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2021年11期 40   
张劲军1,李鸿英1,黄骞1,谢意蔚1,陈朝辉1,2,马晨波1,3,张超越1
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原油改性是提高管道输送安全性和经济性的根本方法。高压电场改性是一种新型的原油改 性方法,其原理是原油的电流变效应。系统总结了原油电场改性研究进展,概括了原油电流变效应 的规律。研究表明:对液态或胶凝原油施加电场(强度0.2~5 kV/mm)数秒,即可取得显著的即时 改性效果,黏度和屈服应力下降率均可达80%甚至更高,而能耗仅为取得相同降黏率时加热能耗 的1%;撤消电场后,黏度、屈服应力逐渐回升,静置约1 天后降黏效果基本消失,屈服应力上升较 缓慢,两天后依然维持90%的屈服应力下降率;电场改性效果与原油组成密切相关,蜡晶、胶质、沥 青质的存在是电场发挥作用的必要条件。此外,剖析了原油电场改性技术研究目前存在的问题,且 提出了今后的发展方向。(图16,参50)
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杨飞1,王邦文2,李传宪1,李卫宇1
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海上溢油事故不仅会造成能源浪费,也会给生态环境带来难以恢复的破坏。超疏水-超亲油 三维弹性多孔材料因具有低密度、高孔隙率、高弹性、高吸油量、材料/油品回收方便等优势,已成为 海上溢油处理中最为有效的吸油材料。基于超疏水-超亲油表面的理论基础与构建原理,针对聚合 物基、碳基、生物基3 类超疏水-超亲油三维弹性多孔材料,分别从典型材料、制备方法、应用性能等 角度对其最新研究进展进行综述;剖析了3 类超疏水-超亲油弹性多孔材料在制备与应用过程中的 优缺点及面临的挑战,并对未来发展进行了展望。(图4,参67)
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唐岩,于海潮,富影杰
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在中俄原油管道工程(包括漠大一线及二线)投产运行10 周年之际,回顾了10 年来的生产运 行管理发展历程。系统梳理了中俄原油管道工程概况:漠大一线从无到有的运行管理模式,扩容增 输工程的意义及重难点问题,以及漠大二线从有到精的工艺系统智能化完善,最终到区域化管理的 全面开展。结合国家管网集团的战略发展目标,总结了将漠大线朝智能化管网方向发展所面临的问 题及其需完善的内容,并从宏观角度展望了智慧互联大管网建设将带来的企业提升和输油管道智能 化发展愿景。(表2,参21)
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刘啸奔1,刘燊1,季蓓蕾1,陈朋超2,赵晓利2,李睿2,张宏1
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途经地质灾害严重地区的油气长输管道易受土壤外部载荷作用而发生弯曲变形,对管道安全运 营造成严重威胁。基于惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)的内检测技术是目前检测管道 局部变形的主要手段,给出了埋地管道弯头、管道凹陷、管道弯曲变形、环焊缝异常4 类典型的局部变 形管段的IMU 数据特征,提出了基于小波降噪的IMU 数据预处理方法,建立了识别4 类典型局部变 形管段IMU 数据热力图的深层神经网络模型,构建了一套基于IMU 数据的管道弯曲变形段识别方 法。采用新建方法对中俄原油管道6 年的IMU 数据开展分析,形成了33 177 份样本管段数据,建立 了中国IMU 弯曲应变特征数据库。实例应用结果表明:基于该数据库建立的深层神经网络模型对管 道弯曲变形段识别准确率超过了90%,识别效率达0.02 min/km。基于IMU 数据的管道弯曲变形段识 别方法为管道完整性评价中弯曲应变大于0.125%变形段的识别提供了有效的技术手段。(图9,参26)
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刘海鹏,谷思昱,刘庆亮,张建坤,郝郁,武晓彩,姜垣良,万鹏
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管道外检测数据与内检测数据的对齐是管道完整性管理中的重要一环,其主要任务是将外检测 点对齐到内检测中心线上,以充分挖掘内检测和外检测数据的价值。基于某长输管道公司管道完整性 管理系统中的外检测数据和内检测数据,从地面标识点与里程桩的关系出发,利用机器学习算法构建内 检测点与外检测里程的关系模型,预测内检测点在外检测中的里程,进而增加内检测点与外检测里程映 射,实现数据增强;通过地面标识点和里程桩对管道分段,利用线性拉伸算法逐段将外检测点对齐到内 检测中心线,从而实现外检测和内检测数据的对齐。结果表明:由机器学习算法构建的内检测点的外检 测里程预测模型的平均绝对百分误差小于0.10%,决定系数为99.99%,该模型能够很好地捕捉内检测点 与外检测里程的关系,以支撑管道外检测数据与内检测数据的自动对齐。(图5,表1,参21)
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张曦月,胡瑾秋,张来斌,董绍华,徐康凯
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事故风险因素文本泛化是建立油气储运企业事故风险因素演化知识图谱的重要步骤。为解决 现有事件文本泛化方法对油气储运企业生产过程中积累的风险因素文本泛化时的语义表征局限性以 及存在的分词误差问题,针对油气储运企业安全管理文本语言表达复杂多变的特点,提出基于字词特 征-凝聚层次聚类(Char-Word Feature Based AGNES,CW-AGNES)的事故风险因素文本泛化方法。利 用Word2Vec 方法获取油气储运企业事故的字特征与二元词特征向量;根据预训练词向量模型对油 气储运企业事故风险因素文本进行向量化表示;在凝聚层次聚类方法的基础上加入文本的字词特征, 在保留词语语义信息的基础上减少由于分词带来的误差,实现风险因素文本的泛化。在真实油气储 运企业安全管理文本上对CW-AGNES 方法进行应用,并与其他泛化方法进行对比,结果表明:该方 法的泛化效果更好,分别在AMI、ARI、V-measure 及FMI 量化评估指标上提高了2.44%~5.74%,可 为油气储运领域事故风险知识图谱构建研究提供支持。(图3,表3,参20)
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付光明1,李明亮1,陈景皓2,彭玉丹1,孙宝江1,时晨1
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相比于传统单层管,夹层管的结构更为复杂,在加工制造过程中,易出现夹层厚度充填不均匀、 内外管不同心的情况,影响夹层管的外压承载能力。利用有限元软件ABAQUS 建立外压作用下偏 心夹层管压溃强度数值模型,并通过前人文献中的实验结果对其进行验证。运用Python 脚本程序 实现了偏心夹层管参数化建模,研究了不同初始椭圆度、内管径厚比、材料强度、层间粘结属性下偏 心距对夹层管抗压强度的影响规律。结果表明:随着偏心距增加,夹层管压溃强度明显降低。随着 初始椭圆度增加,夹层管压溃强度显著降低。在研究工况范围内,当偏心距大于4 mm 时,随着偏心 距增加,内管径厚比、材料强度、层间粘结属性的变化对夹层管压溃强度影响较为明显。研究成果可 为夹层管的工程应用提供参考。(图12,表2,参20)
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张铁耀,帅健,张银辉,任伟
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为准确获得高强度管线钢环焊缝各材料区域真实本构关系,分别在X80 钢环焊缝的母材区、 焊缝区设置缺口,获得两种缺口圆棒试样,并对其进行拉伸测试。拉伸过程中采用高速相机获得试 件缺口位置的实时图片,基于拍摄图片缺口边缘灰度值的变化规律,提出了一种实时测量缺口区域 最小截面直径的自动测量方法——最小直径追踪法。采用最小直径追踪法和修正公式可得到母材 及焊缝材料真实本构关系,应用幂律硬化模型对所获曲线进行拟合,得到对应材料的本构关系参数, 再利用有限元方法对测试结果进行验证,结果表明该测试方法及结果可靠有效。所提出的测试方法 及测试流程对于获取管道母材及焊缝区的本构关系、实现管道环焊缝力学性能的准确测试具有较强 的实际意义。(图11,表5,参20)
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王雯悦,伍颖,尤潇,陈朗
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山区输气管道沿线地形地貌条件复杂,发生地震时所受影响大,研究地震影响下的山区输气 管道安全可靠性评价方法对保障天然气供应安全具有重要的战略意义。从地震危险性因素及管道 易损性因素入手,提出改进Borda 法计算群体决策下指标体系的权重;从逻辑角度将属性识别理论 中的多指标综合测度计算方法分为“或”和“与”,提出逻辑关系为“与”的多指标综合测度计算方法, 建立山区输气管道地震易损性评价体系。将评价体系应用于四川西部某山区输气管道,引入属性识 别理论,结合基础数据与专家打分进行属性识别,得到管段易损性等级。研究成果对预判地震发生 时管道高易损性区域并采取相应措施具有参考意义。(图1,表8,参21)
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梁法春1,2,赵靖文1,孟佳1,李琦瑰1,李乃明2
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持液率是表征气液两相流动的重要参数之一,受图像噪声干扰,传统基于图像处理的持液率 测量方法难以准确提取气液界面,导致持液率测量误差很大。为此,应用深度学习的语义分割算法, 建立基于Deeplab V3+的网络模型,并通过塞状流流型采集实验得到的图像数据集对模型进行学习 训练,进而识别并提取塞状流气、液流动区域界面,实现气液两相塞状流持液率的测量。结果表明: 语义分割模型可实现对气液两相流图像的在线提取,并可实现对气相区、液相区及背景区的精确分 割;顶部界面提取获得的持液率偏高,底部界面提取获得的持液率偏低,而平均液膜厚度对应的持 液率与采用WMS(Wire-mesh Sensors)网格成像传感器测量得到的真实持液率最为接近,最大误差 小于10%。研究成果为实现持液率的实时监测提供了新的途径。(图12, 参18)
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葛华1,李开鸿1,王垒超1,陈莎1,徐强1,张博钧2,李自力2
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起伏管道低洼处存在积水会严重危害管道运行。通过试验研究了山区大起伏管道初始扫水 阶段最佳清管扫水方案,并明确了低洼处残余水量计算方法:在初始扫水阶段宜选用直板清管器进 行清管扫水作业,直板清管器最佳速度范围为3.6~7.2 km/h,过盈量宜选取4%~5%。通过改变管 道特征分析清管器漏水量的影响,获得不同坡长、坡度、焊缝及弯管工况对清管器漏水量的影响规 律,进而通过理论分析建立了应用于现场计算低洼处残余水量以及管壁平均水膜厚度的计算方法。 研究结果可为后续的深度扫水作业及干燥作业提供借鉴与支持。(图14,参22)
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王森1,朱丽云1,王振波1,韩霄2
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π 形管弯头间的连接管会影响管内颗粒及流体的运动规律,进而影响弯管冲蚀程度。利用Fluent 软件对π 形管进行气固两相流冲蚀数值模拟,分析不同连接管长下各弯头冲蚀分布和冲蚀速率的变化 规律。结果表明:π 形管的第4 个弯头受到严重的点蚀冲击,最高可达其他弯头的5~10 倍;连接管长 的改变会引起固体颗粒运动轨迹的变化,从而影响π 形管内各弯头的冲蚀分布及冲蚀速率,随着连接 管长的增加,前3 个弯头的冲蚀速率变化较小,第4 个弯头的冲蚀速率发生显著下降,当连接管长增至 4 倍以上管径时,第4 个弯头的冲蚀速率减小至弯头直接连接时的1/4~1/3,点蚀程度大幅降低。研究 成果可为π 形管的设计与维护提供理论指导。(图10,表3,参20)
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崔兆雪1,田磊2,段鹏飞3,李璐伶3,李玉星1,刘翠伟1
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混氢天然气管道更易发生泄漏、燃爆等事故,但现有天然气管道截断阀压降速率阈值无法 满足混氢天然气管道输送的安全要求。为此,利用SPS 软件对泄漏与分输工况下混氢天然气管 道沿线截断阀压降速率进行仿真计算,确定截断阀阈值的取值方法,进而模拟分析6 种影响因素 下截断阀压降速率的变化规律与阈值,并拟合得到纯天然气和混氢比10%天然气管道截断阀压 降速率阈值的计算公式。结果表明:管道发生泄漏后,泄漏点上、下游压降速率均随混氢比的增 大而增大;混氢之后,管道压降速率阈值增大,且泄漏位置、压力及管长对压降速率阈值影响较 大,流量、管径及泄漏孔径对压降速率阈值影响相对较小;阈值拟合公式的计算结果与模拟结果 基本相符。研究成果可为提升混氢天然气管道本质安全提供理论指导。(图7,表1,参24)
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尹渊博1,王雅真2,刘翠伟1,李玉星1
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天然气泄漏体积是影响管道泄漏爆炸后果的重要因素,受甲烷与空气浓度比例限制,并非所 有的泄漏气体均参与爆炸反应。为此,建立适用于甲烷-空气预混气体无约束爆炸峰值超压的计 算模型,利用Fluent 软件模拟分析甲烷-空气预混气体体积与峰值超压的关系,并对计算模型进行 了验证,进而得到甲烷参与爆炸反应的有效体积与峰值超压之间的规律,提出有效体积的计算方 法。结果表明:通过所建立的数值仿真模型得到的爆炸峰值超压传播时间与实验结果规律一致,爆 炸峰值超压衰减规律与已有研究结果相符;甲烷参与爆炸反应的有效体积为实际预混气体体积的 0.11~0.12 倍,且在实际预混气体体积较大时具有较高精度。研究成果可为天然气爆炸范围模拟预 测、后果评价及防护资源配置提供理论基础。(图6,表6,参23)
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李西贵,滕霖,李卫东,黄鑫
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氢气在储运过程中,若储罐中的高压氢气突然泄漏释放至下游管道中,可能发生自燃,进而引 发喷射火或爆炸事故,而管道内部的阀门、焊渣等障碍物可能会影响泄漏氢气的自燃过程与机理。 为此,建立高压氢气泄漏自燃的计算流体力学(CFD)模型,利用实验数据验证了其可靠性,并对管 道内不同位置障碍物影响下的高压氢气泄漏自燃过程进行了模拟分析。结果表明:障碍物的存在 对管内激波传播过程具有显著影响,激波的变化表现出对障碍物的敏感性,且管内障碍物的存在会 促进火焰的传播,增加管内氢气自燃的可能性;障碍物产生的反射激波会显著改变氢气自燃的点火 机制。研究结果可为氢气管道设计与安全运行提供有益参考。(图9,参39)
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张国强1,李刚2,韩立涛3
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京石邯(北京—石家庄—邯郸)输气管道输量大、气源多、用气量波动大,管道内压力、流量、流 向等运行参数变化频繁,给清管作业期间清管器运行速度控制造成较大困难。为准确控制清管器运 行速度,采用PSIGanesi 软件建立了京石邯输气管道在线仿真模型,其清管器追踪功能可以实时计 算清管器在管道中的位置、清管器平均速度、剩余清管距离、剩余清管时间等,为清管作业方案的临 时调整提供最新的管网运行状态。选取石家庄站—邢台站管段,利用PSIGanesi 在线仿真模型的清 管器追踪功能实时模拟了皮碗、直板、钢刷3 种清管器的清管作业,将现场实际的清管时间与仿真模 型实时追踪时间进行对比,分析了造成偏差的原因,并提出了修正方法。研究成果可为管道管理部 门准确把握清管过程中清管器位置及运行速度提供参考。(图5,表2,参21)
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