模型开发上，需结合流体力学、材料科学、电化学及表面工程等领域的最新成果，持续开展跨学科、宽领域、深层次的合作，进一步探明多相流复杂协同机理，加强管道防护与安全运行。

天然气利用项目关键影响因素及重要性评价

任佳维

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【目的】天然气利用项目开发的影响因素多、周期长，缺乏有效方法判断影响项目的关键因素，导致新项目开发无法突出重点、成功率低。【方法】为了提高天然气项目开发的准确率，构建了一套天然气利用项目关键影响因素评价方法：基于菲尔德法，筛选出12个影响天然气利用项目开发的主要因素；采用层次分析法与熵权法分别计算一级因素、二级因素的权重，再通过线性加权计算综合权重；基于关键因素权重对项目开展综合评价，建立了项目重要性综合评价方法。【结果】在一级因素中，权重排名2～5的影响因素均分布在“市场情况”内，表明一级因素中“市场情况”对天然气利用项目的影响最大；在二级因素中，“投资回收期”的权重最高，表明二级因素中项目的资金回收速度对天然气利用项目影响最大。在参与评价的项目中，应集中资源优先开发重点项目及综合评价权重值大的项目，其中天然气管输项目与气电项目被确定为重点项目，其他项目为一般项目，根据权重可以确定各个项目的优先开发顺序。【结论】新建立的评价方法提高了评价指标权重分配的准确性及可靠性，以其科学性及实用性为项目开发者提供了一套有效的评价方法，有利于促进天然气利用领域项目更加高效地投资与开发。

原油电场改性降黏率与能量密度的关系及其机理

张超越　李鸿英　王禹　李其兵　康家宝　兰欣　谢意蔚　张劲军

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【目的】电场改性是一种新兴的含蜡原油低温流动性改善方法。此前针对酒东原油研究发现，电场输入能量密度是含蜡油电场降黏效果的外部决定性因素，且当输入能量足够大时，电场处理可使油样达到该温度下的最大降黏率，为指导原油电场改性的工业应用，需进一步验证该结论对其他原油的适用性。【方法】针对长庆原油与大庆原油，通过探究不同电场处理条件（场强：0~3 kV/mm，电场处理时间：0~1 200 s，处理量：1~2.5 mL）对原油电场降黏效果影响，研究并验证输入能量与降黏率的关系。【结果】首次发现并定义了最大降黏率能量密度阈值，即原油达到最大电场降黏率所需输入的最小能量密度。明确了处理温度（累计析蜡量）对最大降黏率与相应能量密度阈值的影响。随着处理温度降低，最大降黏率增大，相应的能量密度阈值减小。结合显微观察与带电胶粒运移、吸附机理，分析其内在原因。这是由于在较低处理温度下，有更多的蜡晶颗粒受到胶质、沥青质作用；更多、更大的蜡晶导致电场作用下蜡晶表面出现更多电荷，从而促进胶质与沥青质在介电泳作用下向蜡晶表面运移，并积聚在蜡晶表面，因此最大降黏率增大且所需能量密度阈值更小。【结论】研究结果深化了对原油电流变效应机理的认识，能量密度阈值的发现为处理器电源参数确定与优化提供了重要参考。

基于知识图谱的氢气管道输送研究现状与发展趋势

刘胜利，张野，杨佳晔，孙代倩，王娅慈，康浩，张少如

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[目的]氢气运输是制约氢能产业发展的瓶颈。在双碳背景下，管道输送是氢气长距离运输的最佳方式，具有成本低、能耗小、效率高等特点。[方法]基于VOSviewer文献计量学软件，对2005—2023年国内外氢气管道输送的相关文献进行关键词聚类、共现分析，结合对氢气管道输送领域发文国家、发文期刊梳理国内外氢气管道输送的研究现状，并预测未来的发展趋势。[结果]近年来国内外在氢气管道输送领域发文量均处于上升阶段，且国内外氢气管道输送研究以团队合作为主；美国、德国等发达国家在该领域研究占据重要地位，且合作较为密切，中国与国际发达国家之间交流合作相对较少，未来仍需进一步加强。期刊发文量排在前几位的均属于国内外高质量期刊，其中国内期刊《油气储运》、国外期刊《International Journal Of Hydrogen Energy》发文量较多。中国相较于国外在氢气管道输送方面研究起步较晚，国外学者在掺氢环境下管材相容性分析、氢气输送管道定量风险评价技术及系统工程视角下掺氢天然气管网运行分析方面研究较为领先。未来中国可以从国内外合作、研究对象及研究视角等方面入手，解决氢气管道输送领域现存问题，推进未来氢气管道输送领域发展。[结论]研究成果可为从事氢气管道输送技术研究的相关学者提供研究思路和指导建议。

超临界CO₂管道输送理论与仿真研究进展

李萌¹　聂超飞²　欧阳欣²　范振宁¹　梁海宁¹　刘建武³　徐志刚¹　张艳¹

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【目的】随着碳捕集、利用与封存（CCUS）技术不断发展，超临界CO₂管输技术研究势在必行，完善超临界CO₂管道输送基础理论体系是保障管道安全、高效运行的前提。【方法】在此主要讨论了含杂质CO₂物性的特殊性及其对管道输送特性的影响，总结梳理了超临界CO₂管道水热力计算采用的主要方法及存在的问题，阐述了超临界CO₂管道减压及泄漏扩散试验与理论研究进展，并展望了超临界CO₂管输理论与仿真研究发展趋势，以期能够提升中国CO₂管输工艺设计及工程应用水平、促进CCUS技术大规模发展。【结果】工业捕集的CO₂含有多种杂质，使CO₂物性发生偏移、气液两相区范围扩大，进而增大管输相态控制难度，超临界CO₂管道仿真研究应重点考虑杂质的影响；常规油气管道仿真技术在模型选择与求解方法方面都做了近似处理，难以保证超临界CO₂管道的预测精度，应结合实际工程数据对相关模型与算法加以改进；目前研究虽对超临界CO₂管道泄漏减压过程已取得初步认识，但相关机理研究仍不足，模拟方法亦有待完善，未来需统一试验条件，深化理论研究，构建更精确的物理与数学模型。【结论】超临界CO₂管输技术具有良好的应用效果与广阔的市场前景，深入开展相关理论与仿真研究，对突破CO₂管输技术瓶颈、推动CCUS产业链发展具有重要意义。

东胜气田气藏-井筒-集输管网系统一体化能效评价

贺三李浩淼范进争齐宏伟季永强唐凯3 杜铭轩余锐

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【目的】在集输管网系统的能效评价中，通常未考虑气藏、井筒对集输管网系统的影响，建立的能效评价体系不够完善，无法直接反映三者之间的相互影响，导致评价结果难以体现整个生产系统的能效水平。东胜气田已进入低产低压阶段，单井产出差异大、液气比高、压降速度变快等问题较为突出，亟需构建一套有针对性的评价方法，发现制约其能效的薄弱环节。【方法】基于现行的相关规范及东胜气田生产工艺，在集输管网系统能效评价的基础上，纳入井筒排采、气藏开发相关评价指标，建立了包含10项指标的气藏-井筒-集输管网系统一体化能效评价指标体系，并确定了指标边界值。根据各项指标的特点，建立了基于层次分析法-熵权法-模糊隶属函数法的能效评价混合算法。【结果】在东胜气田J区块的应用表明，工艺调整前其能效评分仅为58.4分，发现制约系统能效水平的关键因素包括排采效果不达标、压缩机组负荷率及管道输送效率较低。结合生产情况，提出了优化排采工艺、调整管网结构等改进措施，调整后再次评分为81.83分，系统能效提升显著，符合现场实际生产情况。【结论】新建的能效综合评价体系与算法能够较好地反映不同生产工艺下气田的能效水平，指导气田进行有效的工艺调整，表明所建立的能效评价指标体系及评价方法具有可行性。

储罐底板在线检测机器人定位系统开发及性能测试

康叶伟吴长访郭正虹

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【目的】精确的定位能力对于储罐底板在线检测机器人的避障、缺陷量化及自主导航功能的实现极为重要。在金属储罐环境下实现机器人的精确定位，不仅需要定位原理上的合理性，更需要在工程实践上的可行性。【方法】利用机器人携带的2个声波发射换能器（信标）主动发射声波，通过储罐外壁布设的多个声波接收换能器，基于声波到达时差的双曲线定位原理，实现储罐底板检测机器人的定位，进而确定缺陷的位置。在实现系统定位时，为了满足油气环境下的安全运行，定位信标、罐壁换能器进行了防爆设计；在定位算法方面，为了避免经验声速对定位精度的影响，通过声速场估计算法解决声速的合理取值问题；为了进一步提高时差计算的精度，通过广义互相关方法进行声波时延估计；针对信标靠近罐壁时声波混响会导致时延计算不准确，从而导致定位结果偏差较大的问题，引入惯性测量单元（Inertial Measuring Unit, IMU），通过声波定位系统与IMU的融合，提高定位结果的可靠性，同时提升机器人的整体定位精度。【结果】物理试验验证与数值模拟结果表明，在多措施补偿的情况下，开发实现的定位系统位置误差不大于10 cm、方向角误差小于5°，满足储罐环境下机器人精确定位的需求。【结论】基于声波到达时差的定位系统，在辅助声速测量以及融合IMU的情况下，能够在圆柱体钢制储罐环境下实现可靠的精确定位，可为检测机器人的检测自动化与智能化功能实现提供有力支撑。

水和氧杂质作用下管线钢的液氨应力腐蚀行为

李加庆，梁辉龙，冯智雨，尹鹏博，滕霖，张朱武，罗宇，江莉龙

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【目的】管线钢作为一种高强度低合金钢，可用于液氨资源大规模长距离管道运输。然而液氨储运环境复杂，当液氨中混入空气、水等杂质后，管线钢将面临液氨应力腐蚀问题，严重威胁管道服役安全。因此，探究复杂输送环境下的液氨应力腐蚀规律对保障液氨管道储运安全至关重要。【方法】为测试管线钢的液氨应力腐蚀行为，开展不同杂质影响下的液氨腐蚀实验和慢应变速率拉伸实验，并结合断口形貌表征分析及硬度测试情况，分别从腐蚀速率、力学性能减损、应力腐蚀敏感性指数及微观形貌演化特征等方面对管线钢液氨应力腐蚀进行定量分析与探究。【结果】管线钢在纯液氨环境中的腐蚀速率和应力腐蚀倾向最小，应力腐蚀敏感性指数为75.914%；随着水含量的增加，应力腐蚀倾向略微增大，应力腐蚀敏感性指数轻微减少。氧的混入可使管道表面形成硬而脆的腐蚀产物，降低应力腐蚀敏感性指数，增大管线钢断口处的硬度，诱使断口出现解理面与二次裂纹，断裂行为逐渐趋向脆性断裂。【结论】在液氨管道设计和运行中，应严格控制氧和水杂质含量，考虑应力腐蚀敏感性指数下限，减少液氨应力腐蚀开裂风险，确保液氨管道运行的本质安全。

管道市场化背景下成品油三级物流优化方法

涂仁福，张昊，苏艺薇，黄丽燕，黄思良，付广涛，张晓敏，邱睿，梁永图

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[目的]目前，中国成品油物流业务普遍采用分级管理模式，通常分为炼厂-油库、油库-油库、油库-加油站三级，各级之间独立开展优化工作，使得整个物流系统运作成本大幅偏离最优值，物流运作效率存在可提高空间，且成品油管道市场化改革后的运营模式导致成品油三级物流传统优化方法的适用性进一步下降。[方法]通过分析成品油三级物流结构特征，结合成品油管道市场化运输价格制定策略，提出了以整体物流成本最小化为目标的成品油三级物流优化模型，并考虑炼厂质量守恒、油库质量守恒、加油站需求满足、通道运力限制、油库中转能力限制、阶梯运价通道启用判断等约束条件来提高模型与现实业务的契合度，构建了一套全局视角的成品油三级物流优化方法框架。[结果]将所开发模型应用于中国某区域的成品油三级物流系统，整体优化得到了运输计划及炼厂-油库-加油站路径匹配方案，有效避免了原有方法存在的“第三级物流的近引起第一级与第二级物流的远”弊端，包括供油管输库“前移”、中转油库发掘等方式，实现全区域吨油运费降低17.5元，降比达10%。[结论]所建方法框架及优化模型通用性强，可拓展应用至不同规模、不同结构的成品油三级物流系统中，在成品油销售公司的管理、运行层面具有良好的指导效果，经济效益潜力可观，并可提高整个物流系统运作效率。

受潮汐干扰管道分布调查及干扰影响规律

常景龙

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【目的】为明确中国受潮汐干扰管道分布及管道受潮汐干扰规律。【方法】采用埋地试片法进行了24 h电位监测，通过试片的波形变化对潮汐干扰规律进行了分析，并利用傅里叶变换对电位监检测数据进行了频域分析。通过数值模拟计算研究了不同干扰电压、管道距干扰源的间距、土壤电阻率等因素对管道受潮汐干扰的影响规律。【结果】中国受潮汐干扰管道主要集中在东部沿海区域，分布于江苏、福建、浙江、辽宁、山东等省份，干扰源主要为海洋及大型水体，潮汐干扰区域管道普遍叠加有地铁杂散电流干扰。干扰源对管道产生潮汐干扰影响时的最大间距为55 km，干扰源距管道超过25 km时，管道管地电位波动幅度显著减小。【结论】管道受到潮汐干扰时，管地电位变化曲线与附近大型水体潮汐涨落曲线趋势基本一致，呈“双峰双谷”波动特征，波动周期约为12 h，频率为2.3×10^-5 Hz。与海岸线平行的管道受到潮汐干扰时，管道距离干扰源最近处为杂散电流流入时，远离管道两侧末端杂散电流流出；反之，当管道距离干扰源最近处为杂散电流流出时，远离管道两侧末端杂散电流流入。随着管道远离海岸线，管道受潮汐杂散电流强度呈指数下降。研究结果可为潮汐干扰下管道腐蚀风险评估与干扰防护提供理论依据与参考。

超声波作用下 CO₂水合物浆体的分解特性

孙始财，赵艳萍，谷林霖，张润东，崔俊浩，林海菲，潘彤

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[目的]目前水合物开采效率较低，难以达到商业标准，而超声波在介质中传播时产生的一系列超声效应有助于水合物

分解。探究超声波功率比、作用时间、间隙时间等多因素交互作用下水合物分解特性对超声波在水合物开采过程中的应用具

有重要意义。[方法]通过单因素实验研究了超声波功率比、总作用时间、单次作用时间及间隙时间对水合物浆体分解特性的

影响。在此基础上，采用正交试验和响应面法试验确定了促进 CO2水合物浆体分解的最佳超声波参数组合。[结果]功率比越

大、总作用时间越长、单次作用时间越长、间隙时间越短，CO2水合物浆体分解产气量越多。上述各因素对促进水合物浆体

分解产气的影响从大到小依次为总作用时间、单次作用时间、间隙时间、超声波功率比，各因素间交互作用也会对超声最佳

参数组合的选取产生影响。采用正交试验选取的最佳超声波参数组合为功率比 70.0%、总作用时间 8.0 min、单次作用时间

8.0 s、间隙时间 2.0 s，此时最大产气量为 0.07 mol；采用响应面法试验选取的最佳超声波参数组合为功率比 67.7%、总作用

时间 7.5 min、单次作用时间 7.2 s、间隙时间 5.0 s，此时最大预测产气量为 0.065 mol。[结论]研究成果可丰富超声波参数对

水合物浆体分解特性影响规律的相关研究，并为超声辅助水合物开采提供重要的理论基础。

掺氢天然气燃烧特性与应用

孔莹莹，胡若炜，秦子康，林吴胤，李璐伶，韩辉，李玉星，陈俊文

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【目的】化石燃料在全球范围内的大规模使用已带来严重的环境污染与气候问题，氢气因其清洁无污染及来源丰富的特性被认为是未来重要能源载体之一。从经济性与技术可行性角度考虑，利用天然气管网进行掺氢输送并实现终端掺氢燃烧是实现双碳目标的有效途径。【方法】为研究掺氢对燃气特性及终端用户设备运行工况的影响，从气体互换性、可燃范围、燃烧特性、排放特性、终端应用设备适配性等方面调研了国内外掺氢天然气燃烧技术研究现状，对不同学者的研究成果进行对比分析，阐述了掺氢对燃料燃烧特性及终端应用的影响规律，对使用掺氢天然气作为燃料所带来的机遇与挑战进行了概述。【结果】对于现有天然气燃气设备来说，还需通过气体互换性开展掺氢燃气的可用性评估。掺氢燃气的可燃范围宽、燃烧速度快、点火延迟时间短等特点对燃烧有明显促进作用。在排放特性方面，可通过掺氢降低CO及CO2排放，然而掺氢带来的火焰温度升高与产生更多的OH自由基、H自由基这两方面会分别对氮氧化物的生成起促进与抑制作用，因此掺氢对NOx的影响并不确定。此外，掺氢还可能导致燃烧器回火甚至燃具爆炸等安全问题。【结论】如何实现掺氢天然气高效稳定燃烧及低污染排放，同时保障燃烧安全，是掺氢天然气燃烧技术大规模应用所面临的重要挑战。

利用S1曲线预测B型套筒角焊缝刻槽长度测量的准确率

玄文博姚欢江小斌王富祥杨辉

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【目的】B型套筒角焊缝缺陷尤其是水平熔合线区内如未焊透、裂纹等条状缺陷的检测，是相控阵超声检测中的工程难题，优化检测工艺、提高缺陷的检出率及长度测量准确率，是角焊缝检测中亟需解决的现实问题。【方法】以人工刻槽代替角焊缝内的条状缺陷，建立B型套筒角焊缝的有限元模型，获取不同走向刻槽的声散射信号并计算散射系数矩阵，进一步得到反映散射能量与刻槽走向之间关系的S1曲线，并利用S1曲线分析楔块角度、母管厚度对刻槽长度测量准确率的影响；通过全聚焦仿真成像及实验，分别对S1曲线预测准确率进行验证。【结果】全聚焦方法对水平熔合线区所有走向刻槽的检出率为100%；从刻槽长度测量结果看，线阵探头与35°楔块配合应用，对120°～150°刻槽的测量效果最好，准确率均高于70%且全聚焦图像与刻槽实际形貌相近，但对其他角度范围内的刻槽仅能检测出1个或2个端角；同时，使用30°、35°及40°不同角度的楔块组合进行角焊缝检测，可使适宜于检测的刻槽角度增加约20°。与全聚焦图像测量结果相比，S1曲线对刻槽长度测量准确率预测结果误差不超过14%。【结论】在实际工程应用中，可用S1曲线进行B型套筒角焊缝缺陷检测工艺参数的优化，还可根据缺陷大致走向选择适宜的楔块角度，有效提高缺陷检测的准确率。

弹性大补偿密封作用下储罐钢制双盘式浮顶的受力特性

张瑞宇；张玉平；孙明源；李荣彬；王世强；陶彬

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地震动作用下输油管道内流体动压力时变仿真

翁光远　翟瑶　郑杰　赵可杰

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[目的]输油管道受地震动影响会产生显著的位移变化，揭示地震动作用下输油管道中流体动压力随输送介质液面高度、管径等影响因素的时变机理及沿管道长度方向的分布特点尤为重要。[方法]以跨度为6 m的简支跨越管道和原油介质组成的管道-流体耦合系统为研究对象，建立了5种模拟地震诱发动压力的有限元计算模型，分别设置了模型的初始条件、地震波加载条件以及原油液面的边界条件，提取不同管道外径（987 mm、1 067 mm、1 147 mm）及不同液面高度（0.25 r、0.5 r、0.75 r，r为管道内径）下管内流体的动压力30 s时程反应，得到了管道同一截面动压力随时间的分布云图、沿管道长度方向的动压力分布曲线及关键节点的时程曲线。[结果]管道内流体开始流动后的动压力在第10 s达到稳定状态；输入地震动时程参数后，动压力在管道长度方向的分布不均匀，跨中区域变化最显著，管道同一截面上不同节点动压力峰值最大相差约4.5倍；原油介质的液面高度对地震动引起的动压力有较大影响，同样条件下地震动引起的动压力随液面高度增大而减小；内径为1 118 mm的管道内原油由于流动引起的动压力最小，但在地震动作用下，动压力变化最为显著。[结论]研究成果可为地震动作用下输油管道中流体动压力测试及输油管道抗震设计提供理论依据。

基于土壤离子化的雷击输电线对管道干扰风险评估

朱文卫,许成昊,王兴华,爱武

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【目的】随着中国能源跨区域调配事业的蓬勃发展，输电线路与油气管道建设进入了飞速发展的新阶段，两者共用同一能源“公共走廊”的现象较为常见，导致“管-线”间的交流干扰问题日益突出。特别是当输电线路遭受雷击灾害时，高额雷电流注入土壤，导致处于受击杆塔接地装置附近的埋地管道受到很强的雷击过电压，可能造成管道绝缘涂层烧蚀、击穿，引发火灾、爆炸等事故，威胁生产安全。【方法】为对靠近输电线的管道进行有效安全评估，通过对不同阻值的土壤样本进行雷电流浪涌冲击，得到不同电压冲击下的土壤电阻率，进一步分析土壤发生离子化时其阻值的变化情况，根据所得结果构建包含土壤离子化区域的电磁干扰模型。【结果】结合电磁干扰分析软件进行管道涂层干扰电压计算，对比发现土壤发生离子化后，涂层受到的干扰电压远大于未考虑土壤离子化时的结果，雷击灾害引起的土壤离子化是影响管道涂层干扰电压大小的重要因素，在进行干扰分析的过程中不容忽视。【结论】基于考虑土壤离子化的电磁干扰模型展开计算，以3层PE涂层的耐压限值为109 kV作为安全限值，得到了不同土壤初始阻值下的“管-线”安全距离，并结合接触管道人员的人身安全以及管壁金属烧蚀损伤的风险评估，进一步验证了离子化安全距离的可靠性。

含杂质超临界CO₂管道水击瞬态模拟

聂超飞¹　殷布泽²　苗青¹　杨琦¹　路建鑫²　胡其会²　李玉星²

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【目的】随着“双碳”战略目标持续推进，CO₂管道设计建设进入快速发展期。长距离CO₂管道运输常以超临界/密相态运行，管输介质密度大、相态复杂多变，工况变化以及设备启停等引发的水击风险亟需评估。【方法】为了明确超临界CO₂管道的水击特性，针对中国某含杂质超临界CO₂管道，采用OLGA软件建立瞬态模型研究地形起伏情况下含杂质超临界CO₂管道的水击问题，并与水击压力理论公式计算结果进行对比。【结果】在高程起伏的CO₂管道中，沿线最低点容易出现水击超压失稳或低压导致相变的风险，在管道压力设计时应在理论计算的水击压力幅值基础上增加最高点的高程水柱压力以防止水击超压，在规定最低运行压力时也应该考虑最低点的高程水柱压力防止水击负压产生相变。相较于纯CO₂，当管内存在密度小于CO₂的杂质时，水击压力幅值降低，水击周期增长，可以有效降低CO₂管道的水击危害。【结论】在CO₂管道工程设计中，建议将水击理论公式与考虑高程的瞬态仿真模型相结合来计算水击安全问题，尤其注意管道全线的低点位置。关于杂质含量的指标制定，不仅要考虑水击问题，还需根据经济比选，腐蚀、泄漏、减压波、韧性止裂等风险评价以及上游碳源的情况综合分析。

地下储气库地面设施甲烷逸散检测及速率反演

舒浩纹高仕玉冯兰婷张洋贾文龙蒋平武传稳

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【目的】地下储气库具有大量的压缩、过滤、计量等设备设施，阀门、连接件、开口管及法兰等设备密封点处易出现甲烷的逸散甚至泄漏，造成环境污染与运行风险，但目前国内外尚缺乏地下储气库设备密封点逸散的量化方法及逸散速率反演方程。【方法】以某地下储气库为研究对象，对储气库的分离区、计量区、井场以及进出站区等6个区域的2 030个设备密封点进行实地测量，分析了甲烷逸散体积分数分布区间以及4类设备6个区域的泄漏概率；基于检测结果，修正了将甲烷逸散体积分数换算为甲烷逸散速率的反演方程，量化了地下储气库地面设备密封点逸散量。【结果】通过检测发现该储气库甲烷逸散体积分数高于0.01%的泄漏点达70个，主要分布在进出站阀组区、自用气橇区、过滤分离区，其中连接件、法兰、阀门、开口管占泄漏点比例分别为40%、26%、20%、14%。计算得到该储气库设备密封点逸散量约为2.4 t/a，其中0.44%的设备密封点贡献了约90%的逸散量。将修正后的反演方程与EPA（Environmental Protection Agency）、兰发聪研究得到的相关方程进行对比，发现小口径的连接件与开口管两类设备的计算结果与其相近；对于阀门、法兰类大口径设备，修正后的反演方程计算结果更大。【结论】修正后的反演方程计算结果为设备的逸散总量，甲烷核算结果更加准确。同时，实现了反演方程的本土化，可为量化地下储气库设备密封点逸散总量及地下储气库地面设施甲烷减排措施的制定提供依据。

天然气管道掺氢输送技术研究进展

李天娇，谢飞，张瑛，王丹，孙东旭，吴明

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【目的】化石能源的枯竭与环境问题的日益加剧迫使人们不断加大对新能源的开发利用，氢能因资源丰富、清洁无污染而备受关注。利用现有天然气管道掺氢输送是实现“双碳”目标的有效途径之一，但掺氢所带来的安全隐患不容忽视。【方法】为了促进氢经济的安全发展，从掺氢天然气管道输送流程的研究出发，总结了掺氢输送系统中管道、调压设备、储存设备、计量设备及终端应用等方面的研究现状，探讨了掺氢对压缩机、储氢瓶、流量计、燃具及燃气轮机等设备性能的影响，阐明了配送管道与干线管道的氢脆风险。在此基础上，对未来氢气管道输送技术的研究方向进行了展望，以期为天然气管道掺氢输送技术的发展与装备研发水平的提高提供参考。【结果】在天然气管道掺氢输送过程中，各相关人员需重点考虑掺氢对各个流程的影响；依据设备与管道工况的不同确定合适的掺氢比，并结合性能参数的变化情况加以调整，避免因掺氢所带来的安全事故的发生。【结论】目前中国的天然气管道掺氢技术研究已取得一定成就，但需进一步开展技术难点突破，并对氢脆、渗透、泄漏等机理进行系统性剖析。同时，亟需建设完善的设计、施工、运行技术标准体系，以期主导或参与国际天然气管道掺氢相关规程与标准的制定。

基于PP-YOLOE和MTL的管道腐蚀缺陷识别量化方法

赵赏鑫, 田野

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[目的] 管道漏磁内检测技术因无需耦合剂、易于实现自动化等优点，被广泛应用于管道缺陷的在线检测中。利用检测数据准确预测缺陷尺寸并开展适用性评价，对于后续的修复决策至关重要。 [方法] 以采集到的漏磁数据为基础，根据缺陷数据特点，提出一种基于PP-YOLOE（Paddle Paddle -You Only Look Once Evolved）的深度学习目标检测模型，通过将三轴漏磁数据转换为彩色图像，输送到模型中进行目标检测训练，实现缺陷的快速定位和数据提取，为缺陷量化提供准确可靠的数据集。结合多任务学习（Multi-Task Learning，MTL）模型，将管道缺陷处的周向、轴向、径向的漏磁数据作为模型的输入，根据漏磁数据特征对缺陷的长、宽、深进行并行输出，实现对缺陷的尺寸评估和预测。 [结果] 与实际牵拉实验数据对比后发现，通过PP-YOLOE和MTL结合的识别量化模型提高了缺陷识别效率，改善了缺陷尺寸预测结果，缺陷目标检测的召回率达到0.87、准确率达到0.94；应用NADAM(Nesterov-accelerated Adaptive Moment Estimation)算法相比于应用SGD(Stochastic Gradient Descent)算法，腐蚀缺陷长度的量化精度提升了9%、深度量化精度提升了4%。 [结论] 该方法适用于海量管道漏磁检测数据的分析，提高了判读效率，可为管道缺陷的剩余强度评估和剩余寿命预测提供可靠的基础数据支持。

兰成原油管道掺混增输工艺优化

裴卓胜

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【目的】随着四川石化对长庆原油需求量的急剧增长，兰成原油管道现行的掺混长庆原油输送工艺面临严峻挑战，传统的输送方式难以满足下游炼厂日益增长的需求，但兰成原油管道掺混输送极为复杂，单纯改变掺混比例并非解决之道。【方法】系统剖析了兰成原油管道当前掺混输送的现状，深入探讨了制约掺混量进一步提升的关键因素，主要包括油品物性变化、管道结蜡倾向加剧及停输再启动难度增加等。基于大量运行数据与油品配比实验，详细阐述了针对兰成原油管道全年掺混输送的优化策略，重点分析了掺混后油品凝点控制、掺混比例优化、搅拌工艺改进以及清管作业效率提升等方面的具体措施，并提出了详尽的优化方案。此外，为了探索在保障安全运行的前提下掺混量的最大可提升空间，对加热输送工艺的安全性及停输再启动策略进行了科学论证。【结果】全面深入评估了掺混增输对管道运行安全的潜在影响，通过年输量的预测与掺混比例精细调控，计算得出长庆原油全年可掺混输送量的最大理论边界为300×104 t，为兰成原油管道的实际运行管理提供了重要的数据支持。【结论】研究成果不仅有助于兰成原油管道运行效率与能力的显著提升，还可为今后掺混输送计划的制定提供宝贵的实践经验与理论依据。

氢气在管线钢上的解离吸附机制及影响因素研究进展

宋雨霖，李玉星

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【目的】在能源转型的大背景下，氢能源备受关注，建立可靠的氢气输送系统必不可少，而临氢管道建设需要对氢环境下管材氢脆导致材料失效的风险进行评价。氢进入管线钢引发氢脆需要6个步骤，其中对于氢产生、氢吸附步骤的研究尚不成熟，学者对氢吸附的机理认识存在分歧，因此研究氢在管线钢上的解离吸附机制尤为重要。【方法】聚焦于氢产生、氢吸附步骤，系统综述了氢气在管线钢上的解离吸附机制，通过Lennard-Jones势能曲线描述氢在铁表面相互作用过程，基于热力学与密度泛函理论模拟计算氢在铁表面上的解离吸附方式，并通过分析轨道成键、电荷转移得到氢在铁表面的解离吸附机理，提出氢解离吸附的环境、表面、氢自身３种影响因素，并总结得出相应的抑制氢解离吸附方法。【结果】氢气可通过活化解离为氢原子的方式吸附于管线钢表面并进入管材内部，其机理主要为H₂与Fe发生轨道杂化作用使得H-H键断裂形成H-Fe键。氢浓度、氢流动状态、杂质气体、温度、铁表面状态等因素均会对氢解离吸附产生不同程度的影响，基于此提出涂层、腐蚀膜、保护气３种阻氢方法，从表面吸附过程抑制氢进入管线钢引发氢脆，其中保护气方法最为经济便捷。【结论】该研究明确了H₂在管线钢表面解离吸附的具体实现过程，未来需对多因素耦合条件下的氢解离吸附进行研究并提出经济有效的阻氢方案，为临氢管道完整性管理打下基础，为临氢管材安全性提供保障。

EEMD-LASSO-优化GM(1,N)管道腐蚀速率预测模型

祁庆芳,许琳,刘怀佳,孔雅,叶丽娟,颜芝盛,王杰

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【目的】为提高管道腐蚀速率的预测精度，评价管道的剩余强度和剩余寿命，并针对性地制定防腐措施。【方法】建立了一种基于集成经验模态分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition, EEMD）-套索回归（Least Absolute Shrinkage And Selection Operator, LASSO）与优化一阶多维灰色模型（First Order Multidimensional Grey Model, GM(1,N)）的腐蚀速率预测模型。首先，采用EEMD算法增加原始自变量的多样性，降低序列波动对预测结果的影响，将隐藏在数据中的信息按照频域尺度逐层分解；之后，采用LASSO算法进行自变量筛选，降低序列间的相关性和冗余性；最后，引入线性修正量和灰色作用量对GM(1,N)模型进行优化，将微分方程变为差分方程，形成优化GM(1,N)模型，并将输入变量代入优化GM(1,N)模型完成训练和预测。【结果】案例中CO₂分压、SRB个数相关的影响权重较大，腐蚀过程由CO₂控制，共筛选出包括分解变量和残余变量在内的8个自变量；与灰色关联法筛选得到的影响因素相比，LASSO算法具有一定的客观性和科学性；EEMD-LASSO-GM(1,N)模型的平均相对误差为1.25%，标准差为0.72，模型精度超过常规GM(1,N)、EEMD-常规GM(1,N)、EEMD-优化GM(1,N)、EEMD-主成分分析（PCA）-优化GM(1,N)等模型；通过与文献数据相对比，EEMD-LASSO-GM(1,N)模型具有最高的预测精度，其在泛化能力和鲁棒性上具有优越性，且当腐蚀影响因素和数据条数不同时，仍具有良好的适应性。【结论】研究结果可为多因素耦合的管道腐蚀行为预测和腐蚀速率发展趋势预测提供理论依据及实际参考。

掺氢天然气射流扩散火焰吹熄特性

孔莹莹，胡若炜，王赛磊，朱建鲁，韩辉，段鹏飞，李玉星，李璐伶

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【目的】将氢气与天然气等气体燃料混合燃烧有助于能源过渡的顺利开展。在接近吹熄极限下向受限空间中注入大量燃料，一旦发生吹熄，燃料与空气混合后在室内积聚，极易达到爆炸极限而引发爆炸。准确预测掺氢天然气吹熄极限对氢能安全应用具有重要意义。【方法】为研究掺氢天然气的吹熄特性，搭建了掺氢天然气吹熄特性实验装置，探索了掺氢天然气射流扩散火焰的吹熄极限，分析了掺氢比及喷嘴直径对掺氢天然气吹熄压力及吹熄速度的影响，实验中天然气掺氢比为0~50%，喷嘴直径为2~10 mm。【结果】与纯天然气相比，掺氢后射流扩散火焰的稳定性更高，扰乱火焰时需要更大的管内压力；同一种燃料在大喷嘴直径工况下吹熄速度更大，这是因为在大喷嘴直径上射流雷诺数及火焰传播速度更大，需要更大的射流速度才能使火焰吹熄。掺氢比越大，通过增大喷嘴直径以获得更大吹熄速度的效果越明显，掺氢比由10%增大至50%时，喷嘴直径由2 mm变化至10 mm时吹熄速度的增大幅度由1.88倍变化至2.81倍。探究了将基于烃类燃料吹熄速度的经验关联式扩展到掺氢火焰的适用性，并基于Damköhler数提出了适用于掺氢天然气的吹熄速度预测模型。【结论】在燃烧器设计中，对于期望获得较大吹熄速度的掺氢燃烧器，可考虑通过适当增加燃烧器的喷嘴直径来扩大安全燃烧范围。研究成果对掺氢天然气火焰稳定性机理理解及其在工业燃烧器设计中的应用具有重要意义。

基于前沿报告与检索数据库的油气储运科研热点分析

刘朝阳,　关中原,　赵佳雄,　吴珮璐,　张腾,　祁梦瑶

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【目的】能源转型趋势下，油气资源仍将作为重要的能源与化工原料，在推动全球经济复苏、新型能源体系建设、保障生产生活等方面发挥重要作用，随着油气管网规模进一步扩大，氢气、甲醇、氨等新能源及CO₂等非常规介质扩展了管道承运对象，使油气储运工程领域面临诸多新的研究课题。【方法】以《全球工程前沿》报告、CNKI平台、SciVal平台、Web of Science（WoS）核心合集作为数据来源，对油气储运工程领域国际前沿研究热点及CNKI数据库、Scopus数据库以及WoS核心合集的高频关键词、热点方向发文量等反映行业科技发展趋势的内容进行分析，挖掘整理油气储运工程领域当前科研热点与未来发展方向。【结果】在前沿主题分析中，得出“海洋深水”油气资源开发与储运、人工智能赋能油气储运工程发展两个发展方向；基于CNKI平台数据对《油气储运》近年发文分析，得出氢能储运、管道内检测、CO₂储运、油气管网多能融合灵活输运等发展方向；在SciVal主题群关键词云图分析中，得出管道安全、风险评估、碳排放控制与环境影响评估、油气泄漏与应急响应等发展方向；在基于WoS核心合集的油气储运工程领域研究热点分析中，得出管输流体行为、管道设计、损害防护、系统优化、风险管理、材料性能、智能控制、管道特征提取与数据分析等发展方向；在基于WoS核心合集的油气储运工程领域发文贡献国家与机构分析中得出近5年中国、美国、德国、英国是发文贡献最多的国家，其中中国占比31.46%，中国科学院、中国石油大学、美国能源部是发文贡献最多的机构，可以持续关注这些国家与机构的研发动态。【结论】油气储运工程未来发展方向主要包括：人工智能与油气储运工程技术的全面融合；“双碳”战略背景下的多能融合输送及能源互联网的构建；适应深远海油气资源开发利用的海底管道规划、设计敷设、风险监控、应急响应等系列技术研发以及海陆管道“全国一张网”建设；应从理念与技术两方面不断提高油气管道工程规划与建设中的环境保护与生态安全水平。

顺序输送管道混油信息软测量方法

刘刚袁子云孙庆峰陈雷李苗潘元昊吴昱辰王子涵

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【目的】混油控制是成品油顺序输送管道亟需解决的难题之一，混油信息则是优化顺序输送管道运行效率的基础数据。现场安装传感器的监测结果存在偏差，且无法满足现场提前获取混油信息的需求；纯数据驱动模型建立的混油软测量方法未考虑管输工艺与仪表测量特性，预测精度欠佳。【方法】通过分析顺序输送管道的管输工艺与测量仪表的监测过程，提出融合物理认知的变分贝叶斯高斯混合回归模型。结合新一维混油浓度演化模型，构建顺序输送管道混油信息软测量方法：基于站场硬传感器获取的管输运行参数，建立表征顺序输送混油信息变化规律的高精度“软”传感器，其主要功能是实现混油界面的定位、后行油品密度测量值的预测、混油界面密度分布信息的预测，从而精准预测混油信息。【结果】新建软测量方法具备更好的适用性，混油界面到站时间预测误差较传感器测量方法减少了76.2%，后行油品测量密度预测RMSE（Root Mean Square Error）较纯数据驱动软测量方法降低了41.4%，混油界面密度分布预测曲线RMSE低于0.9 kg/m3，且计算耗时少于30 s。【结论】融合物理认知与数据的顺序输送管道混油信息软测量方法，可实现混油信息的高效预测，辅助现场操作人员掌握管输批次状态，优化油品批次管理，为顺序输送智慧物流提供技术支撑。

基于HMOGWO-RF的埋地管道点蚀深度机理-学习预测模型

宋福霖，赵弘，苗兴园

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【目的】至2025年，中国油气管网规模将达到24×10⁴ km，油气管道运输已然成为中国交通运输的重要方式之一。受管道周围土壤环境等因素影响，管道腐蚀现象时有发生，降低了管道的使用年限。为保障埋地管道的安全运行，需有效预测其所受腐蚀程度。【方法】将随机森林算法与多目标优化方法相结合，提出腐蚀机理引导下的埋地管道点蚀深度预测模型，将管道腐蚀的腐蚀机理知识引入到机器学习模型中，提高模型的可解释性。根据特征变量之间的交互作用机制，构建了新的特征变量，以更好地反映管道周围土壤环境的影响因素。通过随机森林算法中的基尼系数计算新特征空间中所有特征的重要性，利用混合多目标灰狼优化（Hybrid Multi-Objective Grey Wolf Optimization, HMOGWO）算法求解随机森林（Random Forest, RF）算法的最优超参数，并将特征选择融入多目标优化中。在多目标优化的过程中，综合考虑特征数量、预测准确率、模型稳定性3个优化目标，并设计综合评价指标，对比分析Pareto解集，以获取特征子集与最优超参数组合，得到最具代表性和优化性能的特征子集，提高模型稳定性与预测准确性。【结果】模型设计完成后，采用实际埋地管道的点蚀数据集对模型进行验证，三目标的HMOGWO算法与RF模型相结合后，模型的预测性能及稳定性远超三目标MOGWO算法、双目标HMOGWO算法、双目标MOGWO算法、单目标GWO算法与单目标PSO算法。【结论】该模型可以实现埋地管道最大点蚀深度的准确预测，所提出的腐蚀机理引导下的埋地管道点蚀深度预测模型可以提高管道腐蚀预测的可解释性与准确性，有助于延长管道的使用寿命，对于石油和天然气运输行业具有重要的应用实际意义。

中国海上风电平台通达与登乘技术现状与展望

喻西崇，尚景宏，刘超，吴雨霏，王云鹏

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【目的】海上风电平台大都采用无人平台，运行环境复杂、可达性差、出海窗口期短等因素而导致运维成本高昂，因而运维人员与物资在船舶与风机之间的安全、快速转移成为海上风电运维迫切需要解决的问题。【方法】结合中国海上风电场的实际情况，分别对单体船、双体船、三体船、小水线面船、运维母船5种常用的海上风电运维船舶的特点进行梳理，进而全面分析了不带运动补偿系统的登靠技术、带波浪运动补偿系统的登靠技术以及直升机登靠风机平台等海上风电平台登乘技术现状、特点及影响因素。【结果】以南海某远海风电场为例，对双体船、运维母船以及在换流站旁新增一座固定式生活支持平台3种通达运维方案进行对比分析，综合考虑可达性及成本费用，推荐采用换流站旁新增一座固定式生活支持平台、风电场内人员采用转运船转运的运维通达方案。【结论】基于海上风电发展的迫切需求及现代科学技术的发展趋势，提出了深远海浮式风电场登乘与通达性技术及装备、海上风电智能化与智慧运维技术与装备、重型无人机与载入飞行器登靠与通达技术及装备以及海上风电登乘与通达技术标准4个未来重点攻关方向，并基于当前垂直起降飞行器（eVTOL）的技术优势，建议开展eVTOL在海上风电场登乘与运维的示范应用，以推动海上风电全产业链高质量发展。

横穿滑坡区埋地管道应力感测与控制技术的应用实践

王子　姜帅　刘浩文

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【目的】横穿滑坡区埋地管道在坡体滑动位移荷载作用下，易发生变形而损坏。为了保障油气管道安全运行，需要研究横穿滑坡区埋地管道应力水平和分布规律并采取对应措施释放应力。【方法】采用有限元方法和管体应力监测与检测技术，开展了滑坡后受灾管道应力感测与应力控制实践研究。以西二线樟树—湘潭联络线XTGD002滑坡段管道为例，阐述了管道初始应力评估、应力监测、开挖治理、安全余量分析的方法，并开展了工程化实践。【结果】研究结果表明：坡体中心位置和左右两侧坡体剪切带处是管道的应力集中位置，应力集中位置管道中性面与坡体位移荷载作用方向垂直。建立了综合受灾管段环焊缝无损检测结果和管道初始应力评估结果监测点位优化布设的方法，形成经济合理的受灾管段应力监测方案。【结论】研究结果证实了管道初始应力评估和应力监测技术对横穿滑坡区埋地管道的适用性和可行性，为横穿滑坡区埋地管道的应力评估和控制提供了新思路。

“天然气一张网”物理架构分层分级构建方法

赵洋，徐水营，张也，郭旭，崔振莹，曹竞冉，杨征，张鑫

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【目的】国有大型油气企业干线管道独立后，形成油气“全国一张网”的新格局。天然气管网作为物理结构最复杂的储运网络，在规划部署、建设管理、运营管控等方面显现出许多问题。规划项目布局冲突、各主体管道重复建设等问题尤为突出，根本原因在于各主体职责界面划分不清晰。研究合理的管道类型划分方法，制定管网分类原则，对推动“天然气一张网”分层次、有秩序、高质量建设具有重大意义。【方法】为了形成清晰合理的管网分类方法，运用“比较研究法”开展电力、公路、通信行业对标调研，从行业发展历程、网络核心特征、规划管理政策等方面剖析线性工程行业“分层分区”、“等级分层”原则的形成路径，结合天然气管网的演化历程和建设现状，以安全可靠、灵活高效、公平开放为目标，提出基于“功能定位+技术等级”的管网物理架构分层分级方法。【结果】根据管道在管网中发挥的主要作用确定功能定位；通过管道设计压力和管径参数计算输气能力指数，划定管道技术等级区间；综合功能定位和技术等级确定管道层级，最终将管网划分为主干层、干线层、支线层，并提出管网分层建设重心。同时，结合管网分层分级原则对规划范围划分、规划衔接机制建立、建设运行模式优化提出应用建议。【结论】清晰划分管道类型和管网层级，厘清管道规划、建设、运营界面，助力“天然气一张网”统筹提效建设、规模有序增长，为国家能源供应安全提供保障。

含水层地下储氢性能数值模拟

洪伟民，俞欣然，李玉星

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【目的】随着全球能源结构的转型，含水层地下储氢技术因具有大规模储能潜力而成为研究热点，但对氢气在含水层内流动的探索仍显不足。为明确不同注采速率、相对渗透率滞后性及天然气掺氢比对含水层储氢性能的影响，使用Computer Modelling Group（CMG）软件进行了不同工况下的含水层储氢模拟。【方法】通过建立动态模型，模拟了相对渗透率滞后效应不同时注入速率为2.5×105 m³/d、5×105 m³/d，采出速率为2.5×105 m³/d、5×105 m³/d，天然气掺氢比为10%、25%条件下的含水层储氢工况，分析了相关因素对氢气在含水层中的扩散与储存的影响。【结果】较高的注入速率与采出速率都会降低含水层的储氢性能，具体表现为：较高的注入速率降低了相同时间内储存与回采的氢气体积，增大了储层压力；较高的采出速率减少了回采的氢气体积，导致更多氢气滞留在含水层内，增大了储层压力。相对渗透率滞后效应不可避免地导致氢气回采量减少，造成氢能浪费。天然气掺氢比的差异对储氢性能影响不大，但与纯氢相比，掺氢的气体回采能力更强，生产井水积聚的风险更大。【结论】研究结果揭示了不同参数对储氢性能的影响，为含水层储氢的优化提供了参考，为大规模储氢的实现提供了技术支持。建议后续测量更多掺氢比工况下的相对渗透率曲线，以确保掺氢储存的可靠性。

煤制天然气外输管道建设方案优化

张也　徐水营　赵洋　王奉生　杨嘉　张博钧　明亮　虞维超

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[目的]在“双碳”战略目标下，天然气多元化供应结构的形成、进口依存度的攀升为煤制天然气的发展带来了新的机遇，但资源终端市场竞争力不强、高碳排放等环保问题仍是面临的长期挑战。合理评估煤制天然气产业发展空间，制定科学的外输管道建设方法，有利于推动现代化油气基础设施体系的构建。[方法]通过深入分析煤制天然气产业建设现状，明晰了煤制天然气产业未来发展规律，综合研判行业发展机遇与市场挑战，提出了一种基于资源不确定性分析的煤制天然气外输管道分阶段建设方案优化方法。以落实资源为基础、国家及地区政策要求为上限，确定了不同梯度的煤制天然气资源外输情景，分步采取扩大管径、增加压气站、建设复线的单一或组合方式，最终形成可兼顾不同资源情景需求的煤制天然气外输管道综合建设方案。[结果]工程实例应用验证了优化方法的有效性，可为同类资源不确定性的外输管道提供一种新的设计思路，有效降低管道的一次性投资成本，对于从供应链视角出发优化天然气管网建设具有积极意义。[结论]建议未来在公平开放的管网运营机制下，发挥资源供应生产商、管网建设运营商、分销商及最终用户各方优势，形成煤制天然气供应链持续稳定的供需格局，保证资源上载型管道的使用效率，增强管网风险管控能力。

长周期临氢服役管材适应性评价

宁元星，刘翠伟，李玉星，宋明，张慧敏，陈曲儿，朱梦泽，彭世垚，陈俊文

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【目的】随着氢能资源集中供给与市场需求的快速增长，利用长输管道实现大规模输氢因其可观的经济效益，成为未来氢能源供应的发展趋势。但在管道服役过程中，氢原子进入管线钢后可能诱发多种形式的氢损伤，从而导致管道失效,需评价长周期服役管材对氢的适用性。【方法】采用X射线衍射仪对服役管道内表面腐蚀产物进行分析，随后采用超声波与X射线数字成像对管段进行无损检测；结合电子背散射衍射分析，开展了气相原位氢渗透试验，考察了服役管材中的氢渗透行为；最后开展了不同掺氢比条件下的慢应变速率拉伸试验与疲劳裂纹扩展试验，分析了氢对服役20钢拉伸及疲劳性能的影响。【结果】服役20钢内表面存在腐蚀，腐蚀产物成分主要为氧化铁与四氧化三铁；由于服役管线压力波动较小，交变载荷作用不明显，服役管段未检测出缺陷波，无内表面裂纹或埋藏裂纹；晶粒尺寸较小，大角度晶界占比为91.7%，均匀分布的氢陷阱能够有效降低其氢脆敏感性。【结论】20钢在掺氢比为10%环境中的氢致脆化系数已超过25%，塑性性能明显劣化，大应力载荷条件下更容易发生氢致脆断，但其疲劳裂纹扩展速率在不同掺氢比环境中提升并不明显，且氢脆敏感性随掺氢比变化的敏感程度较低，在临氢环境中具有较好的抗疲劳性能。

液氨与成品油顺序输送过程两相流动规律研究

黄鑫，施鸿翔，李逸龙，李卫东，尹鹏博，李臻超，滕霖，江莉龙

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【目的】利用成品油管道顺序输送液氨，能够拓宽液氨的运输途径，削减运输成本，也可提高管道输送效率，以应对成品油管道低输量问题。但目前鲜有关于成品油管道顺序输送液氨工艺研究，且由于液氨与成品油的互不相溶性，导致其混液规律与传统成品油混油规律存在差异，这给混液界面的预测和控制带来挑战。【方法】耦合相场法与流体控制方程，建立液氨/成品油顺序输送两相流模型，重点探究输送次序、管道流速以及管道倾角对液氨/成品油顺序输送过程两相流动规律的影响。【结果】在水平管道中，由于密度差异影响，成品油前行、液氨后行的输送次序会导致界面处出现RT不稳定现象，两相流动易形成不连续的相分布。该工况下，流速较低时界面稳定性提高，但混液段长度较长。而在液氨前行、成品油后行的输送次序下，界面稳定性较好，即使流速较高，界面也能保持相对稳定且混液段长度较短。此外，在上坡管道中重力作用方向与流动方向相反，抑制了后行成品油嵌入液氨，界面稳定且混液段长度较短；而在下坡管道中，重力作用与流动方向相同，增强RT不稳定性，导致界面易破裂，混液段显著增长。【结论】研究结果可为成品油管道顺序输送液氨中混液界面的预测与跟踪提供理论基础。

天然气管输体制改革成效与展望

段言志，郭焦锋，邬宗婧，熊予婧

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【目的】在“四个革命、一个合作”能源安全新战略背景下，推动能源体制革命势在必行。天然气管输领域是能源体制革命的重要内容，也是加快天然气产供储销体系建设的主要抓手，因此总结过去十年来的改革成效、展望改革方向对于加快能源体制革命具有重要意义。【方法】从法制体系、监管体系、市场体系、价格体系建设等角度，以举措为线索、以时间为主线，采用文献综述、政策分析、对比研究、定性定量等方式梳理了十年来天然气管输领域开展的主要体制改革工作与主要成效。【结果】天然气管输相关法律法规及标准体系加快完善、天然气管输领域的政府行业管理与全方位监管逐步到位、全国“一张网”的软硬件基础与市场体系建设目标初步实现、分类定价严格监管的天然气输配价格体系基本建立。未来，需持续推进天然气管输体制改革工作，重点集中在建立覆盖管输全流程的法律法规体系、研制并实施高水平管输技术标准与规范、推进天然气管道规划建设行政管理机制改革、实现多维度立体式的天然气管输领域监管体系、构建高水平统一开放全国“一张网”、建立公平开放有序竞争的管输市场体系、健全天然气基础设施服务价格体系、形成严格监管有效激励的配气价格管理制度等。【结论】管输体制改革基本打通了天然气管道运输发展快车道，有力支撑了天然气增储上产，推动了产供储销体系完善，天然气市场化发展前景广阔。

doi:10.3969/j.issn.1674-3709.2016.12.004

基于MF-DFA与BorutaShap的天然气需求预测模型

温泉，王宁，魏学华

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【目的】天然气需求受诸多因素影响，为了有效获取天然气月度需求时序数据的局部特征信息，提升天然气需求预测模型非线性拟合能力与预测精度展开研究。【方法】首先，引入多重分形消除趋势波动分析（Multi-Fractal Detrended Fluctuation Analysis, MF-DFA）对天然气月度需求时序数据进行分形研究。其次，采用二次插值法与随机森林（Random Forest, RF）插值法处理影响因素特征序列数据中时间粒度不一致与缺失情况。再次，选择极限梯度提升（eXtreme Gradient Boosting, XGBoost）模型，分别对插值前后原特征序列及经Boruta、SHAP、BorutaShap筛选后的新特征序列进行计算误差比对，以确定最佳特征序列筛选降维方式，进一步降低模型输入数据的维度与规模。最后，引入Sobol低差异序列、改进密度因子及莱维飞行策略，以提升蜜獾优化算法（Honey Badger Algorithm, HBA）种群初始化覆盖范围的均匀分布度、扩大迭代搜索范围及跳出局部最优的能力，从而增强改进HBA算法对XGBoost模型中决策树数量、决策树深度、学习速率等决定模型拟合能力的参数寻优效果。【结果】采用BorutaShap算法进行特征序列筛选降维最佳，新提出的预测模型预测精度优于对比模型，其MAPE、MAE、RMSE及R²分别为：2.87%、9.350 9、11.335 3及0.890 9。【结论】该方法适用于多种影响因素条件下的天然气需求预测工作，可为天然气行业发展规划决策提供参考依据。

原油集输季节性停掺管道内腐蚀失效行为及防控对策

王善哲

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【目的】季节性停掺已成为原油集输系统优化运行、节能减碳与精细化管理的解决方案之一，但复杂物性流体介质及变工况运行导致掺水管道失效率增大，特别是其具有敷设倾角的特征区域成为了腐蚀失效的重点，相比于其它运行工况较为稳定的回油管道、注水管道，掺水管道的服役周期被严重削减，且失效更集中于冬季，影响集输系统运行，维修更换管道的综合成本更高。【方法】围绕季节性停掺管道的内腐蚀防护，基于对腐蚀管段、产物的介质特性分析，通过数值模拟方法研究对比了掺水运行与停掺过程特征区域的腐蚀失效行为，提出并评价了季节性停掺管道清水顶替和压缩空气扫线的腐蚀防控对策。【结果】电化学腐蚀和冲蚀协同贡献于掺水管道的内腐蚀行为而形成Fe₂O₃、FeS、CaCO₃、MgCO₃、CaSiO₃、MgSiO₃及SiO₂等腐蚀产物，在季节性停掺运行中，受管道特征区域积液量和积液时长的影响，腐蚀失效特征明显；清水顶替和压缩空气扫线措施均能够有效抑制掺水管道停掺期间的腐蚀失效行为，在相同工况下，前者可使最大腐蚀速率平均降低85%，后者可使腐蚀深度平均减小65%。【结论】综合考虑措施防控效果及集输工艺设施的可操作性，清水顶替更具工程应用的适用性和前景。优选出了季节性停掺管道清水顶替对策，为油田原油集输系统的完整性管理和安全高效运行提供了依据和方法。

基于物理-数据融合的油嘴气液两相虚拟计量方法

李庆，　刘洪飞，　金曼青，　张瑛，　梁法春

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[目的]油井产量计量是评估油井资源储量和产能的重要依据，可为资源开发和管理提供参考。井口采出介质一般为多相流体，现有物理计量方式投资过高且流程复杂，虚拟计量方式需要监测参数多，实施难度与计算成本大。[方法]采出流体通过油嘴节流后将产生温降与压降，为了提升单井虚拟计量系统的准确性和改善系统维护的便捷性，融合压差波动特征与温差信号提出油嘴节流实现油气计量新方法。推导建立了耦合差压、流量、质量含气率的油嘴节流流量机理方程。以节流温差、压差均值、标准差等9个特征为输入参数构建深度神经网络，通过数据驱动实现质量含气率的反演预测。以10 mm真实油嘴为测试对象，在气液两相流环道上开展试验测试，试验气相折算速度范围1.73~12.09 m/s，液相折算速度范围0.03~0.35 m/s，测试流型包括分层流、波浪流、段塞流以及环状流。[结果]流量计量方程含气率适应范围0~100%，且不受流型、气液流速、系统压力变化等影响，质量含气率及流量计量误差均低于±10%。[结论]基于物理-数据融合的油嘴气液两相虚拟计量方法仅依赖于油嘴现有温度、压力测量系统即可实现气液流量的虚拟计量，无需储藏、井筒以及集输管网信息，无需额外测量仪表投入，且数据采集和建模成本低，具有广阔的推广应用前景。

西部天然气干线管网系统互联互通模式对比

谢萍，魏磊，宋硕硕，李卫晨子

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[目的]“主干互联、区域成网”（简称互联互通）指通过多输送方案优化调运途径，解决天然气管网气源分布地域不均匀的问题，在天然气并行管道沿线已有的阀室间设置跨接是实现天然气管道互联互通的重要途径。目前，国内外尚未明确并行管道跨接阀室设置方案对发生截断事故管网输量的影响，且对阀室跨接设置尚未形成统一的认识。[方法]利用SPS软件建立了西部天然气管道干线管网模型，结合管网中各条管道设计输气能力、管道路由走向、沿线站场分布特点等，分析了西气东输一线与轮吐支干线、西气东输二线与西气东输三线新疆段、西气东输一线与西气东输四线甘肃段在不同阀室位置设置联通的可能性，基于可实施性和经济性给出了管道阀室联通方案。基于该方案进一步分析了单（双）管跨接方式对干线管道在事故状态下管道的失效长度、可能造成的输气量下降程度、跨接阀门失效频率及供气系统稳定性等多方面的影响。[结果]建议联通阀室采用双管跨接方式，总结了“先进行双管跨接方案设置，后进行事故状态输送能力分析，最后开展联通经济性分析”的设计步骤，制定了西气东输一线与轮吐支干线轮南—孔雀河段、西气东输二线与西气东输三线精河—乌苏段的联通方案。[结论]研究成果可为中国天然气干线管网的互联互通提供标准化设计路径。

基于BP-ARIMA的中国月度LNG出厂价格预测模型

杜学平^，赵清华^，秘琳^，郎智凯^，柳梦琳^，吴江涛

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【目的】中国作为全球最大的天然气进口国，LNG在天然气供给中扮演着关键角色。然而中国LNG出厂价格的变化呈现较强的不确定性和波动性，准确预测中国LNG出厂价格的变化趋势，对LNG产业链布局优化、提高天然气供应链的经济性具有重要现实意义。【方法】研究收集并整理了中国LNG出厂价格的历史数据，并采用灰色关联分析确定了影响价格变动的关键因素。在此基础上，分别构建BP神经网络预测模型与ARIMA时间序列预测模型。根据变权重理论，将两种单一预测模型进行加权组合，建立新的变权重BP-ARIMA组合预测模型。以中国实际LNG出厂价格数据对不同预测模型进行案例验证分析。【结果】与传统的BP神经网络模型和ARIMA模型相比，变权重BP-ARIMA组合模型结合了两种单一模型的优势，通过动态调整两种模型的权重比例，显著提高了LNG出厂价格预测的准确性。其平均绝对误差MAE、平均绝对百分比误差MAPE以及均方根误差RMSE分别为188.7元/t、4.1%、280.5元/t，相较于BP神经网络模型、ARIMA模型以及等权重组合模型，MAE分别降低了65.85%、44.2%、37.5%，RMSE降低了63.6%、38.2%、29.8%，MAPE降低了63.7%、42.3%、36.9%。【结论】研究所提出的变权重BP-ARIMA组合预测模型为中国LNG出厂价格预测难题提供了有效解决方案，有助于促进LNG市场有序发展并为天然气供应链管理提供决策支持。

天然气管输费两部制定价模式的可行性分析

孟可心　张媛媛　陈思敏

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【目的】随着中国推进“全国一张网”的管网建设，传统的一部制管输定价难以满足市场需求，而两部制定价采用固定费用与变动费用分担风险，更适应天然气市场的波动发展，有利于促进资源的有效配置。【方法】考虑运距因素，基于上层管网企业与下层用户之间的Stackelberg博弈模型，提出天然气管输费两部制定价模式。设计了城镇燃气优先保供分配机制，并对管网企业与下游用户之间效益最大化时的定价策略及管容分配进行了探讨。从价格敏感性、城镇燃气运距、市场饱和量对管输定价、管网效益影响的角度进行敏感性分析，并选取冀宁线、平泰支干线、川气东送二线等多条管道对比“一部制”与“两部制”定价的差异，验证新建模型的实用性及有效性。【结果】以冀宁线为例，利用Matlab软件进行算例分析：两部制定价模式下的天然气管输费得到了优化，并保障了管网效益；当价格敏感性高时，可适当降低管容定价，保持用户基础；市场饱和量增加则可提高管网效益、管道利用率，定价受供需影响而发生改变；当城镇燃气运距增加时，根据运价率涨幅的临界点调整其定价，考虑运距的定价能够适应市场变化，对保障能源供应、控制成本、提升服务质量至关重要，对市场发展具有积极影响。【结论】基于Stackelberg博弈模型的两部制定价模式，在优化资源分配与适应市场变化方面具有较好的可行性，可为天然气市场定价机制改革提供参考。

基于系统动力学的中国中长期原油需求情景模拟

杨瑞，孙猛，　赵慧莹，　傅居元，　渐令，　温文，　吴超

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【目的】随着双碳战略的实施以及新型能源体系的加速构建，中国原油消费即将进入平台期，且未来将逐步下降已经成为行业共识，研究中长期原油需求发展趋势、厘清影响原油需求的驱动因素，对国家原油产业稳健发展、能源政策制定与评估以及新型能源体系建设具有重要意义。【方法】基于系统动力学方法建立中国原油中长期需求情景分析模型，包含经济、人口、原油供给、科技、环境5个子系统，统筹考虑各子系统的发展实际及未来可行性，设置了基准情况、经济高速情景、能源替代情景等6种不同发展情景对2023—2070年中国原油消费需求模拟。【结果】在不同发展情境下，原油需求的达峰时间、峰值以及发展路径略有不同但发展趋势一致，大部分情景在2028-2031年达峰并进入峰值（7.5×10⁸~7.8×10⁸t）平台期，随后进入下降通道，至2050年前后下降速率逐步放缓，2060年前后进入新的平台期，原油需求量在2×10⁸t左右；2050年之前原油燃料需求占比大于原料需求，主要应用于交通运输行业，2050年后原油原料需求超过燃料需求，成为主要消费属性，并一直保持该趋势；在诸多影响因素中，经济发展和科技投资是影响原油需求的最主要驱动因素。【结论】提出保障中国原油产业稳健发展的建议：持续推进产业结构转型升级，进一步提原油利用效率、加快低碳/零碳等原油替代产业发展，推动原油消费清洁化，持续加大原油勘探开发投入，加快科技创新支撑研发等，保障中国产业发展、能源转型与供应安全协同稳健发展。

油气爆炸载荷对储罐结构的毁伤机制及评估

蒋新生；秦希卓；储汇；王赛；林科宇

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【目的】随着油料储存规模化程度扩大，地面储油罐的安全防护压力与日俱增，一旦发生火灾爆炸事故，极易引发多米诺事故，导致灾难性后果。为分析地面储油罐在油气爆炸荷载下失效情况，针对动荷载条件下对储油罐动力响应及损伤评估开展研究。【方法】通过对不同油气体积分数与不同传播距离下油气爆炸外场超压参数进行测量分析，得到最危险油气体积分数（1.70%）下油气爆炸外场动荷载传播参数，结合量纲分析得到油气爆炸动荷载预测模型，运用仿真将动荷载作用于等比例地面储油罐模型。【结果】通过试验发现外场冲击波以出球状超压波形式向前方传播，油气持续燃烧时冲击波获得最大超压增量；通过对外场冲击波超压参数的分析拟合，得到超压参数随无量纲距离的变化规律，确定了油气爆炸动荷载预测模型，从而计算出地面储油罐在动荷载条件下的损伤准则；利用损伤准则对5 000 m³地面储油罐区内某一油罐发生爆炸时其他储油罐的动力响应情况进行评估，当储罐区发生多米诺爆炸事故时，两次爆炸事故间最大超压以超过3.5%的增量逐渐增大，爆炸时间间隔以超过20%的增量不断缩短，且爆炸序列呈现为Z字形。【结论】通过对动荷载条件下地面储油罐损伤评估分析，拟合出地面储油罐区最小布置距离，为地面储油罐安全布局、爆炸和火灾事故防控、应急救援和管理提供了科学依据与参考借鉴。

耦合流动机理与运行数据的成品油管道瞬态仿真

杜渐，李昊翀，廖绮，陆凯凯，郑坚钦，于晓

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[目的]成品油管道运行工况切换频繁，实现该过程流动参数准确监测，并获取管道高、低点水力状态变化规律尤为重要。现有瞬态估计方法大多依赖准确可靠的物理模型，多工况多参数组合下需高昂的计算成本，而基于机器学习的方法又忽视了管道瞬变物理规律，可靠性、准确性不足。[方法]建立一种耦合流动机理与运行数据的成品油管道瞬态仿真PINN（Physics-Informed Neural Network）模型：先搭建深度神经网络（Deep Neural Network, DNN）模型，构建流量、压力与管道运行时空坐标映射关系，有效提取瞬变过程中流动参数与时空坐标的非线性关联；再分析瞬变过程中各流动参数演化的内在联系，挖掘其所遵循的瞬变控制方程和对应的初始、边界条件；最后通过深度学习自动微分构造瞬变控制方程以及初始、边界条件对应惩罚项，约束模型解至瞬变机理解空间内，提高瞬态仿真的准确性。[结果]以某仿真管道系统启输、分输、增降输工况为例验证发现，相较于DNN模型，所建PINN模型G1管道压力预测结果的平均MAPE分别降低了77.4%、88.7%、87.8%，流量预测结果的平均MAPE分别降低了86.7%、94.4%、95.7%；以中国华南地区某成品油管道降输、增输工况为例验证发现，相较于DNN模型，所建PINN模型管道压力预测结果的平均MAPE分别降低了94.2%、92.8%。[结论]所建PINN模型可实现不同工况、参数组合下瞬态流动参数的高效、准确求解，有助于保障管道运行过程的稳定性和安全性。

基于天然气运价承受能力的价区划分策略

于妮妮张媛媛李金玥王瑶蔺彦文陈思敏

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【目的】中国天然气运价现有的4价区划分方法未考虑价区内部各省（市）运价承受能力的差异，缺乏统一性、客观性。为了优化中国天然气价区的划分，亟需从中国大陆地区31个省（市）的运价承受能力角度研究价区划分策略。【方法】从经济、社会、能源、环境及天然气行业5个方面构建评价指标体系，通过建立熵权-TOPSIS（Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution）模型，得到影响各省（市）运价承受能力的一级指标得分与运价承受能力总得分；再选用组间联接的方法，将运价承受能力的一级指标得分与总得分分别进行系统聚类，通过肘部法则确定聚类类别数。【结果】基于两次评价模型得分聚类结果，山东省、西藏自治区与其他省（市）运价承受能力分别为最大、最小，故可各自单独归属为一类；中东部地区沿海省份运价承受能力与该价区内陆省份运价承受能力存在较大差异，广东、江苏、浙江等沿海省（市）天然气运价承受能力较高，而北京、天津、河北等内陆省（市）天然气运价承受能力相对较低且聚类结果稳定；此外，辽宁与东北价区中黑龙江、吉林的运价承受能力差距明显，但与中东部沿海省（市）的运价承受能力较为接近；中部其他省（市）评价得分较为集中，类内距离小。【结论】建议将中国天然气价区划分为6类，现有的中东部价区进一步细分为内陆价区与沿海价区，并将辽宁省归属为沿海价区，且山东省、西藏自治区单独划分为两个特殊价区，其余运价承受能力得分差距较小的中部省（市）划归为一类，使各价区间的运价承受能力更为接近，从而推动天然气价区划分方式的变革。

天然气管网运行数据应用平台建设

刁洪涛，虞维超，王凯鸿，苏怀，张轶，杨兆铭

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[目的]为充分挖掘天然气管网运行数据价值，解决管网运行数据价值密度低、数据源异构性强、数据采集汇聚不全面、流通共享不充分、开发应用不深化、治理安全短板突出等问题，国家管网集团油气调控中心自主开展了天然气管网运行数据应用平台建设。[方法]该平台充分利用自动化数据采集和关键设备远程控制技术，通过关系型数据库完成底层数据结构的搭建，实现对天然气管网运行态势的全景感知；研发具有底层统一特征的数据交换技术来挖掘管网运行数据价值、优化运行数据结构、整合管网运行数据资产。此外，该平台进一步优化了生产运行数据的展示界面，极大降低了数据查询相关操作量，可协助运行管理和分析人员快速掌握管网实时生产信息、运行情况及历史数据，并采用深度学习算法和特征增强技术开展了天然气管网关键气量预测。[结果]天然气管网运行数据应用平台的建成促进了SCADA数据、管道中间数据、生产运行管理数据、台账报表、仿真优化数据的交互共享，形成了管网系统物理参数数据库，实现了多源-多尺度高维数据共享规范应用并提高了数据利用水平。[结论]天然气管网运行数据应用平台的高效利用可以显著提升国家管网集团油气调控中心的数据应用水平，增强管网管控和应急保供能力，助力集团公司数字化转型和“智慧管网、智能管道及智能调控”建设。