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2024年02期 43   
蒲斌 李星星 杨福超 孙义伟
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【目的】喘振对离心式压缩机的平稳运行有较大危害,变频器低电压穿越(Low Voltage Ride Through,LVRT)功能是供电波动时保持变频器连续运行的一种方式,但电驱离心式压缩机在变频器LVRT过程中会造成压缩机喘振,需分析发生喘振的原因、制定改进措施,以防止压缩机再次发生喘振。【方法】选取西气东输二线吐鲁番联络压气站电驱离心式压缩机在变频器LVRT过程中压缩机转速、压力、流量、防喘振工作裕度等参数的变化情况进行分析。由于变频器LVRT过程中压缩机转速快速下降造成防喘振控制响应不及时,从而导致压缩机喘振;压缩机喘振后压力、流量剧烈波动使防喘振裕度控制失效,引起压缩机持续喘振。制定防喘振控制改进措施:增加LVRT时预防喘振控制措施及LVRT的状态判断,根据变频器LVRT过程中压缩机工作裕度、出口压力变化情况制定预防性打开防喘阀到指定开度的条件;增加压缩机喘振检测及保护措施,通过压缩机喘振后明显变化的出口压力、振动变化检测压缩机是否发生喘振,喘振后快速打开防喘阀摆脱喘振状态。【结果】通过改进措施的应用,解决了LVRT过程中的喘振问题;通过设定工作点裕度、出口压力变化阈值的方式,减少了提前打开防喘阀干预的频次,较短时间内恢复了压缩机正常运行。【结论】研究成果可有效减轻喘振危害,提升电驱离心式压缩机的运行平稳性,为电驱离心式压缩机优化防喘振控制、增加喘振检测提供参考。
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刘啸奔 胡汇霖 费凡 张东 孙鹏垒 余博尧 张宏
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目的】滑坡是目前造成管道失效事故的主要地质灾害类型之一。为了有效解决滑坡区管道运行状态难以监测的难题,【方法】本文提出了一种基于SBAS-InSAR遥感技术的管道上方地表位移测量方法,实现了公里级范围管道地表位移毫米级高精度监测。基于管道中心线空间坐标数据以及管道几何特征数据,结合三次样条插值算法,提出了管道三维空间路由的重构方法。考虑管道真实路由与温度、压力等工艺载荷条件,采用空间管单元与非线性管土单元建立管道应力分析有限元模型,以遥感感知滑坡位移为准确边界条件,提出了滑坡段管道应力状态计算方法。【结果】通过陕京管道良乡-西沙屯某高风险滑坡区管段2021年-2022年的实践表明,该计算方法得到的管道应力结果与分布式应变片监测结果最大相对误差不超过16%,经评估,该段管道目前处于安全状态。【结论】该方法结合了SBAS-InSAR技术和有限元分析方法,能够准确计算滑坡段管道的应力分布情况,可以有效实现滑坡段管道应力状态的空间重构与安全评价,对于提高滑坡段管道的安全性和可靠性具有一定的指导意义,对于其他类似工程的监测和设计也具有一定的参考价值,同时为未来地质灾害段管道安全状态的数字孪生体建立提供了技术基础。
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孙逸林 郑小强 刘丹秀 贺艳艳
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【目的】中国城镇燃气管网生产安全事故近年来呈现频发态势,对公共安全造成了严重的负面影响。现有研究缺乏对城镇燃气管网生产安全事故致因的量化剖析,亦未明确不同类型事故的关键致灾路径。探讨城镇燃气管网生产安全事故典型致因及最大致因链,能够为保障燃气行业安全生产提供理论依据和实践支撑。【方法】基于对中国大陆2014—2022年间322起典型事故的回顾,识别运营、施工、第三方破坏3种主要事故类型;集成事故地图模型(Accident Map,AcciMap)与贝叶斯网络(Bayesian Network,BN)建立分析框架,能够基于客观数据量化剖析风险因素及其逻辑关系,并有效降低主观意见造成的偏差。【结果】3类事故的发生概率从高至低依次为第三方破坏事故、施工事故和运营事故;其最大致因链均涉及政府政策和预算、监管机构与组织、企业管理3个层级;不良社会负面影响、人员违规指挥和违章作业、第三方单位违章或野蛮施工分别是运营、施工和第三方破坏事故的核心诱因;政府部门安全监管不力是事故的客观根源,相关企业安全管理制度缺欠则是主观关键。【结论】应基于协同视角,针对最大致因链和高敏感度节点采取风险防控措施。地方政府应修订相关法律,提升应急能力,加强安全监管;燃气企业应完善相关制度,提高施工质量,强化巡线检修;第三方单位应深化同政府和燃气企业的协作,以管网安全保护体系的共建遏制事故发生。
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吴小平  杨罗  田晓龙
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【目的】地面输气管道存在严重的内腐蚀问题,为保障管道服役安全,需准确预测管道内腐蚀速率。【方法】通过粗糙集(Rough Set,RS)理论筛选影响腐蚀的主控因素,将重构数据集作为输入,腐蚀速率作为输出,对核极限学习机(Kernel Based Extreme Learning Machine,KELM)模型进行训练,并利用改进的海鸥优化算法(Improved Seagull Optimization Algorithm,ISOA)对模型超参数进行优化,提出了一种基于RS-ISOA-KELM模型的内腐蚀速率预测方法,与其他组合模型的预测精度进行对比,并进行了长期预测效果及模型普适性分析。【结果】在Sphere、Schaffer、Rosenbrock、Rastrigin、Griewank等5个基准函数上对ISOA算法进行收敛性分析,发现其在求解精度和计算稳定性上具有较强优势;利用以某气田区块的实际运行数据对该模型进行验证,对于所选数据集,温度、CO2分压、H2S分压、流速、Cl-含量、含水率和缓蚀剂残余浓度是影响内腐蚀的重要因素,其中H2S分压、流速、缓蚀剂残余浓度的权重最大;使用RS-ISOA-KELM模型对腐蚀速率进行预测,其平均相对误差为1.498%,均方根误差为0.002 1 mm/a,决定系数为0.999 3,优于其余常见的对比模型。【结论】组合模型具有强泛化性能和高预测精度,通过对原数据库的扩充和更新,可以实现管道中长期腐蚀速率的预测;在腐蚀参数、数据量和训练测试比均不同的情况下,模型仍然保持了较好的预测效果。
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邵新军 周一卉 黄兆锋 吕振维 李陈龙 张倜哲 陈凯力
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【目的】为了研究气体爆炸载荷下全接液金属浮盘的抗爆性能,采用实验和数值模拟相结合的方法对全接液金属浮盘的抗爆性能进行探究。【方法】首先,通过浮盘抗爆实验系统对不同类型的浮盘试件进行了抗爆特性实验,讨论浮盘材料、连接类型、上下面板厚度对其抗爆性能的影响,并根据实验数据建立有限元模型,通过对比浮盘抗爆特性实验与数值模拟的结果,验证了有限元模型的正确性。在此基础上,基于浮盘的位移及应力云图、中心点变形与速度随时间变化曲线、蜂窝芯吸能比数据,分析了浮盘的动态响应过程与失效模式。【结果】结果表明,在应力分布特征上,浮盘上面板所受应力沿半径方向呈单调递增的变化趋势,边缘处应力最大,为98.1 MPa;下面板所受应力整体小于上面板,沿半径方向呈先增大再减小最后再增大的分布趋势,最大应力出现在浮盘的边缘位置,为63.18MPa,浮盘上、下面板的,最大变形分别为48.9mm和3.2mm ,在抗爆过程中中间蜂窝芯吸收了72%-86%的冲击能量。【结论】浮盘上面板中心位置为整体结构的薄弱区域,为达到更好的抗爆性能,需要对上面板进行适当的加强;在相同规格及条件下,蜂窝填充浮盘具有更好的抗爆性能。
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邵新军 周一卉  黄兆锋 吕振维 李陈龙 张倜哲 陈凯力
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【目的】为了研究气体爆炸载荷下全接液金属浮盘的抗爆性能,采用实验和数值模拟相结合的方法对全接液金属浮盘的抗爆性能进行探究。【方法】首先,通过浮盘抗爆实验系统对不同类型的浮盘试件进行了抗爆特性实验,讨论浮盘材料、连接类型、上下面板厚度对其抗爆性能的影响,并根据实验数据建立有限元模型,通过对比浮盘抗爆特性实验与数值模拟的结果,验证了有限元模型的正确性。在此基础上,基于浮盘的位移及应力云图、中心点变形与速度随时间变化曲线、蜂窝芯吸能比数据,分析了浮盘的动态响应过程与失效模式。【结果】结果表明,在应力分布特征上,浮盘上面板所受应力沿半径方向呈单调递增的变化趋势,边缘处应力最大,为98.1 MPa;下面板所受应力整体小于上面板,沿半径方向呈先增大再减小最后再增大的分布趋势,最大应力出现在浮盘的边缘位置,为63.18MPa,浮盘上、下面板的,最大变形分别为48.9mm和3.2mm ,在抗爆过程中中间蜂窝芯吸收了72%-86%的冲击能量。【结论】浮盘上面板中心位置为整体结构的薄弱区域,为达到更好的抗爆性能,需要对上面板进行适当的加强;在相同规格及条件下,蜂窝填充浮盘具有更好的抗爆性能。
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聂超飞 姜子涛 刘罗茜 左丽丽 苗青 李博生 苏怀 黄梓耕
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[目的]甲醇作为一种可再生、绿色的燃料,具有广阔的应用前景,但甲醇长距离管道输送技术在实际应用中还较为少见。[方法]围绕甲醇管道长距离输送技术的可行性及其面临的挑战开展了相关调研,收集了国内外甲醇输送管道的案例,梳理了甲醇长距离输送的工艺和设备要求,分析了甲醇输送过程中可能存在的安全风险,探讨了工业甲醇管道规范标准建设的现状,厘清了甲醇长输管道目前存在的问题,并展望了其未来的发展方向。[结果]研究发现,甲醇作为一种绿色燃料,在长距离管道输送方面展现出显著的应用前景。然而,实际技术实施过程中面临多项挑战,包括甲醇的物理化学特性对系统设计的特殊要求,如输送流速控制、设备选型等。同时,需要重点关注腐蚀、溶胀以及泄漏和爆炸等安全风险。当前关于甲醇输送的实践案例有限,其整体技术的标准化和规范化水平有待提高。[结论]要实现甲醇管道输送技术的商业化和规模化应用,须系统性地解决技术和安全方面的各项挑战,包括提高甲醇纯度、优化输送工艺、选择适宜的耐腐蚀和抗溶胀材料,同时制定全面的安全标准和紧急响应策略。未来应加强基础科学研究和技术创新,建立完善的管理体制和政策支持框架,以确保甲醇输送技术的安全运行、经济效益及环境可持续性。
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孙博 阳小平 张云卫 李振 彭世垚 刘罗茜
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【目的】LNG具有易燃、易爆、超低温的显著特点,且LNG接收站通常建在沿海地带,站内管道的弯头因工艺流程特殊性易处于高腐蚀、高压差环境,具有较高的穿孔失效风险。【方法】基于某LNG接收站管道弯头穿孔失效情况,采用无损检测与扫描电镜方法,对弯头、直管段、环焊缝进行宏观形貌与理化性能分析:宏观形貌分析结果表明管道直管段与弯头的几何尺寸、壁厚均满足标准;上游直管段、法兰连接环焊缝沿LNG流动方向存在明显冲刷磨损缺陷,与弯头缺陷相似。在理化性能分析中发现环焊缝处缺陷表面、弯头缺陷表面微观形貌均为蜂窝状形貌,表明均存在冲刷磨损。利用ANSYS Fluent软件建立数值模型,模拟弯头处LNG的流动状态,发现在LNG流动情况下,焊缝余高影响管内流动,产生节流效应及涡旋。【结果】通过宏观形貌、理化性能分析及数值模拟相结合的方法,揭示了LNG接收站管道弯头失效机理及影响规律:流体在孔板后形成气相夹带液滴的高速射流,对弯头壁面产生冲蚀。弯头内侧形成低压区、外侧为高压区,气泡破裂产生激波与空化溃灭,最终引发了弯头的穿孔。【结论】研究结果可为LNG接收站改善流体流动的稳定性、优化孔板设计、制定弯头失效解决方案提供理论参考,能够降低LNG接收站弯头穿孔失效的风险,提高管道系统运行的安全性与可靠性。
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范玉然 帅义 帅健 张铁耀 任飞
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目的】环焊缝是高压力输送管道的薄弱环节,极易在内外部载荷、缺陷、应力集中的综合作用下发生开裂事故。高钢级管道环焊缝根焊部位安全隐患问题尤为突出,探究环焊缝失效规律对保障管道安全运行具有重大意义。【方法】为测试管道环焊缝根焊部位不同区域的材料力学性能,开展了根焊部位微区的小尺寸试样冲击试验、拉伸试验;针对高钢级管道环焊缝开裂失效多发生于焊缝根焊部位的实际情况,分别从焊缝根焊部位微区力学性能特点、焊缝全壁厚应变集中规律以及微区塑性应变时效特性等方面,对环焊缝根焊部位裂纹产生与扩展的原因进行了剖析;基于数字图像相关(Digital Image Correlation, DIC)的光学全场应变测试,对3种强度匹配接头在拉伸过程中的局部应变集中程度进行了定量化分析。【结果】不同焊接工艺和强度匹配的环焊缝根焊部位微区力学性能差异性大,当管道环焊缝全壁厚受拉时,根焊部位会发生较大的局部应变集中,特别是根焊部位存在未熔合、夹渣、气孔等缺陷及成形不良等问题,为根焊部位开裂提供了失效条件;在后期的应变时效过程中,根焊部位韧性将会显著降低,降幅甚至可达42.6%~52.1%,脆性开裂的风险增大。【结论】在管道设计与建设施工中,应适当控制母材强度上限,确保焊缝为等强或高强匹配,减小焊缝开裂风险,提升高钢级管道的本质安全。
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李想 王军 宋彩玉 梅苑 帅健 张光学 李云涛
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【目的】与常规气体燃料相比,氢气的爆炸危险性更大,障碍物的存在又会极大激励氢气燃烧,加快火焰传播速度,造成更为严重的事故后果。为减少氢气在障碍物条件下带来的破坏性伤害,揭示不同障碍物条件对于氢气火焰传播特性的影响尤为重要。【方法】基于大涡模拟对不同障碍物形状及障碍物阻塞率条件下的氢气/空气燃爆过程进行了数值模拟,重点研究了障碍物形状对火焰传播速度影响的差异性、对阻塞率变化的敏感性。【结果】当阻塞率较低时,与单边型障碍物相比,格栅型障碍物对火焰锋面处的规则流场具有更强的破坏作用,随着格栅型障碍物空隙数量的增多,其对流场运动的破坏性进一步提升,使得火焰锋面难以恢复至规则状态;阻塞率提高后,不同形状的障碍物对规则流场的破坏差异性变得不再明显,所有障碍物工况中火焰锋面都发生了持续性畸变;随着阻塞率持续提升,与格栅型障碍物相比,单边型障碍物将带来更高的火焰传播速度峰值;在相同阻塞率条件下,格栅型障碍物可通过调整单个空隙面积,转变其对火焰加速的机理,从而增强加速效果。【结论】障碍物的形状、阻塞率是影响障碍物后方火焰锋面状态的关键因素,单边型障碍物对阻塞率的敏感性更强,而格栅型障碍物的加速潜力更高,阻塞率的增大会放大障碍物形状引起的加速差异性。研究结果可为氢气火灾事故防治提供基础的参考数据,并在氢能动力系统设计层面提供借鉴。
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李加庆 冯智雨 梁辉龙 尹鹏博 滕霖 陈崇启 罗宇 江莉龙
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【目的】在“双碳”背景下,氨作为无碳富氢的能源载体,体积能量密度高、易液化存储,具有广阔的发展前景。然而,复杂的储运环境增加了液氨储罐和管道的腐蚀风险。因此,研究复杂输送环境下液氨腐蚀问题是“氨-氢”能源基础设施制造和安全服役的关键。【方法】通过综述液氨腐蚀的研究进展,探讨了不同环境、不同材料的氨腐蚀行为和应力腐蚀开裂机制。同时,总结了相关氨腐蚀检测方法和具体防护措施并展望了未来氨腐蚀研究的发展方向。【结果】氧气、碳氧化合物、硫化物和氯化物的混入对氨腐蚀有促进作用,而水杂质对氨腐蚀的影响具有两面性;应力能够引起液氨应力腐蚀开裂,而不同材料的应力腐蚀敏感性从大到小依次为:铜及其合金,高强钢,碳钢。【结论】基于国内对液氨腐蚀行为机理尚不明确和氨腐蚀防护措施仍待完善等问题,提出以下建议:①采用实验和仿真模拟等方法,研究多杂质关联作用下不同材质的液氨腐蚀行为和内在腐蚀机理;②需结合实际液氨管线输送环境及材料失效特征,开展管线钢及焊材-液氨临界失效边界检验和腐蚀风险评价;③从液氨储罐和管道的设计、选材、制造、使用等多个角度,结合多种腐蚀防腐措施,形成完善的液氨储运系统腐蚀控制、防护及评价标准体系。
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孙青峰 常维纯 刘亮 姜盛玉
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【目的】油气储运设施在保障国家能源战略安全和服务人民生产生活需要等方面发挥关键作用。随着国家能源需求的持续增长和“全国一张网”油气储运设施规模的不断扩大,推进油气储运设施“应急一张网”应急预案体系建设与优化,对于降低“全国一张网”油气储运设施潜在的事件、事故损失及维护资产完整性具有重要意义。【方法】从不同维度将油气储运设施“全国一张网”划分为“物理一张网”与“智慧一张网”,进而梳理识别“物理一张网”和“智慧一张网”的风险事件及其后果,归纳总结“全国一张网”潜在风险事件,在此基础上,划分“全国一张网”油气储运设施应急响应级别,开展应急预案体系建设与优化。【结果】将“全国一张网”油气储运设施潜在突发事件分为4类,即自然灾害突发事件、事故灾难突发事件、公共卫生突发事件、社会安全突发事件,进而将“全国一张网”油气储运设施应急响应划分为4个级别,构建“全国一张网”油气储运设施应急预案体系,并配套建立详尽的应急组织体系、应急信息报送程序、应急响应程序、应急善后处置程序。【结论】该应急预案明确了面向突发事件的应急组织结构,详细规划了自下而上的应急信息报送流程与应急响应流程,在“全国一张网”视角下,完善了“全国一张网”油气储运设施应急管理管理制度,可为推动实现应急数字化提供重要支撑。
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