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刘方 杨宏伟 邓付洁
[摘要]浏览(12)次
【目的】天然气管道掺氢输送易导致终端用气设备在燃烧用火时发生脱火、回火现象,影响设备的火焰稳定性。为明确不同空气系数与掺氢比对典型终端用气设备的燃烧火焰稳定性的影响,通过仿真模拟与实验验证相结合的方法开展研究。【方法】以终端用气设备中的10 mm圆形单火孔为研究对象,通过仿真计算了一次空气系数为0.40、0.60、0.65、0.70、0.80条件下,掺氢比为0%、3%、5%、10%的脱火工况,以及一次空气系数为0.60、0.65、0.70、0.80条件下,掺氢比为0%、3%、5%、10%的回火工况;结合GB/T 16411—2008《家用燃气用具通用试验方法》,设计了天然气(纯甲烷)掺氢火焰稳定性测试方案进行实验验证。【结果】脱火工况的临界火孔气流速度模拟值与实测值平均相对误差为5.73%,验证了脱火仿真模型的可靠性;回火工况的临界火孔气流速度模拟值与实测值平均相对误差11.22%,受实验测试条件影响,误差偏大;掺氢比越大,脱火极限越高,越不容易发生脱火现象,掺氢有利于防止脱火;掺氢比越大,回火极限越高,回火倾向越大。【结论】研究成果可为掺氢天然气的工业应用提供借鉴,在实验条件受限的前提下,对于终端天然气用户进行掺氢适应性分析时,可借助仿真手段开展针对性分析,同时对于掺氢比较高的应用场景,建议开展针对性测试,确保终端用气设备的稳定运行。
朱建鲁,张捷,李玉星,刘翠伟,宁元星
[摘要]浏览(33)次
目的】纯氢/掺氢管道安全运行不可或缺的密封元件为密封圈与密封垫,因此探究氢环境下密封圈与密封垫的性能对于氢管道的安全运行具有重要意义。【方法】梳理国内外关于密封圈与密封垫的研究进展,探讨分析了氢环境下常用密封材料、氢气渗透密封圈机理及伴随的吸氢膨胀现象与鼓泡断裂现象、非氢环境下垫片压缩回弹与蠕变松弛现象以及氢环境下垫片的氢脆等关键问题。【结果】目前关于非氢环境下密封圈或密封垫的性能研究较为成熟,纯氢或掺氢管道的发展正处于初级阶段,对于纯氢或掺氢环境下密封圈或垫片密封性能研究尚不完善,存在许多薄弱环节亟待解决。【结论】氢气以分子形式渗透橡胶O形圈,施加气体压力和外界环境温度都会影响氢气渗透橡胶密封材料的进程,填充材料为炭黑和二氧化硅导致橡胶材料吸氢量差异性较大,需进一步评价其他填充材料和添加剂种类对吸氢量的影响;橡胶密封材料在氢气环境下会产生体积膨胀现象,吸氢膨胀和鼓泡断裂为不同性质的体积膨胀,外界压力的突降为鼓泡断裂产生不可或缺的条件,透明的三元乙丙橡胶为鼓泡断裂主要研究对象,需进一步研究其他与氢相容的橡胶材料的鼓泡断裂行为,以及进一步研究改变掺氢比对橡胶O形圈溶胀现象的影响规律;临氢环境下垫片的原位力学试验研究不足,需明确掺氢比与垫片力学性能参数之间的定量关系。
杜渐,郑坚钦,夏玉恒,张秀玲,徐宁,廖绮,涂仁福,梁永图
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[目的]顺序输送成品油管道不可避免会在相邻油品交界处产生混油段,影响站场调度计划及分输方案制定,准确预测混油段浓度分布是提高站场混油控制水平、降低混油处理能耗、防止油品质量事故的重要依据。然而,多维混油数值模型计算时间过长、难以应用于长输管道,传统数据驱动方法忽略混油发展机理过程,结果可能违背物理原理,准确度及可解释性差。[方法]通过分析混油发展机理,深入挖掘混油发展遵循的基本控制方程及初始边界条件,通过自动微分方式与深度学习模型耦合以构造物理指导的耦合损失函数,将模型预测结果约束至混油发展所对应的物理解空间内;再利用短管道初始数值解,基于管道递推滚动预测和数据修正方法,预测长输管道混油浓度分布。[结果]数值案例表明,所建模型相较传统数据驱动方法准确度更高,MAPE降低了91%,对数据依赖程度更低,RMSE波动程度随数据量变化降低了60%;相较FLUENT数值仿真方法,计算成本降低至原先的12%;现场工程化应用实例表明,相较Taylor模型及改进Taylor模型,所提出的工程化应用框架的绝对误差分别降低了71%、58%,可实现长输管道混油浓度分布高效求解。[结论]耦合混油发展机理与数据修正的成品油管道混油浓度预测方法可准确快速预测长输管道混油浓度分布,指导站场混油接收方案制定,有效提高混油控制智能化水平。
张笑影,马晓红,王聪,李振林,张行,董绍华
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【目的】相比于常规金属管道,玻璃钢管道具有强度高、质量轻等优点,目前已在油气田站场集输领域逐渐投入应用。作为埋地管道面临的常见地质灾害,地质沉降对埋地玻璃钢管道的安全运行具有较大威胁,分析地质沉降作用下玻璃钢管道力学性能变化规律及其影响因素,有助于对保障其安全服役提供理论指导。【方法】使用有限元软件ABAQUS,考虑玻璃钢管道管材的多层非线性各向异性,建立埋地玻璃钢管道模型。基于Hashin失效准则研究不同缠绕角度、沉降量、土壤环境下玻璃钢管道基材及纤维压缩、拉伸初始化准则最大值的分布规律。【结果】地质沉降作用下,基材的压缩、拉伸初始化准则最大值相应大于纤维的压缩、拉伸初始化准则最大值,基材破坏模式对管道整体性能的影响更大;不同铺层缠绕角度工况下,隔层角度为±30°时管道失效系数最低,更有利于管道安全服役;管道各项失效系数的峰值均主要位于沉降过渡区中部位置附近及过渡区与沉降区交界处;土壤环境的改变对管道中间层失效系数影响最大。【结论】利用ABAQUS复合铺层模块能够较好地模拟玻璃钢复合管材的特性,相关结果能够为玻璃钢管道铺层缠绕选型及地质沉降工况管道安全情况分析提供理论依据。
王华伟 康正阳 王英才 刘四进  刘鹏 
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目的有限元法(Finite Element Method, FEM)是研发新型硬岩滚刀的常用方法,为构建合理的新型硬岩滚刀有限元模型以获得较高的计算精度及计算效率开展探究。方法从岩石破碎学、材料学出发,针对芜湖过江工程中19寸光面滚刀、长三角区域混合花岗岩岩层条件,构建盘形滚刀的有限元线性切割模型;并引入网格密度因子λ,通过网格局部加密技术实现λ在0.5~4之间取值,将不同取值下的计算结果与学者Rostami所修正的CSM(Cutting Stress Model)理论模型进行对比。结果虽然λ的取值对滚刀有限元模型的破岩规律无明显影响,但超前破坏效应及过度破坏效应均与λ有关,因此有限元模型的计算精度与计算效率均对λ取值较为敏感:对于计算精度而言,平均滚动力及平均垂直力的计算精度随λ增大呈先下降后上升的趋势,λ=2.5时有限元模型与CSM理论模型的平均垂直力最为接近,接近度为98.5%,λ=3.0时两模型的平均滚动力最为接近,接近度为99.8%;对于计算效率而言,有限元模型的计算求解时间随λ增大呈上升趋势,λ=4.0时的求解时间约为λ=0.5时的15倍,且存在较优λ取值能够兼顾求解精度及求解效率。结论仿真研究中应选取λ=3.0作为有限元模型的最优网格密度因子,其计算效率比λ=2.5时可提升近30%,研究结果可为计算精度与计算效率更高的新型硬岩滚刀有限元模型的建立提供理论框架。
胡恒进,张东明,高星星,王大为
[摘要]浏览(44)次
【目的】“双碳”目标对LNG产业提出了更高的降碳与环保要求,在此形势下,精准掌握LNG产业链碳排放水平,充分了解影响因素以制定切实可行的减排方案尤为重要。【方法】从典型的天然气液化工艺出发,采用“生产系统-工业过程-排放设施”3层分级的方法对调峰型LNG工厂的碳排放源进行识别与归类,分析了基本生产系统投入产出关系。在此基础上构建了以碳平衡法为主,排放因子法为辅的碳排放动态核算体系,以弥补目前碳排放体系核算结果不精准、无法核算逃逸碳排放的问题。以国内某大型调峰型LNG工厂2022年实际生产运行情况为例,测算其全年碳排放量,分析碳排放结构与各排放源的影响因素。【结果】该工厂2022年碳排放总量为15.43×104 t,液化过程碳排放强度为0.51 t CO2/t LNG,气化过程为1.37 t CO2/(104 m3),其中电力间接排放占比最高,达到66.95%,其次是燃料燃烧排放、工艺过程排放、火炬燃烧排放,分别占比18.42%、12.58%及1.79%,逃逸排放占比0.27%。【结论】针对该工厂的碳排放结构与强度特征,从应用冷能发电技术辅以外购绿色电力、实施节能减排措施进行节能改造、优化火炬系统密封气源并增设BOG作为燃料气系统补充气源、增加碳捕集回收利用装置等4个方面提出了碳减排对策建议,为LNG产业的低碳化发展提供合理建议和参考方向。
孙勇,刘朝阳,李秋娟,游泽彬,蔡永军,何淼,刁宇,时奔奔
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目的】随着管道技术不断发展,区域化管理模式成为长输油气管道行业发展的必然选择。提升输油气站场区域化管理模式下的风险管控能力,厘清各管理层级在推进区域化管理进程中存在的优势与不足,已成为在输油气站场深入推进区域化管理的迫切需求。【方法】借鉴过程工业领域保护层思想,结合专家打分、层次分析等评价方法,以集中监视、集中控制、集中维护为核心思想,以提高作业区风险管控能力为目标,建立输油气站场区域化管理综合评价体系。【结果】将区域化管理综合评价方法在10座典型输油气站场进行应用,有效识别了各站场在技术基础、管理制度及人员运维能力等方面存在的不足,梳理形成9大类、31项具体问题。发现各输油气站场改造后在集中控制、集中监视、可靠性评估方面的技术条件仍不满足要求;调度室、作业区以及维修队岗位机构、职责、集中巡检、维护等部分管理制度文件仍需完善,执行力和落实情况有待进一步加强;输油气站场人员素质有待提升,劳动组织结构仍需优化。【结论】通过在输油气站场开展区域化管理综合评价工作达到了“查短板、找差距、指方向、强基础、促提升”的效果,为各输油气站场深入推进区域化管理提供统一的、可量化、可分级的系统性指导与技术支撑。
唐文义,屈宝塘,张贤中,张明明,李彬彬,王誉钦
[摘要]浏览(49)次
[目的]随着智能化管道与智慧管网建设的快速发展及无人值守站场运行技术的广泛应用,天然气管道站场自动分输系统所起的作用愈发重要。[方法]针对某在役天然气管道站场现有普通分输系统存在人工操作频繁、无法精准控制等问题,从分输系统控制逻辑、场站控制系统自动化程度、分输支路操作便利性、运行安全性与经济性等多个方面对当前分输系统的控制逻辑进行了深入分析,提出了基于站场原SCADA系统的天然气管道站场自动分输系统的改造设计方案,即在原有站控系统AB PLC基础上,进行了自动分输系统控制逻辑开发和SCADA系统组态设计,实现了不均匀系数、剩余平均量、恒压控制、到量停输4种主要自动分输控制方式,同时新增了分输支路无扰切换、PID调节、自动分输启停、低流量保护、低压力保护、超压停输等多项辅助控制功能。[结果]该天然气管道站场经自动分输系统改造后可持续、稳定工作,大幅减少了操作人员现场巡检和操作的频次,提高分输的自动化水平和控制精度。该设计方案对站控PLC处理能力要求不高,可应用于新建管道自动分输系统建设,也可用于已投产运行管道站场自动分输系统的改造。[结论]该天然气管道站场自动分输系统改造设计方案可以有效降低投资成本和工期,助力站场无人值守及管道公司区域化管理目标的实现。
武艺,李然,张丹迪
[摘要]浏览(58)次
目的】近年来,中国液化天然气(LNG)接收站建设发展迅速,其作为接卸远洋进口LNG资源的终端基础设施,为中国进口天然气开辟了海上通道,在能源结构体系中占据重要地位,分析其发展趋势、探索其利用效率提升策略对保障国家能源供应安全及促进天然气市场多元化具有重要意义。【方法】回顾从2006年中国首座LNG接收站——广东大鹏LNG接收站建成投产至今特别是2019年12月国家石油天然气管网集团有限公司成立以来中国LNG接收站的发展历程及未来趋势,分析进口长协LNG资源供应情况及LNG接收站剩余能力,讨论LNG接收站利用效率提升策略与实践,包括:国家层面发布推动LNG接收站公平开放指导意见,管网设施运营企业落实LNG接收站公平开放要求,资源供应企业创新式提出开放LNG接收站相关举措。【结果】随着天然气消费量的不断增长,进口LNG不断涌入中国市场,LNG产业有望在中国获得更多的投资、发展及建站机会;随着中国能源领域技术创新与迭代升级,LNG接收站有望大幅提高其能源利用效率,降低生产成本,建成更加可靠稳定的LNG供应链;从远期来讲,中国LNG接收站利用效率存在降低风险。【结论】提出中国LNG接收站发展建议:扛牢政治担当,压实保供责任,有序开放接收站使用;加速基础设施建设,提速互保互供、互联互通工程,确保长协资源稳定消纳;创新国际贸易方式,充分利用保税优惠政策,稳步提升接收站利用效率。
武刚,张庶鑫,罗金恒,李丽锋,徐日,段庆全,王熠凡
[摘要]浏览(51)次
【目的】原油储罐目前普遍趋向于大型化、集中化。由于原油的理化性质与储罐材料构件的复杂性,造成了储罐的高风险性,需提高储罐罐区风险管理能力,使日常管理单位掌握储罐状态。应用现有国外标准对应的主流的基于风险的检验(Risk Based Inspection,RBI)技术实施较为复杂,对于现场数据要求偏多,设备因素评价中缺少针对储罐相关附件的影响分析。【方法】提出了一种原油储罐分级预警体系,通过建立基于逼近理想解排序方法(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution, TOPSIS)的储罐风险分级预警体系模型,实现对储罐风险的综合评估与分级预警:①建立了储罐风险评估指标体系,包括人、设备、环境和管理因素等4个一级指标以及若干二级、三级指标;②应用层次分析法(Analytic Hierarchy Process, AHP)对不同层次指标进行赋权,并利用TOPSIS方法对储罐进行相对贴近度计算;③根据相对贴近度结果对储罐进行风险排序和分级预警。【结果】以中国西部某原油储备库区4个原油储罐为研究对象进行风险分级预警,评估结果与国外API 581-2016《基于风险的检验》、EEMUA 159-2017《地上平底储罐:检查维护和修理指南》两种标准的风险评估结果基本一致,可有效预警,且实施便捷、评价指标更为全面。【结论】研究成果能够为罐区巡检、安排储罐大修周期提供合理参考。
殷雄 徐波 刘天尧 温凯 黄维和 宫敬 
[摘要]浏览(71)次
[目的]天然气管网运行的数字化和智能化是必然趋势,在线仿真技术在其中起着至关重要的作用。[方法]针对国外商业软件中在线仿真核心算法不公开的问题,从仿真模型构建、实时数据处理及温压补偿器设计3个方面提出了一套适用于天然气管道在线仿真的自适应仿真方法。首先从管道基本流动方程出发,采用交错网格下的有限容积法进行离散求解,并利用线模型思想引入设备模型,使得天然气管道的流动仿真过程精度高、统一性好且扩展性强。同时基于3σ-MAF(3 Times Standard Deviation-Moving Average Filtering)方法实现了SCADA数据的实时处理,可识别传感器数据异常值并降低测量噪声。继而通过控制理论将模型自适应问题转化成以实测值与仿真值误差最小为目标的负反馈控制问题,并基于PID(Proportional Integral Derivative)算法设计了温压补偿器,实现了在线仿真过程气体流动状态的修正,并通过某实际管网算例进行了算法验证。[结果]通过与SCADA实测数据对比发现,压力修正前、后的仿真值与实测数据的平均相对误差从2.407%降至0.066%,温度修正前、后的仿真值与实测数据的平均相对误差从1.525%降至0.273%,极大地提高了在线仿真结果的准确性。[结论]考虑温压补偿的天然气管道自适应仿真方法具有算法稳定、误差修正快及收敛误差小的优点,可为后续国产化工业级在线仿真软件应用落地提供理论基础。
王政银,刘红强,王俊晓
[摘要]浏览(69)次
【目的】海水泵作为LNG接收站的核心设备之一,其正常运行对LNG接收站安全高效生产至关重要,而对海水泵科学实施检修维护有助于提升其运行的安全性、稳定性、高效性及服役寿命。【方法】基于海水泵基本结构及工作原理,系统梳理了海水泵检修维护要点,包括外观、冷却系统、轴封与轴承、叶轮与泵壳、电机与电气系统、润滑系统等检修维护的主要目的、基本流程及操作方法,尤其对轴封和润滑系统的检修维护进行了详细阐述。【结果】生产实践中通过严格落实上述检修维护流程与方法,可以有效保障海水泵安全高效运行,但在极端海洋环境影响及新技术、新材料发展推动下,海水泵在工程应用中仍然面临严峻挑战,需要采取切实有效的应对措施,持续提升海水泵检修维护效率与水平。【结论】建议研发新型防腐涂层材料及有效的生物附着控制方法,以提高海水泵的耐腐蚀性能及抗生物污染能力;利用物联网(Internet of Things,IoT)技术,将传感器、数据分析、云计算等智能技术集成到海水泵维护检修流程中,实现实时监控与预警;根据不同工况及使用环境,开发个性化海水泵检修与保养策略,使检修维护更加精准有效;定期对检修维护人员进行新技术、新方法培训,增强其对海水泵最新维护技术的掌握和应用能力。
温文,黄国君,吴超,尹贻功,杨瑞,孙猛
[摘要]浏览(87)次
[目的]国家石油天然气管网集团有限公司的成立,标志着中国天然气市场化改革进入崭新阶段。中国的天然气需求逐渐增加,但基础设施公平开放仍处于起步阶段,天然气保供问题较为突出。[方法]将天然气基础设施公平开放与保供问题放在一个框架体系中,通过分析中国天然气市场基础设施公平开放的现状和存在问题、公平开放对保供的双重影响、国外典型国家天然气市场化改革的经验,对基于保供责任协同的天然气基础设施开放体系进行设计,并提出基础设施公平开放与保供协同发展的路径构想及政策建议。[结果]公平开放与保供责任协同的天然气基础设施开放体系包含保供、公平开放、公平开放与保供的关系、管输企业的作用共4个方面关键内容;保供需求划分为发展需求和应急需求,对应不同类型保供需求,应采用不同的保供方式;基础设施公平开放应具备的基础条件包括基础设施建设、运销分离、信息公开、透明程序、科学定价、严格监管;基础设施公平开放对天然气保供具有促进作用;管输企业是公平开放的责任主体,也是天然气保供的重要参与者。建议未来要更加明确保供范围和保供方式、市场主体保供义务和责任,进一步完善公平开放相关机制,持续推动“全国一张网”的建设。[结论]高质量基础设施公平开放有助于提升中国油气供应安全保障能力。
张丽珍 王文奥
[摘要]浏览(86)次
【目的】阀门是保障天然气管道系统稳定运行的重要元件,为了实现天然气阀门早期泄漏的实时监测及缺陷识别,亟需建立一种可检测并识别不同微小泄漏缺陷的有效方法。【方法】利用自主搭建的阀门微小泄漏声发射检测实验装置,设置0.2 MPa、0.4 MPa及0.6 MPa共3种不同压力,采用声发射检测方法采集了5种阀门状态(健康阀门、阀杆腐蚀外漏缺陷、阀门封闭不严内漏缺陷、阀芯划伤内漏缺陷及法兰垫片破损外漏缺陷)的声发射信号,并得到其时频域特征矩阵。通过主成分分析方法(Principal Component Analysis, PCA)将复杂、冗余的时频域特征矩阵转化为二维、三维特征因子矩阵,计算得到各个特征因子矩阵的最佳簇数,并通过K-means、K-medoids聚类方法对二维、三维特征因子矩阵进行聚类分析。【结果】对于较低压力(0.2 MPa)下天然气阀门微小泄漏缺陷的识别,三维PCA聚类效果达到97.8%,其优于二维PCA;随着压力持续增至0.6 MPa,二维PCA聚类效果不断优化,并逐渐超过三维PCA。在聚类方法评价中,K-medoids聚类方法的稳定程度优于K-means方法,且K-medoids聚类方法的运算效率更有优势。【结论】基于声发射技术+特征提取+PCA+聚类算法的声发射信号分类处理方法,提高了检测阀门微小泄漏的准确率与稳定性,实现了天然气管道阀门缺陷的分类识别,可为天然气管道系统的安全运行提供监测手段及保障措施。
张俊朋 苗青 荆少东 王永胜 欧阳欣 范振宁 梁海宁 张建
[摘要]浏览(135)次
【目的】CO2管道输送是二氧化碳捕集、利用和封存(Carbon Capture, Utilization, and Storage,CCUS)技术产业链中的关键环节,在输送过程存在意外泄漏风险,相比地上管道,埋地高压管道泄漏扩散机制受土壤阻力的影响更加复杂。然而,目前对于CO2管道泄漏扩散特征的研究综述主要聚焦于地上管道泄漏的场景。【方法】针对埋地管道小孔泄漏与全断裂两种常见场景,基于文献调研对目前埋地管道泄漏扩散的实验与模拟研究现状进行梳理评述,探究了土壤地质条件、土壤温度、外界压力以及外界风速对CO2气体在土壤渗流扩散过程中的影响,并总结了当前模拟埋地CO2管道全断裂泄漏扩散的建模方式与物理模型。【结果】对于埋地CO2管道小孔泄漏近场泄漏源特征的研究,主要以开展小型实验的方式研究泄漏口附近土壤温度变化以及干冰层、冻土层的增长规律。对于埋地CO2管道小孔泄漏远场扩散特征的模拟研究,大多假设土壤孔隙度不发生变化,并未考虑气体相变与冲击压力对土壤孔隙度的影响。埋地管道全尺度断裂条件下气体射流扩散的研究主要以模拟为主,且大多数模型直接以形成的洞坑为物理原型,未考虑洞坑的形成对气体射流扩散的影响。【结论】埋地CO2管道全尺寸断裂的现场测试和小孔泄漏扩散理论模型的建立仍有很大发展空间,建议通过专项攻关完善地质条件和外界环境对CO2气体在土壤中的扩散机制,加大投入开展埋地CO2管道大孔径或者全尺度断裂泄漏扩散试验,获取更多实验数据,以建立全面准确的数学物理模型。
胡其会 杨腾 苗青 列斯别克·塔拉甫别克 李兆兰 范振宁
[摘要]浏览(123)次
[目的]管输CO2不可避免含有杂质,杂质的存在会对超临界CO2管道放空过程管内介质温降、压降、相态变化等产生重要影响,但目前针对大管径工业规模级别的超临界CO2管道放空实验研究较为欠缺。[方法]设计了一套含杂质超临界CO2管道节流放空实验装置,研究不同含量的CH4或N2杂质对超临界CO2管道放空过程中主管道和放空管道内温降、压降及相态变化的影响,得出含杂质超临界CO2管道放空主管道内流体相态变化趋势图。[结果]含杂质超临界CO2管道放空,杂质的混入会显著影响管内CO2的充装质量和放空时间,且杂质N2的混入能一定程度上提高放空管道CO2节流后温度;混入杂质CH4或N2均能明显提升放空过程主管道内流体的最低温度,缩小管内流体径向温差,且混入杂质越多,管内流体最低温度越高,径向温差越小;纯CO2、杂质物质的量分数为1%的CO2管道与杂质物质的量分数为3%的CO2管道放空过程中主管道内最低温度位置呈相反规律,纯CO2、杂质物质的量分数为1%的CO2管道放空过程中距离放空管道最远处管内温度最低,而杂质物质的量分数为3%的CO2管道放空过程中管内最低温度则出现在距离放空管道最近处。[结论]研究成果可为含杂质超临界CO2管道放空系统设计、放空过程干冰预防、管材保护提供参考。
黄晓辉 毕宗岳 赵西岐 张锦刚 韦奉 王博玉 詹文文
[摘要]浏览(127)次
【目的】为满足超临界CO2输送管道用钢需求,【方法】采用低C中Mn微Ni合金化设计、高洁净化炼钢和大吨位压下轧制技术,开发出微观组织以细小扁平的多边形铁素体+铁素体+少量珠光体为主的L450M钢级(X65钢级)超临界CO2输送管用热轧卷板。针对设计压力16 MPa的超临界输送用219.1 mm×10 mm(管径×壁厚)高频焊接(High Frequency Welding, HFW)焊管,为保证该HFW焊管运行时具有抗起裂与抗断裂扩展能力,经过计算,要求-45 ℃下母材夏比冲击吸收能量单值不小于88 J、均值不小于117 J,-45℃下焊缝、热影响区夏比冲击吸收能量单值不小于42J、均值不小于56 J。【结果】经成型、焊接及热处理工艺研究,在成型挤压量5.25 mm,焊接速度17 m/min,焊缝热处理温度930 ℃工艺下,开发出低温性能优异的L450M钢级超临界输送用HFW焊管。经第三方检测,该焊管性能完全符合API Spec 5L(46版)标准与低温韧性要求,经压扁试验压至贴合,母材与焊缝均未出现任何裂纹,表明母材与焊缝具有很强的塑性,焊缝质量优异。母材屈服强度534 MPa,母材、焊缝的抗拉强度基本一致,分别为619 MPa、620 MPa,均达到不低于535 MPa的标准要求,强度裕量大。母材、焊缝及热影响区的硬度均不高于220 HV10且分布均匀。-45℃下焊缝冲击吸收能量为177~401 J、热影响区冲击吸收能量为200~415 J、母材冲击吸收能量为248~416 J,且母材、焊缝热影响区的韧脆转变温度均低于-60 ℃。【结论】可见该HFW焊管低温韧性优异,抗低温延性止裂能力高,且承受最大内压与外压能力分别达到62.29 MPa、38.9 MPa,完全满足超临界CO2输送用HFW焊管的运行需求。
闫锋 殷布泽 欧阳欣 胡其会 支树洁 李玉星 龚霁昱
[摘要]浏览(112)次
[目的]超临界/密相CO2管道是目前长距离运输CO2的主要方式,由于超临界/密相CO2管道维持高压运行,因此对管材止裂韧性的计算评估及其重要。减压波特性是评估管材止裂韧性的重要依据,然而CO2泄漏涉及跨相态减压过程,导致其减压波传递规律复杂,预测难度增加,影响管材止裂评估。[方法]为研究CO2管道泄漏时减压波传递规律,搭建了CO2泄漏减压波实验平台,以均相流模型为框架结合气体状态方程、声速模型及出流速度模型建立了减压波数值计算模型,通过将模型计算结果与实验数据进行对比,验证了模型的准确性,并以此为基础,开展了不同初始温度、压力下的数值计算。[结果]不同相态的CO2减压波平台的起始点波速均随着压力的升高而升高,随着温度的升高而降低。与气态CO2不同,密相和超临界CO2减压波平台的高度,均随着压力的升高而降低,随着温度的升高而升高。温度和压力对减压波平台的影响其本质为初始熵值和密度的影响。减压平台的高度取决于初始的熵值,在气相中,初始熵值越低,减压波平台越高。密相和超临界相中,初始熵值越高,减压波平台越高。无论何种相态,初始密度越高,平台长度越长。[结论]实际工程中应重点关注起点高温高压位置的管道止裂,该实验方法和减压波计算模型可为CO2管道止裂韧性计算评估和管道设计提供理论支撑。
张文辉 安国钰 熊小琴 李欣泽 邢晓凯
[摘要]浏览(154)次
【目的】超临界CO2管输是解决“CCUS(Carbon Capture, Utilization and Storage)”技术中碳源汇不匹配问题的最经济的方式。当管道因维检修需要进行放空作业时,由于相变及焦汤效应的影响,放空管段温度可能低于-20 ℃,诱发管道脆断。【方法】利用OLGA软件建立超临界CO2管道放空模型,将模拟结果与实验数据对比,发现OLGA软件在预测CO2相变、温降及压降方面具有较高的准确性。在此基础上,提出间歇放空方案,并模拟分析了不同初始压力及温度下放空阀开度对放空过程及关阀回温过程时长的影响。【结果】在整个干线管道放空段中,放空点是最危险点,其温度会率先降至-20 ℃。随着阀门开度的减小,放空点到-20 ℃所需时间呈指数规律增长。放空阀开度越小,一次开阀放空总量越大,但平均放空速率越小,放空时间成本越高。放空阀开度过大,一次开阀放空总量减小,且干线管道放空段整体压力水平高,也会使将管内介质完全放空至大气压力所需时间增加。关闭放空阀后,管内介质回温可分为由轴向传热或径向传热主导的两个阶段,且轴向传热主导阶段的温升速率更大。随着阀门开度的增加,关阀回温时长会迅速增加并趋于稳定。【结论】放空阀开度过大或过小均会导致放空时间过长,工程应用中可以将放空点处的温度或压力与放空阀的动作连锁,但是为保证控制的可靠性并尽可能缩短总的放空时长,需要合理确定放空阀每次动作的开度。
廖绮 刘春颖 杜渐 蓝浩 梁永图 张浩然
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【目的】人工智能作为引领未来的战略性技术,推动着油气管道在新时代的高质量发展。厘清近20年来人工智能在油气管道运行方面的研究热点及阶段性前沿方向的演变脉络对于定位现阶段在油气管道运行领域人工智能应用上的关键问题以及未来的研究方向至关重要。【方法】基于VOSviewer文献计量软件,对2000―2023年中国知网中人工智能在管道运行领域应用与研究的相关文献进行了关键词“共现”分析。并结合高频关键词的标签视图,从专家系统、模糊逻辑、神经网络、机器学习四个分支对人工智能方法的应用领域、热点方向以及发展趋势进行了细致梳理。【结果】可以看出,该领域的发文量呈现逐年增长趋势且在2016年后尤其明显。泄漏、腐蚀、风险评价、识别、预测、优化等是人工智能方法应用最为广泛的研究领域。人工智能研究方法正在从神经网络、专家系统、模糊逻辑、小波分析等传统方法向深度学习、迁移学习、强化学习等新一代算法进行演变。【结论】在新一轮人工智能发展热潮下,油气管道智慧运行应加强海量多源异构数据融合方法的应用、加深小样本与零样本学习方法的研究、推动增强智能与人工智能的融合、增强因果推断与机器学习的结合、注重基于数字孪生技术的全生命周期管理等方面进一步探索。研究成果可进一步推动人工智能在油气管道运行中的应用,为油气管网智慧运行的发展提供参考。
李欣泽 孙晨 张雪琴 邹炜杰 袁亮 熊小琴 邢晓凯 徐宁
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[目的]超临界CO2管道不同于原油、天然气管道,其在停输的瞬态过程中存在相特性变化问题。为保障超临界CO2管道停输后的安全,其停输前的安全运行工艺(输送压力、输送温度)边界确定具有重要意义。[方法]为准确描述管道停输后的瞬态过程,以新疆油田超临界CO2管道示范工程为例,采用OLGA软件建立了其水力热力计算模型。同时基于管流连续性方程、运动方程、能量方程、PR状态方程及热力学关系式,采用Matlab编程计算的方式对商业软件模型的准确性进行了验证。根据获得的管道停输过程中管内温度、压力、密度及相态协同变化波动规律,提出在压力和温度协同作用下,以CO2密度发生阶跃变化来确定管道安全停输时间的原则,从而将安全停输时间问题转化为避免输送体系中超临界CO2转变为气相的问题。[结果]基于该示范工程的压力和温度运行参数范围,分别确定了夏季和冬季工况下高压低温、高压高温、低压低温、低压高温共8种典型工艺运行边界。同时对比分析了不同季节、不同边界条件下的停输过程管内参数波动变化特征、温压协同变化关系、相态转变路径及规律等。结果表明,高压低温边界最安全,低压高温边界最危险;冬季相比夏季,管道安全停输时间大幅缩短。为指导工程实际,分别给出了夏季和冬季示范工程安全停输工艺边界范围及函数表达式。[结论]研究结果可为超临界CO2管道安全运行提供理论支持和技术保障。
马馨苑 欧阳欣 朱建鲁 陈俊文 刘罗茜 杨腾 宋光春
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【目的】CO2管道运行过程中涉及泄漏、投产等瞬态过程,由于CO2具有特殊的物性和相特性,使得CO2管道瞬态过程模拟难度较大,目前尚缺乏CO2管道瞬态过程数值模拟软件的适应性评价。【方法】选取OLGA与LedaFlow两款主流瞬态模拟软件建立CO2瞬态泄漏数值仿真模型,并利用自行搭建的DN200高压CO2管道泄漏实验装置,开展不同相态CO2瞬态泄漏实验,从压力变化、温度变化、相特性等多个角度评价软件的适应性;以中国某长输CO2管道为例,将该CO2管道瞬态投产现场数据与软件模拟结果进行对比,从工程角度验证两款软件的适应性。【结果】通过泄漏实验结果与软件模拟结果对比发现,对于两个设定的泄漏工况,OLGA软件泄漏压力计算的平均误差分别为15.3%、14.7%,而LedaFlow软件则为16.7%、18.0%,故OLGA软件与LedaFlow软件压力求解准确度相近。OLGA、LedaFlow软件分别存在低估、高估泄漏过程管内最低温度的情况,OLGA软件预测两个测点处最低温度的平均相对误差分别为21.2%、24.5%,而LedaFlow软件平均相对误差分别则为13.1%、11.1%。对于某CO2管道投产过程的压力、温度,OLGA软件平均相对误差分别为1.2%、6.1%,而LedaFlow软件则分别为1.3%、5.2%,可见两款软件模拟结果与现场数据均较为接近。【结论】在CO2管道泄漏过程中,OLGA软件低估泄漏过程最低温度可保证管道低温安全性,且OLGA软件更适用于CO2泄漏过程中管内压力、温度及相特性的预测;在CO2管道投产过程中,OLGA、LedaFlow两款软件均适用于管内的压力、温度模拟研究。
刘广瑜 欧阳欣 柳歆 彭世垚 王财林 俞欣然 胡其会 饶世铎
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【目的】碳捕集、利用与封存(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)技术是实现双碳战略的有效途径,具有广阔的应用前景。长距离CO2管道输送是CCUS技术的重要一环,对于管道安全生产运行而言,管道内腐蚀是威胁CO2管道安全的关键问题。【方法】围绕超临界CO2为主相的腐蚀展开调研,综述了超临界/密相CO2管道内腐蚀的研究成果,分析了相关研究成果之间存在的问题,并展望了其未来发展方向。【结果】重点介绍了超临界态和密相态下CO2管道腐蚀的影响因素,阐述了温度、压力等工作参数对水与CO2互溶程度的影响,解释了目前现有研究成果存在相互矛盾结果的原因,归纳了管道内主要杂质气体对CO2腐蚀的影响机制,分析了在不同的CO2相态下,腐蚀产物膜的结构、密度和完整性对腐蚀动力学的影响,整理了适用于超临界CO2环境下的腐蚀特性表征技术,总结了适用于薄液膜超临界CO2环境的腐蚀速率预测模型。【结论】要实现CO2输送管道的安全平稳运行,目前超临界-密相CO2输送管道腐蚀研究有待解决的问题包括:标准实验流程的建立;杂质耦合作用对腐蚀机理和腐蚀产物膜结构的影响;定量描述腐蚀产物膜的特性对基体的保护作用;水饱和CO2相中薄液膜环境下的腐蚀电化学参数测量与分析;耦合多杂质相互作用下的超临界/密相CO2腐蚀预测模型建立。
吴长访 钟婷 冯永强 石胜明 闫茂成 刘文会 高博文
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【目的】埋地油气管线一般采用防腐层和阴极保护联合防护,但随着长期运行防腐层存在老化和剥离现象。缝隙内存在较高IR降,保护电流分布不均匀,阴极保护电流难以达到缝隙深处,易造成剥离区缝隙内管道欠保护。脉冲电流阴极保护相比于传统阴极保护具有较大优势,可对高阻介质环境中管道具有更好的阴保效果。目前对脉冲阴极保护机理缺乏全面的认知和了解,脉冲阴极保护应用于防腐层剥离系统的适用性尚需验证。【方法】采用缝隙模拟实验装置,研究脉冲阴极保护下剥离防腐层(涂层)管道极化行为,以及保护电位、脉冲频率、阴保占空比及缝隙间隙等参数及保护效果的影响。【结果】由于剥离涂层的屏蔽效应,脉冲阴极保护产生极化电位梯度主要集中于剥离区缝口附近,缝隙深处电位随剥离深度增加而正移,逐步接近自然腐蚀电位。【结论】相比于常规阴极保护,脉冲阴极保护有利于改善剥离区局部电位和电流分布,进而增大剥离区内有效保护距离。剥离区下有效保护深度随阴极保护电位Ecp负移缝隙内局部电位下降而增加;脉冲频率和占空比较高时,脉冲阴极极化持续时间较长,阴极电流中双电层充放电电流减小,有效保护电流增加,利于提高剥离区内阴极极化水平和有效保护距离。脉冲电流阴极保护所需电流较小,电位分布更均匀,增加了有效保护距离。
余晓钟   刘梦薇  白龙  葛昶
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目的】油气企业既是推动能源低碳转型的重要实施主体,也是实现经济发展与碳减排双赢的主要阵地,油气企业的高质量发展对有序推进实现碳达峰、碳中和目标具有重要意义。【方法】基于“双碳”目标新形势及油气企业发展新方向,结合相关理论及文献研究分析,讨论油气企业高质量发展的内涵与特征,深入剖析当前发展过程中面临的机遇和挑战,探索“双碳”目标驱动下油气企业高质量发展路径。【结果】“双碳”背景下油气企业高质量发展的定义为:油气企业主体以自身拥有的资源总量为基础,为破解能源环境要素的瓶颈约束,通过转变发展方式、优化发展结构来增强发展动力,重塑涵盖经济、社会、环境的高质量发展价值体系,实现更低碳、合理、创新、可持续的发展。油气企业发展面临的关键挑战包括减排压力大、无法保障能源供应和技术创新不足等。油气企业高质量发展的路径包括:聚力节能减排、深化产业结构调整、创新数字经济应用、加快绿色技术进步、强化资本支撑、加速绿色人才培养、创建长效管理体系、提高绿色合作水平等。【结论】“双碳”背景下油气主体必须主动适应发展需求,实现保障能源供应与绿色低碳转型协同推进,重塑高质量发展价值体系。
程德宝 蔺建刚 魏乃腾 于雯霞 党春蕾 田华峰
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【目的】氢能具有清洁、高效、来源广泛、可再生等优点,是一种应用广泛且生态安全的燃料,已逐渐成为世界主要经济体能源发展的重点。目前天然气输送管网相对完善,而氢气输送技术面临诸多挑战,如缺乏技术规范、安全风险高、投资成本高等,是阻碍氢气管道输送发展的关键因素。【方法】对国内外氢气输送管道建设现状、设计施工标准、使用材料以及管道输送技术进展等方面进行了介绍,总结了管道运输工艺、管道评价、安全运行保障等方面的相关技术研究,并对氢脆、天然气掺氢、管道力学性能、氢渗透行为等热点技术问题的国内外研究进展进行了阐述与讨论。在此基础上,对未来氢气输送管道技术的研究方向进行了展望,以期为长距离输氢管道的进一步发展提供参考。【结果】选取钢管为氢气长输管道材料时,选材应谨慎,需考虑氢脆现象。与钢管相比,以塑料为基材的柔性塑料复合管具有独特的优势,已成为目前输氢管道领域的研究热点。然而,中国在氢气长输管道领域的相关规程及标准较为滞后。【结论】目前中国的氢能产业化发展已经取得了一定的成果,但是与其他国家相比,在氢气长输管道技术方面仍有较大差距,需进一步对技术上的难点进行突破,并对氢脆、渗透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,主导或参与国际输氢管道相关的规程及标准的制定。
牛帅帅 赵杰 李敬法 吴小华 宇波 李建立
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【目的】液氢因具有体积密度大、氢纯度高等优势而备受关注,但极低的沸点导致其在输运过程中易蒸发而造成氢损失,低温绝热技术是实现液氢管道输运的关键手段。【方法】从热传递的3种方式(固体导热、气体导热、辐射换热)对管道环空间的漏热进行分析,固体导热主要来源于环空间绝热支撑结构,总结了不同类型支撑结构的导热性能。同时,维持环空间夹层真空度可以有效削弱因气体导热引起的漏热。真空多层绝热材料对低温绝热技术的影响是研究热点,在此从真空多层绝热材料预测模型、绝热材料布置方式、定密度多层绝热与变密度多层绝热等方面分别进行了讨论分析。【结果】在保证应力强度的前提下改善支撑形状,最大限度缩短传热路径、减少支撑与内外管的接触点个数及接触面积大小能够有效降低支撑的漏热量。进一步研究低成本与高效率的吸气剂是维持真空度最直接的有效方法。真空多层绝热技术在低温设备中应用广泛,可有效减少固体导热、气体导热及辐射换热。定密度多层绝热和变密度多层绝热都存在最佳层密度排布使漏热最低,并且变密度多层绝热具有更好的绝热性能及重量优势。【结论】合理优化环空间几何结构和热传递方式并研制高效吸氢剂,对推动液氢低温输运管道环空绝热技术、有效降低液氢输运过程中的氢损失具有重要意义。
付雅茹 张东 闫锋 王熠凡 白芳 张宏 刘啸奔
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【目的】碳捕集、利用与封存技术是减少二氧化碳排放的重要战略储备技术,超临界二氧化碳管道运输是连接碳捕集和碳封存最经济有效的方式。由于超临界二氧化碳的减压波特性与二氧化碳的焦耳-汤姆逊效应,管道发生断裂后容易长程裂纹扩展,使得管道运行安全受到威胁。【方法】为探究超临界二氧化碳管道的裂纹扩展机理,对L360M管道的母材横向试样开展了示波冲击试验,建立数值仿真模型并应用内聚力模型描述材料的损伤,通过对比试验曲线与模拟曲线,对内聚力模型参数进行标定,建立超临界二氧化碳管道裂纹扩展有限元模型,将校准的内聚力模型参数输入有限元模型中开展管道裂纹扩展模拟,探明了内压、壁厚、管径等因素对管道裂纹扩展速度的影响。【结果】内聚力模型可以较好地模拟裂纹动态扩展过程,所得模拟结果总体趋势与试验结果一致,通过试验校准及验证的内聚力模型参数可用于管道模型中裂纹扩展的数值模拟;对于超临界二氧化碳管道而言,增大内压、增大管径、减小壁厚都会增加管道裂纹扩展速度。【结论】基于上述结果,计算得到了超临界二氧化碳管道在不同管径及壁厚下对应的止裂压力与适用于直径323 mm管道的最小壁厚。研究结果可为超临界二氧化碳管道裂纹扩展提供理论基础,具有一定实际工程参考意义。
胡轲 安晨 张爱霞 陈可心 白显婧
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【目的】漂浮软管是海上输送原油的关键设备,其运行的可靠性及安全性对外输原油的效率影响非常大。然而,由于海洋环境、作业船舶及软管自身长度等因素的影响,外输软管会出现不同的水动力响应,增加了原油输送中存在的风险。【方法】采用数值模拟方法,对CALM(Catenary Anchor Leg Mooring)系统外输漂浮软管进行动力响应分析及优化设计研究,以单点系泊系统中漂浮软管为研究对象,利用OrcaFlex软件建立穿梭油轮—漂浮软管—浮筒的耦合响应模型,对漂浮软管长度、浮筒与穿梭油轮的间距、艏管连接角度、艉管连接角度等影响软管动力响应的因素进行分析,考虑最小化软管管串的有效张力及曲率,对软管进行设计变量优化。【结果】随着管串长度的增大及浮筒与穿梭油轮的间距缩小,漂浮软管的最大有效张力先减小后增加,而弯矩及曲率一直增加;随着艏管连接角度增大,最大有效张力先减小后增大,而随着艉管连接角度增大,最大有效张力先减小后增大再减小,弯矩及曲率变化趋势各有不同。选择合适的管串长度、浮筒与穿梭油轮的间距、艏艉管连接角度对外输软管动力响应优化十分重要。随后采用遗传算法对漂浮软管构型进行优化,以最小化软管有效张力及曲率为目标进行多目标优化设计,得出软管动力响应最优配置方案。【结论】研究结果可为外输软管的整体设计与构型优化提供工程指导。
路顺 闫术明 周晓东 曹志强 金辉
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目的】海洋环境具有复杂性及不可预测性,铺设于砂质海床上的海底管道易发生侧向失稳,但目前对海底管道侧向失稳的成因尚不明晰,亟需探究海流荷载作用下砂质海床上管道侧向失稳过程中的水动力荷载、管土相互作用等多种影响因素的耦合机制。【方法】采用自主设计搭建的管土相互作用试验装置开展了多类型模型试验,探究了海底管道侧向失稳的物理机制,分析了海底管道水下重力、管土摩擦因数、管道初始嵌入深度比、不同砂质土壤、端部约束条件等对极限侧向土阻力、侧向土阻力系数的影响。【结果】侧向土阻力随海底管道水平位移的增加而逐渐增大,并最终达到极限值;侧向土阻力系数随管道水下重力的增加而逐渐减小,最终趋于稳定值;防滚管道的侧向土阻力系数随摩擦因数的增大而增大,自由管道的摩擦因数对侧向土阻力系数的影响较小;防滚管道的侧向土阻力系数远大于管道两端自由的工况;防滚管道的初始嵌入深度比对管道出现最大沉降量及发生极限侧向土阻力的位置具有重要影响。【结论】通过砂质海床上海底管道侧向失稳试验,明确了海流荷载作用下管道侧向失稳过程中极限侧向土阻力发展规律,可为海底管道的设计、铺设及安全运行提供技术支撑。
李玉星 路建鑫 柳歆 柴冲 贾启运 王武昌 钱昊楠
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【目的】超临界/密相CO2管道输送是CCUS中的重要环节,但气源产出不稳定或终端用量波动等原因,会引起CO2管道内部介质水力热力参数的动态响应,持续或较大幅度波动可能造成管道和设备失稳。目前针对超临界/密相CO2管道输送水力热力计算模型以稳态计算与经济评价为主,瞬态计算模型较为欠缺。【方法】基于流体力学基本守恒方程,结合CO2相特性特点,建立一维含杂质超临界/密相CO2管道流量波动瞬态仿真计算模型,并对该模型进行数值求解计算,实现了不同流量瞬变工况的管道沿程水力热力参数变化规律动态仿真并将模型与行业瞬态仿真软件OLGA进行了对比分析。【结果】超临界/密相CO2管道流量波动瞬态仿真计算模型与OLGA软件的计算结果趋势一致,模型计算压力、温度响应略高于OLGA计算结果,二者对于出口温度、压力响应相对变化量的计算差距在2%以内,满足工程计算精度要求。且在瞬态计算过程中,模型相比OLGA软件更加稳定,不会出现数值震荡现象,可用于超临界/密相CO2管道流量瞬变工况温压动态响应预测。【结论】针对超临界/密相CO2管道建立的一维管道流量波动瞬态仿真模型与OLGA软件模拟结果对比发现,该模型计算精度较高,研究成果可为CO2管道设计与工艺仿真软件国产化提供理论支撑。
涂仁福 梁永图 邵奇 廖绮 邱睿 张昊 徐宁
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[目的]氨是一种高效的储氢介质,在“无碳未来”愿景下,其有望成为未来化石燃料替代品。鉴于氨相对稳定的液态储运形式,利用在役成品油管道构建绿氨-成品油综合运输系统,对绿氨产业链的发展具有重要意义。[方法]介绍了中国绿氨的产能分布情况、各运输方式的优劣性及在役成品油管道增输液氨的潜力;从输送介质特性、长输管道系统结构、管材与设备、管输工艺、水力计算方式、运行压力与流速安全共6个方面进行了成品油管道增输液氨系统适应性分析;考虑了绿氨与成品油运输环节的耦合特征,并就“西氨东送”“北氨南运”的供需格局提供绿氨-成品油综合运输系统规划设想。[结果]随着绿氨产能规模的不断扩大,管道成为首选的长距离运输方式,加之在役成品油管道输送负荷率不足,在经济效益的推动下,成品油管道增输液氨极具潜力;理论层面上,成品油管道与已有液氨长输管道系统相似性高,部分特殊需求可通过工艺或设备改造满足,在制定合理的压力、流速控制策略前提下,在役成品油管道增输液氨的系统适应性整体较强,应进一步采取实验手段验证其可行性。基于此,对绿氨-成品油综合运输系统规划、多种运输方式协同优化、液氨管输运行边界落实及管输批次优化4个方面提出了未来展望。[结论]研究成果可为促进绿氨产业健康发展、提高绿氨-成品油综合运输系统的安全性与经济性提供参考。
谢乃雅 闫锋 朱建鲁 陈俊文 程磊 王启航
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【目的】杂质的存在会影响CO2的相平衡性质,进而影响CO2管道输送安全。随着CCUS技术的进一步应用,含杂质CO2体系相平衡研究对推广CCUS技术至关重要。【方法】自主设计了一套基于气体、液体可压缩性差异的含杂质CO2体系相特性测量实验装置,可以在-30℃~50℃范围内,测量并计算含杂质CO2体系的泡点压力、露点压力。将实验结果与PR方程、GERG2008方程、BWRS方程、SRK方程、PRSV方程五种状态方程的模拟对比,分析各方程预测精度。【结果】针对不同比例的N2-CO2二元体系,随N2含量增加,各状态方程泡点压力、露点压力预测精度下降。不同温度区间各状态方程预测精度不同,PR方程在0℃以下的泡点压力、露点压力预测精度较高,在0℃及以上,预测精度下降;GERG2008方程在0℃以下的泡点压力、露点压力预测精度较低,在0℃及以上,预测精度较高;BWRS方程无明显规律性,但对各体系总体预测精度较低;SRK方程在0℃及以下预测精度较低,在0℃以上预测精度较高;PRSV方程在0℃以下预测精度较低,在0℃及以上预测精度较高。【结论】除BWRS方程无明显规律性外,其他方程在不同温度区间表现出不同的预测精度。状态方程优选建议:针对纯CO2,在0℃以下推荐使用PR方程,在0℃及以上推荐使用PRSV方程;对于“99.5%CO2、0.5%N2”,-20℃~20℃范围内,推荐使用PR方程;对于“96%CO2、4%N2”,-30℃~20℃范围内,推荐使用PR方程、PRSV方程。
陈兵  李磊磊  齐文娇
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目的】CCUS(Carbon Capture, Utilization and Storage)技术对实现“碳中和”战略目标具有至关重要的作用,而管道输送作为CCUS产业链的关键环节,面临的主要挑战之一是密相CO2管道延性裂纹止裂问题。【方法】从裂纹止裂控制机理出发,深入调研了Battelle双曲线(Battelle Two-Curve, BTC)方法的研究进展,并剖析了其应用于天然气管道止裂控制的技术现状及局限性。针对裂纹止裂韧性BTC修正方法,从夏比冲击吸收能量、落锤吸收能量及裂纹尖端张开角3个角度进行述评,根据密相CO2的特性,探究了BTC方法应用于CO2管道止裂韧性计算的可行性。【结果】借鉴应用于天然气管道止裂控制的BTC修正方法,基于管道裂纹动态延性扩展止裂设计判据中的速度判据,从驱动力与阻力两个方面,提出了BTC应用于CO2管道裂纹止裂控制的修正方法。CO2管道全尺寸爆破试验是目前确定密相CO2管道止裂韧性最有效的方法,根据前人研究中CO2管道全尺寸爆破试验数据,提出了BTC方法的修正系数范围,为CO2管道的安全运行、CCUS技术的规模化应用提供了参考依据。【结论】利用BTC修正方法计算密相CO2管道止裂韧性的研究尚处于起步阶段,虽然基于CO2管道全尺寸爆破试验数据得到了BTC方法的修正系数,但可供参考的试验数据较少且适用范围有限,今后可以进一步结合数值模拟研究,提出更有效的修正方法。
闫冰 史博会 陈俊文 汤晓勇 昝林峰 王妍静 李玉培 宫敬
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【目的】CCUS技术作为实现碳中和的重要手段,其中CO2的安全高效输送是关键环节。超临界相CO2管道输送已在国际上得到广泛应用,国内现已基本掌握了超临界CO2管道稳态输送的工艺规律,但对于具有起伏地形的超临界CO2管道放空作业的动态规律和安全风险认识尚不够深入。【方法】借助OLGA软件,建立具有起伏地形的超临界CO2管道两端阀室放空物理模型,开展管道放空的动态模拟分析,揭示了放空过程中主管道内低温现象的物理本征,探讨了地形起伏超临界CO2管道放空过程中的关键问题,特别关注了地形起伏对相态变化、低温风险和干冰生成的影响,提出了控制背压的安全放空方案。【结果】结果表明:具有地形起伏超临界CO2管道放空应尽量避免在高压、低温下进行;需设计适宜的放空管径和开度,以规避低温脆断和干冰生成等风险;所提出的放空方案在具体地形条件下表现良好,能有效解决主管道放空过程中低洼地段的极致低温问题,并对放空出口的危害较小。【结论】研究成果为地形起伏地区超临界CO2管道的安全放空工艺设计与工程建设提供了理论支持,对工程实际应用具有参考价值,有助于保障CO2管道的安全高效输送。
殷存志 王佳良 刘冬羊 张超 王路 胡艳春
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【目的】针对传统空压机动力源漏磁检测器在新建及低流量、零输量等长输天然气管道中难以适用的问题,研制一种气电混合动力漏磁检测器,并对其技术优势进行分析与验证。【方法】根据检测器在气体管道中行进的普遍原理,基于传统空压机动力源漏磁检测器实施管道内检测时的运行状态分析,提出了气电混合动力内检测器在管道中行进的动力学模型,在漏磁检测器中额外增加电机主动驱动功能,使检测器在鼓风机和自有动力下行进,若遇阻力突变区,电机介入工作,规避了检测器卡堵憋压、发生气爆而高速行进等问题,同时保证其在管道中的通行性。【结果】气电混合动力漏磁检测器在中俄东线天然气管道工程大庆—哈尔滨(大哈)支线实施投产前内检测,在全长52 km的管道中共检测出各类特征6 930 处,并对其中1处金属损失进行开挖验证,缺陷里程、类型、地面定位信息、长度、宽度、深度、时钟位置等各项检测数据均符合相关标准要求。【结论】气电混合动力漏磁检测器采用鼓风机和自有动力作为行进动力具有明显优势,在实际工程应用中表现出较好的安全性、动力性及数据稳定性:低压低流鼓风机避免了空压机产生高压气体带来的安全隐患;速度可控使检测器可以匀速前进,保障了采集数据质量和检测精度;气动和电动双重动力作用下,检测器更快速通过穿跨越、弯头等较易卡堵位置,降低了检测器卡堵风险;若能在降低制造成本及系统复杂性、提高电池电量续航能力等方面有所改进,则应用前景广阔。
陈严飞 刘宇 胡东 尹意 何明畅 江楠
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目的】气体通过减压装置时产生的高频声学能量会激发输气管道管壁的高阶模态,导致管道结构出现声致振动,可能引起焊接支架、三通及管道腐蚀缺陷等不连续点处在短时间内发生疲劳失效。【方法】通过计算噪声谱,将声功率级转换为声压级,量化了声源强度的影响;构建了含腐蚀缺陷的输气管道声致振动有限元模型,并将声压施加于模型管壁,研究了腐蚀缺陷长度、宽度及深度对输气管道声致振动的影响,并与EI(Energy Institute)导则评估结果进行对比。【结果】在不同的腐蚀缺陷长度下,输气管道的应力响应呈现出驼峰状变化,即应力水平随缺陷长度的增大先增后减,但应力集中现象随缺陷长度的增大而减弱;随着缺陷宽度的增加,输气管道的分布趋于均匀;管道应力随着缺陷深度增大呈马鞍形变化,即输气管道的应力水平先降后升。【结论】腐蚀缺陷的存在显著影响输气管道的应力响应,尤其是腐蚀缺陷长度对管道应力影响最为显著,但当无量纲腐蚀缺陷深度增至0.6后,其对输气管道应力、振动模态的影响显著增大,今后应重点关注腐蚀缺陷深度对声致振动的影响。通过对含腐蚀缺陷输气管道声致振动响应的定量分析,既为解决管道强烈振动问题提供了理论支撑,也为输气管道设计、建设及运维提供了参考依据。
陈磊 胡延伟 闫兴清 于帅 刘镇溪 乔帆帆 喻健良 陈绍云
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【目的】管道是CCUS技术最主要的输运工具,研究其动态断裂扩展规律十分重要,而全尺寸断裂实验的准备周期长、技术门槛高、资金投入大、不确定因素多,严重制约了CO2输运管道断裂扩展过程中管道断裂和管内减压规律的研究进展。【方法】基于双向流固耦合技术,使用Frotran语言开发了用户自定义子程序来描述流体减压特性,通过材料性能实验构建管道材料的GTN(Gurson—Tvergarrd—Needleman)本构方程,在ABAQUS/Explicit软件中构建了超临界CO2输运管道裂纹动态扩展和管内减压的流固耦合数值模型,用于开展管道裂纹扩展特性和管内介质减压规律的协同分析,模拟结果通过Python脚本完成批量处理。【结果】数值模拟得到的管道断裂形态与实验结果非常相似;管道断裂速度在管内介质溢出后呈现快速上升并逐渐稳定的趋势,最终稳定在约225 m/s;裂纹尖端张开角呈现先减小后增大的趋势,最终稳定在7.22°左右;CO2在裂纹扩展尖端附近仍保持高压状态,在裂纹尖端处降压膨胀所形成的饱和蒸汽加大了管道止裂难度。【结论】通过开展仿真模拟可以准确地复现全尺寸断裂实验,仿真结果在揭示管道断裂过程中裂纹尖端张开角、裂纹尖端及开裂区压力演变历程等诸多实验无法捕捉的参数方面具有优势。构建的CO2流固耦合数值模型有助于对CO2输运管道断裂特性开展深入分析,可为不同管道尺寸及气体参数下的CO2管道安全控制评估提供参考。
梁明明 刘晓文 侯昊 陈佳铭 牛连山 姜艳朋
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【目的】为解决传统焊枪喷嘴结构设计中存在的开发周期长、成本高、保护气体流场保护效果不明确的问题,【方法】采用CFD软件,针对保护气体流量大小、焊枪喷嘴结构及喷嘴与坡口的间距等关键参数进行数值模拟研究,并结合气体染色实验与实际焊接实验,对模拟仿真结果进行验证分析。【结果】在管道窄间隙坡口GMAW焊接工艺中,选用20 L/min的保护气体流量可以获得良好的保护效果;扁锥喷嘴结构使得保护气体的流场呈现较小的圆锥度且流动更为挺直,即使在相对较低的保护气体流量下,也能够有效抵抗侧风干扰,保持稳定的焊接环境;当焊枪喷嘴与坡口的间距控制在15 mm以内时,保护气体的流场具有良好的保护效果;气体染色实验及焊接实验的结果与模拟仿真的预测结果相符合,表明采用模拟仿真方法对保护气体流场进行优化设计是切实可行的。【结论】通过CFD模拟仿真技术,能有效优化焊枪喷嘴的结构设计,显著提高窄间隙坡口GMAW焊接工艺中的保护气体利用效率,增强焊接质量的稳定性。可见模拟仿真方法在焊接工艺改进中具有重要作用,可为焊枪喷嘴结构设计及保护气体流场的调控提供新的思路与技术参考。
张对红 李玉星
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【目的】随着“双碳”目标任务持续推进,中国的碳捕集、利用与封存(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)作为实现大规模碳减排的托底技术迅速发展,作为CCUS产业链中连接上下游的关键环节——CO2管道工程建设也迎来了黄金发展机遇。然而,中国CO2管道工程建设起步较晚,为了推动中国CO2管道工程建设与发展,亟待对CO2管道输送关键难题与核心技术开展系统攻关,并系统建立CO2管道输送技术标准体系。【方法】基于文献调研对中国CO2管道输送技术发展现状进行梳理评述,从CO2相特性与管输工艺、管道安全、软件仿真、标准规范等方面总结分析了CO2管道输送技术的重要进展,并根据中国的碳源碳汇分布特点对未来CO2管道规划及管输技术发展提出了建议与展望。【结果】目前,相比欧美国家,中国长距离超临界CO2管道工程比较欠缺,仅齐鲁石化-胜利油田的密相CO2管道工程建成投产,另外大庆石化、吉林石化CO2管道工程处于初步设计阶段,未来CO2管道工程建设将持续加速。【结论】中国的超临界CO2管道输送已拥有一定的技术储备,但在中试试验的测试及理论模型的改进方面仍需继续攻关,同时加速推动相关技术的工程示范应用,完善CO2管道输送技术标准体系,为未来区域千万吨级CO2管道运输网络以及区域间CO2干线管道规划建设提供全面有力支撑。
刘倩 雷斌 辛世豪 杨鹤
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【目的】减阻剂在成品油管输过程中如未充分溶解或未被充分剪切,将对成品油质量造成严重影响,甚至会引起质量事故。【方法】建立了测定含减阻剂成品油的外观、运动黏度、馏程和未洗胶质等特征理化指标,并通过与成品油正常项目值比较判断有无异常,从而初步判定减阻剂是否对成品油质量的影响。研究浓缩-红外光谱法建立了提取汽油中高分子成分的方法,并建立了判定汽油中是否含有长链烷烃的分析手段。建立了凝胶色谱法来测定汽油中高分子成分的分子量,为汽油中是否存在未充分剪切的减阻剂提供定性、定量方法。【结果】通过分析减阻剂在成品油中的溶解过程,建立了外观-运动黏度法作为直观的初步评价方法;探究减阻剂对管输成品油质量指标的影响,认为可将馏程/未洗胶质法作为日常质量监控的分析手段;建立了浓缩-红外光谱法,可根据特征峰进一步判断长链烷烃的有无;建立了凝胶渗透色谱法,可对成品油中高分子进行定性定量分析,从而直接判断高分子链的剪切程度。【结论】首次建立了一套综合鉴定方法,可准确判断管输过程中成品油质量是否受到减阻剂添加的影响,为预防管输成品油质量事故提供可行方案,为保障管输成品油品质提供支持。
杨旸, 王海洋,  彭睿, 贾文龙, 朱浩宇, 李长俊
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【目的】智慧管网标准体系是指导管网企业智慧化发展的重要技术文件和技术标准化管理的基础,现有油气管网标准体系不能满足智慧化建设需求,迫切需要建立一套适合智慧管网建设的标准体系框架。【方法】基于油气管网的“智慧化特征”,分析其在可研与设计、施工验收、运行维护和废弃封存4个阶段的内涵与功能。选用国家管网集团标准系统架构作为智慧管网标准体系架构的基础,参考智慧电网的标准体系框架,提出了由对象、全生命周期、互操作三个维度构成的智慧管网标准体系业务框架模型。【结果】对象维度包括线路、站场、储气库、LNG接收站;全生命周期维度包括可研与设计,施工与验收、运行维护、废弃封存;互操作维度包括应用层、交互层和感知层。基于智慧管网全生命周期各项业务的关键技术和标准化对象,结合标准化要素在互操作层级中相互作用的二维映射关系,构建智慧管网标准体系架构。以二维互操作维度的应用层为例,分析了在建立标准体系时需填充缺失和新建的标准。【结论】研究成果可为智慧管网标准体系建设提供指导。
罗召钱, 田兴平, 王欢欢, 王博, 彭轴宇, 廖柯熹, 何国玺, 钟瀚宇
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[目的]高压含硫天然气节流过程对节流撬有明显的冲蚀破坏作用,因此采取合理的检测手段非常重要。[方法]以川西北气矿双鱼石下二叠统气藏L004-X1井口节流撬为研究对象,采用Fluent软件建立数值模型,模拟井口压力为103 MPa的高压条件下的流场及冲蚀过程。分析了现场工况下节流撬内的压力场和速度场,研究了天然气中固体杂质颗粒的质量流量、入口速度、直径及节流撬前后压降对节流阀体冲蚀的影响,并采用超声波相控阵技术对现场L004-X1井出口段测温测压套开展了在线、离线壁厚检测,以验证节流撬冲蚀数值模拟及现场不停产在线检测的可行性。[结果]阀芯内壁面的冲蚀形貌以点状分布为主,出口段测温测压套的冲蚀形貌以连续片状分布,并且由于重力原因导致出口段测温测压套中位于下方的C面冲蚀最为严重。阀芯冲蚀最严重部位为阀芯内壁面,其次为阀芯出口处。冲蚀速率随颗粒的质量流量、入口速度的增加而增大,随颗粒直径的增大而逐渐减小并趋于平稳。对比数值模拟结果与超声波相控阵现场离线检测结果发现,出口段测温测压套4个面最小壁厚的平均相对误差为4.1%,验证了数值模拟的可行性。超声波相控阵现场在线、离线两种检测方法得到的最小壁厚基本一致,为便于现场操作,推荐使用在线检测方式。[结论]研究成果可为高压含硫天然气藏现场设备的安全检测提供理论指导。
李玉坤 董壮 常景龙 裴晨亮 周鹏 杨澳 李洪涛 李旺
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【目的】随着中国城镇化建设的不断推进,重型车辆通过埋地管道上方的情况日益增多,严重威胁管道的安全运行。探究重型车辆碾压下埋地管道力学响应规律对保障油气管道安全运行具有重要意义。【方法】以埋地X70管道为研究对象,设计并开展车辆碾压管道室外试验,采用应变电测法获取管道响应数据,总结管道土压力和轴向应力的响应规律;使用ABAQUS软件建立土体-管道有限元仿真模型,采用非线性接触模型模拟管土相互作用,将车辆荷载简化为移动面源恒载,编写DLOAD子程序实现加载,按照试验工况进行仿真。【结果】结果显示管道附加轴向应力的仿真值与试验值偏差小,且土压力、轴向应力分布规律与试验相同,验证管道土压力和轴向应力的响应规律;基于验证后的有限元模型,采用单一变量法,通过仿真探讨了车辆载重、车辆速度、管道直径、管道壁厚、填土高度和管道内压6种参数对管道轴向应力的影响规律。【结论】两侧履带正下方截面处管顶土压力和轴向应力均大于中心截面处,管底轴向应力小于中心截面处。增大管道直径、管道壁厚或者填土高度均可减少车辆碾压引起的管道附加轴向应力,但改变车辆速度和管道内压的效果不明显。研究所得埋地管道力学响应规律可为重型车辆碾压下管道的安全裕度评估提供参考。
张对红 丛思琦 胡其会 程磊 列斯别克·塔拉甫别克 韩辉 李兆兰
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【目的】工业CO2管道输送一般维持在超临界/密相高压运行,一旦发生管道泄漏,泄漏口附近区域将产生高浓度CO2,对周围人员、生物等带来严重伤亡威胁。目前针对CO2管道泄漏影响范围和安全距离定量分析评价的研究较为欠缺,为探究超临界/密相CO2管道泄漏扩散规律,得到不同CO2暴露浓度下的安全距离,【方法】采用自主设计的大型CO2管道泄放扩散实验装置,开展不同压力和温度条件下的CO2管道泄放实验,研究泄放后扩散区域的CO2浓度变化规律及典型体积分数下CO2的影响范围。【结果】在实验压力和温度范围内,①近泄放口处CO2的体积分数主要受射流作用影响,在所有实验工况中,5 m处CO2体积分数最高可达70%,10 m处CO2体积分数均低于8%。计算得到距离泄放口5 m远处体积分数大于4%的CO2泄放持续时间最长达到125 s,随着管内压力的升高,CO2体积分数大于4%的泄放持续时间更久。②距离泄放口较远处CO2的体积分数受湍流扩散和环境风速、风向的影响,管内压力在7.5~10.5 MPa时,体积分数4%的CO2扩散的最远距离为32 m;管内运行温度20~40 ℃时,体积分数4%的CO2扩散的最远距离为20 m。③CO2管道泄放后,扩散区温度也会降低,随着初始压力的升高或管内初始温度的降低,扩散区的温降增大。【结论】管内运行压力越高或管内初始温度越低时,CO2的扩散距离越远,但环境风会影响CO2扩散距离。在工业CO2管道发生泄放后,不仅要根据CO2管道运行状态,还要结合环境风速和风向综合考虑来进行危险区域划定。
周照恒 周冬林 王建夫 王立东
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【目的】中国氦气资源稀缺,产量不足,对外依存度高且来源单一,氦气资源安全形势十分严峻。利用盐穴存储氦气是一项优势明显的大规模氦气储备技术,可有效保障氦气供应能力,提高用氦安全。然而中国目前暂无正在运行的地下盐穴氦气储库,相关研究和建设尚处于起步阶段,需要有针对性地开展可行性与关键技术研究。【方法】通过对国内外氦气资源及氦气储库建设情况的调研,结合中国盐穴储气库建设经验,分析中国盐穴氦气储库建设可行性,提出盐穴氦气储库选址评价、密封性评价、造腔建库、注采运行等关键技术发展建议。【结果】分析认为:中国氦气断供风险大,需要加大储备;盐穴存氦安全性高、密封性好,适于大规模存储氦气。中国盐穴资源丰富且具有建库技术基础,建设盐穴氦气储库是加大中国氦气储备切实可行的方法;中国建库地质条件、氦气资源条件等与国外不同,盐穴氦气储库建设需要针对性地开展关键技术研究。东南沿海地区盐矿靠近氦气进口和消费地,运输成本低,可作为中国盐穴氦气储库建设的优选库址。【结论】建议中国盐穴氦气储库分阶段逐步建设,初期可建设1~2个盐穴储氦腔体,探索验证氦气储库建设技术,以保障中国氦气供给稳定,然后逐步扩建形成可满足5~10年氦气需求的战略储备。
苗青
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【目的】碳的捕集、利用与封存(Carbon Capture Utilization and Storage,CCUS)是减少大气中二氧化碳含量的关键技术之一,超临界/密相态CO2管道运输是将CO2从捕集点输送至封存点最经济、可行的方法。对于超临界/密相CO2的管道设计来说,关键要求是管道产生裂纹后阻止管道的长程韧性断裂,全尺寸爆破试验是目前验证管道在发生爆裂时能否停止断裂的最直接手段。【方法】据调研,国外共开展了11次全尺寸爆破试验,但考虑到国内外制管工艺的差异性以及实际CO2运输的不同情况,为探究中国超临界CO2管道的止裂韧性,成功开展中国首次全尺寸二氧化碳管道爆破试验,采用X65钢级、外径为323.9 mm、壁厚为7.2~7.6 mm的焊管进行试验,试验气体的组成为95%CO2+4%N2+1%H2,试验压力为11.85 MPa,温度为12.6 ℃。【结果】试验结果表明:CO2管道全尺寸爆破试验进展顺利,管道从起裂管开始裂纹扩展,在起爆位置西侧在两根管道的环焊缝处环切止裂,在起爆位置东侧由于管道母材韧性止裂,试验钢管表现为典型的韧性剪切断裂特征,且采集到裂纹扩展速度、压力及温度等多项重要试验数据。【结论】该试验为中国掌握百万吨级二氧化碳输送管材研制、管道设计及建设技术提供了重要的数据支撑,标志着中国在CCUS技术研究领域取得重要的突破性进展。
刘鹏 张宇 李玉星 范佳林 王武昌 胡其会 黄维和
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【目的】沉降是埋地管道周边常见的地质灾害,严重时可导致管道失效及破坏。研究连续沉降过程中的管土相互作用规律对于保障沉降灾害下埋地管道的安全具有重要意义。【方法】利用自主设计的连续沉降实验系统开展了埋地钢管连续沉降实验,研究了不同地层土体沉降范围和沉降量下的管土相互作用规律,采用数值模拟方法详细分析了连续沉降过程中的管土相互作用演化过程,并通过非线性多元拟合方法,充分考虑沉降、管道、土体等各项参数,对数值模拟结果进行多元拟合。【结果】随着地层土体沉降量的增加,钢管与周围土体逐渐由协同沉降向非协同沉降演变,管道的力学响应经历了增加、卸载、波动、稳定4个阶段。随着地层土体沉降范围的增大,管道与其下方土体完全分离所需的地层土体沉降量增大。当沉降速度较小时,管道最大应力与沉降量随沉降速度的增加而显著增加;沉降速度超过2×10-5 m/s后,管道最大应力与沉降量基本保持不变,但相对应的地层土体沉降量明显增加。此外,拟合得到了连续沉降条件下埋地钢管最大Von Mises应力预测模型,其计算误差多在10%以内。【结论】不同沉降阶段下的管道力学响应明显不同,并且沉降过程中的地层土体沉降量、沉降范围和沉降速度变化对于管道的力学响应也具有重要影响。此外,研究得到的连续沉降下埋地钢管最大Von Mises应力预测模型具有较好的预测效果,能够为连续沉降灾害下的埋地管道安全提供重要判定依据。
吴桂良 陈营 杨向东 王洪昌 乔洪虎 杨晓华 仇德朋 陈景生
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[目的]中国新建LNG接收站正朝着大型化方向发展,已建LNG接收站也已进入扩建期,接收站内BOG的生成量大幅增加且有相当一部分BOG来源稳定,为离心式BOG压缩机在大型LNG接收站的工程应用提供了契机。[方法]以中国某扩建LNG接收站为例,对该接收站内BOG的生成总量、BOG稳定生成量进行计算,从离心式压缩机与往复式压缩机的配置原则、离心式压缩机与往复式压缩机并联运行关键点、离心式压缩机的优势等多角度出发,系统研究了离心式BOG压缩机在中国LNG接收站推广应用的可行性。[结果]研究结果表明:①新建或扩建接收站,LNG储罐能力在5座16×104 m3或4座22×104 m3以上的项目即可使用离心式压缩机;②由离心式压缩机覆盖接收站内BOG生成量的基本负荷,由往复式压缩机覆盖BOG生成量的峰值负荷,可以保证LNG接收站的正常运行;③离心式压缩机与往复式压缩机并联运行时,需要在往复式压缩机出口设置缓冲罐,以抑制往复式压缩机出口压力脉动对离心式压缩机产生的影响;④当两种型式的压缩机并联运行时,可以降低往复式压缩机出口排气压力的波动范围,以减少压力脉冲对下游BOG再冷凝器的影响。[结论]研究成果可为离心式压缩机在中国LNG接收站的推广应用、与往复式压缩机并联运行操作及工程设计提供理论指导和技术支撑。
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。
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。
李睿
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目的】油气管道内检测作为管道完整性管理的关键环节,可为管道事故的预防与合理维护提供科学依据。【方法】为全面了解油气管道内检测技术发展水平及趋势,从检测技术发展现状与数据分析技术两大方面进行了述评。在检测技术发展现状方面,分别对典型的单一原理检测技术、复合检测技术、新型检测技术的检测原理、内检测设备技术水平及工业应用情况进行了分析,并对国内外同类技术发展及应用水平进行了对比。在检测数据分析技术方面,以应用最广泛的漏磁检测为例,按照数据分析步骤分别对缺陷识别、分类、反演方法进行了梳理。【结果】油气管道内检测技术总体上已进入工业化应用阶段,国外对漏磁检测、超声检测、涡流检测等技术已基本实现常规化、系列化;中国管道内检测技术起步较晚,与国际先进水平尚有差距,但已初步掌握了漏磁检测、涡流检测技术,并成功应用于各类油气管道。针对传统内检测技术的适用范围及局限性,已研发出了结合多种检测技术优点的复合检测技术,还探究了以管道轴向应力、管材性能等为检测对象的新型技术的可行性。【结论】油气管道内检测技术的发展取得了显著进展,但仍面临诸多挑战,尤其是微小缺陷的检测能力不足、附加应力检测方法的研究尚不充分。此外,亟需开展海量检测数据智能分析方法的研究,为管道内检测技术的进一步发展提供技术支撑。
柳歆 王海锋 杨腾 胡其会 殷布泽 李玉星 朱建鲁 朱振宇
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【目的】碳捕集、利用与封存(CCUS)是实现碳中和不可缺少的关键技术,CO2管道输送是CCUS技术的重要一环。超临界CO2管道输送过程中,当管道发生泄漏或进行放空作业时,因CO2强节流效应,主管和放空管内可能出现局部低温,生成干冰堵塞管道,并使钢管变脆。【方法】首先利用OLGA软件建立高压CO2管道泄放模型,并将模拟结果与国外实验数据进行对比,发现OLGA软件在计算压降方面较准确,在计算温降方面相对保守,可用于CO2管道设计计算。在此基础上,建立了长距离高压CO2管道放空模型,模拟分析了不同阀门开度、不同初始温度、不同初始压力对CO2管道放空过程管内低温、相态变化和放空时间的影响。【结果】减小放空阀阀门开度可以防止放空过程中管内温度过低,研究选定的放空模拟条件下,不生成干冰的阀门开度应在13.5%,管内温度不低于-30 ℃时的阀门开度应在4.5%以下;高压CO2管道放空过程中,距离泄放口较远处,对流换热强度小,温降幅度较大;初始温度对于放空过程管内温度影响较大,初始温度越低,放空过程中管内温度越低,生成干冰的可能性越大。【结论】因此,在实际工程中,应重点关注主管道上距离泄放端较远处管内流体温度,并在放空过程中根据管内温降情况自动控制减小放空阀阀门开度,减缓放空过程温降速率,对低温密相CO2管道放空需重点关注和防护。
张敬华1 王馨饶2 史瑞龙2 蒋坤泠2 董天宇2 彭丽莎1 黄松岭1, 3
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目的】部分油气长输管道的运行年限较长,存在具体地理位置信息缺失、实际管道定位与初始设计路线不一致等问题,而传统油气管道定位方法的累积误差大、定位精度低。【方法】为了提高油气管道的定位精度,提出一种基于改进无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter, UKF)的油气管道定位方法:以陀螺仪与加速度计组成的惯性测量单元为主要设备,利用里程轮和地面标记器作为辅助定位设备,将管道检测器的姿态、速度及位置误差作为状态量,再将里程轮输出的速度与加速度计解算的姿态信息作为观测量,建立非线性捷联惯导系统误差传递模型;利用改进UKF估计系统误差传递模型,降低噪声对定位精度的影响,并结合前、后向平滑滤波方法、直管与弯管识别方法修正管道检测器的角速度和加速度信息,进一步降低系统解算过程的累积误差。【结果】通过数值模拟与物理试验验证结果表明,所建立的油气管道定位系统可降低长输管道定位的累积误差,对管道所在具体位置进行定位的最大误差为0.56%,在测试环境保持不变的情况下,与传统卡尔曼滤波(Kalman Filter, KF)算法、UKF算法相比,改进UKF算法的定位精度分别提高了约34.2%、30.2%。【结论】基于改进UKF的油气管道定位方法降低了系统解算过程的累积误差,提高了管道的定位精度,在油气长输管道定位中具有较高的实用价值。
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。
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。
张鑫洋 魏庆东 席莎 郭晓栋 石艳柯 许雷阁
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【目的】为解决钢制环氧套筒修复补强管道在轴力作用下轴向应力解算公式不明确的问题,【方法】根据轴力作用下钢制环氧套筒修复管道的受力特点,通过简化,建立力学模型。在此基础上,基于应力解法与变形协调关系,推导提出轴力作用下管道层和套筒层的轴向应力理论求解公式,随后通过ANSYS软件建立无/有法兰套筒修复管道模型,对轴向应力公式进行数值模拟验证,并分别对直径为219、660、1 219 mm的管道进行计算,基于数值解对轴向应力理论解对比验证,并在此基础上,通过文献算例对所建立的计算公式进行验证。【结果】结果表明:经过力学简化所得到的模型具有合理性,所得结果趋于保守;在轴力作用下,有/无法兰套筒修复模型管道层与套筒层内外壁轴向应力理论解与数值解的误差均保持在5%以内;3种不同直径管道的轴向应力理论解与数值解误差不超过5%;在1 500 kN轴力作用下,轴向应力承载力占比理论值与钢质环氧套筒修复缺陷钢管的全尺寸拉伸试验实测值误差小于5%。【结论】通过理论解与数值解、实测值的对比,验证了轴向应力理论公式的合理性与适用性,依据该公式进行整体结构的校核较为安全,研究结果可为轴力作用下钢制环氧套筒修复补强管道的设计和评价提供参考。
廖艺涵 王艺 郑度奎 李敬法 宇波  李建立
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【目的】金属氢化物储氢反应器是固态储氢技术的核心部件,在金属氢化物进行可逆吸放氢反应过程中会发生大量热交换,从而导致反应器内部温度分布不均匀,影响反应器的储氢性能和使用寿命。因此,对金属氢化物储氢反应器进行有效的热管理,是提高其储氢效率和稳定性的关键技术之一。【方法】为研究国内外金属氢化物储氢反应器的热管理进展,通过文献调研的方式,概述了金属氢化物吸放氢反应原理,根据热量传递过程将储氢反应器的换热过程分为三个阶段:(1)热量在储氢材料中的传递;(2)储氢材料与储氢反应器壁面间的换热;(3)储氢反应器壁面与外界的换热。并对提高不同阶段换热效率的热管理方法进行了分类。【结果】通过对各种热管理方法的换热性能进行分析,分别介绍了使用换热管、翅片、相变材料等不同热管理方法的研究进展,以吸放氢速率作为金属氢化物储氢反应器的重要指标,对比分析了不同热管理方法的优缺点,总结了现阶段仍存在的问题和挑战,并对金属氢化物储氢反应器热管理的未来发展方向进行了展望。【结论】不同的热管理方法有各自的优势和劣势,对不同规模和用途的金属氢化物储氢反应器有针对的进行热管理方法的选择和优化,有利于设计出高效、紧凑的热管理系统,为固态储氢技术的规模化和工程化应用奠定基础。
彭阳 戴志向 胡子夏 邓磊 杜艳 何京燃 别沁
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【目的】中国骨干天然气管网包含多条大口径、长距离天然气管道,对于天然气长输管道开展周期性清管作业是保障其安全、平稳、高效运行的重要手段。目前,清管作业仍是利用设立监听点和依靠操作人员经验方法来开展,无法提前模拟清管方案,并预测清管器运行速度、运行位置、到达时间以及管内压力变化等参数。【方法】为此,根据实际天然气清管作业特点,构建清管过程动态预测数学模型并求解,开发了清管过程动态预测软件,并将其应用于某管道A—B、B—C、D—E输气管段的实际清管作业进行清管时间、清管速度的预测。【结果】结果表明:①基于改进的两相流瞬态清管模型和动态预测软件,能够准确预测清管过程中清管器运行速度、所处位置及到达各站时间等关键参数;②利用52次现场实际清管作业监测数据,验证了所用清管动态预测技术的准确性和软件的可靠性;③软件预测的清管时间、清管速度相较实测数据的平均相对误差分别为5.94%、6.56%。【结论】应用该天然气管道动态预测技术与操作软件,能够实现清管作业方案编制的高效性,降低清管人工负荷,保障清管过程的安全性,提升管道管理的智能化程度。
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。
颜珂  彭星煜 刘小琨  张昆 张瑜春 穆卫巍 李富生
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【目的】管网公司为保障稳定供气,需对下游用户的短期天然气负荷进行预测,但传统负荷预测方法存在拟合效果差,预测精度低等问题。为提高短期天然气负荷预测的精度,提出了一种基于互补集合经验模态分解(Complementary Ensemble Empirical Mode Decomposition, CEEMD)和长短期记忆神经网络(Long Short-Term Memory Network, LSTM)的短期天然气负荷组合预测模型。【方法】为充分挖掘负荷序列的内部藏特征信息,避免不同分量特征及额外噪声的相互干扰,通过CEEMD分解将原始负荷序列分解为有限个本征模态函数(Intrinsic Mode Function, IMF)分量,随后将不同IMF分量输入LSTM模型进行多步迭代预测,并基于贝叶斯算法对LSTM模型的超参数进行优化以提升学习效果和预测精度,最后将各分量的预测结果叠加重构得到最终预测结果。【结果】将不同组合模型预测结果进行对比,CEEMD-LSTM预测值与真实值误差更小,预测精度更高,贝叶斯调参进一步提升了预测精度,但预测耗费时间更长。【结论】相比其它预测模型,CEEMD-LSTM组合预测模型能够有效提取负荷序列的时序信息并消除非线性因素的影响,在抑制模态混叠的同时减小了重构误差,提升了预测精度,该方法可为天然气管网的调度管理和运行优化提供参考。
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。
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。
吴迪 李祎璇 崔淦
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【目的】氢气作为一种清洁高效的能源,有望缓解能源紧缺等问题,然而其较高的火灾危险性是氢能应用的重要瓶颈之一。【方法】采用大涡模拟模型、涡耗散概念模型、瞬间破裂模式以及21步氢-空气详细化学反应机理,建立激波管高压氢气泄漏模型。改变高压氢气泄放条件(泄放压力、管径、管道几何形状),探究激波在管道内传播特性;提出前导激波平均强度概念,探究管内激波诱导自燃规律,分析前导激波强度对氢气、氧气混合程度的影响。【结果】研究表明:管径越大,管道内激波强度越小,传播速度越慢;随着泄放压力增加,激波强度随之增加,激波传播速度增大,管道中网状激波结构更加清晰。下游管道几何形状对于激波的作用有显著影响,非锐角管道角度越大,第1次反射激波后压力越小。在未自燃工况下,氢气摩尔分数增加量、氧气摩尔分数减少量与激波强度呈正相关变化趋势;在自燃工况下,由于燃烧消耗作用与激波混合作用相互叠加,随着激波强度增加,氢气摩尔分数增加量降低,而氧气摩尔分数减少量升高。【结论】研究结果对于充分认识高压氢气泄漏自燃机理具有重要科学意义。建议开展耦合多特征参数的高压氢气泄漏自燃预测模型以及高压氢气泄漏自燃抑制技术研究工作,从而为氢气的安全储存及利用提供支撑。
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。
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。
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。
程蒙 黄涛 胡元潮 谢洪平 宋子健 梁沛
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【目的】当前,油气管道与电力线路交叉邻近的工况愈发多见,“两线一地”交叉互邻情况下的雷击过电压问题引起相关行业的高度关注。【方法】针对电力线路临近处的油气管道雷击过电压防护问题,首先,采用COMSOL Multiphysics软件建立油气管道与电力线路“两线一地”交叉互邻情况下的雷击过电压计算模型,阐明管道本体电位及防腐层电位差的产出机理。其次,通过仿真计算分析了土壤电阻率与分层结构对于管道过电压幅值的影响规律,并提出了考虑杆塔接地网散流作用下的管道过电压防护方法。【结果】通过仿真算例验证了该优化改造方案的管道限压效果并论证了其工程应用价值,管道本体电位以及防腐层的耐受电压差受接地体散流方向影响较大,两者整体呈现出两侧对称分布形态。典型土壤电阻率条件下管道防腐层的耐受电压差不超过极限值,单次雷击放电不足以击穿管道外侧3PE防腐层。当防腐层存在局部破损点时,耐受电位差会增大防腐层破损面积。通过改变管道与杆塔接地体之间的夹角和相对距离,能够有效减低管道本体点位和防腐层耐受电位差。【结论】通过改变管道邻近杆塔接地网的结构和散流维度,可有效降低管道电位及防腐层的电位差,可实施性和技术经济性高,研究成果可为油气管道的设计、施工与安全运维提供参考。
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。
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。
黄永飞 郑洪龙 郑策 张宜林 李想 雷雨 王明强
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[目的]天然气超声流量计送检在“送”的流程上未定量,对上检验台前的排产排序过程也暂无相关规定,导致“送”的计划与“检”的排产存在矛盾,亟需统筹解决“送”与“检”的动态协同规划问题。[方法]基于超声流量计“送检使管网价值最大化,检定后管网风险最小化”的衡量准则,选取国家管网集团某管道分公司为例,提出了送检检定优化与排产智能决策的方法:通过数字化转型,统计分析了对传统管理产生干扰的计划标准、不确定性、检定优先级的3种影响因素;结合超声流量计运行、维修及检定检修(简称运检维)的特点,以流程为驱动,开展数据挖掘、柔性管理及运维生效模式分析,划分流量计服役生命周期,优化主、备用流量计的匹配性,并给出年度送检计划时间确认方法;基于生命周期模式,在检定排产环节进行动态规划。[结果]结果表明:检定优先级可由输气收益价值与证书超期风险进行重塑,对于互为主、备的流量计,待检流量计的检定价值与风险成本分别由正在使用的流量计在一定周期内的输气收益价值、证书超期风险确定,约束条件根据检定中心能力进行调整。[结论]以检定排产的天然气超声流量计动态规划统筹运检维优化方法,有助于抵御不确定风险、降低检定负荷、提高计量安全,为天然气贸易计量与管网输损管控提供可靠性保障。
刘方  杨宏伟  邓付洁
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[目的]将氢气以一定比例掺入现有天然气管网进行大规模长距离输送是氢能储运最为高效和经济的方式之一,但是在氢气环境中管线钢可能发生氢脆现象,导致其力学性能发生退化,为管道的安全运行带来隐患。天然气管道掺氢输送工程应用实施的关键需要对掺氢输送管线钢进行力学性能评价,明确掺氢后掺氢比对管线钢氢脆敏感性的影响规律。[方法]基于ASTM G142-2016标准,采用自行设计带有压力容器的慢应变速率拉伸试验系统进行高压气相原位充氢慢应变速率拉伸试验以及借助Instron 8801伺服液压疲劳测试系统开展高压气相原位充氢准静态断裂韧性试验,开展不同氢气压力环境条件下X65管线钢的氢脆行为研究,并结合断口形貌分析研究不同掺氢比对管线钢的力学性能影响。[结果]X65管线钢在总压为9 MPa,掺氢比例为3%、5%、10%的条件下,与无氢环境相比断后总延伸率下降程度在11.5%以内,而断裂韧性在3%氢气和10%氢气环境分别下降23.5%和43.1%,氢脆程度随掺氢比例增加而加剧,断口形貌表明在掺氢比例小于10%的条件下,试样断口主要形貌均以韧性断裂为主,没有典型脆性断口形貌。[结论]对于X65管线钢尤其是在役运行多年的管道,如需开展掺氢输送,建议开展相关管线钢氢脆敏感力学性能评价分析工作,确保管道的安全运行。
周铭伟 刘磊 王樱蓓 马康 卫楠
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【目的】弹状流是气液两相流的主要流型之一,其波动特性不仅影响多相泵的安全运行以及多相流量计的测量准确度,还会在弯头、阀门、并联管路等处引起流致振动,系统地研究弹状流的波动频率对于多相泵、多相流量计以及多相管道的安全运行有重要意义。【方法】依据弹状流的动力学模型以及弹状流的连续波特性,采用斯托哈罗数表征弹状流的无量纲波动频率,提出了弹状流波动频率的连续波新模型。通过调研大量文献总结出现有的水平管道弹状流波动频率经验计算模型。在表观液速0.23 m/s至1.85 m/s、表观气速0.88 m/s至10.0 m/s的参数范围内,使用电导探针在内径24 mm、长30 m的水平管中对空气-水两相弹状流的波动频率进行了实验研究。【结果】实验数据表明,弹状流中连续波的波动频率随表观液速的增加而增大,且有近似线性关系;当表观液速较小时,波动频率随表观气速的增加先减小后增大;当表观液速较大时,表观气速对段塞频率的影响不显著。将实验数据与弹状流波动频率新模型的计算结果以及不同学者提出的12个弹状流频率经验公式的预测结果进行对比。结果表明,提出的连续波新模型对弹状流波动频率预测的平均相对误差约为-15%,均方根相对误差为26%,平均相对误差与其他经验公式相比较小,均方根相对误差为最小。【结论】误差分析表明,现有的经验公式对弹状流波动频率的预测结果有比较大的分散性,连续波新模型对弹状流波动频率的预测结果与实验数据有较好的一致性。
陈国华 陶侠 周利兴
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[目的]油气管道输送介质为易燃易爆的石油及天然气,一旦遭受自然灾害作用,易诱发火灾、爆炸、环境污染等一系列技术灾害,即Natech(Natural Hazards Triggering Technological Accidents)事件,快速、准确地辨识Natech事件下油气管道薄弱管段对于管道防灾减灾及应急决策显得尤为关键。[方法]脆弱性常用于衡量复杂系统的安全风险水平,可利用脆弱性表征Natech事件油气管段安全水平差异性。基于油气管道分段与初始自然灾害特征参数,结合脆弱性评估研究中常用的函数模型法,构建了Natech事件油气管道管段脆弱性评估模型:从系统架构设计、数据库设计、功能模块设计等方面提出了Natech事件油气管道管段脆弱性评估系统的设计思路,并结合B/S架构、ArcGIS技术、可编辑Table技术、Local-storage技术、Lay-UI组件技术等实现了评估系统功能。[结果]将新建评估系统应用于华南地区某输油管道工程,实践结果表明:Natech事件油气管道管段脆弱性评估系统不仅可快速求解脆弱性评估结果以简化脆弱性评估方法的应用流程,且可根据数据采集模块辅助用户确定脆弱性程度差异的根本原因,为降低管段脆弱性水平提供了明确的解决方案,并能够以可视化的形式直观展示脆弱性评估结果,可有效提高脆弱性分区图的制作效率。[结论]研究成果可为油气管道Natech事故防控、关键脆弱目标辨识及信息化系统开发提供参考价值。
禹胜阳 蒋璐朦 张聪2 张泽 李兴涛 刘惟 董绍华 牛殿国
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随着中国石油企业深入参与全球石油生产链和中国油气公司产运销一体化公司管理模式被打破,需要更全面、系统地认识原油贸易计量。通过梳理世界原油贸易计量5大主要标准体系,全面分析世界不同地区原油贸易计量采标、相互关系及中国油气领域相关标准发展情况;通过对标不同标准体系在标准参比条件、原油计量系统、油品检验和计量器具校验等方面要求,系统分析原油贸易计量主要参数选取、仪表设备精度及校准检定管理整体水平;通过分类解析多条在役原油管道贸易计量设计方案,归纳4种计量设计方案,并提出将原油质量银行纳入设计方案以提升计量管理水平。研究结果可为新兴地区相关油气标准推广和不同类型原油管道贸易计量方案设计提供有益参考。
孙勇 吕全 马宁 刁宇 温晓峰 刘慧勇 姚志强 邓梁
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Q1线与Q2线对调运行是中国首例加热与常温输送在役原油管道对调运行工程,其对调运行采用“一边改造,一边运行”的方式进行,涉及工艺流程复杂、工程实施难度大、分输与注入用户多等众多因素制约。开展加热与常温输送管道水力、热力系统改造研究,分析对调运行投产期间影响常温管道预热、热油管道温降的各项因素及不同对调运行置换方式的优缺点,确定合理的改造及对调方式,以减少其对正常生产运行带来的影响;校核Q2线常温输送管道改造为加热输送后预热模拟计算的准确性,并通过实际工程数据验证模拟结果是否满足工程实际需求,同时积累Q1线热油管道改造为常温输送后油品置换的现场实践经验,并针对对调运行期间的关键节点提出合理建议。结果表明,在役常温输油管道改造为加热输送,其预热方式要结合现场实际情况来选择,以Q2线为例,其应采用提前加热管输俄油+高温俄油预热的方式,可使管道满足庆油输送要求。由加热输送方式改为常温输送方式应考虑采取相应措施使站间油品温度逐渐降低,如采用批次输送温度逐渐降低的油品,各批次定量输送的方式;沿线各加热站对不同批次油品加热,以确保各站间油品温度逐步降低。研究结果可为在役原油管道运行方式变更的投产提供参考依据。
黄维和 宫敬
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天然气管网作为天然气产业链中重要一环,亦是能源互联网的重要参与者,在国家能源体系和国民经济建设中占有极其重要的地位。通过回顾中国天然气管道从建国初期蹒跚起步到当前位于世界高钢级、大口径、高压力管道建设运营技术第一方阵的发展历程,系统梳理了中国天然气管道在材料与装备、设计与施工、管理与运行方面的技术发展成就。立足天然气管网“全国一张网”发展趋势及未来能源互联网发展模式,明确了“双碳”愿景和能源转型背景下天然气管网在能源互联网中消纳可再生能源的关键作用,成为气电调峰、掺氢输送、能量转换与储存等的重要载体,进而对能源互联网中天然气管网的天然气能量计量技术、储能及能量转换设施建设技术、天然气管网-电网综合仿真技术、智能调度与控制技术进行系统分析,为确定能源互联网情境下天然气管网技术研究方向和思路提供了参考。
郭胜伟 徐立昊 张胜军 门秀杰 孔盈皓
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【目的】随着中国加快建设新型能源体系,天然气发电对未来天然气产业及电力系统的支撑作用凸显,但天然气发电的未来发展空间仍缺乏行业共识。合理评估天然气发电的发展空间,将有利于中国新型电力系统建设,以及天然气发电政策的制定。【方法】在分析天然气发电、煤电灵活性改造、抽水蓄能、新型储能、智能电网等不同灵活性调峰措施优劣势的基础上,明确了天然气发电产业未来主要作为电源侧灵活性资源、承担调峰作用这一发展定位。综合利用特尔菲法、学习曲线法等定性、定量方法,在分情景预测我国可再生能源发电装机规模的基础上,得出对电力灵活性资源的总体需求,进一步研判煤电灵活性改造、抽水蓄能、新型储能等技术未来能够提供的灵活调峰能力,最终计算中国天然气发电装机未来需求空间。【结果】预测结果显示,2030年、2040年、2060年,中国电力系统需要电力灵活性资源约14×108 kW、27×108~28×108 kW、37×108~40×108 kW,天然气发电作为电力灵活性资源之一,其需求空间将逐步扩大,2025年、2030年预计约1.6×108 kW、2.2×108 kW,2050年需求达峰约3×108~4×108 kW。【结论】建议未来天然气发电找准定位,注意与天然气消费、可再生能源协同发展,并积极推动完善市场机制,体现产业自身价值,有效破解产业碳排放强度较高及核心装备自主能力较低的困境。
朱喜平
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【目的】地下储气库运行是一个系统性工程,涉及经济效益、技术风险、工作效率等多方面。储气库的注采优化伴随储气库运行整个环节,涉及因素较多,以往研究主要针对单因素进行优化,对多目标约束的优化研究较少。【方法】在此结合多目标优化算法NSGA-II模型,建立多目标优化函数,设置地层-井筒-地面多约束变量,以文23储气库2号区块11口井的实际产生数据为基础,设置出砂流量、锥进流量、冲蚀流量、携液流量、地面设备限制流量和外输压力等限制因素,开展多目标优化模拟。采用该多目标优化预测模型分别针对常规采气方案和应急调峰方案进行模拟优化,通过200次迭代,计算最优化的流量范围,并且对比不同约束条件下的单井采气量。【结果】在6组常规采气方案中,地层产量配比差距较大,不同的约束条件将直接影响储气库采气井的产量控制;相对于36MPa,平均地层压力34MPa条件下,调整采气量范围为-16.7%~22.5%;在应急调峰工况下,去掉地面约束条件,模型计算结果的收敛性更好。【结论】储气库采气量多目标优化预测模型以期可为多周期储气库多目标优化提供决策依据,保障储气库的高效运行。但是该优化模型主要考虑技术因素,未考虑经济成本分析,因此后续研究可进一步结合实际使用成本,开展考虑更多因素的储气库采气量优化研究。
李玉星 周慧 朱建鲁 刘翠伟 吕浩 彭薇 芦澍 李璐伶
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调压系统作为连接长输管道与城镇燃气管网的关键环节之一,在实现“氢进万家”中发挥着重要作用,然而氢气与天然气的物性差异影响着调压的工艺控制效果。采用纯氢/掺氢天然气减压调压实验与调压动态模拟相结合的方式,以稳压精度、响应时间、适用度函数作为判定减压调压系统稳压效果的依据,通过对掺氢比、流量波动周期、下游流量变化幅度、管输压力及PID参数的敏感性分析发现:①扰动越频繁、气体流速越大,系统受到扰动后波动幅度越大,减压调压系统越不易实现稳压,需限制管输纯氢或者掺氢天然气的高流速运动。②调压系统流量有正弦变化的波动,以稳压精度±1.5%为要求,进行减压调压实验时,PID比例、积分参数设定在1~2范围时,可基本实现纯氢/掺氢天然气在城镇燃气管道压力范围内的调压过程。③管输气体流速相同时,纯氢的瞬时波动较天然气更为明显,控制系统的响应时间与适应度函数均随掺氢比的增大而逐渐增大,纯氢的压力瞬时波动可达到纯甲烷的1.15倍,控制系统的响应时间、适应度函数更是增大为纯甲烷的1.13倍、2.68倍,同一比例、积分参数时含氢气体更难实现稳压,可根据掺氢比适当降低积分参数或增大比例参数,以期实现与天然气相同甚至更好的稳压效果。研究成果可为纯氢/掺氢天然气管道的实际调压过程提供一定的理论参考。
王军防 宇波 曹旦夫 余红梅 龚军华 袁庆 陈宇杰 向月
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介绍国产化液体管道云仿真软件CloudLPS(Cloud-Based Liquid Pipeline Simulator)的应用:首先通过一个案例,介绍了从物理模型搭建、仿真计算到结果查看的操作流程;然后采用CloudLPS软件对稳态输送、瞬态水击、冷热油交替输送多种不同工况进行计算,并将计算结果与国外商业软件SPS、TLNET进行对比,发现CloudLPS的水力和热力仿真精度与SPS、TLNET相当;随后将CloudLPS应用于常温输送、加热输送、冷热油交替输送等实际管道问题,并与现场数据进行了对比,发现CloudLPS能满足实际工程计算的需求;最后展示了软件可视化控制逻辑搭建和能耗优化两大特色功能。
滕霖 林崴 尹鹏博 李卫东 黄鑫 李加庆 罗宇 江莉龙
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[目的]作为氢能的优质载体,生产工艺无碳化的绿氨成为实现碳中和目标的备选能源之一,因此绿氨终端站的布局与建设对促进氢能产业链的快速发展具有重要作用,有利于推动社会能源结构的绿色转型。[方法]氨作为高效的储能与储氢介质,具有高能量密度、易储运、终端站无碳排放、安全性高等特点,能够显著降低储氢、运氢、用氢成本,并可提高能源安全性,概述了氨的性质,分析了氨用于储氢与储能介质具有的能量密度高、安全、长时储能等优势,调研了全球多国的氨氢项目发展与贸易情况,论述了全球快速增长的绿氨产能及需求,总结了目前氨能的贸易现状与终端站建设情况;对比现有的成熟的LNG接收站相关工艺技术,详细介绍了绿氨终端站的关键工艺及技术,包括终端站绿氨存储工艺系统、液氨蒸发气处理工艺系统与终端站卸载及加注工艺系统。[结果]提出了绿氨终端站的安全性问题,深入剖析了终端站液氨泄漏导致的毒性、燃烧爆炸性等危害,并给出了预防及防护措施。[结论]从化肥行业到能源领域,绿氨终端站技术的研究与发展对绿色能源氢能的提高利用具有重要意义,未来绿氨终端站的数量与规模将持续增加以适应新时代的需求,同时可以考虑改造LNG接收站等大宗能源及化工品储运设施以降低成本。
杨泰鸿 刘军鹏 武昌旭
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LNG波纹软管具有更好的柔性力学特性及柔顺性,但由于其轮廓结构影响及传热系数较大,会导致LNG运输过程中产生较大的热损,降低输送效率。为此,采用数值模拟方法,分别对LNG在光管和5种不同结构参数的波纹管进行流动和传热特性分析,探求波纹高度、波纹间距、雷诺数等对管道传热特性的影响规律,并采用综合热力性能指标(PEC值)对管道传热特性进行了表征。结果表明:波纹管比光管具有更高的努塞尔数和摩阻系数,具有更好的传热特性;波纹管内努塞尔数随着雷诺数的增大而增大,摩阻系数随雷诺数的增大而减小,并在高雷诺数下逐步稳定;相同雷诺数下,波纹管努塞尔数随着波纹高度的增大而增大,随着波纹间距的增大而减小,同时摩阻系数与波纹高度、波纹间距的变化成正比,且波纹高度的影响最大。研究成果可为LNG低温波纹软管工程应用及其结构优化设计提供理论指导。
黄鑫  滕霖  聂超飞  刘罗茜  闫锋  邱姝娟  罗宇  江莉龙
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伴随着能源革命和能源转型的持续推进,中国成品油消费即将达峰,成品油管道低输量趋势愈发明显,给成品油管道企业带来巨大压力。同时,随着“氨-氢”绿色能源技术路线和“液态阳光”碳中和技术路线的火热推进以及相关产业的蓬勃发展,未来液氨、甲醇的产量必将大规模增长。为此,本文提出利用现有成品油管道系统大规模顺序输送液氨、甲醇等液态新能源的技术路线,以期助力成品油管道企业打造新的增长极。通过对成品油管道顺序输送液氨/甲醇技术进行系统梳理,阐述了顺序输送所面临的水力热力特性、混油发展预测、批次编制与混油切割处理、管材及设备适用性、泄漏扩散与安全防护5大主要技术难题,可为液氨/甲醇/成品油顺序输送的现场应用提供合理建议和参考方向。

王军防 宇波 曹旦夫 余红梅 焦开拓 袁庆 陈宇杰 向月

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为了摆脱液体管道仿真长期依赖国外商业仿真软件的现状,国家管网公司基于B/S云架构,以准确快速、界面简洁、交互方便等研发理念,开发了具备完整自主知识产权的国产云仿真软件平台CloudLPS(Cloud-Based Liquid Pipeline Simulator)。在模型和算法方面,除了常规的流动传热模型之外,CloudLPS还引入了非牛顿流体模型、跨维度热力模型等先进数理模型,使软件具备易凝高黏原油管道水热力仿真能力,此外还引入自适应网格、动网格、分而治之、异构并行等高效仿真方法,实现大型复杂管网系统快速计算;在功能方面,主要针对原油及成品油管网,向用户提供管网系统稳态及非稳态仿真、逻辑控制、水击分析、批次跟踪、停输再启动、能耗优化等多种业务及复合业务功能支持,并且提供友好的可视化建模和结果数据展示及分析环境。CloudLPS可作为基础软件工具,在管网系统规划设计、运行调度、风险决策等业务场景下发挥支撑性作用,对于保障我国液体管道的安全经济运行具有重要意义。

肖荣鸽 庞琳楠 刘亚龙
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天然气液化过程中需要大量冷量,但单一的天然气液化工艺会造成冷量的浪费;LNG在存储过程中生成的大量BOG气体需要及时处理,避免发生生产事故。为达到节能降耗与充分利用冷量的目的,设计了氮气循环膨胀制冷天然气液化与BOG深冷提氦的联产工艺,将天然气液化过程中的冷量用于BOG深冷提氦工艺,提高天然气液化工艺冷量的利用率,达到节能降耗的目的:利用HYSYS软件对氮气循环膨胀制冷天然气液化工艺、BOG深冷提氦工艺、联产工艺进行模拟,分析了影响工艺综合能耗及粗氦浓度的关键参数。在粗氦浓度保持在76.8%的基础上,以最小综合能耗为目标,利用响应面法及遗传算法对联产工艺进行优化,得到的最优参数为:制冷剂的高压压力为7 005 kPa、低压压力为489 kPa、流量为4 000 kmol/h,深冷塔的进料温度为-130 ℃、进料压力为2 390 kPa。基于模拟结果,提出了联产工艺使用氮气循环制冷,与单一工艺相比,联产工艺天然气液化率超过90%、氦气回收率超过95%、粗氦体积分数超过76.8%;从经济性角度考虑,联产工艺总压缩功耗较单一工艺减少4 022.71 kW,能耗降低约23.6%;综合能耗较单一工艺减少3 482.4 kW,能耗降低约18.00%。氮气循环膨胀制冷天然气液化与BOG深冷提氦联产工艺具较好的经济性,可为天然气液化与BOG提氦联产的工程应用提供参考。
田野
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金属磁记忆(Metal Magnetic Memory,MMM)应力检测技术支持非接触、在线检测,在以钢制油气管道为代表对象的铁磁性材料应力损伤检测领域具有很好的应用潜力。为明确MMM检测信号与应力集中程度的定量变化关系,基于J-A理论建立管道应力检测数值模型,计算分析管道应力变化过程中MMM检测信号特征,研究了应力影响下的无磁滞磁化曲线形状参数、钉扎系数对MMM信号的影响规律,并对应力与磁信号的关系进行了实验研究。结果表明:管道受力过程中,应变逐渐增大,信号在弹性变形阶段发生一次翻转,翻转位置随无磁滞磁化曲线形状参数的增大而提前;当管体发生塑性变形时,位错引起材料磁学特性改变,信号出现第二次翻转,翻转位置受钉扎系数影响较大,钉扎系数越大,翻转位置越延后,翻转处应变值呈二次函数减小趋势。理论计算与系统实验中的磁-力学关系具有一致性。
周凯 尹江水 朱亚倩 马骐 卫小龙
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基于超声导波的损伤检测技术在长距离管道损伤快速检测中具有广阔的应用前景。针对焊接管道损伤难以检测的问题,提出了一种基于模态转换的超声导波损伤轴向定位方法:采用L(0,2)模态作为入射波,根据传感器接收信号中模态转换产生的F(1,3)模态信号,识别损伤反射回波,结合不同模态超声导波传播速度,实现管道损伤轴向定位。通过焊接管道损伤检测数值模拟和实验,对损伤定位方法进行验证,结果表明,基于模态转换的原理可实现管道全域损伤检测,包括焊缝区和非焊缝区损伤,且损伤定位误差在3%以内。随着损伤深度增大,F(1,3)模态幅值增大,可以为损伤深度的识别提供依据。相比于传统基于反射回波的管道损伤检测方法,该方法可在损伤检测中减小焊缝反射回波的干扰,在焊接管道尤其是焊缝区域损伤检测方面具有潜在优势。
李明晖 王恺
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“双碳”背景下碳经济学理论及其演化规律研究对于推动全球碳减排进程具有重要意义,也是对碳市场及其与社会经济复杂系统相互作用研究的基础。碳交易市场通过碳交易机制实现温室气体减排,基于此,提出碳交易市场的理论基础是“外部性”和公共产品理论,碳交易市场的理论重点是“庇古税”和“科斯定律”,碳交易市场的主要理论依据是碳排放权指标分配和碳交易机制,碳交易背后隐藏的经济学原理是“绿色溢价”。碳金融将是未来碳中和技术创新的核心支撑,梳理了碳金融理论知识,探讨了碳交易市场和碳金融市场的关系。碳市场运行机制通过供求关系实现碳交易,市场规模逐步扩大,并伴随碳价格波动、监管体系完善及参与者多样化等演化规律。碳市场手段主要有碳税、碳交易、碳抵消,政府、企业及个人等参与者括在碳市场中扮演着不同的角色,发挥着不同的作用。通过系统梳理分析碳市场经济学理论创新及实践成果,可为“双碳”战略决策和技术革新提供参考。
张玉龙 侯荣国 王瑞 张苗苗 吕哲
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管道内壁腐蚀存在隐蔽性强、不易及时监测等问题,为了直观展现内腐蚀管道形貌、缺陷的体积及空间分布情况,提出了基于超声相控阵技术的内壁腐蚀管道三维模型重构方法。采用自主搭建的采集平台,通过控制相控阵一维线阵探头,利用反射后的回波信号获取腐蚀管道内、外径空间坐标,再利用插值法构建内、外径间的点云数据集,并使用分层扫描方式得到各断层的点云数据;采用数据处理、逆向模型重构及正向建模等方式,对所采集的点云数据进行三维模型重构。将重构的三维模型与Creaform三维激光扫描仪获取的点云数据进行对比,结果表明:基于超声相控阵技术利用一维线阵探头获取点云数据具有可行性,且所建三维模型及缺陷的误差小、精准化程度高,对油气管道安全评估具有重要的参考价值。
石孝明 武志德 刘旭正 刘冰冰 邓雪杰
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地下储气库在天然气战略储备和调峰保供中起到重要作用,然而中国地质条件复杂,储气库库址匮乏,利用资源丰富的废弃煤矿建库是一很好的选择,因此建立废弃煤矿储气库评价方法尤为重要。在国内外储气库选址研究成果的基础上,从水文地质、盖层密闭性、地质构造、废弃矿井影响因素、安全与经济因素5个方面对影响废弃煤矿改建储气库的因素进行归纳分析,建立基于层次分析法的模糊综合评价模型和库址综合评价表,对废弃煤矿进行选址评价。将该评价模型应用于陕西某煤矿的选址评价中,结果表明:该煤矿改建储气库等级为良好,具备改建储气库的潜力。该评价方法对中国废弃煤矿型储气库建设具有一定的指导意义。
孙博 李柏松 李雅娇 郭祥 于丽琴
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随着中国油气体制改革的深入实施和国家石油天然气管网集团有限公司的成立,“X+1+X”的油气市场体系加速形成,正不断重塑国内天然气产业链,并对LNG行业发展产生深远影响。目前,中国接收站实施完全向第三方开放的接收站数量仍然不足,窗口期仍属于稀缺资源,市场化商业模式不够丰富,并将面临产能过剩、竞争加剧的不利局面。结合LNG行业面临的风险挑战与发展需求,对接收站业务发展定位和策略进行思考,并从坚持公平开放、筑牢本质安全、强化提质增效及培育核心业务4个方面提出应对思路与发展建议,旨在打造以“4D”(Delivery、Diversity、Digital、Data)为核心的业务体系,并为油气体制改革深化和“双碳”战略实施背景下LNG接收站行业高质量发展提供参考。
宋虎潮 冯景灏 王舒曼 席宇航 马茜睿 刘银河
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全球对清洁氢能需求与日俱增,甲烷蒸汽重整工艺因排放高无法满足未来社会对清洁氢能的需求,可再生能源电解水技术高成本、低效率限制了其发展。针对上述问题,将可再生电能加热引入甲烷蒸汽重整工艺,同时高效集成碳捕集工艺与LNG冷能回收系统,提出电气化LNG蒸汽重整制氢系统。建立电气化LNG蒸汽重整制氢系统模型并进行热力学性能分析,分析重整反应温度、反应水碳比等关键参数对系统㶲效率、电效率的影响。研究表明新型制氢系统的㶲效率与电效率分别高达83.2%、89.5%,电效率相比主流电解水制氢效率提升12.3%。新型制氢系统可实现高效、清洁的氢能供应,为实现可再生电能制氢提供新思路和与新方法。
涂仁福  张雪琴  邱睿  许丹  廖绮  徐宁  梁永图
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成品油一次物流优化与协调方法研究对提高运输效率、降低运营成本具有重要意义。基于中国成品油物流体系特征,从物流优化和协调两大视角对国内外研究现状、方法进行了分析与总结。在成品油一次物流优化研究方面,就战略层和战术层而言,现有研究仍无法有效解决资源分布不匹配、供需结构不匹配的矛盾;优化方法仍以数学规划法为主,少量研究引入启发式方法或机器学习算法以应对规模庞大的难题;利用线性加权法、-约束法等解决多目标规划问题,有效实现了多个主体的协同优化;采取随机规划、鲁棒优化改进模型,可解决不确定性优化问题。在成品油一次物流协调研究方面,中国仍停留在定性分析阶段。为适应复杂的物流系统结构,协调方法的研究从单一契约向组合契约发展,并扩充至企业内、企业间两方面。未来应增强成品油物流优化模型的实用性研究,挖掘托运方与承运方之间协调优化空间,合理化物流运输结构,以期实现整体收益最大化。研究成果可为成品油一次物流优化与协调方法的进一步探索提供参考,对促进理论模型与实际业务融合、多主体集中决策模型开发、收益共享协调机制建立有积极作用。
姜昌亮
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以油气管道建设期质量提升为基础,聚焦管道全生命周期质量管控,梳理了中国油气管道质量管理发展历程和技术变革。以“八三”管道建设为开端,中国长输油气管道建设历经了4次大的跨越式发展,逐步形成了“纵贯南北、横跨东西、覆盖全国、连接海外”的油气战略通道新格局。随着自动化、智能化技术应用越来越广泛,油气管道建设水平与工程质量明显提升;随着全生命周期风险评价、监测检测、完整性评价等完整性管理技术的成熟应用,油气管道运行风险得到有效管控;随着焊接技术水平与施工质量的提升、数字化技术的推广应用、全生命周期完整性技术体系的完善、高钢级管道失效机理的突破,油气管道全生命周期本质安全及质量、安全管理水平得到有效改善。分析了油气管道建设质量与运行安全面临的挑战,结合当前油气管道全生命周期环焊缝问题致因、全自动焊接及性能提升等关键质量控制要素,讨论了质量、风险与安全在油气管道全生命周期的相互承接与支撑保障的逻辑关系。结合中俄东线天然气管道工程建设与运行实践,分析了质量控制、风险识别与安全管理的本质关系,提出“质量控制为基础,全要素管理为核心,增强全生命周期抗风险能力”的建设质量与运行安全新模式,使安全保障更加科学有序。综合“工业互联网+”和数字化技术应用,展望了油气管道质量控制与安全管理的技术方向。
胡玮鹏 陈光 齐宝金 张永海
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为研究纯氢/掺氢天然气在土壤环境中的扩散特性,通过Fluent软件建立了三维埋地纯氢/掺氢天然气管道泄漏模型,分析了泄漏口特征、管道埋深、土壤条件、管道压力、掺氢比等因素对埋地纯氢/掺氢天然气管道泄漏的影响。结果表明:在土壤环境中,氢气泄漏后扩散速度相对较慢,主要聚集在泄漏口附近;泄漏孔径越大、泄漏口长宽比越大,氢气泄漏危险性越大;泄漏口位置主要影响氢气泄漏后的分布,对于大管径输氢管道应经常对管道四周进行氢气浓度监测,以避免发生氢气泄漏事故;管道埋深越浅氢气泄漏量越大,危险性越大;在孔隙率较大、土壤粒径较大的土壤中氢气泄漏扩散较快,需针对不同土壤条件设计不同的输氢监测方案;在掺氢输送过程中,随着掺氢比的增大,同一监测点处混合气体达到爆炸下限所需时间逐渐变短,氢气泄漏的危险性逐步提高。
杜建伟 明洪亮 王俭秋
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管道输氢在实现氢能产业发展、促进能源高效利用中具有极高的经济价值,是加速实现能源转型战略的重
要一环,而氢与钢质管道的相容性评价是管道输氢安全应用的前提。氢进入材料后引发的氢脆给管道安全输氢
带来了极大的挑战,但氢脆机理仍未形成统一的共识,也缺乏行之有效的防护方法。钢质管道材料氢脆行为研究
能够直观给出氢进入材料后导致的力学性能变化规律,在机理研究及工程应用中都具有重要的意义。从输氢管
道材料、氢脆机理、氢脆行为研究方法及影响因素等方面总结输氢管道氢脆研究现状,从实验方法及条件、材料微
观组织两个方面阐述了其对输氢管道材料氢脆行为影响,讨论了当前所采用实验方法及结果的合理性,并提出未
来工作中需加以关注的研究方向。

 

周金广 闫德林 葛泽

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随着智慧化、信息化科技水平的高速发展,油品销售企业积极探索智能加油机器人技术,以消除招工难度大、用工成本高的痛点,同时降低员工工作强度、提升顾客体验感。系统梳理了国内外加油机器人的研发进展,详细论述了加油机器人机械臂本体及其控制系统、末端执行机构、视觉识别系统、防爆及智能交互等关键技术。通过对不同类型站点、不同熟练程度的40名加油员共计2 000次加注行为进行观测及统计分析,结合不同地区、不同加油站点的实际情况,综合对比人工加注与机器人加注两种服务方式的效率性与经济性,分析结果可为加油机器人的研发目标与商用条件提供判定依据。在此基础上,提出了加油机器人进站应用的研发目标和改进方向。

高良军 唐义新 陈亮 王北福

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为了更好预测船舶在海上航行中的升沉运动,提高船舶海上航行与作业安全水平,以10×104 t级原油船为研究对象,利用船舶模型运动过程数值模拟软件STAR CCM+构建其仿真模型,由无液货舱和半载液货舱两种情况及0.5λ、1.0λ、1.5λλ=6.16 m)3种波长组合构成6种工况,获取6组升沉运动数据,并将其以8:2的比例划分为训练集和测试集,利用贝叶斯算法优化后的长短期记忆神经网络(Bayes-LSTM)模型进行模型升沉运动预测,将预测结果与长短期记忆神经网络(LSTM)模型的预测结果进行对比。结果表明:Bayes-LSTM模型比LSTM模型的预测精度最大提高3倍以上,显示出Bayes-LSTM模型对船舶海上航行和作业过程中升沉运动预测的优势。

唐柳怡   魏然然   王峰   张文艳   别沁   田志金   梅苑
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大口径高钢级天然气管道一旦发生事故,将会造成重大人员伤亡和经济损失,对其进行安全评价至关重要。通过对国内外高钢级管道失效事件进行分析,将高钢级管道主要的失效影响因素归为材料、载荷及缺陷3大类,并基于出现频率最高的10个影响因素,构建了高钢级天然气管道安全评价指标体系。利用层次分析法获得了各指标的判断矩阵,确定了各个指标的权重,计算得到高钢级管道的安全评分。将该方法应用于某高钢级管道的安全评价中,掌握了管道的实时状态,并明确了薄弱环节和高后果区,可为高钢级管道的设计、建设及安全运行提供参考。
朱喜平
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为了保障能源安全和实现“双碳”战略,在大力提高油气储备能力建设的同时,亟需加强大型油气储存设施的风险管控。针对大型石油储库在数据库建设、风险预测与预警、应急决策支持方面存在的问题,并结合GB/T 42097—2022《地上石油储库完整性管理规范》的总体实施要求,对平台运行过程中的关键技术进行了优化:建立了大型石油储库风险管控一体化平台的核心架构及全生命周期数据库;形成了基于多米诺效应的定量风险评价方法;建成了应急决策支持子系统,并通过改进Dijkstra算法,构建了储库应急救援路线优化模型,开发了火情分析算法及应急无人机平台。以中国石化舟山储库为示范,建立全寿命周期风险管控一体化平台,从全生命周期数据管理、风险预测与预警、应急管理等多个方面提高了储库的管理与安全决策水平。研究结果可为石油储备库的安全运行提供技术支撑。

张磐 曹学文 李相 夏闻竹 秦思思 边江
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受地形影响,湿天然气集输及油气混输管道易在沿程起伏及低洼位置处形成积液。由于集输管道与气井倾角存在巨大差异,作为气井清除积液的成熟方式,泡沫排液技术无法直接应用于混输管道排液,其可行性需进一步论证。通过开展不同倾角下含泡沫气液多相管流试验,从流型转换、积液起塞机制的角度分析了管道倾角对含泡沫气液多相流动的影响。结果表明:在与气井倾角差异较大的低起伏管道中,能够通过添加表面活性剂的方式来清除积液,并对段塞流工况的发生起到较好的抑制作用。同时,通过在SDS表面活性剂溶液中添加NaCl、MgCl2作为环境影响因素,利用金属网格传感器、高速摄像以及压力传感器,进一步探究无机盐条件下SDS水基泡沫排液效果。结果显示,无机盐引起的泡沫性能差异会对泡沫排液效果产生较大影响。,当管道内出现过量稳定泡沫时,会引起管道沿程压降显著增大。研究结果可为泡沫排液技术在集输管道中的应用推广提供指导与参考。

杜学平 郎智凯 柳梦琳 吴江涛
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为解决省级天然气规划中发展目标的合理确立与发展潜力的比较问题,开展天然气负荷预测模型的创新探索。通过数据归类、相关性分析以及与发达国家的对标分析,利用曲面拟合方法建立了中国经济驱动型省级天然气负荷中长期预测模型,绘制了天然气消费潜力、GDP以及一次能源消费的三维坐标系,定量分析了十省/市2030年天然气消费需求。结果表明:各省未来天然气需求旺盛,在GDP复合增长率为5%情景下,十省/市在2030年天然气需求总量达3 155×108 m3,是2021年的2.5倍。其中,天然气消费绝对增量和增速最大的分别为广东省和湖南省。研究结果可为天然气市场调节与发展提供建议与思路。

刘玉卿  张振永  吴圣思  季蓓蕾  张宏  刘啸奔
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水网地区土壤含水量大,土质松软,极易发生沉降,管道在沉降作用下受到轴向载荷的作用,受拉伸载荷作用的环焊缝具有较高的失效风险。为保障管道的本质安全,针对水网地区直径1 422 mm X80管道,采用非线性有限元方法建立了突变型软土沉降下管道轴向应力应变数值计算模型,得到了最危险的突变型沉降工况下不同软土沉降位移对管道轴向载荷大小与分布的影响。在此基础上,采用BS 7910-2019《金属结构中缺陷可接受性评定方法导则》对软土沉降区不同位置管道焊缝的安全性进行评价,分析外部载荷条件及焊缝错边的影响,发现错边量增加将导致评估所用载荷比与韧性比增大,管道安全保守性降低。在临界断裂韧性CTOD值取现有准则0.25 mm的条件下,采用一级评估曲线,水网地区X80管道焊缝始终处于安全状态。若采用二级评估曲线,当临界断裂韧性CTOD值减小至0.08 mm,沉降位移取最大值1 m时,X80管道焊缝处于安全临界状态。

孟子龙 岳铖 杨新 王宇哲 陈立涛
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水合物堵塞已成为深水油气管道输送安全的最大挑战之一,通过形成易流动的水合物浆液来避免水合物聚集和堵塞,可实现管道内油气的安全输送,其关键在于高性能阻聚剂的研发。采用自行搭建的高压摇摆釜实验装置,评价了DHAC(双十二烷基羟丙基氯化铵)、DDAC(双十八烷基二甲基氯化铵)等13种季铵盐型阳离子表面活性剂的水合物阻聚性能。将摇摆釜中滑块的移动范围、速率作为阻聚性能的评价指标,将上述表面活性剂分为A、B、C三类。通过筛选实验发现5种属于B类,8种属于C类,未发现A类阻聚剂。以滑块的最终正反向位移速率对5种B类样品的阻聚性能进行进一步对比,阻聚性能由强到弱分别为DHAC、GQA31745、HEIMQA、CGHDAC、UITS,其中尾链长度为十二的DHAC(双十二烷基羟丙基氯化铵)拥有最好的阻聚性能。实验表明阳离子型表面活性剂对水合物晶体具有一定的分散和阻聚作用,证实了DHAC等阳离子型钻井液添加剂可以作为水合物阻聚剂的潜力,为油气管道中水合物防治提供了新思路。

石孝明  武志德 刘旭正  刘冰冰  邓雪杰
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地下储气库在天然气战略储备和调峰保供中起到重要作用,然而中国地质条件复杂,储气库库址匮乏,利用资源丰富的废弃煤矿建库是一很好的选择,因此建立废弃煤矿储气库评价方法尤为重要。在国内外储气库选址研究成果的基础上,从水文地质、盖层密闭性、地质构造、废弃矿井影响因素、安全与经济因素5个方面对影响废弃煤矿改建储气库的因素进行归纳分析,建立基于层次分析法的模糊综合评价模型和库址综合评价表,对废弃煤矿进行选址评价。将该评价模型应用于陕西某煤矿的选址评价中,结果表明:该煤矿改建储气库等级为良好,具备改建储气库的潜力。该评价方法对中国废弃煤矿型储气库建设具有一定的指导意义。

蒋新生 周磊 蔡运雄 周东亮 陈日 秦希卓
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为获得最适用于储油容器的多孔类抑爆材料,选择铝合金网状抑爆材料、球形非金属抑爆材料、网状聚氨酯泡沫抑爆材料等3种代表性材料,在密闭容器中开展油气爆炸抑制实验,探究其抑爆机制,分析其抑爆演变过程,对比其爆炸特性参数。结果表明:“冷壁效应”“器壁效应”及爆炸波抑制理论在油气爆炸的抑制中都起到了重要作用,但各种抑爆机制在不同材料条件下的贡献不同。在使用铝合金网状材料和球形非金属材料抑爆时,容器内超压得到了抑制,但火焰因扰动作用而快速发展,爆炸发展迅速,而在使用网状聚氨酯泡沫材料抑爆时,火焰和超压都得到了较好抑制。以最大超压峰值和爆炸威力指数为评价指标,网状聚氨酯泡沫材料的抑爆性能明显优于其他两种材料,表明其在油气安全防控领域有着重要的工程应用价值。

张东旭 吕杨 刘成 宋乐春 黄启玉 张建峰
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油水体系中水合物生成机理及浆液流动规律的实验研究对制定水合物风险管理策略及保障管道运行安全具有重要意义。为明确水合物实验研究装置的特点及其在油水体系中的应用进展,阐述了水合物行为研究中常用的宏观和微观装置的结构组成、突出特点及应用情况,对比分析各装置优缺点,综述了研究装置在水合物成核过程研究、生长与分解速率表征、颗粒聚集效果评价、浆液流变特性分析及量化模型建立等方面的应用成果。针对研究现状提出了油水体系中水合物研究的建议,未来可将谱学仪器与现有装置耦合进行油水体系中水合物的多尺度研究,在高压环境中进行水-水合物颗粒界面性质研究,同时基于水合物生长速率、聚集特性和浆液流动性等参数建立水合物堵管风险评估方法。

刘真 潘文菊 刘佳 温凯 宫敬
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不同区域影响天然气需求量的因素存在差异,数据集包含的数据特征不尽相同,同时天然气长期需求预测存在样本数据少的问题,因此较难构建各区域通用的预测模型。为此,利用K-means聚类算法以2011—2020年山东省11个地级市的区域历史天然气需求量、宏观经济数据等特征的相似性对区域进行分类,根据聚类结果分类组合灰色模型/BP神经网络模型进行地区天然气需求量的预测,并与单一模型预测结果进行对比,结果表明:各城市天然气需求量预测分别使用灰色预测及BP神经网络两种模型,平均绝对百分比误差(MAPE)分别为11%、6%,BP神经网络的总体效果优于灰色预测模型;聚类筛选后重新训练的BP神经网络预测结果准确性提高至4.5%。研究成果可更加准确高效地预测中国各城市未来几年的天然气需求量,为政府和企业开展天然气资源配置计划决策提供参考建议。

刘冰 曹燕 惠泉 谭笑 薛鲁宁 郑素丽 杨菊萍 许丹
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中国油气管网团体标准化工作起步较早,在行业高质量发展、自主性提升及国际油气广泛合作等新需求下,急需进一步加速规范优质发展。本研究基于团体标准分析数据,对中国已发布油气管网团体标准的数量趋势、主题内容、领域分布及起草单位进行了分析,利用复杂网络算法绘制了团体标准化工作现状图,并在此基础上总结了团体标准组织专业聚焦、交叉关注、零星参与等3种工作模式。分析结果表明,当前的油气管网团体标准化工作存在着整体活跃度不高且缺乏系统规划、标准数量少且优质标准缺乏、行业主管部门监管落地等问题,并从建立全国性组织以促进协调发展、发挥管网集团作用以促进开放融合、建立多层次工作机制以提升整体质量、细化主管部门监管以规范优质发展等方面提出提升对策。

程浩力
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近年来,CO2捕集、利用与封存(Carbon Capture, Utilization and Storage,CCUS)因其直接降低碳排放而备受关注,作为CCUS的重要环节,CO2管道输送技术也备注关注。为此,系统分析国内外CO2输送管道规范的发展历史及现状,结合国内外相关CO2输送管道规范,重点分析了CO2输送管道设计中管道材料选择、CO2脱水、阀室设置、管道放空、管道干燥封存等方面的要点和需要注意的问题,并提出了相关应用建议:管道内腐蚀控制主要手段建议为对CO2气源进行充分脱水;管道路由选择应避免通过人口密集区的高地势侧,同时充分参考DNV-RP-F104-2021;管道泄漏研究急需开展相关试验,以获得更多数据支持,同时建议开展CFD数值分析,重点分析人口密集高后果区管道泄漏扩散影响并辅助确认管道阀室间距。研究成果可为中国CO2输送管道的设计、建设及规范编制提供借鉴。

梁守才 孙皓 孙超 马焱 刘万强
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为满足油田小曲率半径低压然气集输管道的检测需求,研制了一种适用于此类管道的漏磁内检测器。将漏磁内检测器聚氨酯导向盘更换为钢刷结构,有效减小内检测器在弯头处启动压差,降低内检测器的运行速度,并对内检测器励磁结构进行优化,以减小永磁体体积。将改造后的内检测器应用于某油田此类输气管道,结果表明:与原有输气管道漏磁内检测器相比,改造后的内检测器在弯头处的启动压差降低约40%,内检测器最大运行速度由11 m/s降至6.8 m/s,95%检测里程控速在5 m/s以下,并且可以准确获取管道内外壁缺陷数据。小曲率半径低压力输气管道内检测器的研制与应用,弥补了输气管道内检测器的技术短板,可有效提升管道本质安全水平。

王宇辰 吴倩 刘欢 康泽天
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在研究氢脆发生机理及损伤机制时,常采用慢应变速率拉伸试验、疲劳寿命试验等手段,以力学性能、疲劳寿命等为指标衡量金属的氢脆敏感性。对于典型管线钢材料,其在不足5 MPa的氢气压力下,或在氢气体积分数10%的掺氢天然气环境中,就已在慢应变速率拉伸等试验中表现出明显的韧性下降、裂纹加速扩展等氢损伤特征。为模拟钢在氢气环境中服役,试验中常采用气相充氢及电化学充氢方法,前者能够模拟多种气相对管线钢氢脆的作用,后者能够快速模拟管线钢长时间服役后氢原子的渗透情况。针对氢脆过程及机理总结并分析了3种主要的氢脆防控技术:①调控管线钢材料及加工工艺,优化其微观组织,增加扩散速率,减弱氢原子聚集现象;②引入气体抑制剂,通过竞争吸附的方法减缓氢分子在材料表面的吸附;③增设管道内涂层,使氢气和管线钢基体金属隔离。并基于此提出了进一步优化管道氢脆防控技术的建议。

曲建军 纪瑞军
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:常压储罐是石油库最重要的静设备,随着储罐长周期运行,在环境、外力、介质的影响下,会出现局部防腐涂层失效、
本体及附件腐蚀、密封老化、焊接接头开裂等问题,需通过检修来消除或改善。为了优化检修周期,基于现有标准法规,系
统梳理了开罐检验、在线检验、基于风险的检验(Risk Based Inspection,RBI)的基本原理及工程应用过程中的优劣势;在
此基础上,分析了现有储罐检验方案的不足,进而提出RBI 技术与底板在线声发射技术相结合的检验方案,并利用开罐漏
磁扫描检验方案对其进行了现场验证,证明了其可行性;进而制定了开罐检验与“RBI+底板声发射”相结合的检验策略,
以全方位掌握储罐腐蚀状态。同时,从防腐蚀涂层失效处理及焊接接头埋藏缺陷检验与处置两方面对储罐检修方案进行优化,
以制定科学且经济的检维修策略。研究成果对于指导储罐检维修工作的实施并最终改善储罐的服役状态具有重要的工程实用
价值。
苏怀 张劲军
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天然气管网数据具有海量、多源异构、类型多样、价值密度差异大等特点,数据分析与应用难
度大。借鉴电网、供应链、互联网等领域大数据研究成果,提出了基于数据处理、数据挖掘、多元数据
综合分析的天然气管网大数据分析方法框架。从数据清洗、特征筛选、特征重构3 个方面阐述了管
网数据处理的方法与功能;结合具体业务和场景,明确了预测预警、模式识别、规则学习与推理是构
成管网数据挖掘方法的基础;讨论了运用多元化管网数据的综合方法,指出发展多模态学习和联邦
学习是打破管网数据壁垒、形成数据智慧的关键路径。天然气管网大数据分析应该不断完善管网的
大数据“生态”、深入研究融合领域知识的机器学习方法,发展跨领域、可解释、可控制的管网大数据
分析方法体系,为智慧管网技术提供理论基础。
席海宏
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为保障天然气长输管道安全生产,提升输气效率,需要定期对管道开展清管作业,其中清管器
运行速度预测是清管作业中的重要技术。针对目前清管器运行速度预测方法精度低、适用性差等问
题,在调研国内多家管道运营企业清管作业流程及成功经验的基础上,总结出预测清管器运行速度
的3 种方法:理论估算法、模拟仿真法及经验数值法。深入分析了经验数值法中影响清管器运行速
度的主要因素,提出了经验数值优化方法。通过对比3 种清管器运行速度预测方法的优缺点,提出
了一套完整的清管流程及清管器速度预测方法。最后以某天然气管道清管作业为例,计算了3 种预
测方法的相对误差,验证了经验数值优化方法的准确性及可行性。研究成果可有效指导管道运营企
业开展清管工作,提高作业效率及安全性,降低投资费用。
王勇华 宋喜民 李燕芳 何蒙 鲍明玮
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燃气场站作为城镇天然气输配系统的重要组成部分,其建设管理水平对场站的建设质量、工
程进度、投资效益以及投产后的安全运行都有着非常重大的影响。提升燃气场站建设管理水平的一
个重要途径是不断创新工程建设管理方法和技术手段。以唐山市海港经济开发区某大型燃气场站
为研究对象,首次将BIM(Building Information Modeling)技术应用于燃气场站的建设管理过程中,
开展了BIM 技术在场站规划设计、复杂工艺施工模拟、场区管网综合管理、造价控制与设施管理等
方面的应用研究,提出基于BIM 的燃气场站建设管理方法。实践表明:BIM 技术能够显著提升燃
气场站的建设管理水平,保证场站建设质量目标、进度目标以及投资效益的实现,可为类似工程的建
设管理提供参考。
王伟 杜文友 唐艳刚 夏炜燕 刘华南 吕岩
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多年冻土区运营的油气管道,地基土的冻胀融沉容易引起管道的屈曲变形,严重影响管道的
安全稳定。为以大兴安岭多年冻土区中俄原油管道沿线4 种典型的管道地基土为研究对象,通过冻
胀、融沉试验分析了各种土样的融沉系数、冻胀率与其影响因素之间的关系,采用灰色关联度法对融
沉系数、冻胀率影响因素的敏感性进行了分析。结果表明:试验土样的融沉系数和冻胀率受含水率、
干密度等因素影响较大,超塑含水率、含泥量及烧失量对粉土、砂土及泥炭化土亦有显著影响。通过
灰色关联度分析可知,含水率虽是冻胀、融沉的最主要影响因素,但并非绝对,对于有的土质其含泥
量与超塑含水率起主要作用,设计施工时需要高度重视。研究结果可为多年冻土区埋地管道的设
计、施工、运营维护以及冻害防治提供科学依据与理论参考。
唐娜 雒瑞银 肖意明 完颜褀祺 李康 项军 张蕾 杜威
[摘要]浏览(2268)次
不溶物颗粒在岩盐溶腔中的沉降速率是水溶造腔及井矿盐开采中提卤工艺设计的重要技术
参数。为研究不溶物颗粒的沉降速率,采用静态沉降法,进行了较大粒径(1.0 mm<d <6.5 mm,d 为
粒径)的单一粒径颗粒自由沉降实验及较小粒径(d < 0.6 mm)的颗粒群沉降实验。结果表明:粒
径是影响不溶物单颗粒沉降的主要因素;岩盐不溶物颗粒群沉降速率与溶液中不溶物颗粒质量分
数成负相关,与颗粒粒径成正相关,与NaCl 溶液质量浓度成负相关。研究结果对岩盐水溶造腔地
下盐穴储库及岩盐水溶开采具有重要意义。
远双杰 孟凡鹏 安云朋 董平省 孙立刚 崔亚梅 张效铭
[摘要]浏览(2464)次
中国的LNG 接收站工程中外输首站在工艺流程、设计压力、材质选择等方面存在诸多差异。
通过SPS 对LNG 接收站下游外输管道切断阀关闭工况进行模拟,指出了已建首站对低设计压力管
道超压保护设计的有效性和局限性。结果表明:①当设计压力分界点在接收站出站ESD 阀,即首
站设计压力与外输管道一致时,接收站外输PAHH 联锁关闭出站ESD 阀无法保证首站本质安全,
应使首站的设计压力大于关断工况下的最大压力或者等于接收站外输系统设计压力;②通过合理
地设置接收站与阀室的间距及相应的接收站外输PAHH 联锁,首站下游管道可以避免切断阀关断
工况下的运行超压;③优化后的首站工艺流程中,发球筒应设置有充氮口,取消安全阀及排污口,站
内手动放空宜依托接收站的火炬系统,不应用于下游线路管道放空。研究成果可指导LNG 接收站
工程外输管道超压保护和首站流程的设计。
宋鹏 孙巧飞 郭磊 许延生 苏鑫 李政龙 
[摘要]浏览(2038)次
为评价含单纯凹陷的高钢级管道极限承压能力,通过有限元模拟分析了凹陷形成过程及水压
试验中钢管的变形情况,并开展了含单纯凹陷管道全尺寸水压爆破试验及应变测试。基于全尺寸试
验结果,从含单纯凹陷管道的爆破压力、回弹量及应变变化等方面对有限元分析结果进行了验证。结
果表明:凹陷形成过程及水压试验过程的有限元分析与试验结果趋势一致,且误差小于 10%,说明对
含单纯凹陷管道的模拟是准确的。深度为 15.9% D ( D 为管道外径)的凹陷管道爆破压力为 38 MPa,
高于理论计算的无缺陷钢管爆破压力 31.2 MPa,说明试验单纯凹陷对管道承压能力未产生不利影
响。研究成果为高钢级含凹陷管道的理论分析提供了技术支持。
耿丽媛 徐春燕 刘剑 靳鹏 李佳音 
[摘要]浏览(2361)次
为提高长输油气管道中心线地理坐标的定位精度,分析管道地理坐标测量系统的工作原理,
提出一种基于卡尔曼滤波器的误差估计算法,对导航系统速度误差和里程计误差进行补偿。为降低
里程计输出信号噪声带来的误差,利用分段线性插值方法进行数据预处理,实现对惯性导航系统观
测数据的分段轨迹解算和修正。采用搭载低精度惯导系统的模拟检测器开展模拟试验,捷联惯性导
航算法解算得到的轨迹与试验场地实际路线整体形状和趋势吻合,解算误差在 1 m 以内。结果表明:
在低精度测量器件条件下,基于卡尔曼滤波器的误差补偿与数据预处理方法能够有效滤除里程阶梯
状误差,具有很好的解算精度和一定的应用价值。
冯少广 李东阳 张海磊 赵君 李明红 周武龙 吴定勇 刘国豪
[摘要]浏览(2301)次
剥离强度测试是评价三层结构聚乙烯防腐层(3PE)粘接性能及涂敷质量的主要方法,通过对
剥离强度及剥离后防腐层破坏形式的分析可以获得管道涂敷工艺控制及原材料性能等方面的关键
信息。通过分析16 个典型3PE 样品在不同测试条件下的40 个测试结果,总结归纳了3PE 防腐层
的7 种主要破坏形式,分析了不同破坏形式与涂敷工艺和材料性能之间的关系。研究了测试温度和
剥离速度对防腐层破坏形式的影响,不同温度区间,同一样品可能会呈现不同的破坏形式。随着剥
离速度的加快,剥离界面往往会出现粗糙程度增加甚至被撕裂的情况。研究结果为3PE 防腐层剥
离强度测试结果的分析判定及标准指标的完善提供了数据支持。
姚彬 黎志敏 施鹏 段明
[摘要]浏览(2285)次
为了探究储运管道和设备腐蚀对原油脱水的影响,采用共沉淀法制备了模拟铁腐蚀产物FeS、FeCO3 及其后续氧化产物Fe(OH)3,研究其对模拟乳液稳定性的影响,基于此分析超声辅助破乳技
术的脱水效果。研究表明:FeS 和Fe(OH)3由于Zeta 电位高(绝对值在30 mV 左右),对水/原油乳液稳定性有极强的促进作用。FeCO3 导致原油在高温下脱水困难。采用超声配合破乳剂,在适当的条件下可显著提高脱水率。通过实验证实了腐蚀产物对乳液稳定性的影响作用,并建议加强集输管道及设备的防腐,从而有效提高原油加工效果。
唐建华 姜琳 李志鹏 刘金海
[摘要]浏览(2498)次
管道漏磁内检测数据的有效性对缺陷检测的准确性影响极大,为了尽可能避免失效数据的影
响,通过分析漏磁失效信号的特征,设计了漏磁失效数据的处理方法:针对过限失效、尖峰失效、连
续过平滑、单通道数据漂移、传感器抖动5 类失效数据,采用阈值超限法、邻域差分阈值法、信号区域
面积、局部过零率等完成失效数据的检测与剔除;利用近邻搜索算法(K-NearestNeighbor,KNN),
并通过支持向量回归算法(Support Vector Regression,SVR)降低训练集的冗余性,设计了一种将
KNN 与SVR 相结合的漏磁缺失数据插补方法,对缺失数据进行插补。结果表明:对于不同程度的
数据缺失情况,管道漏磁失效数据处理方法可以实现对漏磁缺失数据的精确插补,对实际工程中常
出现的失效数据处理具有借鉴作用。
沈伟伟 邓道明 刘乔平 宫敬
[摘要]浏览(2354)次
管道积液是气田开发过程中的常见现象,会对天然气集输系统的正常运行产生极大影响。积
液预测有助于及时采取措施,减少积液带来的危害,而临界气速的计算是管道积液预测的关键。对
管道临界气体流速预测相关研究进行了回顾,指出了最小压降模型、液滴模型的局限性,而液膜模型
具有较好的适用性。结合管道积液实际情况,提出将现有管道积液研究成果应用于生产实际中的关
键为:选择适用于不同情况的管道积液准则、合理表征不同倾角下管道内液膜周向分布、考虑复杂
地形条件下大尺寸湿气管道气液流动特性、采用合理的界面摩擦因数计算式。
李柏松 徐波 王巨洪 张舒 杨喜良 高晞光 刘阳 史倩
[摘要]浏览(2462)次

中俄东线天然气工程是中俄两国最高领导人高度重视并亲自推动的重大战略项目,是加强两国全面能源合作伙伴关系、深化全面战略协作伙伴关系的又一重要成果,是服务“一带一路”倡议、构建中国四大能源运输通道的重大工程。推进油气管道设备国产化,有利于保障国家能源安全,促进民族装备制造工业发展,推动管道运营企业降本增效。总结了近年来中国石油在高强度管线钢管、天然气用电驱压缩机组、输油泵机组、关键阀门及执行机构、流量计等设备国产化方面的重大成果。介绍了具备一键启停功能的20 MW级电驱离心压缩机组,满足信息安全要求的管道核心控制系统SCADA成套软硬件,56 in (1 in=2.54 cm)、Class900全焊接球阀及配套电动和气液执行机构,干线调压装置的24 in、Class900安全切断阀和工作调压阀等关键设备在中俄东线国产化应用中的最新进展,这些关键设备的自主可控,保障了国家能源安全,在当前复杂的国际形势下,具有历史性战略意义和现实意义。

刘阳 姜为民 王雪莉 何亚章 龙斌 王来臻 吕利
[摘要]浏览(2367)次
焊接残余应力严重影响管道力学性能,明确焊接残余应力分布规律对管道安全运行具有重要
意义。分析了焊接残余应力的发生机理,基于有限元软件MSC.Marc 建立三维有限元模型,对中俄
东线X80 管道连头焊接过程进行模拟仿真,同时采用X 射线衍射法对残余应力分布进行试验验证。
对比分析模拟计算结果与实际残余应力分布规律,得到连头轴向及环向的焊接残余应力分布规律:
焊接过程和连头高拘束度等条件导致连头焊缝外表面附近区域存在较大环向拉应力及轴向压应力。
提出了5 种消除残余应力的方法,从根本上降低管道连头焊接环焊缝破坏强度。
刘玉卿 赵子峰 杨建 苏兰茜
[摘要]浏览(2434)次
中俄东线天然气管道工程永清—上海段地下水位较高,沉管下沟过程中管道会受到管沟内积
水的浮力作用。为了使管道顺利沉放于管沟底部,同时确保管道安全,在数值模拟分析、论证的基础
上,提出了直接沉管下沟、抽排水后沉管下沟、管道加配重沉管下沟及管道加配重分层开挖沉管下沟
4 种施工方案,给出了各施工方案的适用条件及优缺点,可为高地下水位地区管道沉管下沟提供借
鉴及指导。
王玉彬 樊帆 王宁峰 闫锋 王春明 张晏博 史皓宇 李其抚
[摘要]浏览(2482)次

水合物冰堵是输气管道投产初期最大风险点,一旦发生冰堵将严重影响管道安全输送。为研究中俄东线天然气管道水合物防治技术,根据水合物生成条件,分别对含水量与水露点转换、水合物生成温度进行计算。在中俄东线投产阶段,计算了管道升压和俄气输送过程中实际水露点和水合物生成温度。结果表明,管道气体温度的最低冰堵风险安全裕量约为10 ℃,冰堵风险较小。研究成果可为保障中俄东线顺利投产提供技术支持。

陈斯迅 陈朋超 付松广 李祎
[摘要]浏览(2544)次
通过云计算、物联网、大数据、人工智能等新技术的实施应用,中俄东线天然气管道工程在智
慧工地、无人值守站场、安全感知监控等领域实现了智能化的目标,各种新技术的应用使得管道及其
设备设施成为信息网络的一部分,面临网络安全威胁。基于此,通过参考国内外网络安全相关案例
及技术原理,分析了在数据采集、网络传输、数据存储各个阶段的网络安全隐患与威胁,阐释了网络
安全事件引发生产安全事故的原理及可能性,提出通过数据加密、身份认证、安全检查、网络监控、合
规性管理等技术措施与管理手段加强网络安全防控,并建议在智慧管网全生命周期各个阶段同步实
施网络安全管理,建立全方位的网络安全总体防护体系。
郭超 韩长军 李明 宋跃军 俞龙
[摘要]浏览(2820)次
:阿穆尔地区是中俄东线天然气管道途经俄罗斯境内的5 个联邦区之一,其空气湿度大、昼夜
温差大、冬季环境温度低等不利因素给管道试压造成了困难。根据工业钢管标准、俄罗斯法律法规
要求及当地气候数据记录,研究了试压介质温度、空气湿度、昼夜温差等对管道水压试验、气压试
验的影响,总结了在冰点以下的环境温度中进行水压试验的替代方案、注意事项。研究结果表明:
随着介质温度的降低、空气湿度的增加,水压试验时管壁凝露风险增加,给出了可导致管壁凝露的
最低介质温度。阿穆尔地区全天24 h 的温差达到20 ℃左右,最低环境温度时的压力仅为最高环
境温度时的93%,气压试验评价应考虑环境温度补偿。冬期水压替换方案可考虑结合声发射检
测(Acoustical Emission,AE)技术、材料夏比冲击功等增加安全保障措施;防冻剂的使用需考虑环
保因素,尽量循环使用并最终回收处理。
王鹏 池强 杜伟 李鹤 封辉
[摘要]浏览(2272)次
中俄东线等大输量高钢级管道线路服役环境复杂苛刻,冬季极端气温较低,对天然气输送管
材的安全服役提出了巨大挑战。因此,掌握高钢级管材的低温力学性能变化规律意义重大。针对
X70、X80 管件和钢管材料进行系列温度(-60~20 ℃)的拉伸试验,研究低温服役条件下钢管的拉
伸性能参数变化规律。研究结果表明:管材的屈服强度和拉伸强度随温度的降低而增大,但是在试
验温度范围内,屈强比、断面收缩率、断后延伸率随温度的降低变化趋势不明显;观察断口的微观形
貌发现,随着温度的降低,断口上韧窝的数量减少,解理形成的撕裂棱和河流花样增多,材料韧性下
降;通过拟合试验数据,得到了低温环境范围内屈服强度和抗拉强度随温度变化公式的参数常量,
可用来预测低温环境下管材的强度。
王振声 陈朋超 王巨洪
[摘要]浏览(2859)次
中俄东线天然气管道是中国第三代长距离、大输量天然气管道标志性工程,是全球单体规模
最大的输气管道,在中国乃至世界管道建设史上创下了多项新纪录。以该管道为试点,打造了中国
首个智能管道样板工程。系统阐释了智能管道与智慧管网的基本内涵与关键技术,梳理了支撑管
道“全数字化移交、全智能化运营、全生命周期管理”的关键技术及阶段性成果,为持续推进中国管
道智能化建设、助力打造智慧互联大管网提供了重要指引。同时,从认识与技术等层面,就管道智
能化的技术本质、管道数字基建、管道瓶颈技术攻关、管网智慧大脑等问题,给出了进一步思考与建
议。
张振永
[摘要]浏览(2574)次
高钢级管道环焊缝失效事故屡见不鲜,随着高钢级管道里程不断增加,高钢级管道环焊缝失
效问题引起国内外管道行业的高度重视。对国内外典型管道环焊缝失效案例进行归类分析,基于环
焊缝断裂失效的断裂力学理论,针对影响环焊缝安全性的关键环节进行失效原因分析,并据此提出
安全提升措施,包括管道焊接工艺、钢材控制、焊接材料、焊接接头强度匹配、不等壁厚内坡口型式、
无损检测、智能巡检、应力应变、施工管理等。这些措施已经推广应用于中俄东线天然气管道工程及
将建的西气东输三线中段管道工程、西气东输四线管道工程,为提升高钢级管道环焊缝的服役可靠
性提供了支持。
王健 黄杉 贾立东 余冬 张小俊 姚志强 张力鹏
[摘要]浏览(2357)次
随着中美贸易战的加剧,天然气管道控制系统对于国产化PLC 产品的需求日益紧迫,满足信
息安全要求的国产化PLC 开始在石油管道行业试用。以浙江中控PLC 为例,通过仿真系统进行产
品性能测试并检验其与PCS 系统的兼容性,从系统选型配置、组网方式、第三方通讯配置方式等方
面介绍了典型国产化PLC 在中俄东线站控系统的应用实践现状。测试对比发现,国产PLC 完全满
足油气管道行业生产运行需求,并在响应速度、恶劣环境适应能力等方面超越了国外产品。同时,针
对国产化PLC 应用过程中出现的问题提出了改进建议。
于春晓 吴琼 王宁峰 王春明 赵小川 田瑞鹏
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为了准确定位天然气管道发生泄漏时的具体位置并及时处置,长输天然气管道均采用爆管检
测方法对干线截断阀进行控制。目前国内早期建设的大型天然气管道,大多使用SHAFER 气液联
动阀自带的微处理器进行压降速率计算及阀门关断保护,压降速率的设定值、延时时间等重要参数
的可拓展性较差。为了进一步提高爆管检测的安全性,在中俄东线(黑河-长岭段)天然气管道工
程中,进一步完善了压降速率算法,并通过PLC 和RTU 实现爆管检测,使爆管检测的可靠性与可
操作性得到进一步提高,且优化的爆管检测方法更符合生产运行的实际需求。
潘志榆 张小俊 吴琼 杨全博 张力鹏
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为了实现中俄东线天然气管道工程双方关键运行数据实时共享,保证两国生产控制系统数据
网络安全隔离,建立了数据交互隔离 DMZ 系统。该系统采用网闸+内网防火墙+数据服务器+路
由设备的架构,通信采用双网冗余形式,通过SDH、微波、直埋光缆3种形式4条链路进行数据传输,
采用 OSPF 路由协议,使用交互数据服务器及相关软件对俄方使用的 OPC-UA 通信协议与中方使
用的 IEC104 通信协议进行转换。通过系统开发实现如下功能:在传输软件中将传输数据加带时间
标签并统一传输时区,当通信中断时在系统中对数据进行存储回填,应用授权证书认证及部署网络
安全隔离设备,实现了中俄东线天然气管道工程跨境关键数据的传输与网络安全防护。应用结果显
示:系统运行稳定、功能完善,可为其他跨国油气管道提供借鉴。
张栋 闫锋 欧阳欣
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在中俄东线天然气管道投产后的运行阶段,由于其高钢级、大口径、高压力、大输量的特点,且
沿线途径高寒冻土区,因此管道运行的不确定性因素多、风险高、维护与安全保障难度大。详细分析
了中俄东线天然气在工艺方面面临的管网优化运行和冬季调峰、冰堵防治及放空回收等问题;在完
整性管理方面面临的大口径管道内检测、高钢级管道安全状态的评估等问题;在线路风险防控方面
面临的天然气管道泄漏和安全状态监测、腐蚀、冻涨融沉防治等问题;在维抢修方面面临的1 422 mm
管道的切割、退磁、修复等系列技术难题。归纳总结了国内外相关技术现状,提出解决问题的技术思
路,同时介绍了中俄东线目前已取得的部分技术成果,从而为将来油气管道的建设与运营提供参考。
吕新昱 高媛 刘全利 薛岩 李新文 肖健 刘宝强 李维
 
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中俄东线天然气管道是目前中国口径最大、压力最高的长距离天然气输送管道,其全自动焊接环焊缝采用全自动超声检测(Automatic Ultrasonic Testing,AUT)技术,AUT在施工现场的可靠应用直接关系到环焊缝的检测质量。AUT检测技术具有灵敏度高、速度快、对焊缝缺欠定位准确等特点,结合中俄东线天然气管道工程现场的实际情况,建立了一套AUT检测技术质量控制体系及管理制度:对检测机组开展AUT工艺评定,对AUT检测设备进行定期校验,同时强化AUT对比试块的管理、现场参考线绘制精度及AUT检测数据的审核。AUT检测技术的质量控制及管理确保了整个施工过程中AUT技术应用的可靠性,并可为后续管道工程建设提供参考。

沙胜义 冯庆善 燕冰川 任凯 张海亮 陈健
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中俄东线天然气管道北段的正式投产,标志着中国高钢级管道的建设达到世界级水平。根据
目前X80 钢管实际应用情况,管道环焊缝失效是管道运行过程中的主要威胁之一,因此对其开展安
全评估显得尤为重要。基于高钢级管道的应用现状以及环焊缝评价方面存在的问题,通过调研国内
外管道环焊缝安全评价的相关研究,综述了评价方法、环焊缝强度、断裂韧性方面的技术难题及研究
进展,重点阐述了基于应力和基于应变的环焊缝评价方法,分析了高钢级管道环焊缝评价的适用性,
探讨了焊缝冲击功分散性、焊缝低匹配及其产生的原因等。为了保证能源管道安全、平稳运营,提出
高钢级管道建设期应解决的关键技术难题是严格控制环焊缝质量;管道运行期则应当避免管道承
受过大外载,提高缺陷检测与评价水平。
刘阳 李雨佳 牛亚琨 王天祺
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为提高中俄东线焊接质量和效率,针对以往建设项目检测底片排查工作及体系审核中发现的无损检测技术文件编制内容错误、不严格执行工艺规定及检测底片错评、漏评等问题,分析RT、AUT、PAUT、DR等常用无损检测方式的工作原理、应用范围、检测效果等,总结了中俄东线天然气管道工程在百口磨合、常规焊口、连头及金口焊接后检测及复评方法。AUT检测技术是中俄东线焊口质量检测的主要方式,制定了AUT质量控制体系,重点对人员、设备、试块校准及互评抽检等因素进行了改进和提升,可为中俄东线南段及西气东输四线等大口径长输油气管道建设项目无损检测问题改进及管理提升提供借鉴。

王宁 张世斌 张舒 任天晓 刘雅 迟盛梅 
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天然气长输管道计量系统多组并联计量管路的工作流量、设备完好情况会对其计量准确度及
设备可控度产生一定影响,以往计量管路切换主要依赖人工手动操作,存在反应不及时等问题。提
出了一种基于多组并联计量管路的智能调节方法,通过对计量管路优先级、故障状态、气体流速、气
体流量的实时判断,实现计量管路的自动切换及根据气体流速、流量增开或减关计量管路的自动控
制。在中俄东线黑河首站的实际应用表明:该方法对计量管路优先级及故障状态判断准确,自动切
换控制响应及时,使天然气站场计量管路控制更加方便、准确、智能,提高了站控系统的自动化程度
及贸易计量的准确性。
李平阳
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随着工业信息化快速发展,安全风险指数持续攀升,工业信息安全态势日趋严峻。中俄东线天然气管道是国内智慧管道的代表性工程,而智慧管道建设一定程度上是信息化与工业化高层次深度融合的具体呈现,建立、完善与之相适应的信息安全防护体系,应对已知与未知的信息安全风险,迫在眉睫。基于此,梳理了中国2010年以来发布的工业信息基础设施安全保障标准规范及法律法规,从网络空间威胁、安全漏洞威胁、重点领域针对性威胁3个方面分析了全球工业信息安全态势,并据此提出工业信息安全防护建议,包括重视顶层设计与政策引导、提升工业信息安全防护能力、实现安全体系自主可控。

史威 王振声 艾月乔 刘雅 黑卫春
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为实现对油气管道SCADA系统故障的及时预警、准确定位、快速排除,提高油气管道SCADA系统的可靠性和安全性,以中俄东线为试点开发和搭建油气管道SCADA远程维护系统。设计了该系统的软件架构、物理架构、系统接口及数据采集方式。远程维护系统为运维人员提供SCADA系统的工作站/服务器、网络设备、PLC/RTU、安全设备相关信息;通过多参量相互关联,引入人工智能算法,实现故障的预判和硬件设备的寿命评价。油气管道SCADA远程维护系统的开发、投用,将有利于运行维护管理人员提升异常事件响应及处理能力,提高运维管理水平,保障油气管道SCADA系统安全稳定运行。

李睿 郑健峰 富宽 贾光明 于智博 潘飞
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针对传统内检测器的技术缺陷及中俄东线天然气管道工程的实际需求,研制了一种适用于大口径管道投产前测径的新型高密度聚氨酯内检测器。安装在高密度聚氨酯泡沫主体的智能测径装置不但能够发现管道内径变化、记录变形位置,而且能够准确识别管道环焊缝数量,结合管道施工记录对环焊缝信息进行验证。论述了该检测器的工作原理、结构组成及电子系统的设计与实现,将其应用于中俄东线天然气管道工程的现场检测,结果表明:与传统皮碗式钢骨架智能测径器相比,该检测器所需运行推力更小,可支持的运行速度更高,结构更加鲁棒,维护简单,在保证检测精度与检出率的同时,可大幅降低使用成本,对于大口径管道几何变形检测具有重要的工程意义。

王宇楠 杨亮 宋华东 刘光恒 李上青 宋云鹏 徐春风 诸海博
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针对泡沫清管器在清管过程中不能准确判断管道变形情况,清除顽固残余物质,导致后期投放的检测仪器结果不准确,甚至堵塞管道等问题。设计了一种新型、低成本泡沫测径清管器,利用漏磁检测原理在泡沫清管器聚氨酯层中放置磁块,由霍尔元件测量变形时的磁场变化,即可得出残余物质的高度、外形等特征来进行预先测径。实现了在复杂工况管道中对管内结垢及变形情况的准确检测,避免了卡堵。以运行过程中的泡沫测径清管器为研究对象,通过ABAQUS软件仿真模拟其遇到残余物质时的变形情况。结果表明:当发生一定变形时,泡沫测径清管器外层泡沫体密度越大,厚度越薄,内层泡沫体密度越小,厚度越厚,测量得到的位移变化量结果越准确。

张世斌 贾立东 魏义昕 史威 王健
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为了保证输气管道站场SCADA系统网络的本质安全及可靠运行,落实《中华人民共和国网络安全法》等法律法规要求,在输气管道SCADA控制系统建设过程中,设计并实施了网络安全防护方案,从边界隔离、站场网络审计、防火墙阻断、网闸控制、态势感知平台综合分析等方面进行安全管控。利用相关设备的网络流量审计、隔离、分析功能,结合失陷分析、威胁情报分析、异常行为分析、未知威胁分析、网络异常分析、域名异常分析、攻击威胁特征分析、隐蔽通道分析以及丰富的整体安全分析报告功能,可有效检测外部攻击、外连威胁、内部非法连接、网络会话模式异常等安全威胁,是对传统安全防御系统的完善与提升。该方案为从站场到控制中心一体化的网络安全监控方案,本系统采用独立网络传输,满足了不同系统之间数据通信的防护和监测要求,实现了跨国控制系统之间的访问控制,同时满足国家等保测评、网络安全法及行业安全规范的管理规定。

张新生 曹昕
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为了避免由海底管道腐蚀导致的穿孔泄漏等事故,及时对海底管道进行维修和防护,利用传统灰色系统处理少数据、贫数据的特点和马尔科夫理论预测未来状态的特点,提出基于参数优化GM-Markov模型的海底管道剩余寿命预测方法。首先分析了GM(1,1)模型构建的可行性,随后建立参数优化的GM(1,1)模型,改变模型初始条件,进行海底管道腐蚀深度预测。根据预测的腐蚀深度,利用Markov模型对海底管道未来腐蚀状态作定量分析,预测其剩余寿命。以某海底管道试验段为例,预测了管道的剩余寿命。结果表明:改变初始条件后的模型可在样本数据少的情况下达到更高的预测精度,推广应用性较强。

宁雷明 吴长访 宁怡雯 郑健 寇宝庆 高蓉
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2019年12月2日,俄罗斯天然气通过俄罗斯西伯利亚力量管道系统经黑河跨境管道正式进入中国中俄东线天然气管道,标志着中国与俄罗斯两国天然气管网连接成功并投入运行。基于俄罗斯管道建设发展方向及标准体系,分析了中俄东线天然气管道及其境外段西伯利亚力量管道建设过程中在管材选用、焊接标准及无损检测技术等方面存在的差异,以此为中国长输天然气管道设计、施工规范的完善与修订提供借鉴。跨境段管道作为连接两国管输系统的控制性工程,经历了中俄商务角力、设计规范整合、施工文件对接、跨境施工组织等过程,其复杂性远高于普通境内外工程,两国依据“最严规范”“属地管理”原则及设置“封闭区”等方法解决困难,实现了质量、成本、工期及安全的有效控制,确保按期投产通气。

吴志平 陈振华 戴联双 胡亚博 毕武喜
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通过定期对油气管道实施内外检测,及时、准确地发现管道的腐蚀缺陷,采取相应的维修、更换措施,可有效降低腐蚀事故的发生概率。针对外腐蚀、内腐蚀、应力腐蚀开裂、穿越段外腐蚀阐述了油气管道腐蚀检测技术及相关标准的发展现状,介绍了瞬变电磁、超声导波、磁应力等非开挖检测技术原理及工程应用,总结了中国在油气管道腐蚀检测技术应用和管理中存在的问题,从管理提升和技术提升两方面探讨了未来的发展需求。在管理提升方面,提出建立统一的技术规范、数据管理平台及专业化腐蚀检测效能评价队伍;在技术提升方面,建议持续开展应力腐蚀开裂检测与评价技术研究,启动微生物腐蚀机理和检测技术研究,开展针孔腐蚀缺陷的检测与验证技术研究,开展组合式内外检测工具研发。

尤冬青
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目前对SCADA系统的研究多集中于工程应用、软件架构设计、通信协议的数据传输和处理,对大型油气管道SCADA系统网络的应用与研究涉及较少,现有的SCADA系统网络研究成果不能满足生产调度业务数据网络传输的高质量、高可靠冗余要求,为此,设计了一种适用于大型SCADA系统的高可靠冗余网络架构,其设计思想是分层的架构设计、各层设备冗余和各设备之间链路冗余。根据PVST+生成树、HSRP、EIGRP、BGP、路由映射表等协议的算法特点,在各层网络组合使用上述协议,从而确保油气管道生产业务数据网络传输连续不中断,同时实现站场与调度控制中心之间的生产数据根据链路情况自动选择最佳路径进行传输,满足了油气管道调度运行对生产数据网络传输的业务需求。

尤泽广 张文伟 王成 傅伟庆
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针对中俄东线站场低温环境(-45 ℃)用X80异径三通断裂控制问题,考虑三通的壁厚效应、结构的应力集中等影响,建立含缺陷X80异径三通有限元模型,应用英国标准BS7910-2019《金属结构裂纹验收评定方法指南》和美国标准API579-2016《合于使用》失效评定方法,计算X80三通管体及焊缝的启裂韧性,通过断裂韧性与夏比冲击功关系式,确定-45 ℃下X80三通夏比冲击韧性指标。结果表明:三通焊缝断裂韧性应大于37.79 MPa·m1/2,夏比冲击功单个最低值不小于32.22 J;三通管体肩部内表面应力强度因子最大,其断裂韧性应大于42.46 MPa·m1/2,夏比冲击功单个最低值不小于38.85 J。结合国内外管件标准要求,确定中俄东线天然气管道工程规格为D1 422×1 219 mm的X80异径三通的低温韧性指标。

国丽萍 徐秋仿 刘扬
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早期含蜡原油的触变性模型均为黏塑性模型,未考虑黏弹性的贡献,管道停输再启动的数值模拟也就未考虑黏弹性的影响。为此,利用机械比拟原理,依据含蜡原油的“黏弹-屈服-触变”特点,建立了包含9个未知参数的黏弹-触变模型。通过2种物性不同的含蜡原油在凝点附近的剪切速率阶跃、剪切速率滞回环、恒剪切速率3种典型的加载模式下的实验数据对模型进行验证。结果表明:3种测试的模型拟合值与实测值的平均相对偏差分别为4.6%、6.6%、4.2%,实现了用一个模型完整、准确地描述含蜡原油加载全过程的流变响应,为输油管道停输再启动过程的水力特性及管道安全运行提供重要的基础资料。

刘超 高晞光 李智勇 张衍岗 王猛 张晏博
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为了解决国产离心式压缩机在现场投产调试过程中电机振动较大的问题,对其配套的同步变频电机进行了动平衡现场试验。由于试验现场条件限制,使用电机配套振动监测对电机进行振动监测,利用动平衡矢量法原理计算电机转子的不平衡量。结合中俄东线黑河压气站的现场投产情况,利用振动监测系统采集数据和矢量法作图,计算出转子不平衡量,增加相应的配重块,最终使现场电机的振动测量值达到合格标准。利用矢量法能够有效解决电机安装后振动大的问题,保证电机平稳、可靠运行,确保压气站投产顺利完成。

王元刚 高寒 薛雨
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盐穴储气库由于其吞吐量大,注采灵活等优势受到越来越多的关注。大量腔体的完腔数据显示,盐穴储气库的完腔体积与初始设计体积存在一定差距,因此盐层利用率达到最大化尤为重要。结合金坛盐穴储气库水溶造腔实例,详细分析了井下异常情况以及地面临井的相互影响这两大因素在造腔过程中对腔体体积的影响,认为建槽期腔体直径、夹层的存在以及腔体偏溶、井眼轨迹偏离等因素对造腔有较大影响。提出造腔过程中应在建槽期充分扩容,制定有效的夹层处理方案并监控各动态参数,防止造腔过程中出现偏溶以及管柱脱落等异常情况,从而保证盐层利用最大化。

任魁杰 孟良 赵海宁 王博弘 鲁岑 梁永图
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为实现黄桥地区高含CO2气井产出物高效回收及有效利用,采用热力学状态方程(PRSV状态方程、WS混合规则)和闪蒸计算理论对黄桥地区高含CO2气井产出物进行相态计算,明确了黄桥地区高含CO2井流的相图特征和CO2对油气烃类体系相态的影响:含有CO2的油气烃类体系p-T相图的气液两相区面积随CO2摩尔分数的增加而显著缩小。根据产出液的相态特征,制定了单井地面工艺处理流程,分析了该产出液处理工艺中关键设备(旋流分离器、CO2压缩机)的操作参数:当前选取的操作参数均处于旋流分离器的可靠工作区域内(单相气区);整个CO2压缩机工作压力和温度范围内无液相析出。经验证,制定的黄桥地区现有高含CO2单井集输工艺流程和设备操作工况参数合理,能够实现对该地区高含CO2井流中游离水和液态原油的有效脱除,可在该地区类似条件区块推广使用。

王巨洪 姜有文 滕延平
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为总结中俄东线阴极保护远程监控系统的建设成果,推动油气管道阴极保护远程监控技术发展,分析了目前国内外阴极保护参数智能采集现状,论述了中俄东线天然气管道阴极保护远程监控系统的建设理念、技术指标、现场验证实践,并从数据应用、经营效益分析、综合效果3个方面总结了该系统在中俄东线的应用效果。通过中俄东线阴极保护远程监控系统的建设实践,实现了数据自动采集传输和远程监控,改变了传统人工测量电位的工作模式,提高了数据采集的准确性、及时性,降低了工作强度、运营成本及安全风险,建议进一步优化内外网数据解析和完善系统功能。

王凯 赵炳亮 欧阳欣 闫锋 王玉彬 王海峰
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单流涡流管(SCVT)加热器在天然气管道调压系统在线加热方面具有较大的安全与节能优势,其结构在传统涡流管(RHVT)基础上进行了改进。为了验证SCVT的加热性能,搭建了环路测试试验平台,具备试验工质的常温模拟与低温模拟功能。利用该平台开展了SCVT在不同压力、压比、流量、温度及单双通道条件下的加热性能测试,结果表明:在试验测试的参数范围内,涡流管对高流速先导气的加热能力更强,相同条件下大压比、小压差、高进口温度有利于提高先导气的温度;靠近热端管末端的加热通道对先导气的温度提升能力优于靠近涡流室端的加热通道;不同通道先导气单独加热比同时加热的加热效果好;为了获得最佳加热性能,先导气宜从加热器两端的低温区流入,从中间的高温区流出。该试验结果可为涡流管加热技术更好地适应天然气管道系统的加热需要提供技术支持。

郑健峰 李睿 富宽 于智博 陈朋超 赵晓明 贾光明
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针对传统皮碗式管道投产前检测器应用于大口径管道存在的动力不足、速度冲击、耗能较大等问题,研制了一种适用于大口径管道的自动力内检测器,能够在管道中自主运行并检测管道几何变形、拍摄管道内部视频等,可用于管道投产前或停输检修期的检测。介绍了检测器的总体结构及本体设计,分析了运行姿态对驱动力的影响,系统阐述了检测单元的设计与功能,通过现场应用试验验证了检测器的运动特性与检测性能。将其应用于中俄东线在建管道工程,结果表明:检测器续航里程达50 km以上,实现了管道几何变形、管壁内表面缺陷、管道内部水膜等异物的同步直观检测,在实际工程中具有较好的可用性与先进性。

黄恩涛 王猛 张晏博 王春明 刘超
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中俄东线天然气管道工程唐山压气站在投产前对3#电动机进行空载调试的过程中,当电动机运行至3 120 r/min时励磁机端振幅快速上升并导致停机。为了解决这一问题,应用振动分析系统对励磁机端的振动图谱进行分析,判断故障原因是:励磁机端轴瓦负荷过高,导致励磁机转子局部负荷过高或局部摩擦,引起转子热弯,产生新的不平衡量而导致停机。拆卸轴瓦可见局部摩擦痕迹,因而验证了上述分析结论。通过调节励磁机端轴承底座高度,降低轴瓦负荷,消除了励磁机端振幅快速上升的现象,采用矢量图法对励磁机端进行平衡优化,使励磁机端振动满足API 546-2008《无刷同步电机.500千伏安及以上》的规定。由此,唐山压气站3#电动机励磁机端振动高的问题得到快速解决,为安全生产提供了保障。

刘庆刚 张雄飞 王文和 刘玻江
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裂纹是管道中常见缺陷形式,其应力强度因子是开展管道安全性评价的重要依据。为了准确获得管道中裂纹的应力强度因子,采用1/4节点法建立了求解长输管道轴向穿透裂纹应力强度因子的有限元模型,并将有限元法和解析法求得的应力强度因子进行对比,验证了新建模型的可靠性。研究了内压、裂纹长度、内径以及厚径比对裂纹尖端应力强度因子的影响,同时研究了沿壁厚方向应力强度因子的变化规律。结果表明:内压、裂纹长度的增加,将会导致应力强度因子增大;内径、厚径比的增大,则会使应力强度因子减小,且当内径超过500 mm时,应力强度因子不再随着直径的增加而发生变化;管道外壁处应力强度因子始终高于内壁处,随着内压的增加,裂纹将从管道外壁启裂。采用1/4节点法计算裂纹尖端的应力强度因子,其操作方便、计算精度高,可以为开展长输管道的安全评价工作提供参考。

伍星光 侯磊 吴守志 刘芳媛 伍壮
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隐患、未遂事故及无伤亡事故等异常事件是重大事故的早期预警和征兆,此类事件发生频率高,通过建立事故模型识别及纠正这类事件中的不安全因素能够有效预防重大事故发生。结合油库工艺特点和事故特征,改进系统危害辨识、预测及预防(System Hazard Identification, Prediction and Prevention,SHIPP)模型,建立基于安全屏障的油库事故模型。采用故障树和事件树相结合的方式构建原因-后果关系模型,将故障树和事件树映射为贝叶斯网络以表征不确定性和条件依赖性。针对新的证据信息,通过贝叶斯网络更新机制实施概率更新;基于贝叶斯理论对现场异常事件数据进行经验学习,降低先验概率的不确定性,实现对油库事故的动态风险预测。对某油库算例分析结果表明,库区发生物质和能量释放的概率较大,整体安全性能趋于退化,应加强安全检查和隐患排查的力度。研究成果可为大型油库风险预测和事故预防提供科学指导和决策支持。

赵国辉 王岳 杨全博
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为了满足中国和俄罗斯双方对中俄东线天然气管道工程管输天然气的贸易需求,有效模拟管道过境段贸易交接点的管道特性参数及其变化趋势,实现日平均交接点压力及日最低交接点压力的计算与判定功能,根据两国协议拟定的水力计算、热力计算的基本公式与状态方程,建立数学模型,利用牛顿迭代法对管道粗糙度及环境换热系数进行自适应校正,进而研发具有自主知识产权的交接点压力与温度仿真计算软件。将软件仿真结果与俄罗斯软件仿真结果进行对比,结果表明:软件计算精度满足中俄东线天然气管道工程相关协议要求,证明了软件计算结果的可靠性,因而实现了中俄东线天然气管道工程贸易交接点工艺参数的仿真计算,以及天然气贸易交接的监督与管控。

艾月乔 董红军 张舒 赵国辉 潘志榆
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油气管道站场向无人站、智能化方向发展,对站场巡检的有效性与及时性提出了新的要求。为了解决传统站场视频巡检方式中视频图像孤立、目标跟踪困难、人力监控遗漏等不足,结合中俄东线站场视频巡检需求,研究了基于三维全实景融合的压气站视频自动巡检技术,实现了巡检路线自定义、高低监控点关联、目标锁定追视、2D/3D地图联动以及视频分析与报警联动等多项视频巡检功能。其在中俄东线天然气管道黑河压气站的工程应用实践表明:该系统解决了传统视频巡检存在的问题,优化了站场巡检模式,提升了巡检质量,为实现天然气站场的无人化、智能化管理,提供了技术支撑与实践经验。

李振北 白港生 杨静 于超
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可变径油气管道检测器是一种可以同时对一个发、收球站间距内的不同口径管道进行在役检测的管道检测设备,其优点是通过能力强、适用范围广、经济性好。通过对实现变径检测的可变径皮碗结构设计及密封性能进行研究,提出一套适用于油气介质的40-48 in(1 in=2.54 cm)可变径皮碗结构。利用有限元模拟仿真分析,可变径管道检测器牵拉和气体密封驱动测试等方法,验证了可变径皮碗结构方案的合理性和可行性。通过现场工业应用,证明可变径皮碗结构设计和密封性能均满足设计指标和现场应用要求。打破了国外长期对可变径清管和检测技术的垄断,为中国自主研发的可变径清管及检测装备早日实现系列化工业现场应用奠定了坚实的理论和技术基础。

徐广丽 刘新野 蔡亮学
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成品油管道低洼处积水引起的腐蚀产物经常会堵塞干线设备,利用油流剪切、冲刷低洼处积水进而将其排出管道是减少成品油管道腐蚀,防止管道堵塞的有效方法。首次从试验研究、理论分析及数值模拟等方面对成品油油流携水时积水流动特征、积水运动速度、积水可被携带的临界条件、临界条件的影响因素及规律等方面进行总结,分析了目前研究中存在的问题,并提出应在更大速度范围(0.57~1.53 m/s)内进行积水分布特征及积水运动速度的试验研究,此外,还应研究水相预润湿后的钢管转变为恒定油润湿时的临界条件。研究结果对管内积液、杂质的排除有一定的指导意义。

闫亚敏 董烈武 任泽 王剑波 梁永图
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目前中国成品油管道沿线各站场卸载油品的工艺模式大致分为4种:连续分输、定流量分输、不定流量分输、自主计划,各管道应用的软件都有工艺适应局限性。基于以上4种卸载工艺,考虑水力、流量、物料平衡、批次注入、批次分输、批次运移等约束条件,建立通用成品油管道调度计划编制模型,开发了相应软件,并成功应用于某成品油管道。结果表明:该模型能够适应4种卸载工艺条件,依据站场的注入计划和下载需求可自动求解出批次分输计划,从而制定出符合管道配置,且与用户实际需求偏差最小的调度计划。与现场数据进行对比,偏差在7.3‰以内,验证了模型的准确性和软件的通用性,可为中国成品油管道调度提供参考。

赵小兵 康正凌 祝文倩 李江江 虞鹏程
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风浪流联合作用下漂浮软管的运动状态与受力情况非常复杂,为此采用AQWA和OrcaFlex联合仿真的方法对海上漂浮软管输油系统进行动态仿真分析。通过建立数值模型,利用AQWA软件对油船进行频域分析,再利用OrcaFlex软件对漂浮软管、油船、浮筒、系泊缆之间的耦合运动进行时域分析。结果表明:风浪流对漂浮软管所受张力影响呈非线性增长,漂浮软管输油系统张力最大点在软管两端位置,通过设置沿线系固锚可以明显降低软管所受张力,减少漂移量。采用该方法和模型分析输送距离为1 100 m的海上漂浮软管输油系统,得出最优软管长度为1 300 m,无沿线系固时软管漂移量约为300 m,可以满足4级海况下的安全要求。研究成果对于此类海上漂浮软管输油系统的动态仿真分析具有一定的借鉴意义。

王勇 王力 胡衡 王苏雯
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MacCormack算法在长输管道模拟仿真方面应用较少,基于MacCormack格式基本原理和流动方程建立了长输液体管道水力瞬变流动仿真模型。以某管道为例,分别采用该仿真算法和特征线法模拟了阀门关闭和流量增加引起的瞬变流动,并探讨了MacCormack格式中不同边界条件处理方法及Courant常数值对模拟结果的影响。结果表明:MacCormack格式可用于精确仿真长输管道瞬变流动过程,采用特征线法求解预估层边界参数后,其振荡幅度、收敛速度均优于特征线仿真方法;同时,采用特征线法处理MacCormack格式边界条件较线性外插法更易收敛。研究成果可为长输管道瞬变流动仿真提供参考。

高博 吴尚华 杨志勋 卢青针 阎军 岳前进
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柔性管道在安装过程中会受到张紧器等安装设备的夹持作用,夹持力过小会引起管道外护套层滑脱,夹持力过大则会导致管道的径向挤压破坏。为预测柔性管道抗径向挤压能力,建立了柔性管道完整截面的三维有限元模型。对管道承受外压的骨架层结构进行径向挤压模拟,发现骨架层结构在加载过程中逐渐演变为含有4个塑性铰的活动机构,且在垂直于挤压方向的结构区域发生屈服时,结构的抗压刚度瞬间下降。进一步对柔性管道不同结构层结构的抗压能力进行分析,发现骨架层承压占比仅为整个结构的39.01%,安装过程中的抗挤压能力分析若仅考虑骨架层则过于保守,研究成果可为柔性管道抗压能力的预测提供参考。

崔茂林 孙勇 游泽彬 赵国辉 李秋娟
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中俄东线天然气管道因口径大且处于高寒地区,使其投产过程出现了一些与以往输气管道投产不同的现象及特点,产生了一些新的投产经验。对于大口径天然气管道,为了缩短投产时间,减轻现场人员作业强度,可以在确保天然气与空气不直接发生接触的前提下,提高干线注氮速度;在确保不会因氮气速度过小而产生层流的前提下,站场并列管道及双管敷设管道宜采用同时置换的方式。此外,在干线注氮封存长度、设备低温整体试验、站场容积较大的预留盲管段排气阀设置、阀室气头检测方法、大口径调压橇安全截断阀开启方式、站场单独进行天然气置换时流量控制等方面提出了具有实际工程意义的做法,并在中俄东线天然气管道投产实践中证实了其有效性。

董红军
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随着智能管道建设与区域化管理的推进,对输油气站场的智能化提出了更高要求。针对目前输油气站场以人工巡检为主,各监控系统相互独立的问题,设计了输油气站场智能巡检系统。通过三维建模技术,建立站场实景三维模型,将站场的视频实时监控画面拼接融合至三维模型,实现对站场全景的一张图管理。梳理站场巡检需求,开发视频智能识别算法,实现对站场不安全事件的智能识别;设置巡检路线制定、历史视频回溯等模块,实现对站场全景的自动巡检。将该系统应用于中俄东线天然气管道工程黑河首站,测试效果表明:该系统可根据巡检路线自动巡检,对典型威胁事件可智能识别并报警,其应用提升了站场的智能化水平,为智能管道建设提供了技术支持。

欧新伟 陈朋超 任恺 李一博
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针对中俄东线天然气管道工程“全数字化移交、全智能化运营、全生命周期管理”的建设目标,提出了数字化移交的基本流程、工作机理,指出了其对管道建设、运营管理的重要意义。通过统一数据采集规范,畅通了数据对接渠道,以全生命周期数据库为载体,实现数据的关联、存储与共享,以此推动数字化移交的有序开展,满足实体管道与数字化管道同时交付的需求,并保证数据历史的可追溯性。通过与数据仓库建立接口进行数据调用,确保数据由建设期向运营期的有序传递,实现了数字化移交数据与管道完整性管理系统的对接应用,不但最大限度地体现了数据的价值,而且为智能化管道建设及完整性管理提供了数据保障。

王婷 刘阳 王巨洪 刘建平 陈健 王新 荆宏远
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中俄东线天然气管道沿线自然环境复杂、多年冻土、水网沼泽、林带交替分布,同时经过地震断裂带、采空区等地质条件恶劣地质环境,对管道安全运营提出了严峻考验。通过监测地质灾害时空域演变信息、诱发因素等,可对地质灾害进行评价、预测预报和防治。中俄东线天然气管道采用管道本体变形监测、分布式光纤应变监测、不稳定斜坡GNSS监测预警等技术对其沿线地质灾害进行持续监测,不同监测结果相互印证,有助于提高风险评估的可靠性及风险减缓措施制定的针对性。针对现行地质灾害监测标准存在的问题,提出了标准修订整合建议,特别是统一地质灾害风险等级的划分方法,并使监测等级与地质灾害风险等级相对应,以期有效指导标准使用者对于风险的判断及监测等级的选择,提升标准的指导性及可操作性。

吴长春 左丽丽
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智慧管道是覆盖油气长输管道全生命周期的综合管理系统,是SCADA系统、电子管道、数字管道、智能管道在物联网、云计算、人工智能时代的延续和发展。剖析了油气管道行业智慧管道的内涵与外延,梳理了智慧管道技术发展的历史脉络,揭示了数字孪生体技术的实质与应用现状,在此基础上,建议中国智慧管道建设宜坚持需求驱动、问题导向、突出重点、体现特色、开放融合、数据共享、滚动发展、持续改进的原则,以期为中国智慧管道的健康持续发展提供参考。

蒲明 李育天 孙骥姝
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中俄东线天然气管道工程作为跨境输气管道的代表性项目,前期工作特征与经验具有重要的参考借鉴价值。总结了中俄东线天然气管道工程项目的背景与意义,梳理了其商业谈判、预可行性研究、可行性研究、项目申请报告编制等前期工作过程,介绍了针对中俄东线天然气管道工程复杂技术经济工况的专题研究过程,重点提炼了中俄东线天然气管道工程前期工作的创新成果。研究表明:中俄东线天然气管道工程这类大型跨境能源管道项目前期工作涉及外交、商业、技术、经济等多层次问题,需要投入更多的人力、研究资源及更充裕的时间,以保障项目的顺利实施。

赵国辉
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长输油气管道的自动化控制水平直接关系着其生产运行安全与效率,2019年12月2日投产的中俄东线天然气管道工程通过创新实践开启了中国长输油气管道自动化控制技术的新篇章。以自动化控制系统的技术特点为主线,以具有代表性的油气长输管道控制系统为依托,回顾了中国长输油气管道控制系统关键技术的发展历程,介绍了长输油气管道自动化控制技术发展现状,并结合智慧化管道建设,展望了长输油气管道自动化控制技术的发展前景。中俄东线天然气管道工程北段各项设计指标均处于全球领先水平,从SCADA系统组成、结构、功能等的创新成果来看,其自动化控制系统代表了目前中国长输油气管道自动化控制技术的最高水平。

沈月文 曲福俊 梁立东 潘国华
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在热油管道输送过程中,结蜡现象严重影响原油输送的经济性与安全性,因此,合理制定热油管道清蜡周期是确保管道正常运行的关键。通过分析不同含蜡量、含胶量、含水率的原油结蜡强度随着温度变化的规律,拟合出温度与结蜡强度抛物线的关系式,结合析蜡温度建立了热油管道结蜡强度通用抛物线数学模型和清蜡周期计算公式,可实现对不同含蜡量、含胶量、含水率、析蜡温度下热油管道清蜡周期的量化计算,进而为原油特性相近的热油管道制定合理清蜡周期,确保输油管道正常运行。该方法在西吐孜科尔油田至库木克尔油田的热油管道进行了实例应用,合理调整了管道清管周期,管道运行安全可靠,为热油管道清蜡周期的确定提供了技术支持。

王泽武 王培鑫 赵健 范海贵
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海底管道在制造、铺设及运行过程中不可避免地会产生局部或整体初始几何缺陷。为了研究海床表面铺设的含缺陷管道横向屈曲行为,首先建立了含5种初始几何缺陷管道的横向热屈曲非线性数值计算模型,并验证了有限元模型的准确性,重点分析缺陷类型和不直度对管道横向屈曲行为的影响。结果表明:横向屈曲变形是海底管道安全运行的一个重要威胁,不直度越大,临界温升越小,管道越容易发生横向热屈曲;在不直度相同条件下,管道初始几何缺陷中心处曲率绝对值越小,抗横向热屈曲能力越强。最后基于无量纲分析法,提出了适用于含多种通用的初始几何缺陷海底管道的临界温升计算一般表达式,以期为海底管道抗热屈曲工程设计提供参考。

马云宾 董红军 孙万磊 张洪 王春清
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随着新冠肺炎疫情的发生,交通管制、设卡布控等防控措施相继实施,为管道线路的日常巡检带来挑战。针对疫情防控下管道巡线人员无法到现场开展巡护的问题,分析现有管道线路感知技术的不足,提出了天空地一体化管道线路智能感知技术。根据全面感知、无人感知、实时精准感知、全生命周期感知的感知原则,制定了人工智能技术与管道感知技术相融合的技术路线,设计了天上管道卫星遥感影像智能解译技术、空中基于自动机场的无人机智能巡检技术、地面管道重点区域智能视频技术及地下光纤综合智能感知技术,并对基于自动机场的无人机智能巡检技术开展了现场应用探索。通过现场测试与应用发现:基于自动机场的无人机智能巡检技术可在无人参与的情况下,实现自动起飞、降落、充电等操作,按照设定的巡检路径和巡检时间进行作业,并可智能识别机械挖掘、人员聚集等威胁事件。新冠肺炎疫情期间,系统连续飞行80余架次,识别威胁事件20余次,为管道巡检人员掌握管道安全状态提供了强有力的技术支持。

耿凯月 陈国明 李新宏 朱红卫 刘长鑫
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海底油气管道作为海上油气田生产系统的重要组成部分,其设计、施工、运行及弃置等各阶段均存在诸多风险。为了降低海底管道全寿命周期内各类风险,减少海底油气管道事故,围绕海底油气管道全寿命周期管理过程开展风险评估,建立了海底油气管道全寿命周期风险评估体系;根据海底油气管道的时间属性,将海底油气管道全寿命周期划分为6个寿命阶段;依据空间属性,采用递进细分原则,对海底油气管道进行分段,梳理不同阶段影响管道安全的制约因素,并对风险制约因素进行权重赋值,建立了管道失效可能性评分模型与失效后果评估模型,得出了风险值;根据风险值确定管道风险等级,再依据风险等级对危险管段实施管控,有效提升了管道全寿命周期内的风险控制水平,为海底油气管道全寿命风险管理提供了参考。

黄维秋 陈风 吕成 张高 黄风雨
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研究内浮顶罐油气泄漏扩散规律对于加强环境污染控制,保障罐区安全有着重要意义。建立风洞实验平台,测试小型内浮顶罐风速及浮盘位置对蒸发损耗速率的影响,并考察了风场和浓度场分布规律。基于CFD数值模拟,使用UDF导入环境风,建立了内浮顶罐油气泄漏扩散的数值模型,并通过风洞实验数据验证其模拟的可行性。重点讨论了内浮顶罐外风场及风压分布规律、风速对内浮顶罐油气流场分布及油气扩散浓度的影响。结果表明:浮盘位置越低,风速越大,蒸发速率越快;罐壁的静压力分布规律为迎风侧最大,背风侧居中,罐两侧最小;不同风速下,罐内油气分布整体呈现对称状态;风速越小,油气质量浓度越高,浮盘缝隙处的油气质量浓度最高,并存在下安全和环境污染隐患。研究成果对于内浮顶罐设计及运行维护、环保安全管理具有参考价值。

单克 帅健 杨光 孟伟 张浩
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为充分利用油气管道历史失效数据,减少失效概率评估过程中的主观性,提出油气管道基本失效概率的概念及评估方法。对美国管道及危险物品安全管理局数据库的油气管道里程数据、事故数据及失效因素数据进行全面分析,采用基于事故统计的方法评估油气管道基本失效概率。结果表明:美国危险液体管道、输气集气管道、配气管道发生一般事故的基本失效概率分别为1.29 次/(103 km·a)、2.17 次/(104 km·a)及4.08 次/(105 km·a);发生较大事故的基本失效概率分别为4.58 次/(104 km·a)、1.41 次/(104 km·a)及2.38 次/(105 km·a);发生重大事故的基本失效概率分别为9.09 次/(106 km·a)、9.79 次/(106 km·a)及1.11 次/(105 km·a)。此基本失效概率可作为油气管道失效概率评估的基准线,也可作为风险可接受标准的依据。
陈舒炯 吕宇玲 李红强
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为实现“接转站-联合站-联合站-首站”四级布站的集输系统更安全、经济运行,以胜利油田某集输系统为研究对象,在工艺流程一定的情况下,考虑水力、热力等约束,建立基于联合站处理效果的集输系统整体运行参数优化模型,并采用随机试验法对模型进行求解。结果表明,在满足外输原油含水率和污水含油量的前提下,与优化前相比节约成本1 771元/d,能耗费用下降8.3%,集输系统效率提高4%,优化效果显著。研究成果可为实际生产运行提供理论指导,降低生产能耗。

蔡永军 杨士梅 任恺 蔡文超 赵迎波 白路遥
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利用通信光纤感知管道沿线的振动、应变、温度,从而实现管道沿线威胁事件的监测和定位是国内外研究的热点,但如何实现感知数据的融合应用仍然处于探索阶段。基于光纤传感原理,提出了管道伴行光缆振动、应变、温度的联合监测方法。利用振动数据进行长度对齐、第三方活动监测,应变数据进行侧向位移监测,温度数据进行泄漏监测等运行异常分析,多维监测数据经过空间长度对准、时间对齐后进行联合分析、交互验证,能够进一步降低误报率,最终实现管道复杂环境的线路状态感知,可为管道安全运行提供决策支持。

赵君 刘春亮 徐华天 刘国豪 杨淼 张一峰 王建伟
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试片断电法是一种评价埋地管道阴极保护有效性的快捷方式。随着管道阴极保护日常管理对管道断电电位测试需求的增加,中国正逐步实施试片断电法,但是试片断电法的使用和测试还存在诸多不确定因素,例如试片的极化稳定时间、试片大小及形状的选择等。通过现场试片极化试验,研究了试片断电电位的测量方法和影响因素。结果表明:大小不同的试片极化15 min后,趋于稳定的断电电位也不同,试片越小,电位越负;长方形试片较圆形试片的电位偏负一些;埋深较深的试片较埋深浅的试片断电电位偏负,但差别不大。最后对试片断电法在工程中的应用提出了建议。

高乐 丁雨
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中俄东线天然气管道作为一条大规模跨国输气管道,其贸易计量站的技术与管理水平,将直接影响中俄双方的经济利益。中俄东线天然气贸易计量由3套计量系统组成,其中主计量系统与核查计量系统安装在俄罗斯布拉格为申斯克计量站,比对计量系统安装在中国黑河计量站,俄罗斯两套计量系统的运行参数均时时传输至黑河计量站,使其能够对境内外3套计量系统进行全方位监控,通过对比3套系统的计量结果,最终确定贸易结算气量。根据中俄两国签订的《天然气计量协议》中对气体质量参数的规定,在两国计量站均配置了气质分析设备,且俄罗斯计量站所有气质分析设备的检测结果均时时传输至黑河计量站。此外,通过智慧化建设,不但降低了计量站站控系统调试对计量系统的影响,而且实现了远程诊断及流程切换的智能化。基于计量站运行现状,提出如下建议:①在运行过程中增加对自动化逻辑的测试,并联合自动化专业公司对系统的使用情况进行试验测试,以达到简化控制逻辑,提高系统稳定性的目的;②加大对技术人员的培训与考核,以提高计量站的运行管理水平。

张足斌 张淑丽 潘俐敏 王婷婷 李波
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基于可靠性的设计与评价方法是天然气管道评价技术的发展方向,对管道剩余强度评价方法进行适用性分析具有重要意义。介绍了ASME B31G准则、修正的ASME B31G/RSTRENG 0.85Ld法、C-Fer法、DNV-RP-F101规范、美国Battle实验室开发的PCORRC法等腐蚀缺陷管道剩余强度经验公式,并利用收集的管道试验数据对5种方法进行适应性分析。基于Monte Carlo模拟方法,计算得出多个参数的影响规律,并利用实际检测数据对在役腐蚀缺陷集输管道进行可靠性评价和剩余寿命的预测。研究表明:在评价对象一致的情况下,这5种方法均具有一定的保守性,在对中低级钢缺陷管道的剩余强度评价中,使用DNV RP-F101规范更为准确。该方法操作方便,可靠性高,具有较高的工程应用价值。

王茀玺 李晓平 陈新果 王玮 宫敬
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压缩机运行特性与原厂测试特性存在差异,为了指导压缩机的安全稳定运行,结合压缩机特性计算方法与部分真实特性,建立了基于深度学习网络的压缩机真实能头特性预测模型。将大量不同工况下的压缩机真实能头数据作为深度学习网络的训练样本,在训练完成后利用未训练样本对模型精度进行了检验,最大相对误差为2.60%,最小相对误差为0.32%,平均相对误差为0.78%。由深度学习网络所绘制的真实能头曲线与实际的能头曲线有着良好的一致性。所建立的深度学习网络模型改进了传统神经网络的缺陷,具有良好的预测精度与泛化计算能力,为压缩机性能的评估与预测提供了新方法。

杨专钊 李安强 魏亚秋
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针对目前双金属复合管产品及相关检验试验标准研究方面的不足,介绍了国内外双金属复合管相关标准的发展历程及现行标准的制修订情况,对比分析了国内外双金属复合管标准的主要条款。结果表明:目前国外双金属复合管标准主要以API SPEC 5LD《内覆或衬里耐腐蚀合金复合钢管规范》系列标准为主,其经过4次修订而成;国内双金属复合管标准以API SPEC 5LD为基础,通过等同采用和修改采用升级为第3版的SY/T 6623—2018《内覆或衬里耐腐蚀合金复合钢管规范》;国内外双金属复合管标准存在对机械复合管塌陷试验、紧密度试验、弯曲试验指标的规定不明确,冶金和机械复合管工厂焊接及施工焊接工艺评定项目未规范等问题。未来,双金属复合管标准仍需要结合制造、检验、工程应用等技术需求来进行完善。

孙健飞 李岩松 梁永图
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输气管道泄漏速率的准确计算是管道风险评价的重要基础。泄漏事故发生后,从泄漏处向管道的上下游传递减压波,管道内外巨大的压力差会产生焦耳-汤姆逊效应令气体温度下降,使气体中的重组分冷凝析出,而泄漏处和管壁处气体的摩阻系数不同导致管道内的流场计算更为困难。通过调研现有的输气管道泄漏速率模型,总结了目前泄漏速率模型的研究进展并分析了各模型的局限性。目前的泄漏速率模型多基于计算流体力学建立,其计算精度优于传统模型,但并不能耦合管道全线的水热力参数变化实时计算泄漏速率,因此开发可用于求解长距离输气管道泄漏模型的算法是未来重要的研究方向。

邱睿 梁永图 段志刚 王凯琪 周星远 冯跃跃 张浩然
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随着人们环保意识与政策要求的不断增强以及对石油需求的不断增加,大力发展煤制油技术对保障中国能源安全、调整优化能源结构具有重要意义。以煤制油炼厂为主体,考虑炼厂建设、采购、生产、运输、销售过程及煤炭产地供应与市场需求等相关约束条件,以煤制油炼厂收益最大为目标函数,建立煤制油供应链的混合整数线性规划优化模型,并采用基于分支定界法的大规模数学规划求解器(Gurobi)进行求解。研究成果成功应用于中国某地区煤制油炼厂,对现场煤制油供给链的建设具有较强的指导意义,一定程度上降低资源消耗,提升供应链收益,实现整个供应链的高效运作。

刘全利 苗绘 吕新昱 周广言
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为了有效控制管道环焊缝的焊接质量,并满足智能化管道的建设需要,在中俄东线天然气管道工程中采用X射线数字成像检测(DR)设备进行环焊缝焊接质量的检测。管道DR设备主要由带X射线机的爬行器、探测器、计算机、检查软件、检测工装等组成,其可靠性直接关系到管道环焊缝的检测质量。目前国内外仅针对DR设备各个组成部分提出了相应的技术指标,尚无针对整套设备系统的校验方法及校验标准,故研究制定了《中俄东线DR设备校验程序》,校验内容除相关标准规定的探测器坏像素、基本空间分辨率、最小许可灰度幅值、对比度灵敏度外,还增加了DR设备成像均匀度、缺陷检出率及可靠性测试,为中俄东线天然气管道工程高质量建设提供了技术保障。

董绍华
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近年来,管道完整性管理逐渐成为全球管道行业预防事故发生、实现事前预控的重要手段。阐述了中国油气管道完整性管理20年发展历程,形成了“三个一”技术群,即一套技术体系、一套标准体系、一套系统支持平台,覆盖管道线路、管输场站、储气库及系统平台等多个领域:在管道线路完整性方面,形成本体安全保障、风险评估与控制、输送介质安全保障、抢维修及应急保障等技术群;在场站完整性管理方面,形成站场工艺设施检测与评估、压缩机组诊断评估、定量风险评估、安全等级评估、设施完整性评价等技术群;在储气库方面,形成地下储气库风险控制、储气库建库及运行安全技术群;在完整性系统平台方面,形成基于业务多源数据的管道应急决策GIS系统,智能管网已在中俄东线初步建成。由此分析了中国管道完整性管理当前存在的问题及未来的发展趋势,提出中国管道完整性管理的发展目标是基于全生命周期智慧管网的完整性风险管控,而中国管道完整性技术发展的新方向则涵盖智能化数据采集、风险精准识别、系统自适应反馈、高精度完整性检测评价等。

杨兆铭 何利民 田洋阳 罗小明
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针对特高含水时期中国油田在稠油集输方面面临的挑战,构建了低剪切强度的旋流场,利用柱状旋流分离器进行油水预分离,同时采用数值模拟的方法进行研究。选择混合模型与RNG k-ε模型对稠油的旋流分离特性进行数值模拟,考察稠油的分散相粒径、油品黏度、密度、底流比及入口流速等参数对柱状旋流分离器底流口含油率和溢流口压降的影响。结果表明:稠油在柱状旋流器内的分离特性与其他油品不同,其分散相粒径对底流口含油率影响显著,但对压降影响不大;油品密度、黏度对出口含油率存在不同影响,并在所选黏度的研究范围内存在最佳分离黏度区(750~830 mPa·s);入口流速增大,底流口含油率降低;底流比对压降的影响并不显著,模拟结果与已有实验结果具有一致性。

阙永彬
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管道内检测缺陷尺寸量化精度的可靠性直接影响着管道完整性评价结果,进而影响管道维修计划、再检测时间的确定。将SY/T 6825—2011《管道内检测系统的鉴定》与API Std 1163-2013《内检测系统的鉴定标准》进行对比,厘清了可靠性与置信度的定义及关系,对中国管道内检测缺陷尺寸量化指标的基本概念进行了修正。结合API Std 1163-2013相关规定,并基于Agresti-Coull方法,建立了管道内检测缺陷尺寸量化精度的可靠性指标计算方法,给出了判断内检测服务商提供的管道内检测缺陷尺寸量化精度指标的可接受准则,为管道运营企业选择和验证内检测缺陷尺寸量化精度指标提供了依据。

曾希 雷震 靳方倩 杜国锋
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为研究埋地管道在不同形式断层作用下的受力性能,自制土箱试验装置,模拟断层的错动,获得埋地管道在断层错动作用下的应变分布和整体变形特点,分析了管道轴向应变和竖向位移随断层错动量变化的特征,探究了断层错动量、埋深、管径、断层倾角等参数对埋地管道力学性能的影响规律,并进行了有限元分析。结果表明,在本试验的参数范围内,随着断层错动量和埋深的增加,管道轴向应变增大;管径较大的管道,抵抗变形的能力较强;当断层倾角小于90°时,管道轴向峰值拉应变大于峰值压应变,此时管道以受拉为主;当断层倾角大于90°时,管道轴向峰值拉应变小于峰值压应变,此时管道以受压为主;对于走滑断层,管道轴向应变近似呈中心对称分布,两侧变形趋于一致。走滑断层对于管道应变的影响最小,正断层其次,逆断层对于管道应变的影响最大。

计喆 何莎 陈华燕 曾祥国
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由于天然气中存在的硫化氢等气体具有腐蚀性,因此储气井在建设和服役过程中,井管内表面容易在腐蚀和应力的双重作用下产生裂纹,最终导致井管破裂失效。建立储气井井管-水泥环-地层数值模型,采用传统基于工作应力的方法和基于断裂力学应力强度因子的方法分析了含裂纹储气井的剩余强度,得出不同条件下许可裂纹的尺寸。结果表明,基于断裂力学应力强度因子的分析方法可以更准确地判定危险点位置,能够有效排除CNG储气井安全事故隐患。

李荣光 张巍 赵振 于憬 汤斌 孙旭 邸曼丽 王亚军
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近年来因环焊缝开裂引起的高钢级管道失效事故频有发生,因此,高钢级管道环焊缝质量及缺陷修复问题备受关注。基于高钢级管道环焊缝缺陷类型,介绍了国内外高钢级管道修复标准对于环焊缝缺陷的推荐处理方法,并系统梳理了现有焊接与非焊接修复技术的阶段研究成果。在焊接修复技术方面,B型套筒是修复高钢级管道环焊缝缺陷的首选修复技术,目前针对开式三通、护板及B型套筒的水平直焊缝及环向角焊缝的全自动焊接技术已基本具备推广应用条件,将大幅提高焊接效率及焊接质量。非焊接修复技术主要有复合材料、环氧套筒及钢制内衬复合材料修复技术3类,国外针对复合材料与钢制内衬复合材料修复X42级管道环焊缝缺陷(50%未熔合)开展了系列验证试验,相比复合材料,钢制内衬复合材料修复在轴向拉伸载荷测试中表现更优秀;国内则针对经检测评价确定无需修复但存在缺陷的环焊缝采用钢质环氧套筒进行补强,并基于复合材料及环氧套筒修复技术,设计了复合钢制内衬修复技术。最后,针对高钢级管道环焊缝缺陷修复问题提出了解决思路及重点研究方向,以期为中俄东线天然气管道工程及类似高钢级管道安全运行提供技术储备。

冯胜 马晓阳 雷毅 曹学文 边江
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超声波具有穿透力强、对材料层状剥离极为敏感等特点,在涂层缺陷检测中具有独特的优势。为实现海底油气管道外涂层缺陷的快速准确检测,弥补现有油气管道涂层检测技术可靠性低、易受外界干扰、定位不准等缺点,提出了一种利用超声脉冲回波的管道涂层缺陷检测方法。通过ANSYS建模仿真计算,比较完好涂层界面和缺陷涂层界面的反射回波衰减特性,经多次反射后回波的幅值呈现出明显的差异性,选取第5次回波信号作为涂层缺陷的判断依据,再通过设计试验验证了模拟结果的可靠性。研究表明:该方法灵敏度高,能够准确检测出涂层缺陷,操作简便可靠,不受外界海底复杂环境的影响,满足连续检测的需要,可为海底油气管道的安全和高效运行提供技术支持。

禹胜阳 李兴涛 牛殿国
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原油动态计量系统在使用过程中需做定期检定,影响检定结果准确性的因素主要包括被测量原油的温度、压力、流量等,均已有量化指标,但作为体积管置换器的检定球的使用管理尚缺乏可量化的管理指标。通过分析检定球材质性能变化、球体尺寸变化与流量计检定结果之间的关系,发现当检定球硬度、过盈量发生阶跃式变化前,流量计的重复性总体保持平稳;在其发生阶跃式变化后,流量计的重复性持续增大,可能导致流量计检定通过率降低。提出将检定球的硬度和过盈量作为管理指标,并减少与化学药剂接触的影响,以期为提高流量计检定通过率、延长检定球的使用寿命提供参考。

单彤文 陈团海 张超 彭延建
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为了确保LNG储罐运行期间的安全性,对爆炸荷载作用下LNG全容罐结构安全性优化进行研究。建立了考虑储罐内液体晃动的储罐爆炸分析有限元模型,采用冲击和对流弹簧-质点模型模拟LNG的晃动形态;对储罐进行时程分析,确定储罐结构的动态响应;采用M-N曲线对储罐安全性进行分析,并对不满足安全性要求的情况提出解决方案,对LNG全容罐抗爆能力进行优化设计。研究结果表明:在爆炸荷载作用下,LNG全容罐结构响应呈周期性衰减趋势,爆炸主要影响区域位于储罐穹顶与外墙连接处,且对环向安全性的影响大于径向安全性;降低爆炸荷载峰值压力和增加构件配筋,均能有效提高LNG全容罐的安全性。

李光辉 严美容 李晓丹
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在原油组分和组成分析的基础上制备了3个系列的模拟原油,利用高温气相色谱分析了油样的组分及其对应蜡组分的碳数分布,并应用差示扫描量热法(DSC)测量了这些模拟原油的析蜡点、析蜡高峰温度和平均放热焓等参数的变化规律。结果表明:胶质和沥青质质量分数增加对析蜡点和析蜡高峰温度影响较小;芳烃质量分数增加会显著降低析蜡点和析蜡高峰温度,但一定质量分数下会造成沥青质析出;含蜡量增加会大幅提高析蜡点和析蜡高峰温度,不利于加热法解除近井蜡堵。试验结果有利于热力学预测高含蜡原油析蜡特征及指导油井清蜡。

薛兴昌 刘华平 汪洋 陈小双 王扶辉
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为了研究聚驱稠油采出液的停输再启动特性,采用水平环道装置开展试验模拟聚驱稠油采出液管道的停输再启动过程,分析采出液管道再启动过程中压力和流量随时间的变化,探究含水率、聚合物、油温等因素对再启动压力的影响,并分析采出液的屈服特性。结果表明:再启动过程中,管内压力、流量受聚合物影响较小;管内压力迅速达到峰值,随着采出液开始流动,逐渐下降至平稳;管内流量变化规律与压力相似。含聚采出液反相点为30%,不含聚采出液为40%;含水率小于等于30%时,含聚采出液管道的再启动压力比不含聚高,含水率大于等于50%时,结果相反。稠油采出液14~40 ℃时具有屈服值,屈服值随温度升高而减小;含水率超过反相点时没有明显的屈服特性。反相前,屈服值随含水率升高而增大,再启动难度随含水率的增高而增加;反相后,剪切应力随含水率的升高而减小,再启动难度随含水率的增高而降低,聚合物的影响不大。聚驱稠油采出液的停输再启动特性研究结果为油田集输管道的经济安全运行提供参考。

郭欣 康习锋
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油罐火灾蔓延的主要因素是油罐火热辐射,在着火罐火焰热辐射作用下,邻近罐极易被引燃,造成整个罐区大面积起火。为了研究邻近罐受热辐射后罐壁热辐射的分布规律,建立了油罐燃烧对邻近罐热辐射影响的小尺寸实验装置,开展了火灾环境下邻近罐壁热辐射分布的实验研究。实验结果表明:在火灾环境下,邻近罐正对着火罐方向的罐壁受辐射作用最大,热辐射从罐顶到罐底逐渐降低、从中心向两边呈轴对称降低;随着L/D(L为相邻两个油罐的距离,D为油罐的直径)增大,邻近罐热辐射下降。实验数据为火灾环境下邻近罐的热辐射研究提供了参考,对防止邻近罐被引燃,做好油罐区火灾爆炸事故的预防具有重大意义。

尤泽广 王成 傅伟庆 孙学军
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针对中俄东线站场低温环境用直径1 422 mm×1 219 mm三通设计难题,通过国内外管件标准对标,类似工程调研等手段,从设计温度的确定、材料的选择、结构尺寸的设计、夏比冲击韧性的制定等方面进行全面研究,确定中俄东线站场管件最低设计温度为-45 ℃,三通材料选用X80;采用SY/T 0609—2016《优质钢制对焊管件规范》中的极限分析设计方法确定三通原始厚度为57 mm,三通支管端部到主管中心线长度为1 090 mm;夏比冲击试验温度确定为-45 ℃,三通焊缝及热影响区夏比冲击功均值不小于50 J,管体夏比冲击功均值不小于60 J。技术指标的确定为中俄东线站场低温环境用三通制造技术条件的制定提供了依据,新产品的设计制造能力达到了世界先进水平。

寇福凯 王腾
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由于复合材料其几何复杂性和层间接触的影响,海洋软管轴向压缩破坏的数值计算相当复杂和耗时。在此提出一个简化模型,在等效刚度的前提下,8层的管截面简化为5层的管截面。通过刚度校核和实验对比证明了简化方法的合理性,验证了简化模型的实用性,基于简化模型研究了软管轴向压缩破坏响应。该简化模型改善了非线性分析的收敛性,提高了计算效率。结果表明:当抗磨层和外保护层达到材料屈服强度时,内外抗拉铠装层迅速径向膨胀出现分离间隙;当抗磨层和外保护层达到材料极限强度时,抗磨层和外保护层发生破坏,内外抗拉铠装层出现最大分离间隙,软管失去轴向抗压缩能力。研究结果为海洋软管的数值模拟研究提供了参考。

杨云兰 李文勇 丛川波 赵龙 邹峰 李猛 冯艳丽 邸晓峰
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为了满足能源战略的需要,在中俄东线管道工程中采用大口径(外径1 422 mm)、高压力(12 MPa)、高钢级(X80)管道进行超大输量天然气输送。然而,随着管径、输送压力、钢级、设计系数的不断提高及环境温度的降低,管道整体式绝缘接头的设计制造难点成为研究重点。为此,通过对外径1 422 mm X80管道整体式绝缘接头的研制、高寒地区整体式绝缘接头关键技术的研究及大型水压加弯矩试验装置建造等技术创新,填补了国内空白,形成了外径1 422 mm X80管道低温整体式绝缘接头设计与制造成套技术与装备,对中俄东线天然气管道工程建设具有重要意义。

郑倩 张宏 刘啸奔
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走滑断层是埋地管道常见的地质灾害。断层引发的地面位移往往使管道变形过大而失效,因此开展断层区管道可靠性分析对管道的安全评估具有重要意义。为此,基于非线性有限元软件ABAQUS建立穿越走滑断层的X80钢管道有限元模型,计算管道几何尺寸、地表位移、内压以及土壤类型等多因素影响下管道的设计应变,形成工程中管道设计应变的有限元数据,基于该数据库创建了BP双隐层神经网络的设计应变预测模型,建立了基于应变准则的极限状态方程,结合MC(Monte Carlo)法,开展了走滑断层区X80管道的可靠性计算,并进行了管道可靠性的影响因素分析。BP-MC方法计算结果准确,运行时间成本低,适于断层作用下管道的可靠性分析。

宫敬 徐波 张微波
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随着数字化、智能化等技术的发展,油气管道运行管理模式将发生根本性转变,形成以“智能管道”“智慧管网”为核心的发展理念。从管道运行工艺角度对中国智能管道建设的基础及实现条件进行了分析:①从智能管道的定义、国内外智能管道的发展现状以及油气管道智能运行的物联网基础及技术准备3个方面论述了智能管道建设的基础及所需实现的功能,指出智能管道在油气生产过程中的应用性是智能管道建设的核心问题;②探讨了天然气管网数据、建模及计算复杂性的根源,明确了“智能管道”“智慧管网”的建设思路;③以中俄东线天然气管道为例,阐述了中俄东线智能运行的目标、基础以及工艺运行智能化组成的设想,其中工艺运行智能化组成包括管道工艺仿真系统建设、基于管道数据的数字孪生体构建以及综合运行调度和可靠性评价。最后,针对智能管道技术发展与应用面临的形势与挑战,给出几点认识及建议。

张宏 吴锴 刘啸奔 杨悦 隋永莉 张振永
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鉴于高钢级管材的组织特征及焊缝失效对于管道安全的重要影响,管道环焊缝承载能力成为当前管道行业的研究热点,以中俄东线全自动焊口为研究对象,准确考虑环焊接头根焊、热影响区、母材、填充焊4个区域材料本构关系的差异性,基于有限元方法建立了分析管道环焊接头应变能力的数值仿真模型。定量分析了母材屈强比、运行内压、载荷类型等组合工况下焊缝强度匹配系数等对管道环焊缝裂纹扩展驱动力的影响。采用静裂纹起裂的失效判定方法,以表观断裂韧性值为临界准则,结合中俄东线管材及环焊接头材料特性参数实际变化范围,计算了在设计工况范围内最不利条件下中俄东线环焊接头的应变能力。结果表明:提高焊缝区强度匹配能够有效减小接头的裂纹扩展驱动力,增加管道内压或提高母材屈强比会使相同强度匹配条件下的裂纹扩展驱动力更大,拉伸载荷下的裂纹扩展驱动力要大于弯曲载荷下的裂纹扩展驱动力。该方法既可以用于根据焊接接头性能要求指导焊接参数的确定,也可以用于在役管道含缺陷焊接接头的适用性评价。

孙兆强 张行 刘保余 张博钊 高阳
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天然气管道中的黑粉严重影响管输效率与安全,现有的带皮碗、磁铁及钢刷的清管器对黑粉的清除效率较低,且易出现卡球现象。射流作用产生的冲击流场对管内积液、杂质的清除效果较好,基于射流原理提出了利用射流清管器清理天然气管道黑粉的方法。为了达到最佳的射流清除效果,需要优化清管器喷射组件中文氏管喷嘴的关键结构参数。文氏管喷嘴结构包括收缩段、水平段及扩散段,其中扩散段的参数对射流效果起关键作用。基于计算流体力学的原理,以Fluent软件为模拟工具,选定实际气体状态模型定义管道内天然气参数,考虑文氏管喷嘴扩散段中扩散长度与扩散角的影响,对清管器的射流过程进行仿真分析。通过比较不同扩散段参数模型在射流流场中流速和湍流动能的云图以及变化曲线,得到具有最佳射流效果的天然气管道射流清管器喷嘴结构。

何海霞 王文 汪加慧 武建飞 武赞
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通过蒸汽辅助重力泄油(Steam Assisted Gravity Drainage,SAGD)技术开采稠油时,采出液有较高的温度,对其进行热回收节能潜力较高,油田采用热管式换热器回收采出原油的余热,补充作为工业或生活用热十分具有讨论价值。考虑到现场空间要求和工程设备模块化的特点,利用U形管壳式换热器、螺旋板式换热器作为分离型热虹吸热管蒸发段和冷凝段,并建立复合式分离型热管模型,分析其换热性能、循环压降、充液率及换热能力。采用新疆油田油水二次换热区的分离型热管系统验证该模型,结果表明:复合式分离型热管计算模型可行;复合式热管具备U形管壳式换热器、螺旋板式换热器的优点,换热性能强,系统换热能力可以满足实际要求,有较好的环境适应性。

温凯 左志恒 黄晓茵 刘静 任亮 宫敬
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成品油管道发生泵站意外停电事故后通常执行水击超前保护程序,该保护方案对管道的安全性有决定性影响。为了确保管道从事故前稳态安全平稳过渡到事故后较优的运行状态,需要制定最佳的水击超前保护方案。对成品油管道泵站意外停电水击工况进行分析,以水击事故发生后下一稳态时输量最大且各调节阀节流压力之和最小为目标,建立优化模型,相应的约束条件为全线不超压、不汽化。模型求解采取两种不同策略:事故站下游以各站出站压力最低为目标分别寻优,采用水力坡降线平移法求解;事故站上游以整体总节流最小寻优,为了提高求解速度,采用深度优先搜索法求解。以某成品油管道泵站意外停电事故工况为例,对该优化模型进行实例应用,并根据优化结果制定水击事故过渡过程的控制逻辑,并使用仿真软件SPS验证了控制逻辑的合理性,表明该优化模型合理可靠。

周冬林 杜玉洁 肖恩山
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利用盐化企业采卤形成的盐腔改建储气库是加快盐穴储气库建设进度的有效方法。中国各地盐化企业由于长期生产形成的盐腔数量众多,如何快速准确地评价其密封性是老腔改造过程中的重要问题。卤水试压法利用泵车和管道从井口注入饱和卤水,通过监测注入压力和卤水流量,计算腔体漏失量来评价盐腔的密封性,其无需向井下下入任何仪器和设备,具有操作简单,对井况条件要求低,测试成本低的优点。现场应用结果表明:该方法可以有效判断盐穴是否发生明显泄漏,是评价老腔前期密封性的可行方法。

李杰 于志新 程新新 代馥光 李绍松
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为研究液罐车在转向或换道时车-液耦合动态响应对整车稳定性的影响,联合液体纳维斯托克斯和流动控制方程,应用计算流体动力学软件ANSYS/FLUENT建立并求解液体晃动模型,通过结合液体晃动模型和三自由度液罐车刚体模型获得液罐车车-液耦合动力学模型,分析有无控制策略情况下,液体晃动对液罐车横向稳定性的影响。仿真结果表明:提出的模糊差动制动控制策略能有效提高车辆抗侧翻能力,减少罐车运输过程中交通事故的发生,对液罐车运输有指导意义。

刘胜利 梁永图 王逍
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输油管道一旦泄漏不但会造成直接经济损失,而且将对周围环境、沿线居民带来不利影响,掌握泄漏油品在周围环境中的渗流、地表扩散以及蒸发情况,对于开展管道应急处理和泄漏后果评价至关重要。结合陆上输油管道泄漏事故特点,从事故条件下的泄漏量、泄漏油品的流动扩散规律以及泄漏后果等方面入手,对成品油管道泄漏油品研究成果进行了归纳总结,同时为进一步研究泄漏油品在周围环境的扩散过程,预估泄漏后果并制定合理的应急处理方案提出了建议。

刘玉卿 武玉梁 张振永
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为了保证全自动焊机的通过性从而实现全自动连续焊接作业,采用连续冷弯管替代热煨弯管以达到等效转向效果,将直管道和冷弯管在沟上焊接完成后进行整体沉管下沟作业。管道在沉管下沟过程中会经历高应力状态,尤其对于带有水平连续冷弯管的管道,整体沉管下沟过程中的应力状态更加复杂,尚无施工先例。采用有限元方法分析了带水平连续冷弯管管道双侧单向沉管下沟的基本规律,分析了水平连续冷弯管管道沉管下沟后残余应力存在的原因、分布情况及影响因素,提出了水平连续冷弯管管道沉管下沟的可行性评判标准并进行了论证。研究结果表明:中俄东线1 422 mm×21.4 mm、1 422 mm×25.7 mm、1 422 mm×30.8 mm 3种规格的水平连续冷弯管管道整体沉管下沟的施工方案可行。

王巨洪 张世斌 王新 李荣光 王婷
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为了总结中俄东线智能管道数据可视化建设成果,推动油气管道数据可视化及大数据分析技术发展,从数据可视化角度,论述了中俄东线天然气管道的数据种类、数据现状及各信息系统的数据架构及数据量,从数据传输、数据ETL(Extract-Transform-Load)等方面探索数据可视化实现的一些做法和实践。通过中俄东线智能管道可视化交互系统的探索和实践,实现了建设期和运营期多源动静态数据的集成展示,提出需数据中心(中台)建设和应用层解决方案支撑的建议,对推进管道数据可视化和大数据分析有一定指导意义。

蔡亮学 王勐龙 刘彤 徐广丽
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为探究压电超声内检测器探头阵列声场的瞬时特性,采用COMSOL Multiphysics软件建立了探头阵列在管道中的有限元模型,基于自研压电超声内检测器实验测试条件,验证了有限元模型的正确性。分别研究单探头与双探头工作状态下阵列声场的瞬时特性,得到了两种工作状态下声场中各点的声压变化规律。结果表明:回波信号对相邻探头信号接收的影响较小;相邻双探头同时工作时,声压叠加区域远离探头表面,对相邻探头信号接收的影响也易消除。该模型可以确定管道中探头阵列在给定工况下的总声场,为压电超声内检测器的设计提供理论依据。

寇宝庆 周文波 赵振兴 鲍迪 刘翥
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中俄东线天然气管道黑龙江盾构穿越工程需要在竖井内安装直径1 422 mm、壁厚39 mm、5倍直径的热煨弯管,但在竖井内无法采用分段焊接安装的常规方法。设计了针对盾构竖井内安装大口径管道的技术方案。该方案在地面对盾构竖井内的热煨弯管和直管采用自动化焊接工艺形成一个大S弯管,再采用“穿洞法”吊装安装就位。所有焊缝经外观检查合格,并采用射线检验和超声波检验,16道口无损检测均满足中俄两国标准的要求,全部合格。该技术的成功应用实现了竖井内大口径管道和弯管一次吊装就位,解决了狭小空间无法使用全自动焊接的安装技术难题,可为今后此类盾构、顶管竖井内安装大口径管道提供参考。

税碧垣 张栋 李莉 薛鲁宁 陈国群
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针对目前在智慧管网建设方面存在定义不清、认识不统一的问题,基于现有文献提出的智慧管网定义,从智慧系统感知、分析、决策、处置4个环节应该具备的功能出发,给出了智慧管网定义:充分利用信息技术和人工智能技术,在尽可能减少管网运行中人的体力和智力活动的前提下,实现对管道状态的全面智能感知和自主分析计算,具备对管网运营各类生产需求和异常事件的自主决策和处置能力,能够对管网的安全和运行状态做出快速、灵活、准确的判断和响应,实现管网全生命周期安全环保水平最高和运营效益最优的目标。借鉴智能制造能力成熟度模型中智能维的五要素及现有智慧管网研究成果,明确了智慧管网应具备的五大特征:业务智能化、数据统一化、信息互通化、状态可视化及知识网络化,并以此为依据,提出了智慧管网的建设构想。

梁萌 张燕云 彭盈盈 孙黎 任重远 张奇 杨英
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土库曼斯坦作为油气资源大国,天然气产业已成为其国民经济的支柱行业,然而受困于产能建设不足及出口通道受阻,土库曼斯坦天然气出口表现出增长乏力的态势。目前,土库曼斯坦已形成北通俄罗斯、南达伊朗、东至中国的天然气出口通道布局,但受地缘政治及经济利益影响,其天然气主力买家只剩中国。为了摆脱天然气出口困境,土库曼斯坦积极推行天然气出口多元化:一方面拓展新的出口通道,集中推进通往南亚的TAPI项目的落实,同时与各相关方磋商跨里海天然气管道项目;另一方面,充分提升本国天然气的资源化利用,大力发展天然气化工与发电,将现有天然气资源转化为高附加值的产品并出口。土库曼斯坦作为中国进口天然气的主力来源,在中国进口中亚天然气中的地位不可替代,夯实中土天然气贸易合同的履行,谨防土库曼斯坦在供气量上打折扣是当前中土两国关系中最为现实的课题,未来,可探索基于TAPI、IPI项目,建立涵盖中国、伊朗、土库曼斯坦、阿塞拜疆、巴基斯坦、印度的中亚-南亚天然气大管网的可能性。

闫凤林 李建君 巴金红 张新悦 康延鹏
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刘庄储气库是由枯竭油气藏改建而成,X注采气井钻井时地层压力系数只有0.4左右,钻井液极易侵入储层,封堵孔隙通道,造成储层污染,导致该井投产初期日注气能力远低于设计日注气能力,因此需要对该井进行酸化改造解除污染。详细介绍了X井酸化酸液体系及施工工艺,通过分析施工曲线、注气曲线、指示曲线及储层参数等指标对酸化效果进行综合评价,结果表明X井通过酸化改造后,注气能力大幅提高,基本与设计注气能力相符,达到了解除储层污染的目的。刘庄储气库X注采气井酸化施工工艺及效果评价方法对类似的储气库注采井具有一定的借鉴意义。

叶泽华 孙旭 顾继俊 张晔 余慧 韩新昊
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为了掌握海洋立管系统的涡激振动规律,发展了广义α法求解圆柱振动方程,增强了解法的稳定性,并在改进特征线算子分裂(Characteristic Based Split,CBS)求解流场方程的基础上,提出了流-固耦合有限元解法计算涡激振动问题,并通过基准算例验证了解法的精度和稳定性。运用该解法数值模拟了低雷诺数下多种工况条件时两错列圆柱的涡激振动过程,结果表明:当攻角较小时,上游圆柱脱落的涡直接与下游圆柱相互作用,增加了下游圆柱上、下表面的压差,导致大尺度涡激振动现象,而此时下游圆柱的振动频率由上游圆柱的涡脱落过程决定;当攻角较大时,下游圆柱将脱离上游圆柱的尾迹区,其绕流流场、受力情况及振动频率均趋近于单圆柱情况。研究结果可为海洋立管系统布置的工程应用提供参考。

程玉峰
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针对中俄东线天然气管道的实际服役状况,分析了土壤运动(冻胀与解冻沉降)对管道结构完整性的影响以及目前的基于管体结构-土壤弹簧模型在确定管-土交互作用方面的局限性,即非线性、大应变与多轴加载评估的保守性、土壤本构模拟的非现实性,建议发展新型多模块耦合集成技术确定土壤运动产生的机械效应。明确了X80高强管线钢在服役条件下发生应变时效及其导致管线钢,尤其是焊缝区材料韧性和止裂能力的降低,建议使用时效活化能与等效时效时间模拟、评估管线钢在漫长服役过程中发生应变时效的敏感性,并建立相应的理论基础。此外,对3种常见的管道缺陷(机械损伤、腐蚀缺陷、裂纹)对管道完整性影响的评估技术现状进行了详细分析。发展针对高压、大口径、高强钢天然气管道(特别是焊接金属与热影响区)在地质不稳定地区的材料韧性、裂纹扩展以及止裂能力的实验与评价技术,建立精确的多物理场协同作用下的管道缺陷评估模型,是当前的国际性技术难题,这些问题的解决将有力保障中俄东线天然气管道以及相关油气管道的长期安全运行。

余建星 刘天 余杨
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顶张紧式立管(Top Tensioned Riser,TTR)主要应用于深水油气田开发中的单柱式平台和张力腿平台,为了保证海洋工程作业的安全可靠,对复杂载荷条件下顶张紧式立管作业过程中的风险进行了分析。根据美国大陆架区域立管失效资料整理、统计结果,对立管关键工作步骤的危险与可操作性分析进行风险源的识别;将风险源按照因果关系建立了TTR的失效故障树,通过上行法求出故障树的最小割集;将模糊数学的层次分析法与专家评价法相结合,对故障树进行定量分析。基于专家评价结果,确定了故障树中基本风险事件、顶事件的发生概率,并针对概率较大的风险事件提出了防控措施。通过对TTR作业风险源进行识别,并建立了基于故障树的失效模型,解决了深水立管事故数据缺乏且不确定性较高的问题,为深水立管的风险管理提供了参考。

梁爱国 齐傲江 王飞 李彬
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针对钢丝网骨架塑料复合管在带压开孔施工中的盲目性问题,首先对钢骨架塑料复合管进行力学分析,建立复合管的力学模型,并对管段模型进行网格划分,在此基础上,运用ANSYS软件对其在不同管径下的最大开孔孔径开展有限元模拟,得到不同开孔孔径下的Mises等效应力分布云图,进而确定最大开孔孔径。结果表明,最大开孔孔径随管径的增加呈线性增加。基于ANSYS仿真结果,通过对管段的密封性进行检测,发现施工条件下管段无介质泄露现象发生,且未见明显塑性变形,该实验结果验证钢骨架塑料复合管的带压开孔模型精度较高,可以有效解决现场开孔作业中存在的盲目性问题。

李岩松 张梅 王宝莹 江新星 孙健飞 梁永图
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中亚天然气C线管道属于典型的输送压力高、流量大、管道跨度大、压气站数目多、输送工艺复杂的输气管道。为研究中亚天然气C线管道正常工况和事故工况下水热力参数的变化规律以及各种事故下管道的自救时间,采用SPS软件建立了中亚天然气C线管道仿真模型,模拟了正常工况下管道全线压力和温度参数,模拟结果与实际运行数据最大相对误差分别为1.90%和6.92%,验证了模型的可靠性;在此基础上分别分析了环境温度和管道粗糙度变化对全线输气效率的影响规律,确定了各种事故工况下管道最长的自救时间,可为中亚天然气长输管道运行管理提供参考。

孙银娟 王潜忠 张志浩 贺三 孙芳萍 成杰
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为了进一步掌握316L不锈钢的适应性,以试验点CO2驱油后采出介质为主要溶液,采用高温高压反应釜,对316L不锈钢挂片的腐蚀规律进行了研究。以Cl-质量浓度、Ca2+质量浓度、CO2分压、温度、流速及油水比作为影响因素开展试验,并利用电子显微镜和电化学工作站对试验范围内腐蚀速率最高的挂片形貌和电化学腐蚀特征进行观察分析。试验结果表明:在Cl-质量浓度为3 000~50 000 mg/L、Ca2+质量浓度为100~6 000 mg/L、CO2分压为0.15~0.75 MPa,温度为15~55 ℃、流速为0~0.5 m/s以及20%、85%两种含水率条件下,316L不锈钢的腐蚀速率均在10-3~10-2 mm/a数量级之间变化。通过电镜扫描和能谱分析发现,试件中耐腐蚀元素Mo的质量分数略高于最低限,在Al杂质较多的部位,316L不锈钢出现了腐蚀轻微的开口型点蚀坑,表明316L不锈钢在试验范围内具有很好的耐全面腐蚀能力,但点蚀问题不能忽视,试验用316L不锈钢中Cr、Ni、Mo的质量分数均略微高于最低限,建议在选材过程中对有利微量元素的质量分数给予关注。

付亚平 吴斌 敖海兵 陈加松 管笛 井岗
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盐穴储气库腔体形态控制是制约储气库库容和实现储气库稳定的关键,控制阻溶剂界面位置是控制腔体形态的关键技术,为改进现有的控制方法监控成本高、不能实时测量等缺点,提出光纤式界面监测方法。该方法使用新型光纤界面测试仪进行测量,利用分布式光纤测试技术,通过光缆中的电缆加热,由于卤水和垫层介质(一般用柴油、氮气)的比热容不同,光缆与周围介质进行热交换发生温度变化,根据温差判断介质界面位置。该装置操作简单、探测范围广、监测成本低、能实时测量井下介质界面。利用该技术可实现盐穴储气库的大规模反循环造腔,加快造腔速度,保障腔体安全。

王硕 韩辉 李玉星 孙崇正 闫彦
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中间介质气化器IFV(Intermediate Fluid Vaporizer)是海上浮式液化天然气接收终端的关键换热设备。基于传热理论,建立了多换热器的耦合换热计算模型,并采用混合工质作为中间介质,研究了运行参数对气化器换热性能的影响规律。通过分析混合中间介质饱和温度对气化器换热性能的影响,结合海水温度波动的敏感性分析,优选了混合中间介质的最佳饱和温度范围为256~265 K,此时IFV总换热面积较小且变化受海水温度波动影响较小,运行更稳定,蒸发器和冷凝器的换热系数较高,IFV换热性能较好。通过研究海水在调温器内的温降变化对IFV换热性能的影响规律,优选了海水在调温器内的温降范围为0.6~1.2 K,此时各换热器的UA值(换热系数U×传热面积A)和热负荷均表现为高量,热流密度较大,换热器的换热性能较好,且IFV的总换热面积变化控制在最小换热面积的10%以内,各换热器所占比例均为20%~50%,更有利于提高IFV运行的稳定性和适应性,且推荐换热器间热负荷比约为3~7。

聂中文 黄晶 于永志 王永吉 单超 冯骋 孔芋丁
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随着中国油气管道骨干管网初具规模,运维体系日趋完善以及大数据、人工智能、物联网技术的应用,智慧管网的建设成为可能。以中国石油天然气集团有限公司智慧管网的建设为例,基于智慧管网现有设计方案,梳理了现阶段智慧管网在科技、信息、物联网方面各个系统的建设进展,介绍了中俄东线和中缅油气管道试点工程的最新成果,提出了智慧管网建设仍需解决的问题。通过明确智慧管网建设的原则及目标,并实践探索出一条智慧管网建设的有效途径,最终实现“数据全面统一、感知交互可视、系统融合互连、供应精准匹配、运行智能高效、预测预警可控”的管道智能化运行目标。

王传硕 董平省 马千里 王玮 宫敬
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乳化含蜡原油沉积层含水是油水两相管流蜡沉积研究领域的新热点。近年来,国内外学者基于冷指和环道沉积实验等手段,分析了含水乳化原油蜡沉积层含水的影响因素,明确了油相体积含水率、分散水滴粒径等因素的影响。在此综述了含水乳化原油沉积层含水的影响因素及相关机理,讨论了含水对沉积层含蜡量、流变性的影响,列举了当前主流的乳化油水体系蜡沉积预测模型及方法,并展望了今后含水乳化原油沉积机理的研究方向,以期为海洋、特别是深海含蜡原油混输管道的设计、运行及管理提供理论依据。

陈朋超 冯文兴 燕冰川
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为了加强油气管道风险防控,将完整性管理理念引入中国管道行业。引进、消化、吸收国外油气管道完整性管理的先进方法,结合中国油气管道实际情况进行再创新:制定了覆盖管道建设、运行、废弃处置全生命周期的“564”完整性管理工作流程,建立了包含管道完整性管理、科技研发、技术服务、推广应用的全链条组织架构,形成了完备的完整性管理数据、标准、技术及人才保障体系。油气管道全生命周期完整性管理提升了管道本质安全,取得了明显成效,探索实践中形成的模式、标准规范不仅确保了油气管道安全平稳运行,也为行业发展提供了参考范例。

蒋庆梅 张小强 钟桂香 张振永
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中俄东线天然气管道过境段控制性工程中黑龙江穿越段穿越中国、俄罗斯两国国界,所用直缝埋弧焊钢管和感应加热弯管由俄罗斯供货,但中俄双方会议谈判要求管材关键性能指标执行中俄双方的最严格要求。为了合理确定黑龙江穿越段管材性能指标,保障管道安全,对比分析了中国和俄罗斯管材标准,对直缝埋弧焊钢管和感应加热弯管的关键性能指标进行了分析,与中国标准相比,俄罗斯标准更注重钢管的低屈强比、高断裂延展性以及苛刻的低温韧性,并与施工现场联系密切,比中国标准更严格。结合对比结论、工程实际,最终确定黑龙江穿越段管材性能指标执行俄罗斯标准要求。

徐波 段林杰 戴梦 李妍 闫锋 胡森
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为了降低LNG储运过程中的风险,保障LNG供应链安全高效运行,可靠性分析是一种有效的技术手段。将LNG接收站与LNG船运合并为LNG全运输系统,明确了LNG全运输系统可靠性内涵;针对LNG航运失效数据不足的问题,建立了基于全运输系统运行机理的可靠性仿真模型;建立LNG接收站系统故障树模型,并划分最小割集,对LNG全运输系统的可靠性开展定性和定量分析,识别出了系统薄弱环节。通过实例应用,验证了LNG全运输系统运行可靠度计算方法的可行性,可为LNG接收站储存及其船运过程中的安全管理、设备维护等提供参考。

谭笑 刘少柱 吴晓光 赵云峰
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长输管道在建设、改线或维抢修作业时,常会遇到管道对口处有磁偏吹现象,使得在焊接施工时,电弧发生偏离,导致焊接缺陷甚至无法焊接施工,严重影响了工程进度及管道的本质安全。中俄东线天然气管道工程采用1 422 mm口径、X80钢级管道,以往所采用的消磁方法和消磁设备已无法满足其大口径、高钢级管道的消磁作业。通过分析管道剩磁的产生机理和影响因素,得到不同消磁方法对中俄东线管道的适用性,并通过现场试验验证直流消磁法,分析直流消磁和直流焊机消磁的优缺点及工作参数,并提出可行性建议。

王震 董宣
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“一带一路”沿线国家是中国国际能源合作的重要区域,中亚地区是“一带一路”油气合作的核心区,经过二十多年的投资与合作,形成了集石油和天然气全产业链、油公司业务与工程技术服务业务有机结合、中国能源企业国际化与当地化相融合的示范合作区。在对“一带一路”沿线油气合作必要性和取得成绩综述的基础上,重点研究了中国与中亚地区合作的潜力和面临的风险,建议政府要持续优化“五通”政策,打造能源丝绸之路和能源区域命运共同体,能源企业要积极适应新变化、创新商业模式,不断提升国际化能力。

齐先志 王晓霖 张莉莉 叶青
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为了对成品油管道周边区域个人风险水平进行量化计算,建立了成品油管道个人风险计算模型及,并给出了计算流程。成品油管道个人风险计算模型设定了各类危害因素的管道基准失效频率,采用对基准失效频率修正的方法计算管道失效频率。根据管道泄漏孔尺寸,将管道泄漏类型分为微孔泄漏、中孔泄漏、管道破裂泄漏3类。在管道失效频率和失效危害后果计算的基础上,计算得出管道周边区域个人风险,并明确其是否处于可接受的水平。该模型计算个人风险需要依赖于管道失效数据库的事故统计,建议加强中国油气管道失效数据库建设。

刁宇 姚渭 苗青 刘朝阳 闫锋 符雄 王鹏宇 聂超飞
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为了分析终冷温度对加剂改性原油蜡沉积规律的影响,保持油壁温差相同,控制不同的终冷温度,采用搅拌槽蜡沉积装置、流变仪、差热扫描量热仪等试验仪器,对添加纳米降凝剂的大庆油、添加EVA降凝剂的大庆油以及大庆空白油进行静态蜡沉积对比试验与动态剪切对比试验。同时,结合分子扩散、胶凝等机理,分析不同试验条件下加剂改性大庆油的结蜡规律。结果表明:终冷温度较低时,加剂油结蜡总量明显高于空白油,但结蜡总量中含凝油多,蜡晶结构较弱;而空白油结蜡总量低,但蜡晶结构较强,随着终冷温度升高,加剂油与空白油的结蜡量逐渐降低并趋于一致。终冷温度较低且剪切剥离强度较弱时,添加降凝剂会增加管输蜡沉积量,一旦经过高剪切或提高终冷温度,加剂油的结蜡量将明显降低,提高了管输安全性。

丁国生 魏欢
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地下储气库是天然气供应链中的重要组成部分,在中国天然气调峰安全保供中发挥了重要作用。以1999年大港大张坨储气库全面建设为标志,回顾了中国地下储气库历经从无到形成大规模产业的20年发展历程,建成了27座储气库、调峰能力超过100×108 m3、授权发明专利100多项、软件著作权20多项、制定标准15项、出版专著20多部。重点梳理了中国地下储气库建设中取得的科技创新成果,其中具有代表性的技术成果主要包括:复杂断块、复杂流体、复杂岩性、深层强非均质储层条件下的储气库选址模式与库址评价技术,复杂地质条件储气库圈闭动态密封性评价技术,超低压防漏堵漏与储层保护、交变应力下井筒密封为核心的钻完井技术,地面高压大流量注采核心技术及其装备,地下储气库地层-井筒-地面“三位一体”风险管控系统等。结合中国地下储气库20年的建设经验与中国现行的行业政策,明确了中国地下储气库未来发展的机遇与挑战。

李刚川 邓同军 汪恋 李气林
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为了查明川气东送天然气长输管道诸多阀室及邻近管段强制电流阴极保护失效、常年处于欠保护状态的原因,以某RTU阀室为例,建立了阀室局部阴极保护的简单物理模型,通过模型推导与现场测试验证相结合的方法,得出管道与接地网导通诱发绝缘失效是导致管道欠保护的直接原因。在查找管道绝缘失效原因并进行定位的过程中,发现了长输管道阴极保护和防雷接地系统在设计、建造、运行维护期间的诸多问题,提出管道绝缘失效整改及保护电位恢复应做好电路隔离、牺牲阳极接地极改造、区域牺牲阳极热点保护、区域强制电流阴极保护等应对措施。

吕政
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目前,随着中国能源结构调整及油气管道行业深层次变革,长输油气管道集中调控企业面临着前所未有的机遇与挑战。以中国石油天然气股份有限公司北京油气调控中心为例,利用PESTEL等分析模型,对长输油气管道集中调控企业发展环境进行分析。结果表明:未来该类企业必将在中国大的能源格局中发挥关键作用,具有较好的发展前景。在分析集中调控企业优势及存在问题的基础上,采用企业战略管理基本研究方法,为集中调控企业制定了合理的总体层战略和职能层战略。研究认为需要确立集中调控企业管道运营主体地位,从结构优化、成本控制、技术创新、人才保障、风险管控及文化引导等方面强化战略实施,促进该类企业实现可持续发展,保证其发挥最大效能。

戴政 肖荣鸽 马钢 曹沙沙 祝月
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BOG是影响LNG站安全、环保、经济运行的主要因素之一,BOG回收成为亟待解决的难题。基于BOG生成的影响因素,通过调研国内外LNG站BOG回收技术的相关研究,对脉管制冷机回收、氮膨胀制冷回收、液氮回收、喷射液化回收、混合冷剂液化回收、直接压缩工艺、再液化工艺以及直接压缩与再液化结合工艺8种主要的BOG回收技术的研究进展及其优缺点进行了评述,并提出了有针对性的优化方法。结合LNG站的实际需求,在满足LNG站平稳运行的前提下,为不同类型的LNG站制订了经济、有效的BOG回收方案,并对BOG回收技术未来的发展进行了展望。

江攀 杨俊佳 张琼 吴强 危卫
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为了科学地预测平行楼宇间天然气扩散形成的爆炸危险区域的危害范围,建立了天然气泄漏速率随时间变化的函数关系,运用瞬态模拟方法,得到泄漏压力和楼宇布局对爆炸危险区域的影响。模拟结果表明:天然气扩散过程中遇到建筑物会在其背风向形成副扩散中心向四周空间扩散,随着距离地面高度的增加,天然气最大体积分数逐渐降低,且随着泄漏的持续达到稳定值;各种工况下处于上风向的楼宇均处在危险区域,而处于下风向的楼宇其危险是暂时的(楼距小的工况除外);有风时,增大楼距,减小平行楼宇的相对高度,减小管道的运行压力均有利于天然气在两楼之间的扩散。研究结果可为相关规范的制定以及事故的预防提供科学依据。

李振北 程汉华 关晶鑫 梁也 陈峰 赵振
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针对粉尘和杂质较多的天然气管道在清管过程中,常规机械清管器出现的皮碗及刷毛磨损变形严重、清管效率低下等问题。基于文丘里原理,提出一种新型清管器设计方案,将具有该原理特性的管路与清管器骨架结构设计融为一体,同时设计了相应的导向支撑板、密封驱动皮碗及前端吹扫喷头等重要零部件。借助计算流体动力学方法对所设计的清管器在工况下的清管效果进行了仿真分析,分析结果表明:该清管器利用文丘里原理可对两皮碗之间管段内的杂质进行有效吹扫和抽吸,另外通过前端吹扫喷头喷出的高速射流可以在清管器前方形成全覆盖的柱状吹扫区域,吹扫速度可以吹扫和携带颗粒直径在2.5 mm以内的粉尘及杂质,具有良好的清管效果。通过该设计方案的实施,对于提高中国非常规清管器的研发和设计技术水平,促进在役天然气管道清管效能的提高,丰富清管手段的多样化具有重要的现实意义和价值。

程浩力 胡茜茜 赵龙 张国强 张艺 马晓天 马彬 王喜
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油气管道施工中经常遇到水网、高地下水位、地下障碍物穿越或从规划区穿越等问题,从而导致水网和农田沟渠埋深不足、沿线路由占压,给管道运营带来安全隐患。基于法规、施工、运营管理等角度,提出了在设计阶段处理此类问题的注意事项,并指出:《中华人民共和国石油天然气管道保护法》等部分规定的可操作性不强,实际用地补偿机制无法与相关法规有效结合的问题需要改善;设计人员在路由选择和优化、材料选购及施工图设计时应充分考虑规划等部门的要求,并结合施工及运营管理要求,统筹考虑各方利益;GB 50253—2014《输油管道工程设计规范》和GB 50251—2015《输气管道工程设计规范》应增加关于保护范围规定的条款;政府相关部门应努力解决管道建设与城乡发展之间的矛盾,科学规划,避免土地重复出让等问题;地区管道运营企业应加强与地方政府的工作衔接,完善报备机制。

江玉友 解谨 王寿喜 石营 邱姝娟 黎键 冯军 陈镜宇
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目前,越来越多的管道采用加减阻剂运行的方式,可以采用减阻率预测模型指导现场加剂运行,避免造成浪费。通过分析加剂前后摩阻系数与湍流附加应力的关系,结合混合长度理论中对湍流附加应力的求解方法,以及减阻率负指数单因素经验方程,建立了减阻率预测模型;针对贝克休斯、康菲、ks-01-30以及甲种减阻剂,采用大量现场加剂运行数据,对模型中的递减率和流动特性系数进行确定,并对同一种减阻剂应用于不同管道进行管径和黏度的修正,得到修正系数。验证表明:预测模型对于不同的减阻剂、不同的管道均可进行预测,且预测精度高,预测结果的相对误差保持在10%以内,最小误差可接近0。

席莎 文宝萍
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中卫—贵阳联络线K1224斜坡上输气管道为典型的横向折线形埋地管道,受坡脚公路开挖和降雨影响,该段斜坡滑动导致管道变形。基于数值模拟和现场监测,通过管土分离的非完全耦合途径分析了不同工况下滑坡变形破坏特征和由此导致的管道力学响应。结果发现:坡脚公路开挖叠加降雨后滑坡活动加剧,管道沿坡体滑动方向水平位移尤其明显,在转折端附近出现位移突增现象;管道转折端附近应力明显大于直管段,受微地形控制的不均匀滑坡位移及其力矩作用造成管道南侧转折端附近应力集中程度最大;管道南侧转折端附近应力已接近管道材料极限应力,是该段管道的最危险部位。

王力 陈双庆 王佳楠 李梦越 丁慧 刘鹏
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为了更好地掌握油田集输管网的水力情况,针对油田常见的单管环状掺水集输流程,提出一种基于面向对象思想与二叉树的水力计算方法。该方法将油气集输管网表征为实例化对象的组合,以字段、属性存储对象参数,建立了水力计算模型,基于二叉树理论对系统集油和掺水管网部分的流量、温度、压力分别采用不同遍历顺序进行求解。据此开发了油气集输管网水力计算软件,可对实际的生产集输系统进行计算。结果表明,该方法能大幅减少前期建模工作量,兼有计算速度快、适应性强、稳定性好等优点,并且最终计算误差约为5%,具有较强的实际应用价值。

曾萍 张春涛 于志刚 李德伦 鲁金孝
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苏里格气田在井间串接、井口带液计量模式下,存在单井产液量无法准确计量的问题。在孔板流量计、涡街流量计流体测量的理论基础上,将两种流量计串联组合,开展了不同液气比条件下的空气-水两相流室内实验,并将不同液气比情况下孔板流量计、质量流量计与组合测量装置空气、水的计量误差进行对比。结果表明:当液气比为0~80 m3/(104 m3)范围时,气相测量误差均低于5%;当液气比为3~80 m3/(104 m3)范围时,液相测量误差基本低于10%。孔板与涡街流量计组合测量装置的液相测量范围广,可以为苏里格气田排水采气井的气液两相计量提供技术支持。

张保龙 尹恒 董华清 王巍尧 成志强
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为了确保含环向表面裂纹埋地管道的安全,需准确获取埋地管道能承受的最大沉降量。在设计压力下,采用全尺寸管道的四点弯沉降模拟试验,获得含环向表面裂纹管道的极限承载弯矩。建立沉降模拟试验的有限元模型,以断裂韧度为失效指标,计算模拟含环向表面裂纹管道的极限承载弯矩。通过模拟试验验证有限元模型的有效性,改变管道模型的裂纹深度可得到一系列含不同深度环向表面裂纹管道极限承载弯矩。同时,采用ANSYS软件建立场地不均匀沉降时的管土模型,分析管道埋深对沉降管道承弯矩的影响。分析含不同深度环向表面裂纹管道的极限沉降量可知,当管道埋深不变时,管道发生失效的极限沉降量与裂纹深度近似线性负相关。当管道裂纹深度不变时,管道的极限沉降量与埋深呈非线性负相关。

陈鑫 余建星 郭帅 徐立新
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为研究海底点蚀管道维修问题,提出了针对不同管道材料和周围环境计算管道失效概率和可靠度指标随时间变化的计算方法,得到了在可靠性限制下的失效概率和可靠度指标的极限值;提出了海底点蚀管道不完全预防性维修模型,采用虚拟役龄和改善因子表征管道每次维修的维修效果,并对改善因子进行敏感性分析,使其能准确反映管道维修效果;提出了管道寿命和成本计算方法。应用上述方法,对某海上油田已运行多年的海底管道进行了实例计算,对比不同维修周期下的管道寿命和维修成本。结果表明:在准确反映管道维修效果的前提下,该模型可以更为合理的成本获得最佳的预防性维修周期,验证了该方法的适用性和正确性。

吴轩 李竞 胡京民 盛勇 郭再富
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在油气管网高速发展过程中,管道易发生泄漏、爆炸等事故,提升油气管道重大突发事件的应急处置能力显得尤为重要。以青岛“11.22”事故为例,基于事故发生、发展等基本情况,梳理出事故应急处置过程中的主要时间节点、关键环节,建立了政府和企业应对管道泄漏事故的并行应急任务框架,总结了政府和企业在事故预防、应急准备、监测预警、应急响应、事故善后处置与恢复5个阶段应承担的任务与采取的措施,分析了在应急处置过程中存在的主要问题,指出了青岛“11.22”事故中应对措施存在的不足之处。从法律法规、应急组织、运行机制、应急平台及应急策略5个方面提出了改进中国油气管道重大突发事件应急能力的对策,旨在为中国油气管道重大突发事件应急能力的提升提供借鉴。

李涛 管志川 李景翠 赵效锋 夏焱
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为了防止储气库井筒内注气增压过程中水泥环本体产生塑性变形,卸载时产生微环隙导致井筒密封失效。针对储气库套管-水泥环-地层之间的匹配关系,运用ABAQUS建立储气库套管-水泥环-地层组合体弹塑性力学模型,模拟储气库井筒内气压变化过程,结合水泥环和地层弹性模量等影响因素分析储气库套管-水泥环-地层之间匹配关系的变化规律。结果表明:以水泥环本体不发生塑性应变为标准,以套管抗内压强度为限制条件,可为不同类型套管匹配最佳的水泥环厚度;且套管尺寸一定时,地层和水泥环弹性模量越小,水泥环厚度越大,套管承压越大,储气库井筒密封失效的可能性越小。

陈腾瀚
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当前中国主要现行的和规划中的海上能源通道较多,具体航线则更为丰富。根据不同地理位置所涉及国家与区域的自然气候、政治经济等条件差异,各条航线以及各航线内部各段水域所面临的主要风险不尽相同,其中既包含自然条件的限制,也包含其他传统安全与非传统安全因素的影响与威胁。能源对外依存度较高的现实使中国必须在认清各航道风险差异的同时采取因地制宜的策略。在选取了5条对中国能源安全至关重要的能源通道(航线)后,通过文献研究法和比较分析法,以定性研究的视角深入分析和阐述了这5条不同能源通道各自的具体风险以及不同风险的威胁性程度,部分解决了此前相关研究缺乏针对性、特殊性及全面性的问题。各能源通道内在风险不同并且其威胁性排序不同的结论对于相关行为主体制定应对策略具有一定的借鉴意义。

付在国 高欢欢 张涛 朱群志
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在原油储存与输送过程中,传统的加热方式消耗了大量油气资源。而太阳能是目前储量最大、最清洁的能源之一,提出采用太阳能光热技术对原油进行加热。根据大型原油储运工程的特点,在全面分析太阳能光伏光热利用方式的基础上,设计了耦合电制热、储热功能的原油加热系统及其工作流程;基于热能的供需平衡,对加热原油所需热负荷及太阳能集热系统聚光面积的匹配问题进行计算,获得了特定太阳辐射强度下一定输量或储量的原油在指定温升条件下的热负荷及对应的聚光镜场面积。热负荷匹配计算流程、当量供热与节能分析方法提高了太阳能综合利用效率,为太阳能利用技术在原油储运工程中的应用与推广提供了参考。

张小强 侯宇  蒋庆梅 冯伟
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为了满足中俄东线工程建设的实际需求,需要开展直径1 422 mm、X80钢级管道冷弯管设计参数的相关研究。采用AS 2885.1-2012《管道-天然气和石油管道 第1部分:设计和建造》中的公式计算得出冷弯管的最大弯曲角度为6.48°,再通过冷弯管弯制过程中的应力应变有限元模拟分析,得到当弯曲角度为6~8°时,管道处于弹塑性区,满足变形要求。经过实验室及中俄东线试验段的现场验证,弯制的6.4°冷弯管回弹量及变形量均匀稳定,椭圆度、壁厚及内弧波浪度等指标均控制良好,能够满足工程要求。经过相关计算、分析及验证,最终确定中俄东线直径1 422 mm、X80钢级冷弯管的最大弯曲角度为6°,曲率半径不小于50倍钢管外径(71 100 mm),该结果可为中俄东线天然气管道工程建设提供指导。

余冬 王宁 张菲 王凯濛 夏秀占 潘志榆 郭士煜
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压缩机组的防喘振及负荷分配控制一直是制约压缩机组稳定、高效运行的难题,为此提出了一种新的防喘振与负荷分配控制方法。采用PI控制响应、阶跃响应、安全响应及限制控制相结合的方法进行压缩机组防喘振控制,同时通过对压缩机组进出口压力和流量控制、解耦控制及平衡控制来实现压缩机组的性能控制与负荷平衡控制。经过在盖州压气站压缩机控制系统和站控系统上的应用表明:压缩机组进口汇管的压力控制平稳、波动较小,控制效果显著。该方法能够使压气站压缩机组控制更加安全、稳定、节能,且可以达到更高的自动化程度,有利于盖州压气站的安全稳定运行。

杨静 申辉林 秦敏 黄信雄 章利民 刘欢
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西北油田天然气集输管道塔轮段内出现了大量的沉积物,导致管道阻塞严重。为了对沉积物的来源及组成进行分析,利用X射线衍射、X射线荧光光谱、扫描电子显微镜、气相色谱、离子色谱等手段对现场的沉积物、水样、气样进行了表征。确定沉积物的主要组成为FeCO3、Fe3S4、FeO(OH)与S。综合分析当地气候条件及集输气体的变化情况,确定沉积物主要是由CO2腐蚀、H2S腐蚀生成的腐蚀产物与析出S、粉尘的堆积形成的混合物。据此分析了沉积物中各主要物质的形成原因与机理。通过对沉积物不同部位的物质组成进行分析,确定了各主要物质的生成顺序;认为管道内首先发生CO2溶液与H2S溶液对管体本身的腐蚀,其次腐蚀性气体与腐蚀产物继续发生作用,最后发生粉尘与元素S的沉积。集输气体中H2S含量波动过大、水露点过低是造成沉积物形成的主要原因,并据此提出了延缓管道内沉积物形成的具体应对措施。

王博弘 梁永图 张浩然 袁梦
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成品油二次配送是油品供应链的重要组成部分,不同的配送方案将直接影响成品油销售企业的利润,制订合适的油罐车路径规划方案显得尤为必要。以配送总路径最短为目标函数,将成品油二次配送过程中实际的油罐车载质量、加油站油品需求量作为约束条件,考虑油品卸载时间窗,建立了成品油二次配送优化模型,并提出基于混合遗传模拟退火算法的求解方法。分别使用不带时间窗与带时间窗的算例对模型及算法进行检验,结果表明:与优化前的成品油二次配送方案相比,不带时间窗的算例缩短行驶总路程3.66%;带时间窗的算例求解用时仅9.54 s,其计算速度快,且能够满足配送需求。采用基于混合遗传模拟退火算法的成品油二次配送路径优化模型,不仅可以提高计算效率,而且搜索更全面,能够得到更优解。

刘兆增 李蔚 沈健 张硕 李强
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为了解决压气站离心式压缩机管道内噪声过大的问题,将噪声测量、频谱分析及振动测量3种方式相结合,确定压缩机及其管道的噪声水平、噪声源。以某离心式压缩机组为研究对象,通过噪声测量,发现离心式压缩机阀门前后声压级最高,可达100 dB;通过频谱分析发现,当振动频率分别为90 Hz、1000~1400 Hz时,离心式压缩机管道处噪声的声压级最高;通过对压缩机管道不同位置进行振动测量,发现当振动频率为90 Hz、1 250 Hz时,电压存在峰值,其中90 Hz对应的噪声为压缩机加工过程中形心与质心不重合引起的激振所产生,而1 250 Hz对应的噪声则是由压缩机出口、气体流经阀门处所产生的气流激振所产生。通过CFD方法计算了流体流经阀门所产生的噪声,分析得出阀门处噪声是一种宽频噪声。针对阀门处的噪声源,提出了降噪方法,以期为离心式压缩机的平稳运行提供参考。

闫彦 刘乐 高俊杰 徐春雷 李玉星 韩辉
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绕管式换热器是天然气液化过程的主低温换热器,其壳侧工质的流动特性对换热器性能有重要影响。为了研究换热器管外工质的降膜流动规律,建立了三维的降膜流动模型,基于VOF(Volume of Fluid)方法进行了数值模拟,针对换热器在静止和海上晃荡两种工况,研究了雷诺数和管间距对降膜流动的影响。结果表明:当管间距由4mm增至10mm时,平均液膜厚度减小了38.5%;在晃荡工况下,适当增大管间距有利于改善液膜分布情况;改善液膜在管壁的分布、减小液膜厚度有利于提高换热管的综合性能。对于绕管式换热器壳侧液膜在非稳态条件下的情况开展研究,可为换热器结构改进、装置节能降耗、海上抗晃荡设计提供参考。

邵卫林 何湋 杨白冰 周地清 梁方兴 孟涛 何仁洋 康佐明
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成品油管网是国家油气管网的重要组成部分,管网长期运行会产生一定杂质,定期清管可以提高管输效率和油品质量、清查管道严重变形,实施内检测前进行清管可以提高内检测的数据采集精度和数据质量。详细介绍了3种成品油管道清管器的工作原理和特点,提出了内检测前清管器的技术要求,详细阐述了清管实施阶段清管速度的选择,各阶段合格标准的判断以及收发、跟踪、定位等关键技术。研究成果对成品油管道内检测清管实施具有重要的指导意义,对其他类型管道的清管也具有借鉴意义。

杨烨 李魁亮 卢绪涛 孟韩 郝勇
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在夏季高温环境下,大型LNG工厂易发生设备异常停机问题。以昆仑能源黄冈LNG工厂为例,基于其某年满负荷下各主要装置的循环水冷却、空温器冷却、自然散热等冷却温度点典型数据,运用层次分析法建模,对夏季高温诱发安全问题的各项因素进行权重量化,结合工厂工艺控制参数,制订夏季安全生产方案:当气温超过40 ℃时,开夏季喷淋系统,严格控制循环水出口、丙烯冷凝器循环水进出口水、贫液空冷器胺液出口、酸气空冷器酸气出口的温度分别低于32 ℃、42 ℃、55 ℃、55 ℃;再生气经过再生气空冷器,其再生气后冷器的温度低于35 ℃;压缩机润滑油温度应低于45 ℃;循环水系统进油站换热温度则低于30 ℃。研究结果表明:大型LNG工厂的夏季安全生产不能单一停留在传统的“夏季四防”工作、条例化的安全守则上,应结合生产实际需要,以生产平稳率为前提,将定性的夏季高温诱发问题量化为科学权重,制订切实可行的解决方案,降低生产风险。

迟艳芬
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海底管道压力试验作为管道投产前的关键验收环节,是业主与施工方的关注焦点。南海深水表层水温与海底温差较大,管内介质与管道周围环境完成热量交换才能进入标准规范要求的保压状态,试压时间很长,对工程成本和投产日期影响较大。因此有必要研究一种既能证明管道的安全、稳定,又能在规定时间内满足投产条件的分析方法。以茂名石化海底管道项目为例,通过详细分析现场数据,对压降进行工艺模拟计算,总结了一种快速验收方法。应用结果表明:该方法可以保证海底管道试压压降波动的合理性和安全可靠性,缩短了试压时间,确保了项目的按时投产。同时分析了试压压降产生波动的原因,对深海海底管道试压具有一定的借鉴意义。

郑欣 邢建国 李东明 黄楠
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调压装置关键阀门在天然气长输管道输气站的应用越来越多,为了促进天然气调压装置的国产化发展,需要对其关键阀门进行全面梳理与深入研究。通过分析关键阀门的工作原理、性能特点及结构,针对现场实际工况,对关键阀门的选型和应用作出论述。结果表明:调压装置关键阀门在天然气输送和储存中起到了重要作用,国产阀门的主要技术指标已经达到国际同类产品的先进水平。天然气调压装置关键阀门研究对带动中国制造业发展,促进油气管道降本增效具有重要意义。

董恒 张艺 时光宇 胡京民 夏茂进 马云龙 程浩力
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内蒙古河套地区某区域因经济发展及水利建设需要,筑坝形成泄洪库区,邻近新建库区且处于低洼地段的某在役输油管道因水位上升导致地表水积存而被淹没于水面以下,为了防御输油管道因地表环境变化而面临的冲刷风险,探讨了国内外模袋混凝土护坡技术的发展现状及常见问题。通过调研管道所在地区河流、沟渠等水利工程中模袋混凝土护坡技术的应用实例,结合模袋混凝土护坡施工便利、工期短、耐冲刷、整体性好、后期维护费用少等技术优势,提出了采用模袋混凝土技术对隐患管道进行保护的设计方案:对管道上方填土覆盖并形成管堤后,在管堤两侧进行模袋混凝土护坡保护,并设置通水涵洞。模袋混凝土护坡所具有的特点及优势可为日后油气管道类似隐患整治及河流沟渠穿越工程施工提供借鉴。

黄芳飞 林德才 王博 陈晨 吴海浩 康琦 史博会 宫敬
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多相混输携砂机理的基础研究,是海上油气开发和天然气水合物试采过程中防止气-液-固浆液在多相混输流动体系中形成堵塞的关键。目前,油气开发及水合物试采过程中常常出现出砂现象,故系统地总结了多角度管路中气-液-砂多相临界携砂的实验研究成果,基于此综述了多角度管路中气-液-砂多相临界携砂机理及临界携砂流速的关键影响参数——管道倾斜角度、管道直径、液体黏度、颗粒体积分数,并深入分析和总结了临界携砂流速曳力系数计算的研究进展,为油气开采与水合物试采过程中避免出砂带来的安全问题提供了基础理论依据,并指出了目前研究中存在的问题及今后研究的方向,对多角度管路中气-液-砂多相混输具有一定指导意义。

王霞 段庆全
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油气管道风险分析对改善油气管道安全现状具有重要意义,能否准确评估各个风险因素的相对重要程度则是油气管道风险分析的关键。提出了五标度法原则,并结合改进层次分析法计算油气管道安全风险的指标权重,进而判断指标的重要性,以期准确、快速地对油气管道安全状态进行分析和评价。通过对近几年国内公开报道的油气管道事故发生的原因进行整理、统计及分析,发现该方法计算的权重与统计结果高度吻合,验证了该方法的准确性。

王良旺 梁栋 黄国健 蒋漳河 王新华 王伟雄
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为了探究小型储罐充装柴油过程闪火事故原因,搭建了储罐装卸油静电测试实验平台,对金属管道在储罐底部、顶部和金属骨架塑料软管在储罐顶部输入柴油过程储罐内静电电势进行实验研究。实验结果表明:事故企业采用的金属管道底部输油方式在储罐内积聚的静电能量大于柴油蒸气最小点燃能量;保持储罐良好接地是预防储罐充装柴油过程静电引燃事故的有效措施;选用金属管道顶部输入并将管道深入到罐底、在输送管路中靠近储罐位置安装静电逸散罐、控制注油速度等措施均能降低静电风险;储罐内油品输出过程也能产生危险静电电势。

鲁晓醒 檀为建 胡雄翼 张士英 张雁京 李娇 杨东海 徐沛扬
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高含水期油井可在原油凝点以下进行低温集输,但集输温度低于其粘壁温度时,会发生原油在壁面粘附积聚的情况,影响油田实际生产运行。基于大量的油田现场实验,利用可视化的实验装置,通过停三管伴热降低油水进站温度的方法,研究华北油田高阳区块油水两相流在不同进站温度下的管输流动特性,得到了进站温度与压降间的关系,并发现粘壁温度下压降突增的现象,从而得到了油田现场测定高含水期油井原油粘壁温度的方法,并测得了高阳区块3口典型油井的粘壁温度,其实际生产条件下的粘壁温度均低于原油凝点3~4 ℃,且油井液量越大,含水率越高,粘壁温度越低。提出的粘壁温度测试方法,对华北油田高含水期油井实现低温集输具有重要的指导意义。

赵仁杰 侯磊 刘婉莹 张皓峤
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气田集输系统为多级网络结构,通常采用分级优化的方式进行设计,且在计算过程中忽略地形起伏,将障碍物区域简化为平面凸多边形,其计算结果与工程实际相差较大。为了优化设计方案,以管网总长度最短为目标函数,将不同级别站点间的隶属关系、处理量、空间位置限制作为约束条件,建立了多级星状集输管网整体优化模型。在模型中引入三维地形和障碍因素,包含大量离散变量和连续变量,且约束条件呈非线性。为提高全局寻优能力,采用蚁群算法和粒子群算法相结合的群智能技术求解,为复杂地形的管网拓扑优化提供了高效准确的方法。算例计算结果表明:地形起伏和障碍影响管道走向、站点位置、管网长度,对真实地表特征进行模拟,实现三维曲面上的最优避障路径规划,基于三维地形和障碍的集输管网长度增幅约20%。

胡群芳 孙桐 王飞 宁超列 张鲁冰
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腐蚀深度预测对于城市燃气管道的安全运行具有重要的意义。为更准确地预测燃气管道腐蚀深度及置信区间,通过模型参数的概率分布,采用贝叶斯估计方法,提出了燃气管道最大腐蚀深度在不同样本独立性下的非线性预测模型,并利用MCMC方法对模型进行求解。结果表明:建立的腐蚀深度预测模型可以较好的预测城市金属燃气管道在不同样本独立性下的腐蚀深度及其置信区间,可以用于定量评估金属燃气管道的腐蚀安全问题。

周冬林 王立东 焦雨佳
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中国盐岩大多以层状产出为主,盐岩地质条件复杂多变,盐层溶腔形态各异,研究层状盐岩溶蚀成腔的形态特征和主要影响因素,可以为优化造腔工程设计、高效建设储气库提供参考。利用金坛、楚州、五里铺及应城等盐矿的盐层地质资料、生产资料、腔体声呐检测数据,从生产方式、造腔排量、埋藏深度、盐岩品位、夹层厚度及地层倾角等方面分析了各因素对盐腔形态的影响。结果表明:金坛和楚州地区盐腔形态较为规则,五里铺腔体形态和应城盐矿盐腔形态不规则,单井对流或双井对流溶蚀形成的腔体形态相近,盐腔的溶蚀形态是多种因素综合作用的结果,其中盐岩品味和夹层是影响腔体形态规则的主要因素,地层倾角是造成腔体偏溶的决定性因素。研究结果可为储气库井位设计和造腔设计提供依据。

李伟 淡勇 武玮 王珂 赵恒锐 王利涛
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针对油气输送管道内两表面裂纹相互影响的情况,运用有限元方法,模拟分析了X80钢制管道内三维表面裂纹尺寸、裂纹间距对裂纹应力强度因子的影响规律。研究结果表明:两裂纹(分别为固定裂纹与可变裂纹)的间距越大,两裂纹相互作用越小,当间距达到或超过一定值时,对应力强度因子几乎不产生影响,仅需考虑主要裂纹对管道寿命的影响;可变裂纹的相对壁厚比越小或形状比越大,两裂纹相互作用越小,当相对壁厚比小于0.2或形状比大于0.8时,可以忽略其对应力强度因子的影响,且形状比对最大应力的影响远远小于壁厚比与裂纹间距对最大应力的影响。

张宗杰 孙启敬 熊长征 项中超 惠海军
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近年来,中国天然气管网建设事业迅猛发展,同时也滋生出了诸多安全隐患。为了分析天然气管网与其他基础设施在空间、功能上的复杂相互作用关系,以及其中隐含的安全风险,研究引入了相互依赖性的概念,并提出了一种基于相互依赖性的风险分析方法,其包括半定量分析和定量分析两部分。结合该风险分析方法,提出了降低相互依赖性及其风险的建议。

陈国华 郭子淳 周志航 陈清光 袁智
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为研究水砂射流冲蚀作用导致临近燃气管道的失效概率,分析了管材的临界应变与砂粒在管壁表面形成塑变脊的影响,推导出冲蚀磨损率预测方程。利用Fluent软件模拟计算水管泄漏射流速度、冲蚀面积分布,并结合冲蚀磨损率预测方程构建冲蚀磨损速率方程。最后基于最小壁厚准则,建立了燃气管道失效概率的计算方法。研究结果表明:①通过临界间距判定分析,可获得不同水管内压、冲蚀时间下的临界间距;②增大水管内压、冲蚀时间、砂粒粒径,减少管道间距、管道壁厚均会导致燃气管道的失效概率增大,其中,管道间距对失效概率影响最为显著。研究结果可为失效场景定量风险评估以及水管与燃气管道并行敷设的间距设计提供参考。

李鹤 封辉 杨坤 池强 马秋荣 霍春勇
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高钢级管道输送是世界天然气管道发展的必然趋势,其中X90管道裂纹长程扩展的阻力是研究的重点内容之一。为了明确断口分离对X90焊管断裂阻力的影响,选取中国小批量试制的X90焊管开展了夏比冲击试验CVN(Charpy V-Notch Test)和落锤撕裂试验DWTT(Drop-Weight Tear Test),对比分析了CVN与DWTT的能量关系、断口分离对DWTT断裂阻力的影响。研究结果表明:对于X90焊管,当CVN能量密度小于450 J/cm2时,DWTT与CVN的能量密度呈线性关系,二者增长速度一致;当CVN能量密度超过450 J/cm2时,DWTT与CVN的能量密度不再呈线性关系,随着CVN能量密度增加,DWTT能量密度缓慢增加。断口分离主要降低了DWTT总能量中的裂纹扩展功,对起裂功无显著影响。与CVN试样相比,全厚度的DWTT试样能够更准确反映断口分离对裂纹扩展阻力的降低作用。

郭正虹 王洪涛 马良 康叶伟 刘明
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随着废弃管道处置工作的深入开展,对于特殊地段不能拆除的废弃管道,在管道清洗后需要通过填充注浆材料,防止地面沉降。废弃管道的注浆技术,主要是利用水泥、煤粉灰等注浆材料填充废弃管段,增加管体强度,防止管段受到外力压迫而发生变形或破裂,避免引起地上物的位置移动或地面塌陷。以兰郑长管道改线段为试验对象,根据管道注浆的基本原理,自主调配了注浆材料,基于填充要求进行了注浆现场试验。结果表明:注浆技术能够实现废弃管道填充处置的要求,对特殊地段的防塌陷起到关键作用,是废弃管道处置过程中的重要保障技术。注浆技术在兰郑长管道改线段废弃管道处置工程中的实际效果,为该技术的在废弃管道处置中的推广应用奠定了基础。

徐俊杰 王起京 陶卫方
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储气库库容是衡量储气库能力的重要指标,储气库库容变化分析是评价储气库运行状况的重要手段。基于陕京管道系统配套的8座储气库多周期库容变化特点,分析得出这些储气库主要处于稳定运行状态和扩容状态,并在静态库容分析的基础上,引入了有效库容、无效库容、库容有效率等概念,总体评价了陕京管道系统配套储气库库容情况。利用库容有效率指标将8座储气库分为3类,总结了8座储气库无效库容的形成因素,进而提出了提高有效库容的措施及建议。利用有效库容、库容有效率等指标能较好地评价陕京管道系统配套储气库的运行状况,具有较好的实用性,对于中国其他类似储气库的生产运行以及储气库能力评价具有一定的指导作用。

梁萌 彭盈盈 张燕云 孙黎 任重远 张奇 杨英
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中亚俄罗斯地区是世界第二大油气聚集区,大规模油气开采得益于强有力的油气输送设施,域间各国的合作体现在彼此过境油气输送。中亚油气出口对俄罗斯存在严重依赖,为保障能源出口安全,中亚各国纷纷出台出口多元化政策,但收效甚微。目前,哈萨克斯坦油气出口仍高度受俄罗斯控制,中亚他国要么无法摆脱俄罗斯,要么多元化进程受阻。主要原因在于该地区复杂的地缘局势,美、俄、欧多重势力与利益冲突,多元化之路并非坦途,背后实为大国力量的博弈与再平衡,深受政治、经济、外交、能源等多重因素影响。未来中亚能源出口多元化必将促使俄罗斯过境地位的下降,但鉴于背靠背的地缘关系,俄罗斯的主导作用仍难以取代,双方将在合作与竞争中前行,促进与抑制并存。中国作为油气进口大国,输送通道直接决定了油气的供应安全,为降低因突发事件带来的运输风险,减少对单个通道的过度依赖,有必要加强油气进口路径的多元化,着力打造与资源国油气管道的互联互通,切实保障中国能源安全。

郑思佳 罗敏 别沁 刘颖
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为探究输气站场轴流式调压阀在气-固两相流中的冲蚀特性,以典型轴流式调压阀为研究对象,采用壁厚测量实验和CFD数值模拟的方法,分析了阀体在不同开度下高流速的分布特点及其对关键部分冲蚀速率的贡献,并基于Tulsa模型建立了调压阀冲速率计算模型。结果表明:入口变径管和阀芯笼套处流速高于阀体内流速,属于磨损严重区域;在运行的5年中,开度30%时对冲蚀速率的贡献为1.7%,开度70%时为42.1%,开度100%时为56.1%;随着开度的增加阀内各处冲蚀速率呈增大趋势;建立的调压阀冲速率计算模型,修正了原模型中冲击角度函数f(a),发现当f(a)中X为0.54,Y为-0.91,Z为0.79,M为0.1,N为0.64时,该模型预测精度较高且具有较好的适应性。

薛旭艳 田奕丰
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目前中国对放空立管与天然气站场的间距按照GB 50183-2004《石油天然气工程设计防火规范》来确定,但该规范未对放空量大于4×104 m3/h的立管与站场的间距做出相应规定。在考虑了放空立管与站场间距的主要影响因素风速与允许辐射热强度的情况下,利用挪威船级社PHAST软件分别计算了冷放空天然气的扩散、点火放空天然气燃烧辐射热影响强度与范围,并给出了50%的爆炸下限(Lower Flammable Limit,LFL)浓度边界空间分布以及允许热辐射强度为4.73 kW/m2的辐射热影响范围。研究结果确定了放空立管与天然气站场的间距,为站内设备操作区、人员住宿区、控制室、值班室等建构筑物的平面布置、站场征地提供了理论依据。

张东旭 黄启玉 池坤 时浩 朱昌成 程显闻 李荣彬 朱祥瑞
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差式扫描量热仪(DSC)、核磁共振波谱仪(NMR)及其衍生的核磁共振成像技术(MRI)作为水合物不同尺度研究的重要手段,可用于水合物成核、生长、分解过程热流曲线的获取,结构信息识别及多相态表征,日益受到国内外学者的广泛关注。阐述了3种方法在水合物研究中的应用现状,介绍了DSC恒压变温和恒压恒温宏观实验方法在水合物热力学和动力学方面的研究进展,总结了MRI在水合物相变过程中微观可视化的研究成果,综述了NMR在水合物结构识别、混合气体水合物中客体分子组成、孔穴占有率及水合数等分子尺度信息获取的应用情况。针对3种方法的优劣和特点,提出了将DSC与NMR结合,进行水合物生成和分解过程多尺度系统研究的建议。

王丹 宫敬 康琦 石国赟 杨居衡
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针对深水天然气-凝析液生产系统的流量调和问题,采用主从式-粗粒度混合并行遗传算法(Hybrid Parallel Genetic Algorithm,HPGA)求解得到单井流量估计值,以弥补传统遗传算法(Simple Genetic Algorithm,SGA)计算耗时长的缺陷。HPGA基于多核PC集群的分布式储存,通过线程和进程两级并行实现;节点内部使用主从式并行模型(Master-slave Genetic Algorithm,MSGA),在多节点上应用粗粒度并行模型(Coarse-grained Parallel Genetic Algorithm,CGGA)。以某气田两井生产系统为例,通过对比HPGA、MSGA及SGA的计算时间和计算结果,研究HPGA在虚拟计量应用中的并行性能。结果表明:HPGA的并行效率和加速比占线性加速比的比例均在70%以上,计算时间显著减少,且流量估计误差降低,满足工程运行离线分析的需求。同时研究了加速比和并行效率随进程数和种群数的变化规律,以探讨并行开销的影响。

李汉勇 韩一学 张航 宫敬
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多气源供气是城市燃气未来发展的必然趋势,为了确保用户安全、环保地利用各类燃气,需要制定燃气互换原则。以北京市多气源供气格局为例,选取典型大气式燃气具,利用高精度动态配气系统配制模拟气源,实验测定燃气具的气质适应性区域。结果表明:部分燃气具会产生CO排放超标的现象,需采取相应的规避措施;北京市远期规划LNG气源全部分布在北京市燃气具互换域之外,若直接与北京市基准气进行置换,会造成大部分居民用户灶具CO排放超标,不可互换;北京市其他规划气源全部分布在互换域之内,可以互换。研究结果有望对国内外城市的燃气互换实践和燃气企业的生产经营活动提供必要的参考。

郝晓平 黄晓雯 高志刚 王留涛
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中国长输油气管道具有运行里程长、分布范围广、沿线环境复杂等特点,研究如何提高管道安全管理水平,尤其是线路巡护方面,对减少管道安全事故、降低管道安全风险、保障管道平稳安全运行具有重要意义。受地理条件限制和自然环境影响,传统的人工巡护油气管道的方式具有一定的局限性,制约了巡护质量和效率。通过研究利用无人机技术巡护油气管道的方法,并结合油气管道企业实际情况进行了可行性验证。结果表明:无人机巡护技术可以有效地弥补人工巡护方式的不足,同时降低巡护成本,提高工作效率,能够促进油气管道企业现代化管理水平的提升,是未来管道巡护发展的重点方向。

杨烨 贺琳珺 崔岳 常礼明 董彩虹 王兆兵
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LNG工厂冷剂压缩机多次启动将会造成物料损耗和环境污染双重问题,迫切需要对压缩机启动进行优化。选取昆仑能源黄冈LNG工厂为例,其乙烯制冷循环系统冷剂装填完毕后,需在压力为上涨至设计值前立刻启机,否则压力过高,导致压缩机启动负荷过大而启机失败,每次启机失败均需将系统压力释放至0.6 MPa后方可再次尝试启动。根据2015—2017年该厂乙烯压缩机多次启机数据,利用层次分析法进行数学建模。通过对比优选,提出了压缩机一次性启动方案:当压缩机在2 200 r/min低速运转期间,打开放空阀,充分冷却机体后再升速;在升速过程中,当入口温度低于-40 ℃、压力低于当前温度对应露点的压力、喘振阀开度调整至压缩机电流小于1 200 A时,保证机体不发生振动联锁和超负荷,从而一次性启机成功。该方案解决了压缩机反复启动问题,可为其他LNG工厂科学开工提供借鉴。

王海明 刘嘉星 吴琼 王雪莉 邱红辉 张丽稳 杨淼 牛亚琨
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为有效提高清管器跟踪定位用磁场发射机在清管器和管道内的发射距离,对影响发射机的因素进行理论推导、电磁仿真分析及现场试验,结果表明:发射机的发射距离可以通过将接收机装在清管器钢骨架外部或增大线圈直径以减少发射线圈的匝数(在线圈含铜量不变的情况下)来提高;在较薄管壁中进行清管作业时发射距离也会增强,但不明显;管径对发射距离影响不明显,可以忽略。研究结果可最大限度地提高发射机的发射距离,为增大清管器的监测范围提供理论依据。

郭守德 王强 林影 姜昌亮 王珀 蔡俊年
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中缅油气管道(缅甸段)地质条件复杂,管道穿越若开山区和缅北高原,由于建设期大面积扰动地表,改变了原始地貌,铺设管道后重新回填的土体力学强度低、水敏感性强,受汛期强降雨和洪水的影响,管道沿线出现了大量滑坡、河沟道水毁、坡面水毁、已建水工失效等地质灾害,导致多处露管、悬管,严重威胁了管道的安全运营。重点分析了沿线地质灾害的类型、成因及结构特征,并分别对若开山区和缅北高原的地质灾害提出了防治措施,以期对类似工程提供参考和借鉴。

李振北 尤杰 程汉华 荆睿 王馨饶
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随着油气管道管内高压封堵技术的发展,为了提高管内高压封堵器封堵的安全性和可靠性,在调研了国外管内封堵器结构设计的基础上,提出了一种适用于管径为508 mm油气管道的单节双封型内封堵器结构方案,并依据设计性能指标进行了封堵能力的理论分析计算。利用有限元仿真分析方法对设计的单节双封型管内封堵器的封堵能力进行仿真分析,仿真分析结果高于指标要求的理论计算值,说明设计的单节双封型管内封堵器封堵能力满足设计指标要求。该研究可为单节双封型管内封堵器结构设计提供参考,对中国管内高压封堵技术水平的进步和装备发展有一定的推动作用。

杨泽军 胡冬 朱海山 郝蕴 夏志 胡苇玮
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为实现某浮式生产储油设施上分离器的不停产检修,基于其原油处理流程特点开展一级、二级分离器在线旁通的方案研究。通过FLUENT可燃烃扩散分析验证较宽松饱和蒸气压指标的安全风险,通过配管连接实现了一级、二级分离器的顺序旁通检修,并利用HYSYS模拟调整生产操作参数达到稳定要求。分离器在线检修方案保证了油田的不停产检修,增强了原油处理系统实际生产操作的灵活性,产生了较大经济效益,对原油处理系统的工艺设计提供了有益的参考。

杨辉 王富祥 玄文博 雷铮强 李明菲 杨连杰
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为制定修复计划,确保缺陷及时修复,提出了一种基于漏磁内检测的管道补口失效评价方法。该方法将补口失效内检测信号分为4种类型,其中第1类和第4类信号特征最明显,第2类和第3类次之;分别采用RSTRENG 0.85dL方法和Kastner方法对轴向缺陷和环向缺陷进行评价,并基于腐蚀增长速率边界值对腐蚀增长作出预测;结合信号类型与腐蚀缺陷评价结果,建立了补口失效分级评价与响应准则。根据现场初步应用反馈,该方法具有较高的识别与评价符合率,验证了其准确性与可用性,为基于漏磁内检测的补口失效评价技术工业化应用提供了技术支持。

王东源 李朝 王洪波 余志峰
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对浅埋以及考虑崩塌落石冲击作用下油气管道的减荷、耗能缓冲问题进行了研究,通过有限元动力学软件ANSYS/LS-DYNA模拟不同厚度和初始密度状态下EPS(聚苯乙烯泡沫塑料)垫层的耗能隔振效果,在落石冲击荷载作用下,EPS垫层对冲击能量的耗能隔振效应显著。通过对比未设置EPS垫层和设置EPS垫层管道的有效应力时程曲线发现,在同种条件下EPS垫层的耗能隔振效果可达5倍左右。通过对EPS垫层进一步研究得到:1)采用较低密度的EPS垫层可以有效减小埋地管道的峰值有效应力,在实际工程中选用低密度的EPS垫层是较优的选择。2)EPS垫层的厚度与其耗能隔振效应并不成简单的正比关系,随着厚度的增加,埋地管道峰值有效应力呈现出先减小后增大的规律。3)埋地管道上覆EPS垫层厚度应该根据管道的实际覆土深度以及柔性填料的模量确定。研究结果可供实际工程建设参考。

曹学文 石倩 彭文山
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板翅式换热器内部纵横两个维度的流量分配不均,导致其换热性能降低。基于单相流量分配理论和板翅式换热器内部流场特性,通过改变换热器进出口管个数、进出口方式、端部入口管相对位置等,建立新型板翅式换热器结构。基于CFD方法的Fluent数值计算方法,对板翅式换热器优化前后的流量分配特性进行数值模拟,研究优化后的端部入口管相对位置、入口管个数及出口管个数对流量分配的影响规律。结果表明:改变进出口方式可均衡各通道路径在入口和出口处的总压降,可有效改善板翅式换热器的流量分配特性;优化后的板翅式换热器最优结构参数组合是端部入口管相对位置为0.033、入口管个数为5、出口管个数为1,可使气相和液相的流量不均匀度降低约50%,对提高换热器换热性能具有重要意义。

周宁 陈力 吕孝飞 李雪 黄维秋 赵会军 刘晅亚
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大型LNG储罐一旦发生泄漏,将会对周边人身和财产构成重大威胁。通过调研国内外LNG泄漏扩散的相关研究现状,分别从理论、实验及数值模拟3个方面论述了国内外研究进展,尤其是近年来国内外在数值模拟方面的突破性研究成果。大型LNG储罐泄漏后所形成气体的扩散理论模型主要有高斯模型、唯象模型、箱及相似模型、浅层模型;LNG泄漏实验获取了大量基础数据,主要包括气象条件参数、气云、液池燃烧的相关数据;在数值模拟方面,对LNG泄漏气云扩散方面开展了大量研究,尤其是针对不同影响因素耦合作用下LNG的泄漏扩散演变过程、气云变化形态、影响区域、爆炸范围等进行了模拟分析。通过对比分析发现,数值模拟方法具有成本低、精度高、可操性强等优点,既能有效拓展理论研究、实验研究成果,又能够开展复杂工况下LNG泄漏扩散的研究。对3种研究方法的研究趋势进行了预测,提出了对大型LNG储罐泄漏扩散的研究还需与接收站实际情况相结合,指出在今后的研究中应以数值模拟研究为主、实验与理论研究为辅。

袁志超 董顺 薛纪新 夏硕 王剑琨
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随着中国天然气需求量爆发式增长,LNG接收站外输管道不断增长,出站压力随之不断增高,对压缩机、高压泵等设备性能提出了更高要求。以青岛LNG接收站为例,针对外输压力的变化,提出对其4台高压泵增加4级叶轮的改造方法,研究改造后外输高压泵的性能变化及其对LNG接收站工艺运行的影响。通过对改造后的高压泵扬程、轴功率、效率随着流量增加的变化趋势进行现场测试,结果表明:高压泵增加叶轮后,其扬程、轴功率、效率、电流均显著提高,其中3台高压泵的运行参数可满足LNG接收站现场实际需要,另外1台即使在相同的测试条件下出口压力仍明显偏低;气化器、HIPPS(High Integrity Pressure Protective System)系统、外输管道高报压力及联锁值均需随之上调,接收站高压区连接法兰出现过多处泄漏,应加大巡检频率和力度;当LNG接收站高压泵性能不同时,在运行过程中应尽量选用性能相近的泵。研究结果可为高压泵的国产化设计、制造提供参考。

郝晓平 黄晓雯 高志刚 王留涛
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中国长输油气管道具有运行里程长、分布范围广、沿线环境复杂等特点,研究如何提高管道安全管理水平,尤其是线路巡护方面,对减少管道安全事故、降低管道安全风险、保障管道平稳安全运行具有重要意义。受地理条件限制和自然环境影响,传统的人工巡护油气管道的方式具有一定的局限性,制约了巡护质量和效率。通过研究利用无人机技术巡护油气管道的方法,并结合油气管道企业实际情况进行了可行性验证。结果表明:无人机巡护技术可以有效地弥补人工巡护方式的不足,同时降低巡护成本,提高工作效率,能够促进油气管道企业现代化管理水平的提升,是未来管道巡护发展的重点方向。

程远鹏 白羽 郑度奎 李自力
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为了更深入地了解实际集输管道中的CO2腐蚀特性,通过高温高压动态腐蚀反应釜模拟油田集输管道的腐蚀环境,使用腐蚀失重、电子扫描显微镜、X射线衍射及能谱分析等方法对X65钢在CO2/油/水环境中的腐蚀特性进行研究。结果表明:随着原油含水率的增加,原油含水率较低(40%~50%)时,原油的浸润作用使X65钢表面发生均匀腐蚀,由于原油吸附的不均匀性引起局部点蚀;含水率在70%~80%时,原油对X65钢表面的屏障作用减弱,生成的产物膜厚而疏松、局部脱落引发台地腐蚀;含水率为90%时,台地腐蚀进一步加重,其破坏区域扩大,X65钢的腐蚀严重。原油的存在可改变腐蚀产物晶体颗粒大小、堆垛方式、产物膜结构及化学成分,从而起到一定的缓蚀作用,随着腐蚀环境中原油量的减少,其缓蚀作用逐渐减弱。

袁梦 梁永图 周星远 王博弘 张浩然 王艺
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优化成品油管道沿线泵站开泵方案可降低管道运行能耗。针对包含泵机组并联运行模式及配备变频泵的成品油管道,考虑沿线节点压力、过泵流量等约束,基于已有批次输油计划,建立以运行时间内管道全线运行能耗总和最小为目标的混合整数线性规划模型(MILP),采用分段线性化方法对模型中的非线性约束进行处理,并利用分支定界算法求解。利用该模型求解了中国某条成品油管道的优化配泵方案,计算耗时213.76 s,所得结果符合约束限制,具有较强的实用性。研究成果为中国成品油管道优化运行提供了指导。

 
朱青松 郝瑞参 贾俊良 刘宁宇
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漏磁管道检测技术是一种应用较为广泛的无损检测技术。为了帮助中国企业了解更多的行业竞争态势,合理制定企业知识产权布局,研究漏磁检测技术相关专利信息尤为重要。通过检索全球漏磁管道检测技术领域的专利信息,分析了漏磁管道检测技术在全球的专利布局情况和主要国家、主要申请人的专利布局策略。研究结果表明:近年来中国在漏磁管道检测技术方面的专利申请量和公开量增长迅猛,国外申请量保持平稳的趋势;国外主要申请人全部为企业,而中国主要申请人为高校、科研院所等,说明中国有大量研究成果尚停留在实验室阶段,等待产业应用。

李文超 侯磊 陈雪娇 李师瑶
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为探究磁处理技术对含蜡原油降黏效果的影响,利用自行研制的静态磁处理装置研究磁场强度、磁处理温度、磁处理时间对含蜡原油降黏效果的影响;采用偏光显微镜对磁处理前后含蜡原油蜡晶结构进行观察并分析磁处理含蜡原油的降黏原因。静态磁处理结果表明,最佳磁处理条件是:磁场强度100 mT,磁处理温度49 ℃,磁处理时间10 min,影响磁处理效果的因素按影响程度高低依次是磁处理温度、磁处理强度、磁处理时间;通过显微观察试验发现磁场促进了含蜡原油中小蜡晶颗粒的聚集,使得大蜡晶颗粒的数量增多,液态烃的流动截面积增加,进而降低了含蜡原油的黏度,提高了含蜡原油的流动性。

韩笑 刘姝 万青翠 陈玲玲 张郑挥 李波
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天然气水合物具有极高的开采价值,热激法是天然气水合物开采的重点研究之一。当前热激法的主要注热方式有注热流体、井下电阻加热、微波加热、太阳能加热等。其中注热流体具有操作简单,流体循环利用等优点,但能量利用率较低,适用于饱和度较高的水合物开采;井下电阻加热热损失较小,适用于开采井井深较大的情况;微波加热能量转化率高,对水合物具有更强的靶向加热作用;太阳能加热清洁环保,符合可持续发展战略目标。微波加热和太阳能加热两种方法具有很大的开发潜力和广阔的发展前景,但目前的技术发展尚不足以进行推广。对国内外热激法开采天然气水合物的研究进展进行了综述,分析了不同注热方式的优缺点,研究结果可为未来水合物开采提供参考。

林棋 娄晨 向弈帆 潘涛 杨金威 左栋 叶尔博
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在长输天然气管道运行费用构成中,压气站自耗气费用成本占比50%以上,基于能耗最优的压气站运行优化具有重要意义。以中亚天然气管道加兹里压气站为例,针对该站场存在的高温天然气输送及不同输量与压缩机组匹配的特殊运行工况,借助SPS仿真软件及历史运行数据,模拟计算了不同工况下自耗气量的变化规律,量化分析了不同工况所导致的额外自耗气量。模拟结果表明:压气站进站天然气温度每上升5 ℃,压缩机组自耗气量增幅6%;在一定的输量范围内,采用低效率的双机组运行模式,每天将增加1×104~3×104 m3自耗气量。制定了基于月度输气计划压气站能耗优化的压缩机组匹配工艺方案。研究成果可为长输天然气管道压气站开展能耗优化提供参考。

李世尧 李振林 王颖 陈建红
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燃气轮机在运行过程中常常出现压气机积垢、涡轮腐蚀及侵蚀等问题,将会导致各部件性能衰退,对整机运行状态造成消极影响。基于性能仿真模型,研究了用于天然气管道的LM2500+SAC型燃气轮机的高压压气机、高压涡轮、动力涡轮等部件在等熵效率衰减和通流能力变化时,其高压压气机喘振裕度、最大允许输出功率及热循环效率的变化情况。仿真结果表明:高压压气机、高压涡轮等熵效率衰减均会导致燃气轮机最大允许输出功率明显下降,且热循环效率也会随之降低,但部件通流能力的变化对整机性能的影响较小;为双转子航改型燃气轮机配备具有可转导叶的动力涡轮后,通过增加其通流能力和燃料气供应量,能够有效提升故障机组的最大允许输出功率。研究结果可为故障部件定位和燃气轮机运行优化提供参考。

康叶伟 张一 郭正虹 李志丹 孙雷 李秋萍
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机器人是当今最为先进的储罐底板定量在线检测手段,然而中国尚无此类机器人设备,无法适应未来管道智能化发展的需求。针对中国首台储罐底板在线检测机器人的研发工作,介绍了该技术的发展现状,并依据中国储罐特点与检测需求,提出机器人设计需要考虑的因素和功能的实现方案。研究表明:机械结构设计、关键功能单元实现方案、防爆设计及必要的辅助设计是机器人开发的重要内容。机械结构设计重点考虑外形尺寸、质量、驱动方式、传感器搭载机构、缆线重力平衡、制作材料、淤积层处理等因素;机器人基于声波到达时差原理确定位置和方向,采用浸入式超声技术进行缺陷检测;采取组合防爆措施使机器人的设备保护级别达到Gb级以满足多数应用场合。设计方案和研究成果对于中国储罐机器人在线检测技术的发展和设备国产化具有重要意义。

王振声 董红军 张世斌 赵国辉 张舒 余冬 贾立东 王宁
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随着天然气管道生产管理模式的变革,压气站区域化管理作为一种先进管理理念得到了逐步推广,需要区域化管理、无人值守、远程调控等各类生产运行技术作为支撑,压气站一键启停站技术是其重要的技术基础。以盖州压气站为试点,通过对天然气管道压气站采用站场及压缩机工艺流程全自动化控制改造、控制系统配置优化、站控与压缩机控制系统深度融合、压缩机辅助系统整合等优化措施,具备了实现一键启停站的硬件基础。一键启停站从软件功能上分为一键启站和一键停站两部分:一键启站由状态反馈与报警检测、站内工艺流程自动导通、压缩空气系统自启停、压缩机厂房风机自动分配、压缩机组一键启动、防喘控制与负荷分配的自动投用与退出6个部分组成;结合压缩机组的3种停机模式及其工艺需求,一键停站则分为了正常停站、多机停止、多机保压停机、全站ESD、多机泄压停机5种自动停站方式。盖州压气站试点的成功应用,表明中国压气站控制水平取得较大进步,为后续压气站的建设和改造提供了经验和技术基础,同时也对长输液体管道的一键启停提供了借鉴。

张志霞 郝纹慧
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针对非常规突发灾害事故情景建模中信息资源丰富但来源众多、异质特性明显及微观分析不足等问题,研究采用知识元表示法,从突发灾害事故的情景状态、应急救援活动、孕灾环境与承灾体4个角度进行描述,结合灾害事故演变不确定性、自组织性的特点,构建基于动态贝叶斯网络的灾害事故动态情景模型。通过青岛“11·22”输油管道泄漏爆炸事故,验证基于知识元和贝叶斯网络的非常规突发灾害事故动态情景模型的科学性和有效性。结果表明:动态情景模型的情景演化路径与实际管道泄漏事故演化的顺序基本相同。研究结果可为非常规突发灾害事故的预防方案提供一定的参考依据。

王凯 曹学文 温家铭 李星標 孙媛
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以美国腐蚀工程师协会(NACE)于2016年提出的适用于多相流管道的内腐蚀直接评价标准(MP-ICDA)为对象,研究其应用方法及步骤,检验其可靠性,为国内内腐蚀直接评价方法的实施提供参考。利用多相流理论,以中国某油气水混输海底管道运行工况为基础,建立内腐蚀预测模型,结合高温高压反应釜实验与电化学实验,将MP-ICDA标准成功应用于多相流管道。结果表明:海管低洼上坡段腐蚀风险较高;缓蚀剂对海管内腐蚀有较好的抑制作用;实验结果与内腐蚀预测模型预测结果接近,证明了预测模型的可靠性。研究结果表明:MP-ICDA对预测管道腐蚀位置与风险大小具有一定的指导作用,可为中国管道完整性管理提供决策依据。

刘冀宁 董绍华 张菁 东静波 陈一诺
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以酸性气田集输管网中16MnR和20号钢为研究对象,开展应力诱导型氢致开裂分形试验,以验证相关理论模型的正确性。试验制备了两种管线钢的双悬臂梁试件,并将其浸入到不同H2S体积摩尔浓度的腐蚀溶液环境中,通过断口数据取样分析及计算,验证了管线钢氢致开裂的断口形貌具有分形特征,以及应力强度因子KI与分形维数D具有对数正比趋势的关系,同时验证了氢致开裂判据模型、氢致开裂分形扩展速率模型、氢致开裂分形物理机制模型的正确性,可为在役管道氢环境下的裂纹扩展速率的预测提供参考依据。

蒋文明 杜仕林 吴君强 刘杨 边江
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水环发生器是水环输送稠油技术的重要装置,为改善水环稳定性同时提高输油效率,优化水环发生器结构至关重要。针对水环输送稠油的减阻机理进行分析,并开展水环发生器结构优化数值研究。模拟采用VOF模型,建立了水环流动数值模型,并完成了模型验证,研究了水环发生器不同间隙厚度对其稳定性的影响,探讨了水环发生器间隙尺寸对水环输油效率的影响,得到了水环发生器最佳间隙厚度。结果表明:间隙厚度存在一个最佳值,过小不利于水环的形成和稳定,过大则会降低输油效率。研究结果为水环输送高黏原油提供了理论指导。

段纪淼 田爱民 徐硕 刘慧姝 李江 谷科城 管金发
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基于机动封围设施技术参数确定的需要,开展洞库油罐溢油在坑道中流动规律的研究,结合明渠非恒定流理论,建立了描述油料在洞库坑道中流动特性的物理模型,采用特征线法给出了在给定初始条件和边界条件下该模型的数值解,得到了泄漏油料在坑道中的深度及流量随泄漏时间的变化规律,同时研究了不同泄漏流量对油料流动的影响。泄漏流量越大,其在坑道中流动的流量也越大,油料的深度越大,同时油料流动的距离也越长。离泄漏油罐越远,不同流量下油料的深度和流量差别越小。研究成果为油库溢油机动封围设施的优化设置提供了技术支撑。

徐亮 艾月乔 李海娜 韩荣臻
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日东原油管道通过使用静态掺混装置实现高黏油掺混输送,运行中积累了大量实际生产数据。介绍了日东线的掺混工艺、输送油品的物性、掺混界面的移动对运行参数的影响及油品静置对启输的影响,并通过分析黏度异常事件中流量、压力、黏度等重要参数的变化原因,进一步阐述了掺混输送对管道运行的实际影响。结合生产实际情况对今后生产运行提出了相应的建议,可为安全输送掺混油提供技术支持。

卢文青 潘灵永 王雪莉
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大型天然气往复式压缩机结构复杂,在设计过程中需要进行多次优化。但优化设计通常仅考虑单个零部件的要求,其优化结果对于其他零部件和压缩机整体性能则考虑不足,常常出现零部件返工、整体质量不合格等问题。提出了一种基于HAZOP(Hazard and Operability Analysis)的压缩机优化设计可靠性评估方法:构建压缩机层级结构,对设计变化信息在单元界面之间传递的过程开展研究,采用HAZOP对信息传递路径中导致的影响后果进行可靠性评估,在设计阶段制定合理的应对措施。将该方法应用于某压缩机曲轴优化设计中,结果表明:在确保压缩机可靠性的前提下,该方法将曲轴主轴颈和曲柄销直径从182.8 mm优化至177.8 mm。基于HAZOP的压缩机优化设计可靠性评估方法充分考虑了设计信息变化对其他单元及压缩机整体性能的影响,提高了压缩机可靠性。

于志新 李杰 程新新 代馥光 李绍松
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针对重型液罐车在紧急避障或转弯时液体和车体相互耦合作用引发的侧翻危险,用势流理论建立液体晃动控制方程并求解液体晃动力和力矩,结合半挂车刚体模型,将液体晃动模型统一到液罐车整车模型中。在鱼钩工况下,对比分析装载等质量液体和固体在激励作用下对罐车稳定性的影响。在这种非稳态因素影响下,设计了最优控制策略,并进行TruckSim/Simulink联合仿真分析。结果表明:提出的最优控制策略提高了车辆的鲁棒性,对增强液罐车稳定性具有指导意义。

管文涌 王新园 杨阔
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天然气输气站场ESD系统是SIS保护层的重要环节,专注作用于工艺过程失控时的风险降低。西气东输管道公司站场使用的ESD系统,存在ESD按钮回路故障、系统接地等隐患,有可能导致工艺过程失控,影响系统安全性及可用性。通过分析西气东输管道公司10年里所有ESD误触发事件,比较不同类型的ESD按钮回路及配套数字量输入卡件特点,选择最合理的提升措施,提出有效建议,使设备达到最佳的安全性和可用性,降低ESD误触发频率,可为输气站场ESD系统运行维护、升级改造、更新换代提供借鉴指导。

马钢 李俊飞 白瑞 戴政
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针对单一缺陷油气管道的剩余强度预测问题,深入分析影响管道剩余强度的相关因素,对主成分分析(PCA)、支持向量回归法(SVR)及PCA+SVR的基本原理和组合过程进行介绍,利用从文献中获取的单一缺陷管道相关数据,使用PCA对影响因素进行降维处理,最后使用SVR模型进行剩余强度预测,并将预测结果与其它常见模型和计算方法进行对比,以此验证该模型的可行性。研究结果表明:在所有影响因素中,管道钢级对油气管道剩余强度的影响最大;PCA+SVR预测模型的预测平均误差为1.91%,均方根误差为0.34,证明此方法具有较高的准确率,但所有预测结果均小于实际剩余强度,证明该方法的保守性相对较强,会引起管道工作效率下降。

刘霏 崔亚梅
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为了研究LNG接收站项目高低压火炬集中布置的可行性,结合火炬燃烧辐射热计算软件Flaresim和火炬泄放原理,分别建立低压火炬燃烧、高低压火炬同时燃烧的热辐射计算模型。模拟了低压火炬燃烧、高低压火炬同时燃烧时热辐射、噪音等参数的变化规律,计算了接受热点火炬分液罐的热辐射、噪音。结果表明:对于接受热点,高低压火炬同时燃烧时热辐射为1.578 kW/m2,噪音为89.85 dB,满足操作人员接受辐射强度和噪音的要求,表明高低压火炬集中布置方案是可行的,可为类似改扩建项目提供设计思路。

刘超 贾东卓 赵洪亮
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天然气管道压缩机组目前使用的RB211-24G型燃气发生器,由于设备不断改型以及采购批次不同等原因,燃气发生器可调进口导向叶片部件在构型上存在差异,现场压缩机组控制系统在软硬件上也存在差异。作为燃气发生器上的核心部分,可调进口导向叶片在燃气发生器启停机和正常运转过程中起到了关键的作用。通过深入比较不同构型之间的差异,找出MOOG阀的控制特性,对不同控制系统软硬件进行对比研究,提出了相应的控制系统改造方法。通过在压气站现场进行实际改造,最终实现对可调进口导向叶片的有效控制,减少了压缩机组空机位的情况,提高设备利用效率,提升管网的保障能力。

刘达希 刘霄 张俊 苏鑫 周宏
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往复压缩机出口管道的振动容易引起管道疲劳破坏,可以通过改变管系内气柱的固有频率来避开往复压缩机的激振频率。结合往复压缩机与管道系统的振动机理及减振方法,建立了往复压缩机结构等效数学模型,利用振动分析软件对机体进行声学脉动模拟仿真,并依据分析结果对其出口管道进行减振设计。研究表明:增设孔板可明显降低往复压缩机出口管道的固有频率,使之避开共振响应区域,降低管系气柱压力不均匀度和脉动幅值,其仿真模拟为往复压缩机的安全使用与疲劳计算提供了科学依据,也为后续的配管设计工作提供了理论与参考。

刘超 贾东卓 赵洪亮
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天然气管道压缩机组目前使用的RB211-24G型燃气发生器,由于设备不断改型以及采购批次不同等原因,燃气发生器可调进口导向叶片部件在构型上存在差异,现场压缩机组控制系统在软硬件上也存在差异。作为燃气发生器上的核心部分,可调进口导向叶片在燃气发生器启停机和正常运转过程中起到了关键的作用。通过深入比较不同构型之间的差异,找出MOOG阀的控制特性,对不同控制系统软硬件进行对比研究,提出了相应的控制系统改造方法。通过在压气站现场进行实际改造,最终实现对可调进口导向叶片的有效控制,减少了压缩机组空机位的情况,提高设备利用效率,提升管网的保障能力。

郭守德 王强 林影 姜昌亮 王珀
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伊洛瓦底江穿越是建设期中缅油气管道的控制性工程之一,工程采用定向钻方式分别穿越主河和岔河,管道从江心岛直埋通过。由于伊洛瓦底江两岸未采取规范治理,河道不断摆动,导致管道穿越出土点位置处河岸不断塌陷,管道濒临露管风险。为了确保管道安全运营,经过实地调研与分析,制定了一套经济可行的临时整治方案:木桩石笼透水丁坝群+木桩石笼护岸。现场实施后表明,该方案能够经受住汛期考验,取得了较好的防护效果,可为今后类似工程的治理提供借鉴。

文松青 张涛 张奇超
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成品油携水沿上倾管道流动会产生复杂的流动型态,准确识别油水两相在上倾管道中的分布特征是深入认识油携水规律的基础。针对实验中采集的上倾管油水两相流图像,提出一种基于图像处理的上倾管道油水两相分布特征识别方法:先将原始图像转化为灰度图像,剔除图像中的无用信息;再调整图像的灰度,以提升对比度,凸显图像细节;后对图像进行中值滤波处理,消除图像拍摄过程中的随机噪声;最后对图像进行边缘检测,分割出油水两相边界,识别出相分布特征。该方法能分割出清晰的油水两相边界,从而识别出管道中油水两相流相分布特征。研究成果适用于各工况下油水两相相分布特征识别,为多相流图像处理特别是流型识别提供了指导。

张毅 刘晓文 张锋 邹鹏 王宽龙
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随着高钢级、大口径、大壁厚管道建设以及对运行安全和环境保护要求的提高,传统的手工焊和半自动焊已不能满足施工质量和效率的要求,自动焊技术开始大面积推广应用。自动焊技术是基于坡口、组对、焊接于一体的管道施工技术,采用液压传动技术、机械制造技术、自动控制技术结合焊接工艺,完成现场管口的焊接任务,其焊接质量和焊接效率的稳定性在流水施工作业过程中优势明显。系统介绍了自动焊技术特点,阐述了国内外管道坡口机、内焊机、外焊机以及自动焊技术的发展现状,并对未来自动焊装备的发展趋势进行了展望。

杨兆铭 陈建磊 何利民 韩云蕊 罗小明 吕宇玲
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旋流气液分离器能够实现高气速、高气液比工况下的气液分离,满足了降本增效的要求。通过调研国内外水下旋流气液分离器的研究成果,对不同类型的水下旋流气液分离器进行了重点评述,从旋流场内液滴破碎机理、分离器内部流场参数等方面论述了水下旋流气液分离器的理论研究进展。结合工程实际需求,提出了水下旋流气液分离器研究中的不足及其未来的研究方向:建立水下旋流气液分离器的独立设计准则;进一步完善液滴在旋流场中破碎与聚合的理论研究;将旋流气液分离器与其他形式的分离器相结合,形成综合性的分离系统。

段纪淼 王岩 刘慧姝 谷科城 管金发 李江 舒丹
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随着中国人口的增长和工农业生产规模的持续扩大,土壤污染问题日益严重,石油类污染物对土壤的污染是当前土壤污染的突出问题。通过模拟野外土壤密度和含水条件,开展了室内土柱实验,分别研究了0#柴油在含水土壤中毛细上升、下渗及水平运移的特性,为全面了解石油类污染物在土壤中的运移行为,石油泄漏后的污染控制与治理提供依据。研究结果表明:柴油在土柱毛细上升的过程中,运移初期和末期上升高度的平方均与时间呈线性关系;油品泄漏后,污染土壤的主要运移方式是重力下渗,大颗粒土壤条件下,柴油的运移是以重力下渗为主要运移方式,而对于小颗粒土壤,毛细作用将显著影响柴油的运移;柴油下渗运移的速率明显高于毛细上升的速率;柴油水平运移的初始阶段,柴油的运移速率明显高于柴油的毛细上升速率,在末期两者运移速率趋于一致,说明分子级别的铺展作用受重力的影响较小。

李明菲 薛向东 马健 薛鲁宁 郑洪龙 艾慕阳 杨喜良 段林杰
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中国天然气管道行业正朝着规模化、网络化方向发展,整个管网系统运行期的输气保障能力受到广泛关注,对其完成输送任务的可靠性进行评价显得尤为重要。为了使大型天然气管网系统安全、高效运行与管理,对管网系统可靠性指标、系统可靠度计算、单元可靠度计算、可靠性数据及可靠性管理开展了研究。提出了包括可靠性类、维修性类以及健壮性类的3层系统可靠性评价指标体系;建立了基于管道工艺仿真的物理管网系统可靠度分布式阶梯计算模型,能够实现管网/管线/站场系统可靠度的简化、快速计算。将该计算模型在某压气站进行案例试算,按照站场系统→典型结构→基本回路→设备单元的顺序,将管网拓扑结构由上至下拆分为不同层级的可靠性框图,再利用单体设备可靠度由下至上依次计算各层级可靠度,获得该压气站在不同压缩机启停方案下的可靠度。该研究成果今后持续开展大型天然气管网系统可靠性评价及管理奠定了基础。

陈兵 任科洋 白世星 石毛毛 庞斌
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桁架作为油气管道跨越某些障碍物时的支撑体之一,若发生破坏会威胁油气管道的安全运行,对已发生破坏的桁架设施进行安全评价十分必要。普光气田P201~P301桩某冲沟跨越因实际施工时变更设计方案、场地沉降的原因,导致桁架西端工字梁腹杆出现变形、管箍出现损坏,以该跨越桁架为研究对象,建立跨越结构在沉降状态下的有限元模型,运用AUTOPIPE软件对桁架变形与受力情况进行分析。结果表明:桁架的3根长弦杆是安全的;最西端横梁的轴向内力、垂直方向剪力、水平方向弯矩均远远大于东端横梁的受力与弯矩,其所受的最大相当应力超过许用应力,处于不安全状态;除最西端横梁外其他横梁均是安全的。针对西侧横梁的不安全性,建议去除桁架西侧盖梁顶与工字钢中间的支撑构件,以减少受力,并需定期对该桁架设施进行检测。

温凯 夏子杰 刘静 黄晓茵 闫小东 宫敬
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管道的控制是油气管道建设必不可少的部分,对其进行仿真模拟具有重要的指导意义。通过K-Spice软件建立单管泵阀模型,在模型上加入PID控制进行仿真,同时在SPS软件上进行相同的单管泵阀模型的PID控制仿真。通过二者的仿真结果对比分析说明了K-Spice软件在模型控制仿真方面的可行性与优异性。K-Spice软件的PID控制模型仿真结果较为理想,而且更为方便、合理,为之后使用K-Spice软件进行更为复杂的管网系统模型控制仿真奠定基础。

王芳 张雪琴 张君
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用低凝原油稀释高凝原油,实现高凝原油的常温输送既能减少长输管道前期加热设备的投资,又可降低原油输送过程中的燃料消耗。通过对新大一线低凝与高凝原油混合输送过程中运行参数的数据分析,总结得到其混输过程中的5个现场实际问题。分别对各个问题进行分析,提出了相应的应对策略,以期为高凝原油常温输送的安全生产提供有益借鉴。

李睿
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为了研究天然气管道的泄漏定位技术,结合龙格-库塔法,建立天然气管道的数学模型。利用该模型,基于试验仿真系统模拟天然气管道泄露,并计算得到泄露点位置;将定位结果与传统次声波检测定位结果进行对比,验证基于龙格-库塔法的管道泄漏检测技术的定位精度。仿真试验表明:采用龙格-库塔法的泄漏检测定位技术能快速、简单地检测管道中的泄漏,当流量为210~400 L/min时,定位精度可由次声波检测的3~10 m减小到0.5~4 m;该泄漏检测技术相比传统的次声波检测更加先进,提高了检测定位的精度,未来可以对该技术加以改进,并进行推广。

王贵君 李东 刘存宽 刘熙媛 张岭
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为了探讨含泥岩夹层盐穴储气库在可燃气体爆炸作用下的稳定性,利用有限差分法软件FLAC3D,建立盐穴储气库数值模型,分析爆炸荷载作用下含泥岩夹层盐穴储气库的动态响应,包括储气库围岩的应力状态变化、地震动幅值及稳定性等。结果表明:在可燃气体爆炸荷载作用下,泥岩夹层与盐岩中应力变化基本一致,不存在明显的薄弱部位;人工拟合爆炸波对洞室围岩冲击作用比三角形爆炸波进程作用强;可燃气体爆炸作用对洞室围岩破坏的影响有限,随深度迅速衰减;深埋盐穴储气库比浅埋洞室抵抗爆炸作用的能力更强,有利于储气库洞室的稳定性。

刘扬 诸葛祥龙 王志华 张磊
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以含蜡原油-水两相为代表的混输是油田集输生产中普遍采用的储运工艺,在油田地面工艺优化及节能增效开发的背景下,混输过程中面临的流动保障问题因油水乳化机制的影响而更为复杂和严峻。集偏光显微观察实验与普通光显微观察实验于一体,通过建立油水乳化体系中蜡晶形态及聚集行为的表征方法,实现了乳化水存在下蜡晶微观形态及聚集结构特征的直观再现,并定量化构建了乳化机制影响下蜡晶特征参数的分布规律。结果表明:随着温度升高、乳化剪切作用增强,蜡晶形态、结构趋向规则化,且其聚集行为受到抑制;含水率对油水乳化体系中蜡晶形态及其聚集行为的影响则表现出在转相点附近发生特征转变。这种对乳化环境下蜡晶形态及其聚集行为的定量表征和分析为深化理解管输剪切流场中油水两相蜡沉积过程的作用机制提供了必要基础和有益依据。

马纪伟 孟涛 李文婧 任世杰 宋素芳
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为更加准确地确定盐岩变形参数,利用弹性力学理论推导出常规三轴压缩试验确定盐岩变形参数的计算公式。对某地下盐穴储气库区盐岩试样进行单轴、三轴压缩试验,对比分析两种试验方法获取的盐岩变形参数结果;并研究以单轴压缩试验为依据确定盐岩变形参数时,应力-应变曲线不同变形段的选择对变形参数的影响。结果表明:采用初始弹性变形阶段的应力-应变增量求取盐岩变形参数时,利用三轴压缩试验方法所得到的结果更接近实际;以单轴压缩试验为依据确定的盐岩弹性模量及剪切模量与实际有较大误差,对应抗压强度5%~10%弹性变形段参数结果较10%~30%弹性变形段参数结果更为准确。研究成果可为合理确定盐岩变形参数提供参考。

黄思 危逸枫 郭晨光 康文明
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为了验证开源软件OpenFOAM在化工泵数值计算中的准确性,以OpenFOAM5.0为平台,在0.3 Qd~1.4 Qd(Qd为设计工况流量)的工况范围内对IH型化工离心泵进行稳态和瞬态全流场数值计算。流动控制方程选取标准k-ε湍流模型,稳态和瞬态计算分别采用simpleFoam和pimpleDyMFoam求解器。通过后处理软件ParaView显示计算得到的泵内流速、压力及流线分布,分析泵内旋涡与流动损失的关系,预测计算泵的扬程、输入功率及效率等外特性参数。在同样的计算模型、网格及边界条件下,将开源软件OpenFOAM和商用CFD软件预测计算的泵性能参数与实测结果进行对比,结果表明:OpenFOAM在化工泵性能预测方面有较高的精度。

王海燕 王春升 李玉星 蔡晓华
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为研究气液两相流的流型变换规律,建立计算精度高的气液两相流水力计算模型,以Shoham和Kokal的实验数据为基础,对通用流型判别法、改进的Taitel-Dukler流型判别法及段塞流特征分析法用于气液两相流流型判别的效果进行验证。基于以上3种判别方法,给出流型判别图,并与实验数据进行对比,总结出3种判别方法的特点。结果表明:通用流型判别法和段塞流特征分析法对气液两相流流型的判别结果较好,其中通用流型判别法的计算适用性更强,研究成果为气液两相流水力计算提供了流型判别算法的选取依据。

李修波 余建星 樊志远 余杨 于国友
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为研究腐蚀疲劳裂纹在蚀坑处萌生位置差异的本质和预测腐蚀疲劳裂纹起始寿命,采用双参数模型描述点蚀坑形貌,并基于三维有限元模型分析了不同点蚀坑形貌下的应力集中情况。以此为基础分析了蚀坑深度、深径比及位置等参数对蚀坑不同位置应力集中的影响规律。依据腐蚀疲劳现象学观点,建立了三维双参数点蚀坑腐蚀疲劳裂纹萌生评估模型,分析不同蚀坑形貌下腐蚀疲劳裂纹萌生的临界值。研究表明:控制腐蚀疲劳裂纹萌生的条件有蚀坑深度和蚀坑形状;萌生于蚀坑处不同位置的腐蚀疲劳裂纹的临界值都可采用蚀坑临界深度值表示。所建模型的有效性和合理性得到了有效验证,为工程实际中遭受腐蚀疲劳损伤结构的腐蚀疲劳起始寿命预测提供了一种可行性方法。

王宇峰 何庆中 陈雪峰 赵献丹 刘怡
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为了解决楔形双闸板闸阀在实际应用过程中密封失效的问题,利用ANSYS软件对闸阀进行有限元建模,并进行热力耦合分析与密封性能评价。结果表明:在热应力和介质压力作用下,最大Mises应力出现在出口阀座处;出口阀座上两条危险路径上的3种不同应力强度评定结果均不合格,且出口阀座密封面的最大密封比压超过许用比压。通过以上分析结果,并结合闸阀的结构,找出了闸阀密封失效的原因,并对闸阀结构进行了优化。结果表明:结构优化后的出口闸阀的最大Mises应力、密封面的最大密封比压均大幅降低,两条危险路径上的3种不同应力强度评定结果均合格,能够有效地解决密封失效的问题。研究结果可以为楔形双闸板闸阀的结构设计与优化方面提供参考。

张成斌 张亚琴
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由于深埋地下洞室的高地应力对洞室稳定性有很大影响,洞室的稳定性、耐久性对所储油品的密封极为重要,且洞室的稳定性关系到整个项目的成败,因此,依托辽宁某真实地下水封石油洞库工程,对其稳定性进行FLAC3D数值分析,分析了储油洞室在实际施工开挖工况下的稳定性,并从围岩应力和位移变形两方面分析了无支护和有支护两种工况下洞室的稳定性。结果表明:储油洞室处的围岩均没有超出岩石的抗压强度,拉应力的大小和区域也满足要求。通过模拟分析得到了洞室在开挖过程中的薄弱部位,应当在设计和施工中加强支护及监控量测。研究成果为大断面地下水封石油洞库储油洞室稳定性的研究提供了理论基础。

刘德仁 汪鹏飞 王旭 胡渊
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为了治理冻土区埋地油气管道管沟融陷工程病害,通过对管道病害现场调查,结合现场地质勘探、含水量试验测试及管周土体温度监测,分析了融陷病害的发生机理,并结合管沟融陷形成因素,提出了相应防治措施。结果表明:冻土区埋地油气管道管沟融陷病害的发生与地层土质、土体含冰量、冻土类型、管道热扰动及施工方式等因素有关;冻土区埋地油气管道的敷设应选择合理的施工季节,综合分析冻土环境因素,确定合理的管道埋设深度,设置管道隔热保温措施,加强管道运行状态监测和科学管理,从而保证管道安全运行。研究成果为冻土区埋地油气管道的设计、施工及安全运营提供借鉴。

李振北 张菊 荆睿 何肖宁 胡铁华
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橡胶筒是油气管道内封堵器封堵模块中的核心部分,为了研究橡胶筒轴向长度对封堵过程的影响规律,通过橡胶材料的力学性能测试及材料非线性和接触非线性理论研究,结合动力学有限元仿真分析方法,建立了封堵器橡胶筒封堵过程力学模型。利用该模型进行了不同长度橡胶筒封堵过程的模拟仿真分析,总结了橡胶筒长度对封堵性能的影响规律。研究表明:在同样的驱动力作用下,随着橡胶筒有效长度的增加,橡胶筒与管壁之间的接触力不断减小,相对产生的等效应力和接触应力也减小。因此在封堵器橡胶筒选型阶段,在保证压缩后有效密封长度大于封堵所需安全长度阈值的前提下,应尽量选择有效长度相对较短的橡胶筒结构。

姚子麟 涂庆 季寿宏
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管道内检测器皮碗是管道内检测器的重要组成部分,其力学行为对管道内检测器的运行有着重要影响。为了研究管道内检测器皮碗过盈量对皮碗力学行为的影响,以直径为800 mm的管道的内检测器皮碗为研究对象,分析了聚氨酯材料的力学特性,建立了用于分析管道内检测器皮碗过盈量的二维轴对称有限元模型。通过计算分析,得到了皮碗过盈量为0~10%时,唇缘接触应力、唇缘接触长度、夹持端角度、唇缘角度、折点内外侧应力的变化趋势。并通过拟合,得到了过盈量与上述参数之间的关系。研究结果表明:随着皮碗过盈量增加,皮碗唇缘应力趋势由指数下降趋势逐渐转化为线性下降趋势;皮碗唇缘接触长度、夹持端角度的增长速率随皮碗过盈量增大而快速增加;折点内外侧应力增长速率均随皮碗过盈量增大而减小;皮碗唇缘角度随着皮碗过盈量增大而线性减小。

宋丽敏 唐取 区伟斌 苏波 文陈鼎 彭贵文 王春雨 姜子涛
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及时评估新建高压输电线路对附近管道的干扰,并采取一定的措施以缓解管道交流腐蚀风险、降低施工费用具有重要的意义。为了判断某新建高压输电线路对埋地管道交流干扰程度并采取相应的缓解措施,利用数值模拟技术结合现场测试校正,建立了管道交流干扰计算模型,预测了新建高压输电线路对管道的交流干扰程度,并根据管道周围环境特点设计了深井地床排流缓解措施,测试结果表明数值模拟计算结果与现场实测结果基本吻合,验证了合理设计深井地床能够有效缓解管道的交流干扰。实际工况的复杂性使得计算模型不可能完全与现场一致。对于新建输电线路,可利用附近已有的输电线路干扰情况对计算模型进行校正。

郭庆丰
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李世尧 李振林 谷思宇
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准确掌握燃气轮机的气路性能参数,对输气管道燃驱压缩机组的运行维护具有重要意义。建立了一种基于一维Newton迭代的燃气轮机气路性能计算方法,并通过引入“虚拟部件”的概念对具有复杂气路结构的燃气轮机进行模型简化,使建立的计算方法具有更广泛的适用性。在此基础上,分别根据燃气发生器中“虚拟部件”和实际部件的平衡机理,给出了热端部件进、出口截面处的气路物性参数计算方法,以进一步获取燃气轮机中热端部件的各项性能参数。将建立的性能计算方法用于GE LM2500+型和RR RB211-6562型燃气轮机的燃气发生器各部件性能求解,通过与基于多维迭代计算方法获得的部件性能参数进行对比及理论分析,验证了新方法的准确性。新方法克服了由于热端部件气路物性参数缺失而造成的热端部件性能参数无法求解的问题,为输气管道燃气轮机性能的计算提供了新的思路。

汪春付
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榆济天然气管道目前面临着管道泄漏及其次生灾害的威胁,需要一套完整的泄漏检测方案来为管道系统安全生产提供保障。针对大型复杂天然气管道系统缺乏干线计量及沿线压力测点众多的特点,采用西安石大派普特科技工程有限公司自主研发的基于在线仿真的压力分布泄漏检测系统,通过在线仿真压力和实测压力偏差分布对比分析来实现管道全线的实时泄漏检测,持续监测管道系统的运行状态,及时发现可能出现的微小泄漏并确定其位置。结果表明:该泄漏检测系统不仅可用于实现大型复杂天然气管道系统的泄漏检测,还能发现仪表故障、站场操作等异常事件,突破了管道系统分段泄漏检测的限制,并能对天然气管道泄漏进行动态监测,对泄漏点进行定位,填补了国内天然气长输管道分析计算检测方法(Computational Pipeline Monitoring,CPM)的应用空白。

张海龙 陈建恒 赵晓乐 杨东海 何利民 翟兴磊 单从云
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为了对深水油气田塔式立管系统气液两相流压力波动特性进行研究,通过室内试验分析了不同流型下的压力变化特征、压力波动幅值等。室内试验得到了6种流型,每种流型对应特定的压力波动形式,且最大波动幅度出现在严重段塞流向稳定流转变过程中的过渡流型II上。通过对立管底部的最大、最小压力分析,得出压力波动幅值随折算气速的增加呈现先增大后减小,且流型的转变对气速的敏感性高于液速。通过概率密度函数(Probability Density Function,PDF)和累计分布函数(Cumulative Distribution Function,CDF)的统计学分析,得出立管底部的压力在各种流型下的分布形态:下倾管底部压力PDF曲线在严重段塞流下高压区单峰特征显著;过渡流型下左右两峰相当,呈两端高、中间低的形态;稳定流型下峰值数量增加、压力范围集中;CDF曲线在高压区的拐点与PDF曲线的峰值对应。跨接管底部压力PDF曲线峰值均处于低压区,且中间高、两端低。在严重段塞流下,曲线呈现双峰和三峰分布,稳定流表现为单峰对称分布。结合压力PDF和CDF曲线可辅助分析和判别流型,并直观获得立管压力概率分布特征,以此作为其疲劳损坏和安全评估的参考。

汪春付
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榆济天然气管道目前面临着管道泄漏及其次生灾害的威胁,需要一套完整的泄漏检测方案来为管道系统安全生产提供保障。针对大型复杂天然气管道系统缺乏干线计量及沿线压力测点众多的特点,采用西安石大派普特科技工程有限公司自主研发的基于在线仿真的压力分布泄漏检测系统,通过在线仿真压力和实测压力偏差分布对比分析来实现管道全线的实时泄漏检测,持续监测管道系统的运行状态,及时发现可能出现的微小泄漏并确定其位置。结果表明:该泄漏检测系统不仅可用于实现大型复杂天然气管道系统的泄漏检测,还能发现仪表故障、站场操作等异常事件,突破了管道系统分段泄漏检测的限制,并能对天然气管道泄漏进行动态监测,对泄漏点进行定位,填补了国内天然气长输管道分析计算检测方法(Computational Pipeline Monitoring,CPM)的应用空白。

王维斌 赵弘 杨晓丽
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在油气长输管道维修更换作业中,为缩短更换作业周期以及减少剩磁对管道焊接质量的影响,需要对管道进行退磁。分析了油气管道带磁的几种原因:管道检测;外部存在磁场、电场;管道的焊接与摩擦等。分析了管道带磁对管道焊接、其他检测方法与管道寿命的影响。最后从油气管道退磁原理入手,分析了直流退磁法、交流退磁法及永磁铁退磁法三种管道退磁方法来提高油气管道在线的焊接质量。研究结果对油气管道退磁方法的选择有一定的指导作用。

董龙飞  李玉星  韩辉
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绕管式换热器是天然气液化的核心设备,其换热性能的优劣严重影响着液化工艺的水平。基于绕管式换热器的结构及其特性,采用Fluent软件,对LNG绕管式换热器壳程单相混合冷剂的对流换热进行了数值模拟。结果表明:换热管管径是影响壳侧换热的一个重要因素,壳侧换热系数、壳侧冷剂压降均随管径、壳侧冷剂质量流量的增大而增大。模拟结果与已有实验值的偏差均控制在20%以内,二者具有较高的匹配性,采用新建立数值模拟模型用于绕管式换热器换热性能研究具有可行性。

梁怿 王磊 赵廉斌
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在网络安全形势与挑战日益严峻、复杂的环境下,工业网络传统的单点式防御策略已不能适应于当前网络安全形势的现状。基于互联网领域的立体式安全防护理念,根据工业网络防护特性,提出了在工业网络构建深度防御理念的方案:在工控终端部署基于白名单的安全系统,在局域网设置基于最小权限原则的访问控制策略,在网络边界增加缓解威胁的网络安全工具。将该方案应用于西气东输天然气管道SCADA系统网络进行了4次渗透测试,经历了WannaCry、Petya等蠕虫病毒攻击的考验。结果表明:基于深度防御理念的网络安全防护策略能够有效防护来自工业系统外部和内部的攻击,极大地提高了SCADA系统工业网络的安全性与可靠性。

周梅 蔡晓君 窦艳涛 刘磊 杨二帅
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高压水射流清洗装置被应用到管道清洗作业中,自进式旋转喷头作为其关键执行部件是研究焦点。为保证自进式旋转喷头在管道清洗过程中能够稳定地自进和旋转,分析了自进式旋转喷头的喷嘴数目、夹角及偏心量对其运动和清洗效果的影响,通过对比旋转式与非旋转式喷头、无偏心喷头的喷嘴布置情况及清洗效果,得出喷嘴数目、夹角及偏心量是保证喷头自进和旋转的关键,且三者之间相互关联,提出了喷嘴布置设计的要点。基于此,提出了一种合理高效旋转喷头的喷嘴布置方式,既能使自进式旋转喷头稳定运动,又能提高高压水清洗的效率。

李寄 苏兰茜 何祖祥 张文峰 余海冲
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水工保护结构是油气长输管道关键附属工程,针对目前油气管道初步设计阶段水工保护工程量的计算难以满足工程概算精度的实际问题,以中缅管道为例,提出了管道初步设计阶段水工保护工程量的优化计算方法。通过分析已建油气管道初步设计阶段与竣工阶段的水工保护工程量偏差因素,重新梳理了中缅管道水工保护工程量的9种计算要素,针对不同材料和结构形式的水工保护建立了新的工程量计算公式。采用Global Mapper和ArcGIS等GIS软件提取中缅管道沿线的坡度和长度系数,实现优化计算公式中部分参数的确定。中缅管道工程竣工后,对比了初步设计阶段水工保护工程量与竣工工程量,结果表明初步设计阶段水工保护工程量的计算准确率相对较高,证明该计算方法可行,可为精确计算初步设计阶段水工保护工程量提供新思路。

艾月乔 徐亮 陶江华 陈瑞波
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管道风险评估是管道风险管理的重要组成部分,其目的是通过对风险的调查和分析,识别可能导致管道事故的重要因素,使得管道风险管理更加科学化。为了对管道日常运行状态风险进行准确评估,提出了一种利用人工蜂群算法优化的支持向量机(Support Vector Machine,SVM)管道安全风险评估方法:建立管道风险评估模型,从工艺运行角度收集了成品油管道、正反输原油管道、掺混输送原油管道的工艺运行特征,并形成了样本特征集合。对4种类型管道特征集合进行试验,结果表明:在小样本情况下,采用基于人工蜂群算法优化的SVM管道风险评估方法正确率较高,并具有良好的普遍适用性,能够根据管道实际运行状态给出正确的风险评估结果。

徐俊杰 王起京 许明 张云超
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储气库注采气能力、库容及工作气量是衡量储气库能力的重要指标,储气库动态特征分析是评价储气库能力的重要手段。基于某碳酸盐岩底水含硫气藏改建储气库的多周期注采生产情况,通过系统分析储气库运行动态特征,对水平井注采气生产能力进行了评价,利用两种方法对储气库库容进行复核,对气藏H2S质量浓度变化进行了分析,评价了脱硫运行方式,结果表明:该储气库单井产能高,库容落实程度高,具备高效开发潜力,但仍需探索脱硫运行方式。研究分析了生产中出现的AH1井水淹停产问题的形成机制,提出了恢复气井生产能力的具体工艺对策,并成功在现场应用。研究成果对中国的碳酸盐岩底水气藏型储气库生产运行及储气库能力评价具有指导作用。

高书香 周星远 单秀华 梁博文
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在线流量计在中国各油气田中应用广泛,但仍存在测量结果的不确定度偏高、相含率受含气量影响显著、测量准确度受管径限制等问题。通过调研在线流量计在中国的应用现状,确定了其测量不确定度偏高的2类因素,并在此基础上分析了近5年国内外在线流量计专利的优势及特征。结果表明:造成在线流量计测量结果不确定度偏高的因素主要为测量原理与方法中多处使用了计算模型或经验方程式,另外还有多相流组成变化等因素。研究成果为今后在线多相流量计测量准确度的提升提供参考。

翟昕龙 雷毅 曹学文 左腾腾 马晓阳
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为了提高天然气管道内涂层安全评价的科学性和合理性,通过开展内涂层性能实验研究,并结合天然气管道内涂层实际服役调查情况,利用鱼骨图分析了影响内涂层安全性的因素,建立了天然气管道内涂层评价指标体系,提出基于模糊层次分析法的天然气管道内涂层安全评价方法,并使用该方法对某临海天然气管道内涂层进行安全评价,结果表明:利用新指标体系的模糊层次分析法,能够有效地评价天然气管道内涂层的安全现状,可以解决内涂层评价的复杂性、不确定性及多层次性难题,为天然气管道内涂层的安全评价提供了一种更加科学的思路。

梁严  郭海涛  周淑慧  张倩
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中国成品油管道存在管道互联互通性差、区域油品不平衡、管道负荷率偏低及部分区域输送瓶颈等问题,亟需推动成品油管道公平开放,促进成品油运输行业的健康发展。介绍了美国成品油管道公平开放现状,并对其管道公司制订的准入条件、信息交流、服务模式、管输费率、运输能力分配以及混油处理等准入规定进行了分析。结果表明:推动成品油管道公平开放有利于促进能源体制改革、保障成品油供应安全以及提高成品油管道系统负荷率。借鉴美国成品油管道公平开放经验,结合中国成品油输送行业的现状,提出了中国成品油管道公平开放方案的构想:①加快成品油管道基础设施建设,为成品油管道公平开放奠定基础;②规范和完善成品油管输定价体系,维护成品油运输市场的秩序;③在有“剩余能力”基础上开放管道,社会各界行使监督权;④保障管道公司经营话语权,分步推动成品油管道独立;⑤规范成品油管道公司的开放条款,无歧视性对待各类用户。

陈海宏 左丽丽 王大鹏 宋保强 王莉 吴长春 李清平
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双罐区的成品油管网中转油库在油罐收发油作业时,既要满足管网运行要求,又要满足罐区与油罐作业工艺流程的复杂要求,导致油罐收发油作业计划难度较大。针对给定的成品油管网批次计划,提出了一种编制双罐区中转油库油罐收、发油计划的时序递推法:通过引入罐容上限、罐容下限、油罐作业连续性、罐区作业连续性、油品沉降时间等经验规则,对罐区与油罐划分优先级,在每个时段均可选择出最合适的油罐来进行收、发油作业,确定整个计划期内任意时刻中转油库各油罐的状态(收油、发油或静置)和收油/发油流量。将该方法应用于某成品油管网的一个双罐区中转油库,验证了方法的可行性与实用性。基于该方法开发的计算机软件可以作为成品油管网双罐区中转油库油罐收、发油计划编制的有效工具。

俞光灿 李琦芬 潘登宇 谢伟 王朝龙 杨镇阁
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LNG是一种低温、热值高的不可再生能源,在LNG气化使用过程中会释放丰富的冷能,若能有效加以利用会带来极大的经济效益与环保价值。目前,LNG冷能的利用方式种类繁多,工艺流程复杂,不利于实际项目对LNG冷能利用方案的选择。在分析国内外LNG冷能利用方式与工艺流程的基础上,按照冷能利用原理的不同,将LNG冷能利用方式划分为3种:转换能源形式、单一换热及伴随热质交换。对这3种LNG冷能利用方式的基本原理与工艺流程进行总结分析,以便于实际LNG冷能利用项目选择适合的冷能利用方式。此外,对目前LNG冷能的综合梯级利用方案进行了归纳总结,为LNG冷能的合理梯级利用提供了参考。

李为卫 谢萍 杨明 吴锦强
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为保证油气管道工程用钢管标准的先进性和适用性,跟踪研究了国内外油气输送钢管的基础标准、具体工程的管道技术条件及通用管材技术条件的最新发展,并分析了其特点、关系及差异,提出了改进建议。研究表明:基础标准发展变化,内容系统,适用范围广,但指标低且不具体;重要的油气管道工程必须在基础标准上,针对工程特点,提高或补充相关技术要求,制定具体工程的管材技术条件;通用管材技术条件是在基础标准的基础上补充制定的,但不针对具体管道工程,需要结合具体管道工程给出钢管数据单,确定必要的技术指标并补充技术要求。

桑悦 冯粲 王宝静 付桂华 姚育林 郭雪松 刘岩
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随着长距离油气管道沿线地形、地貌、地质条件不断变化,管沟的开挖形状也不断变化,准确计算管沟土石方开挖量难度较大。结合油气管沟开挖的技术要求,建立油气管沟的几何模型。采用分类的方法将复杂的油气管沟几何模型分解为直线型体积单元和圆曲线型体积单元两种类型,并利用积分法求出这两种体积单元的体积计算公式,其中,圆曲线型体积单元计算公式较复杂,采用多条线段拟合圆弧的方法进行验算,结果符合预期,其可用于计算油气管沟的土石方开挖量。

王启福 李学东 宁君
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海底油气管道保护一直是管道工程的重点工作,在沿海特别是海上交通密集区域,船舶的锚泊活动是引起管道事故的重要因素。通过综合分析船锚在海底的入土深度,提出了一个合理的埋深值,以有效地防范管道被船锚破坏。对比了国内外海底管道埋深的不同标准,分析了船舶锚泊活动可能对海底管道造成损害的类型,从抛锚情况下锚触底后的贯穿量和拖锚情况下锚爪能够啮入海底的最大深度两方面分析了锚泊活动与海底管道埋深的关系,提出了安全埋深及相关建议,并与国外标准进行了对比。在分析船舶锚泊活动对海底管道影响的基础上对合理确定海底管道埋深,制定埋深标准提出了建议。

廖绮 徐宁 娄玉华 周星远 梁永图 袁铭
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中转油库作为成品油管网系统的重要节点,影响着整个系统的批次调度计划。为保证油库与管道协调运行,必须综合各方面因素来制定油库的调度计划。针对中转油库调度优化问题,基于研究时间内收发油计划、油库信息等数据,考虑油罐下载、外输、倒罐、检修等操作,以油罐切换费用和收发油蒸发损耗费用之和最小为目标函数,建立混合整数线性规划(MILP)模型,并以某真实油库为例,求解得到该油库各油罐的详细调度计划。计算结果表明该模型准确性较高、实用性较好,为中转油库调度计划的制定提供了指导。

孙健飞 梁永图
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成品油在顺序输送过程中会产生多个混油段,混油量的精确计算对于批次定位和混油切割方案的制定具有重要意义。评述了目前成品油管道顺序输送的混油计算模型,将其分为经验模型、半理论半经验模型及基于计算流体力学理论所建立的模型,并对这3类模型的研究现状及局限性进行分析,最后指出建立考虑混油拖尾机理的数学模型及开发适用于求解湍流状态下的高维混油模型的快速耦合算法是未来成品油管道混油预测的重要研究方向。

李刚 王耀忠 郑大海 杨文明 林晓晖 闫会朋 邢海峰
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由于石油天然气的特殊性,管道周围存在多处非破坏性干扰事件,给预警系统报警的准确性带来了巨大挑战。为提高有背景干扰情况下对破土事件(Excavation Acitivity,EA)的检测水平,开发了破土事件检测(Excavation Acitivity Detection,EAD)算法。利用光纤管道安全预警系统(Pipeline Security Forewarning System,PSFS)在西气东输武汉到鄂州段的现场数据,建立了EA和干扰事件(Non Excavation Acitivity,NEA)数据库。根据信号特性提炼了振动信号的Pisarenko谐波分解特征、相邻采样点的Itakura距离特征、Mel频率倒谱系数(Mel Frequency Cestrum Coefficient,MFCC)特征,设计了隐马尔科夫模型(Hidden Markov Model,HMM)和支撑向量机(Support Vector Machine,SVM)双层分类结构,由HMM计算最优状态序列,然后输入SVM分类器区分信号中是否有EA。结果表明:该EAD算法结构能有效提升有背景干扰情况下EA信号的检出率,经现场测试EA信号检出率为85.5%。研究结果可为光纤管道安全预警系统在开放性现场的应用提供理论依据。

李岩松 王剑波 丁鼎倩 何国玺 林默涵 吴梦雨 梁永图
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目前,油库管道阀门进行现场操作时大多结合工程经验与SCADA数据进行试探性调节,具有一定的盲目性,阀门调节时间长、风险大。为了制定压力约束下油库管道复杂水力系统中阀门的调节方案,根据油库管道系统的通用物理模型,结合水力瞬变相关理论,建立阀门调节过程的数学模型;并根据实际工况,确定对应的定解条件。结合有限差分法和空间特征线法,针对存在变径点、泵、阀等元件的复杂油库发油管路系统,基于反问题相关理论,求解压力约束下以调节时间最短为目标的阀门控制方案,从而为复杂水力系统中阀门的控制优化提供借鉴。

周星远 梁永图 张昕 段志刚 邱睿 张浩然
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成品油管道运行过程中沿线各泵站开泵方案的优化对于降低成品油管道的运行能耗有重要作用。以往针对此问题的研究大多采用动态规划及人工智能算法进行求解,具有一定的局限性,很少从整体上建立混合整数线性规划模型(MILP)并将启停泵时长限制问题具体考虑到所建模型的约束条件当中。在此基于已知的批次调度计划,考虑到启停泵时长限制、沿线节点压力约束、过泵流量约束等约束条件,以泵运行费用与启停泵成本总和最小为目标函数,建立MILP数学模型并采用分支定界算法进行求解。以某条实际运行成品油管道的输油计划为例,代入所建成品油管道开泵方案优化模型并求解,所求结果较大程度上降低了管道运行能耗,提高了管道运行稳定性,符合现场操作工艺。

张圣柱 程玉峰 冯晓东 魏利军 王如君 多英全 韩玉鑫
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针对X80管线钢研发与应用现状以及目前存在的问题,综述了影响X80钢性能的主要因素、研究进展以及发展X80钢管道面临的技术挑战。详细分析了X80管线钢的冶金特征与组织结构,概述了X80钢的焊接工艺、焊接冶金学特征及性能,总结了X80钢的机械性能和力学特征。具体讨论了X80管线钢在服役环境中的失效机制,包括腐蚀、氢致开裂、焊缝区失效、应变失效等,并以此为基础,探讨了发展X80钢管道需要克服的技术挑战,以保障油气安全、高效输送以及能源管道的可持续发展。

于一帆 史博会 王嘉琪 赵仁杰 刘思良 孟祥华 宫敬
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在油气管道输送过程中,低温高压工况易生成水合物从而影响管道输送效率,严重时会引起管道堵塞。在实际工程应用中,通常采用添加热力学抑制剂的方式防止水合物的生成,常用的热力学抑制剂有甲醇(MeOH)、乙二醇(EG)等。确定合理的热力学抑制剂加剂量,对于保证管道的安全经济运行具有重要意义。在Chen-Guo双过程水合物热力学模型的基础上,应用Wilson模型确定水-醇溶液中水的活度,建立了含抑制剂体系水合物生成平衡条件的计算方法,并提出采用预估-试算-调整的思路,用以确定管道运行工况点所需抑制剂的临界最低加剂量。验证表明,所提方法计算简单,精度高,能够满足实际工程需要。

王长江 张圆 刘蕊 刘然 赵忠刚
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针对现有油气管道热收缩带防腐补口施工中人工火把安装固定片存在的人为因素影响大、质量差异大、效率低等问题,研制了一种便携式热收缩带固定片快速安装装置,其可实现热收缩带固定片的机械化快速安装。试验结果表明:便携式热收缩带固定片快速安装装置结构合理、操作简单、方便易携;安装质量好、效率高、用时短,可满足油气管道机械化防腐补口流水作业要求;可适应-40 ℃极低温施工环境,有效保证了高寒地区油气管道防腐补口的施工质量。

王炯耿 唐夏焘 罗宏建 郑三龙 陈冰冰
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对某在役的特高压电网GIS壳体焊缝发现的缺陷,引入缺陷断裂安全评定和疲劳评定方法。采用与原壳体相同的材料和焊接工艺制作的焊接试板,试验获得母材和焊缝试样的力学性能、疲劳裂纹扩展及断裂性能。采用GB/T 19624—2004《在用含缺陷压力容器安全评定》的评定方法,对壳体纵焊缝中两个最大缺陷进行了断裂评定和疲劳评估。结果表明:该GIS壳体中的两个缺陷在当前工况下是安全的,按焊接试板测试的疲劳裂纹扩展速率估算,壳体左筒体缺陷的疲劳寿命循环次数为6 971次,壳体右筒体缺陷的疲劳寿命循环次数为37 915次,估算的疲劳寿命还有待于实践校验。建议在运行中应特别关注缺陷疲劳扩展的状态监测,今后约5年应进行无损检测与现缺陷对比加以安全评定。该设备投用以来的安全运行状态与评定结果相符,因此,GB/T 19624—2004可适用于高压电网GIS壳体的安全评定。

张西迎 李乃良 陈冰清
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针对文昌油田群8-3A 平台、14-3A 平台及116FPSO 之间油气混输管道中发生的严重段塞流开展理论分析与试验研究。根据严重段塞流的判别准则,从理论上分析了文昌油田14-3A 海管中的流动状态。基于海管尺寸设计改造了集输-S 形立管严重段塞流试验平台,模拟现场油气水在海管中发生的各类流型及其转变过程。基于段塞流消除理论和经典PID 控制理论,提出一套依据管道各处压力信号的节流阀自动控制程序,在试验中有效消除了严重段塞流。通过对116FPSO 的改造,将该技术应用于文昌油田群现场,显著降低了下海管压力和上FPSO 压力的波动幅值,提高了油气产量。

熊明 古丽 吴志锋 邓勇 李双琴 邹妍 李章青 奉城民
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中缅油气管道是全国首条经过数字化恢复构建数字孪生体的在役山地管道。通过基准点测量、管道中线探测、航空摄影测量、三维激光扫描、三维地形构建、倾斜摄影、数字三维建模等技术进行数据收集、校验及对齐,对管道建设期的设计、采办、施工及部分运行期间的数据进行恢复,对站场及管道的设备、建筑等构建数字三维模型,形成管道线路数据资产库和站场数据资产库,构建中缅油气管道的数字孪生体。通过多系统融合深入发掘数据价值,实现管道可视化运行、设备拆解培训、指导维检修作业及应急抢险作业等,为实现管网智慧化运营奠定数据基础。

冯新 刘洪飞 王子豪
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分布式光纤传感器能够灵敏地感知管道任意位置泄漏导致的局部温度变化,但是海量监测数据却具有显著的时-空非平稳性特征,难以直接根据监测数据进行泄漏诊断。在统计模式识别框架下,提出一种基于滑动窗口离群值分析的时-空大数据分析方法,仅利用分布式温度监测数据的内秉特征即可实现管道泄漏的智能化识别,建议滑动窗口和异常状态诊断窗口长度的取值方法,并且进行了原型保温钢管泄漏监测的物理模拟。结果表明,在管道完好状态下该方法不会发生误报警的情况,而管道一旦发生泄漏,该方法能够快速识别管道泄漏事件,并对泄漏位置进行精准定位。该方法是一种无监督的人工智能大数据处理方法,在埋地管道泄漏监测中具有良好的应用前景。

冉莉娜 郑得文 罗天宝 完颜祺琪 垢艳侠
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地下储气库在调峰保供中发挥着不可替代的作用。盐穴地下储气库属于洞穴型储库,在建设方面具有建设周期长、投资高、工艺技术复杂等特点,但其无需达容时间,可边建设边投产,垫底气比例低并可完全回收。同时盐穴地下储气库具有采气能力大、注采气灵活、天然气耗损率低等运行特征,不仅能够满常规季节调峰需求,也能满足日、小时调峰及应急调峰需求。通过分析国内外盐穴地下储气库建设运行数据,梳理金坛地下储气库在实际运行中发挥的重要作用,针对盐穴地下储气库功能定位提出一点思考,为盐穴储气库的进一步优化合理发展起到参考作用。
钱迪 郑会 徐明荣 尚彤 胡远飞
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天然气压气站辅机系统对压气机的稳定运行至关重要,辅机系统一旦失去电源势必会破坏压气机的稳定运行,甚至引发重大事故,故为此类负载配备高性能应急电源(Emergency Power Supply,EPS)十分重要。对EPS 储能模块的类型和模式进行了分析与比较,设计了适用于压气站辅机系统的超级电容和碳酸锂电池混合储能EPS,重点讨论了EPS 系统的电路设计、直流充放电控制策略。以榆林压气站辅机系统调研参数为依据,利用MATLAB 对设计电路进行了仿真分析,确定了超级电容与碳酸锂蓄电池的匹配容量,仿真结果表明此类EPS 能够保证压气站辅机系统在失电后在规定的时间内正常工作。
何俊 赵岩 井岗 李建君
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目前,盐穴储气库造腔中处理不溶物夹层的方式多为使其充分浸泡至弱化后自然垮塌。但是对于厚度超过10 m 的巨厚不溶物隔层,使其垮塌十分困难,巨厚隔层垮塌的极限跨度可达60 m 左右,通过浸泡使其垮塌需要的时间长,造腔效率低,还可能损坏厚隔层下部的造腔管柱。以淮安储气库某井地质参数为例,提出一种在允许巨厚隔层存在的基础上进行造腔的新思路,即在隔层上下分别造腔,上部常规造腔、下部造水平腔,上下部的腔体在水平方向错开分布,以保证巨厚隔层作为下部水平腔顶板的稳定性。模拟表明:这种造腔方式比同等盐层条件下可多造约5×104 m3 腔体,并且避免了下部造腔管柱被垮塌的隔层损坏的风险。此外,提出在地面采用丛式井技术布井,降低征地和钻机搬家安装费用,并使用移动式钻机优化钻井程序,提高造腔过程中钻井作业的经济性。
祝悫智 李秋扬 吴超 赵明华 张斌 张玉志
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目前全球气候环境的恶化对于环保意识产生迫切影响,油价波动以及能源全球化市场竞争日趋激烈,导致投资风险加剧,油气管道行业的发展环境非常复杂,面临的不确定性明显增加,建设投资显著紧缩。通过分析全球能源结构发展态势,总结全球在役油气管道运行现状,从而全面把握新形势下全球油气管道建设现状及发展趋势。结果表明:未来油气管道建设将同时受到天然气利用、海底资源开发和老龄管道替换等驱动力和地缘政治、环境及安全等不利因素的综合影响,保持平稳的发展态势。据此,深入探讨了全球油气管道建设现状及未来的发展趋势对中国油气管道发展的影响。
冼国栋 刘奎荣 吴森 谭超
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兰成原油管道途经区域地质环境条件复杂,地质灾害类型多样,对管道工程和人民生命财产安全潜在危害严重。为了应对各种地质灾害风险,基于GIS 技术构建了区域管道地质灾害风险评价模型与评价指标体系,将管道沿线地质灾害风险划分为地质灾害高风险、较高风险、中等风险、较低风险、低风险5 个等级。对兰成原油管道地质灾害风险进行评价,根据地质灾害风险评价分区结果,将管道划分成了53 个地质灾害风险段。评价结果与兰成原油管道实际情况相符,为其地质灾害预防、治理提供了重要的辅助,也可为其他管道的地质灾害风险评价提供参考。
王馨艺 王淼 冯瑶 张宗杰
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天然气干线管道向着大流量、高压力的趋势不断发展,对供气管道系统的安全、可靠运行提出了更高要求。借鉴巴西国家石油公司与挪威船级社天然气管网的供气可靠性评价方法,建立了基于事故工况下然气干线管道的供气可靠性评价方法。利用工艺计算软件TGNET 模拟事故工况,建立供气极限状态函数值的样本集;通过MATLAB 编程进行抽样,确定样本服从的概率分布模型;结合天然气供应等级划分标准,求得天然气干线管道的供气可靠度。通过具体算例,验证了该方法的可行性,可为今后深入研究中国天然气管道系统可靠性提供指导。
曹学文 李金娟 彭文山
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LNG 储罐在投产前需进行调试工作,其中LNG 储罐预冷是最重要的一环。采用MATLAB软件,建立16×104 m3 地上全容式常压LNG 储罐预冷模型,研究预冷过程中LNG 喷淋量、BOG 排放量、储罐压力及LNG 气化率的变化规律及温降速率对LNG 储罐预冷的影响。结果表明:LNG喷淋流量逐渐增加、BOG 排放流量及储罐压力先增后减、LNG 气化率仅在预冷后期逐渐降低;随着温降速率增加,LNG 喷淋流量、BOG 排放流量及罐内压力均增加,但LNG 喷淋总量及BOG 排放总量减小,LNG 气化率仅在预冷后期随温降速率增加而增加;当温降速率超过3 K/h 后,对LNG储罐预冷影响较小;在对LNG 储罐进行预冷分析中,太阳辐射的影响不可忽略。为了保障LNG储罐投产工作的顺利开展,建议在预冷前期,应将温降速度控制在1 K/h 之内;在预冷后期,为提高LNG 冷量利用率,应增加温降速率,平均温降速率控制在2~3 K/h。LNG 储罐预冷模型模拟误差均小于10%,满足工程应用要求,对于LNG 储罐实际预冷过程、预冷方案设计及预冷参数优化有参考作用。
李刚 谷思宇 贾东卓 闫斌斌
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基于单一参数的诊断方法无法准确高效地判断燃气轮机的故障状态,故提出了基于燃气轮机振动故障机理和性能故障机理的综合诊断方法。以中石油西一线某压气站燃驱离心压缩机组LM2500+SAC 型燃气轮机运行过程出现异常振动为例,借助在线监测系统数据,基于振动和性能故障机理进行综合诊断,逐项排查异常振动的诱导因素,最终确定燃气轮机异常振动的激励源是轴承旋转封严损坏引起的不平衡量,避免了机组继续运行将造成的严重后果,证实了基于该综合诊断方法的有效性,为类似故障的监测诊断提供了一定的参考。
周怀发 申永亮 张兴 刘铭刚
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LNG 槽车充装作业过程中一旦发生泄漏,极易引发燃烧甚至爆炸事故,破坏性极大。为了对LNG 接收站槽车充装区进行科学合理的风险评价,从工艺、设备及管理3 方面,选取阀门内漏情况、操作流程合理性、充装人员专业水平等16 个指标,构建了LNG 接收站槽车充装区风险评价指标体系;针对指标具有模糊性的特点,运用层次分析法确定各指标权重,建立了基于集对分析法的槽车充装区风险评价模型。将该风险评价模型用于山东某LNG 接收站槽车充装区的风险评价,结果表明:新建评价模型将定性与定量分析相结合,评价结果可靠,能够为LNG 槽车充装工作的改进提供指导作用。
唐霏 彭星煜
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增压站是气田集输系统的重要部分,对增压站能效开展评价及预测工作显得十分必要。以某气田集输系统25 座增压站为例,基于粗糙集(Rough Set,RS)理论和BP 神经网络各自的优点,建立了RS-BP 神经网络模型,选取8 个评价指标,采用粗糙集属性约简原理对数据进行预处理,实现了对20 座(1#~20#)增压站的综合评价。为了验证评价结果的准确性,采用MATLAB 软件对该气田集输系统21#~25# 增压站能效进行了4 次预测,并与无约简时的预测结果进行对比。结果表明:与单纯的BP 神经网络模型相比,RS-BP 神经网络模型的训练时间更短、误差更小,具备良好的实际应用价值。
祝勇仁 蔡杰 善盈盈
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工业化生产水平的提高使得离心式压缩机不断朝着大型化、复杂化、连续化和自动化方向发展,设备故障造成的损失也越来越大,研究其故障诊断方法对提高设备故障在线检测能力,预防故障和事故的发生具有积极意义。采用电涡流传感器测量离心式压缩机联轴节侧径向位移信号,应用频域分析方法对采集到的信号数据进行傅里叶变换,获得对故障敏感的特征量,作为蚁群聚类算法输入的特征参数,把对故障识别转化成对设备运行时的输出和状态特征的聚类问题。试验中,对离心式压缩机在正常运行、转子不平衡故障、油膜涡动故障、喘振故障采用蚁群聚类算法进行模式识别。试验结果表明,基于蚁群聚类算法的离心式压缩机故障诊断方法诊断结果准确,适合离心式压缩机故障诊断。
李华 刘阳 张文学
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管道通径内检测可以提前发现管道安全隐患,在确保管道安全运行方面发挥着重要作用。在机器视觉技术的基础上,将视觉测量技术中的Radon 变换应用于激光光源投射成像方法中,提出了基于视觉的管道通径测量计算方法。该方法利用激光发生仪投射与管道内部形状完全吻合的激光环,由像机采集管壁上的光环图像,并将其进行边缘检测和细化处理,最终获得管道的截面轮廓曲线。通过Radon 变换得到两条反映管道内径信息的光带,经细化处理提取光带中心线,进而根据中
心线之间的距离计算得到管道在所有方向角上的内径数据。研究结果表明,该测量计算方法高效快捷,能够一次性获取管道截面在所有方向角上的内径信息,具有很高的实际应用价值。
贺娅娅 甄莹 曹宇光
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服役年限较长的老龄油气管道事故频繁,结构安全性低,运维成本高,需要做废弃处理。提出了一种基于失效概率的老龄管道判废方法:广泛调研国内外油气管道事故数据,参考事故频率数据,推荐了管道基本失效概率,以目标管道或同期建设、运营环境相似的管道事故历史数据计算失效风险概率作为判废评估指标,通过无量纲化的风险系数给出老龄管道废弃指导意见。该方法可实现油气管道定量判废评估,有效解决老龄管道的判废问题。
李振北 邱长春 姜海洋 王红 胡铁华
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压电超声管道腐蚀检测器是一种利用超声波对长输管道进行在役腐蚀检测的内检测设备,结构合理的压电超声传感器支撑结构是管道腐蚀检测成功的前提。采用基于有限单元法的结构分析软件对支撑结构三维模型进行预应力状态下的模态分析,发现预应力会使传感器支撑结构的固有频率高于自然状态下的固有频率,但更接近于结构的真实固有频率。通过支撑结构振动测试试验,验证了仿真分析的可靠性,同时得知试验结果与仿真结果的误差主要来源于支撑结构模型的简化。压电超声管道腐蚀检测传感器支撑结构振动特性的研究,对压电超声管道腐蚀检测器的整机研制具有重要意义。
李长俊 刘雨寒 贾文龙
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现有方法对高压下多组分非理想气体的可压缩性和分子之间的交互作用考虑不足,不能准确反映各组分的扩散特征。针对该问题,基于PR 状态方程对Fuller 二元扩散系数以及热力学因子计算方法进行了修正,分析了气体压力和组成对热力学因子的影响,计算了三组分物系Fick 扩散系数矩阵。结果表明:对于实际的多组分非理想气体,校正后的扩散系数计算精度显著提高;热力学因子表征了混合物实际状态偏离理想状态的程度,以及分子扩散方向与浓度梯度之间的关系,其值随着体系压力和气体组分的变化而变化,且与压缩因子变化趋势相同。多组分非理想气体扩散系数改进研究为探究非理想多组分气体在空气中的扩散奠定理论基础。
杨辉 王富祥 王婷 玄文博 曹京刚 雷铮强 李明菲
[摘要]浏览(1397)次
管道补口一旦发生失效,腐蚀介质自破损处渗入,将会严重影响管道完整性。基于漏磁内检测原理和管道补口失效形式,提出了补口防腐失效的识别与判定流程:通过分析管道补口结构特点、失效形式、可能产生腐蚀缺陷的位置与形貌特征,明确管道补口失效导致外腐蚀特征及其与漏磁内检测信号特征之间的对应关系,从而识别可能已失效的管道补口。通过多条管道开挖验证,给出了采用漏磁内检测技术识别与判定补口失效准确率,并验证了该方法的准确性,为基于漏磁内检测的补口失效识别与判定技术工业化应用奠定了基础。
王凯 王立佳 陈晶华 茅磊 宇波
[摘要]浏览(1397)次
海洋柔性复合管具有可设计性强、经济性好、动力特性优良等特点,尤其适用于深水油气藏的开发。基于柔性管较为特殊的多层复合结构,综述了目前国内外关于气体渗透及冷凝相关的研究成果,着重对安全隐患、传热传质机制、预测模型、环空冷凝及气液迁移、腐蚀失效等方面进行了评述。针对现有成果应用于深水条件下渗透速率预测精度不高、环空冷凝液形态尚不明确等问题,指出今后应着重开展3 个方面的研究:①“流-固-质-海水”多场热质耦合的气体渗透冷凝模型;②环空局部水蒸气滴状冷凝过程、分布特征及金属构件“腐蚀-疲劳”耦合行为预测;③环空气体的监测、调控系统的优化及可靠性评价。
刘继芹1 乔欣2 李建君1 王文权1 周冬林1 肖恩山1 井岗1 敖海兵1
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盐化公司拥有丰富的对流井老腔资源,如果能够有效利用此类腔体,不但可以缩短储气库建库时间,而且可以大幅降低工程投资。首先,了解盐化溶盐采卤生产模式,基于数值模拟与声呐检测数据,探讨对流井采卤老腔改造过程中存在的难点,如形状检测、注气排卤模式等,论述了对流井老腔改造的可行性,提出对流井改建储气库方法。盐化公司对流井老腔改造技术拓宽了盐穴储气库建设的新思路,尤其是针对中国普遍夹层多、纯度低的盐层改建储气库具有重要意义。
宋多培 冯小刚 李建财 单国平 贾玉庭 毕海杰
[摘要]浏览(1249)次
为适应注水冷采稠油地面集输要求,昌吉油田下设吉7 井区采用了回掺热水集输工艺。随着产能建设规模的不断扩大,吉7 井区出现了油井掺水温度和压力较低、掺水量过大等问题。通过统计现场相关生产数据,分析了油井掺水量的主要影响因素,计算了回掺热水集输过程中的热力损失,并进行了部分油井的停掺热水试验。结果表明:油井回掺水量主要受油井集输管长影响;掺水集输管线的保温效果较差,热力损失较为严重;停掺热水集输过程中,井口采出液存在较为明显的段塞流,易造成油井集输困难。研究成果可为昌吉油田冷采稠油的现场管理和优化提供理论指导。
臧雪瑞 顾晓婷 王秋妍 王立航
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随着中国不断增长的天然气需求量和天然气管道建设的稳步推进,急需对高钢级管线钢的剩余强度进行评价,其中建立失效压力模型是剩余强度评价中最重要的组成部分。以X100 钢管为研究对象,使用ABAQUS 有限元软件对两种体积型腐蚀缺陷进行了有限元分析,利用全尺寸爆破试验数据对模型进行了准确性验证。基于35 组X100 钢级不同尺寸钢管和不同几何缺陷模型的仿真模拟值,采用1stOpt 拟合软件构建出X100 高钢级管道的失效压力预测模型,并对构建的拟合计算公式进行了误差分析,结合真实爆破试验验证了失效压力模型的准确性。研究结果为完善现有评价方法提供了有力参考。
赵兴民 高睿 高晓蓓
[摘要]浏览(1404)次
为了提高铺管船法施工无配重层海底管道的施工效率,对铺管船作业线的补口工艺方案进行了研究。对比分析了热收缩带安装的两种工艺;结合作业线情况,通过计算分析的方式优化了工位布置;通过试验明确了热收缩带通过托辊的临界温度,研究了喷淋后的降温曲线;优化了补口施工的工艺流程。研究结果表明:热收缩带安装的干膜工艺比湿膜工艺更适用于铺管船法施工无配重层海底管道;为防止热收缩带被划伤,应撤掉7#、8# 工作站中间的托辊;GTS-PE 型热收缩带,温度控制在75 ℃以下,可无损通过托辊;安装热收缩带后,冷水喷淋10 min 即可达到其通过托辊的温度条件;通过优化施工过程,安装热收缩带的施工时间降为15 min
刘然 王长江 施连义 屈锐 赵忠刚
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针对中俄东线天然气管道工程北段的冬季防腐补口施工要求,通过材料低温力学性能分析、结构优化设计、低温试验、低温电子元器件优选、机械式温控、加热元件高低温交变及国内外低温补口材料对比分析等综合研究,研制了适用于-40 ℃低温环境的机械化防腐补口装备,制定了配套的机械化防腐补口工艺和施工方案。工程应用表明:低温机械化防腐补口装备与工艺有效保证了中俄东线试验段及北段管道工程的防腐补口质量和施工效率,日平均补口30 道,一次合格率100%。积累了大口径管道低温环境下的防腐补口施工经验,可为中俄东线管道工程中段及同类管道工程的防腐补口施工提供技术支撑。
温文 艾慕阳 李煜津 徐磊 刘文会
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为了掌握天然气市场的供需态势,促进天然气行业发展,指导天然气管网建设规划,需要对天然气市场满意程度进行评价。天然气输送涉及基础设施设置、输送能力、安全性等方面,对于天然气市场满意度的评价需要将管网系统的供应能力和可程度与经济风险和经济效益相结合。以某城市天然气市场为例,运用基于管网可靠度的天然气市场满意度评价方法对该城市天然气市场进行满意度评价。结果表明:该方法是天然气市场的有力量化分析工具,能够量化供需双方的满意程度,进而掌握天然气市场的供需态势,为天然气销售、管网建设等提供决策依据。
龙媛媛 李强 李开源 刘瑾 孙振华 谭晓林
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油田站库钢质常压储罐服役时间长,介质腐蚀性强,导致内腐蚀严重,存在较大的安全隐患。为确认储罐内腐蚀严重层位,指导储罐的维修与腐蚀防护,急需开展常压储罐内腐蚀检测。钢质常压储罐内腐蚀挂片在线检测装置利用浮漂挂片器实现储罐水油界面、油气界面的腐蚀检测;利用刚性挂片器实现储罐淤泥相、污水相、油相、气相的腐蚀检测;利用与被检储罐材质相同的螺纹连接棒状空心杆实现检测装置的组装及储罐不同高度腐蚀程度的定性连续表征,创新性地实现了对同一储罐6 个相区腐蚀速率的在线检测。检测结果表明:两个周期腐蚀速率检测值的复现性超过91%,同一储罐挂片检测得到的腐蚀速率与依据该储罐两次超声波壁厚检测结果计算出的腐蚀速率相吻合,检测结果稳定、可靠。利用常压储罐内腐蚀挂片检测装置可以确定储罐重点内腐蚀部位,及时发现腐蚀隐患,指导储罐的维修更换以及靶向腐蚀治理。
白路遥 施宁 伞博泓 李亮亮 马云宾 时建辰 蔡永军
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随着油气管网规模逐渐扩大,对长输油气管道地质灾害进行全面识别与监测有利于提高管道的风险管理水平和油气管网的可靠性。通过分析卫星遥感技术在地质灾害识别与监测方面的应用思路,以及卫星遥感技术在国内外油气管道行业的案例,总结了卫星遥感技术在管道行业的应用现状和发展历程,并结合目前卫星遥感对地监测识别方法与原理,探讨了未来卫星遥感在油气管道地质灾害领域的发展趋势,提出利用雷达卫星遥感地表位移监测技术与管体变形监测技术相结合进行管土相互作用关系分析,为深入开展智慧管道应用实践提供技术支持。
张万 梁永图 闫亚敏 高杰
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区域成品油合理配置直接影响成品油供给链物流系统构建和成品油市场的发展,但中国区域成品油优化配置问题尚未形成较为完善的理论体系和优化方法。通过调研国内外资源配置问题的相关研究,分析了区域资源优化配置问题研究现状,基于中国大区域成品油供给系统,从成品油供给链、运输方式、库存管理以及不确定因素分析等角度出发,对问题实质、解决思路、优化模型及求解方法等方面梳理了区域成品油优化问题的研究重点、难点以及研究进程。结合工程实际需求,提出了区域成品油优化配置问题研究难点及发展趋势。

闫亚敏 梁永图 李焯超 张万 张浩然
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为了提高油田联合站的经济效益,达到进一步节能降耗的目的,研究采用分布式能源系统的科学用能、节能方法,将分布式能源系统的设备及运行策略进行合理配置,使其能量输出与联合站的用能需求相匹配。以年平均总支出费用最低为目标函数,能量平衡和设备安全运行为约束条件,建立并求解联合站分布式能源系统的混合整数线性规划(MILP)模型。实例计算结果表明:与传统集中式能源和冷热电三联供系统相比,基于该模型求解的方案经济效益明显,能源利用率高,并且更节能环保。
阿拉木斯 范世东
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浮顶罐是油品储存的主力设备,明确油品在罐内的温度分布变化规律,准确预测油温变化对于油库安全、低耗运行具有重要意义。以5×104 m3 浮顶罐作为测试对象,通过现场跟踪测温的方式研究罐内原油温度场变化特性,发现当外界温度低于油温时,罐内温度呈现反浴盆曲线,存在明显的核心恒温区;当外界温度高于油温时,罐内温度呈现导热分布,罐内核心恒温区消失。研究结果可为节能减排、科学制定浮顶罐加热运行方案及预防凝罐事故提供技术参考。
宋尚飞 史博会 兰文萍 阮超宇 陈玉川 吴海浩 宫敬
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多相管道混输体系水合物浆液输送技术仍处于理论探索与实验测试阶段,在此采用LedaFlow 软件进行抑制剂注入和水合物浆液多相混输的模拟计算,利用软件的参数优化模块计算最佳抑制剂注入量,利用软件水合物输送模块进行水合物浆液输送模拟计算。分析管内水合物浆液流动规律,初步探索LedaFlow 软件在水合物浆液流动安全保障中的应用,为天然气凝析液管道的水合物流动安全保障提供参考。
万宇飞 刘春雨 钱欣 李立婉 唐宁依 王文光 郝铭
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海底管道主动伴热维温技术作为被动保温方式的补充,将在中国海上高黏、易凝原油,深水油气开发中得以应用,中国自主海底管道主动伴热维温技术的应用仍为空白,需充分比较,吸收国内外应用案例。通过调研分析认为:海底管道主动伴热维温技术可以适应各种水深海域,目前的应用主要集中在浅水的北海海域。电加热/伴热技术由于适应性强、热效率高,特别是间接电伴热技术,将成为取代热流体伴热的方向。间接电伴热技术较直接电加热技术效率高、安全稳定,可实现长期运行,更适合海上油气物流的输送。集肤效应电伴热技术作为间接电伴热技术的一种,由于其安全性能强、热效率高、沿线温度分布均匀且可监控,适合于长距离海底管道的伴热维温,是今后主要的发展方向。中国海底管道主动伴热维温技术需在当前国家对国产化大力支持的背景下,开展横向和纵向对比,加大应用性研究力度,突破接线盒处连接点的可靠性等关键问题,早日实现海底管道集肤伴热技术国产化,为中国海上油气田的可持续发展提供条件。
王余宝 高国华 杨东海 何利民 吕宇玲 陈鲁
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针对稠油管道中流体密度高、黏度大的特点设计了高压逆流注药、微管注药、微孔注药3 种注药结构,以及内锥柱体式、隔板式、旋流板式3 种混合结构。利用CFD 模拟对以上注药结构和混合结构进行了结构参数优化和药剂分散效果分析,模拟结果表明:仅在注药结构作用下不能实现药剂与稠油的充分混合;微孔式注药结构药剂分散效果最好;综合考虑产生的压降和药剂分散效果,内锥柱体式混合结构性能最佳。通过室内试验对以上混合结构进行性能测试,试验结果表明:混合结构产生的压降和药剂分散效果呈负相关;药剂加注浓度会影响药剂分散效果;试验结果与模拟结果具有一致性。通过数值模拟和试验研究,优选出了适合稠油管道的管道外环向微孔注药、管道内安装内锥柱体混合结构的加药方式。
王鹏 杨宏宇 赵贵彬 麻建玺 范晓东 赵国彬
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三维激光扫描技术能够快速、自动、准确获取物体表面的点云数据,对管道变形量较大处进行检测时,具有传统检测技术无法比拟的优势。将Creaform3D 激光扫描仪与Pipecheck 软件相结合,能够完成金属腐蚀、机械损伤等管道内外部缺陷的现场检测,并可基于检测结果进行整体形貌、应变与疲劳分析等评估工作。实例应用结果表明:三维激光扫描仪能够极大地提高检测数据精度、节省检测时间,突显了Creaform3D 激光扫描仪的技术优势,也可为其他领域的应用提供参考。
曹学文 郑铮
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海底管道维修卡具是海底管道应急维修的关键设备。通过分析维修卡具的工作原理,确定密封结构尺寸设计是维修卡具设计的关键。通过压缩回弹试验的方式,对轴向石墨密封条的载荷-变形曲线进行了测定,计算出当石墨密封条工程应变达到0.18、氟橡胶密封条工程应变达到0.25 时,密封条的工程应力达到3 MPa。通过对密封半环在不同压缩率下的平均接触压力的分析,当密封半环径向压缩率达到12.5%时,石墨、氟橡胶密封半环的平均接触压力均在4 MPa 以上。在确定密封结构尺寸后,通过水压试验比较了石墨和氟橡胶在维修卡具密封应用中的优劣。试验结果表明:石墨可以作为维修卡具的密封材料,在压力等级低于2 MPa 的工况中表现良好;在同样的螺栓载荷下,氟橡胶的密封表现优于石墨;石墨材料不会因为老化而导致密封失效,因而基于石墨的海底管道维修卡具有广阔的应用前景。
张继旺 张来斌 段礼祥 王耀楠
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为了解决噪声干扰条件下叶尖定时脉冲信号难以准确提取的问题,提出了一种基于EEMD的含噪叶尖定时脉冲信号提取方法。采用EEMD 对非平稳、非线性的原始含噪信号进行自适应分解,构建多尺度低通滤波器进行降噪,再对降噪后的脉冲信号进行方波整形处理,并提出融合相似度和相关度的最优降噪整形评价指标,用于含噪信号处理效果的评价。基于含噪叶尖定时脉冲信号特点建立数学模型,进行方法的可靠性和适用性验证。对比降噪整形处理后含噪叶尖定时脉冲信号与原始无噪信号,其相关度、相似度及综合评价指标分别达到97%、89%及92%以上,结果表明,所提方法能够准确提取噪声干扰下叶尖定时脉冲信号,并且推动了叶尖定时技术的发展与推广应用。
徐华天 李斌 孙玉新 张丰 陈洪源
[摘要]浏览(1267)次
杂散电流干扰会导致埋地管道快速腐蚀泄漏,埋地管道的直流杂散电流干扰主要来自于其附近的直流电气化铁路系统、直流电焊机等电力传输系统或某些工业电气设备。某油田采油井几条外输管道频繁腐蚀泄漏,泄漏时间和频率大幅超出正常腐蚀速率,经过对管道材质分析、土壤腐蚀性分析及杂散电流干扰分析,确定因采油井配电箱漏电形成直流杂散电流干扰导致管道的快速腐蚀,经过整改,消除了杂散电流干扰导致管道外腐蚀的现象。进一步明确了对与管道连接的电器设备,发现零线带电情况时,即便系统正常运行,也应进行结构物对地电位测试,评价是否存在杂散电流干扰,避免金属结构物被快速腐蚀,及时消除隐患。
宋尚飞 史博会 霍小倩 兰文萍 洪炳沅 熊新强 王智 宫敬
[摘要]浏览(1581)次
随着油气田不断向深海开发,多相混输管道的流动安全保障技术面临着巨大挑战,天然气凝析液管道的不稳定工况会导致管道运行参数出现剧烈变化,给管道安全运行造成严重威胁。采用新型的多相流瞬态模拟软件LedaFlow 对某天然气凝析液管道的水力和热力工况进行稳态和瞬态模拟,得到不同工况下管道沿线温度、压力、持液率及总积液量的变化情况。结果表明,LedaFlow 的计算结果理论上是正确的,其变化趋势符合理论预期。通过软件计算可对管道运行中的安全操作和下游设备设计提供建议,从而对工程实际提供参考。
李育天 吴长春 雷依婷 于阳
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放空系统是长距离输气管道的重要设施,对于保障管道维抢修安全,降低管道事故危害具有重要作用。基于现有放空设施,选择合理的放空方式,有利于降低放空不利影响,保护操作人员作业安全。在对输气管道放空设施及放空过程合理简化的基础上,通过 TGNET 软件模拟确定了一段式、两段式、三段式、六段式及固定流量 5 种放空方式的放空流量和管口流速。应用 FLARENET 和PHAST 软件确定了不同放空方式的最大泄放流量对应的马赫数、噪音强度及天然气扩散半径。结果表明:计划放空过程中放空阀操作次数越多,天然气泄放流量越均衡,引发的温降、噪声及天然气扩散等不利后果的影响越小。因此,建议采用固定流量放空作为首选放空方式。如果难以满足固定流量放空的条件,应尽可能多次调解放空阀开度,以减少放空产生的不利后果。
张新生 西忠山
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在研究了广义极值分布(Generalized Extreme Value Distribution,GEV)自适应优选分布的基础上,建立了基于改进 GEV 分布的管道剩余寿命预测模型。首先,利用马尔科夫链蒙特卡罗(Markov Chain Monte Carlo,MCMC)方法估计 GEV 分布函数的参数并由此确定极值分布类型,若图形检验合理,则采用该分布预测其最大腐蚀深度。其次,基于管道的可靠度及安全性建立腐蚀裕量预测模型。最后,根据管道最大腐蚀深度、腐蚀裕量及管道使用年限等数据,建立三者关系指数模型,以此来预测管道剩余寿命。以中国某油气管道为研究对象 , 通过改进 GEV 分布的参数,优选出合适的分布类型,并结合管道的可靠度预测其腐蚀裕量,从而预测管道的剩余寿命。研究结果表明,该模型的预测精度较高且不受限于数据的具体分布,作为管道剩余寿命的预测模型通用性较好。
闵俊豪 董平省 吴明 宫敬
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西气东输一线、二线、三线已基本建成投产,未来有可能增设与西气东输二线、三线管道并行敷设的输气管道。在并行敷设的管道间建设跨接使管道之间互联互通,可提高系统可靠性,但同时也会由于建设跨接管道所增加的焊点导致泄漏频率增加。为了分析不同并行管道跨接阀室设置方案对发生断管事故管网的影响,得到跨接设置的最优方案,利用 SPS 软件建立带有跨接管的输气管道数学模型,对并行管道断管事故工况进行模拟与分析。结果表明,设置双管跨接的管道系统供气可靠性明显高于单管跨接,且两座压气站间设置一座跨接阀室的方案性价比最高。建议站间的中间阀室设置跨接,采用阀前、阀后均设跨接管的设计方案,该方案经济合理,可有效提高管道事故应急调配能力。
蔡永军 蒋红艳 王继方 王潇潇 李莉 陈国群 张海峰
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油气管道智能化建设首先要实现管道的智能感知,在感知层进行管道本体、关键设备、外界环境及维护资源等信息的全面感知,实现采集、处理及传输一体化,为管道运行决策提供可靠的数据基础;其次,是信息的网络化,在网络层将所有人、物和环境信息全部接入网络平台,实现信息流和资源流的统一;再次,是数据的标准化,在数据层对所有接入的数据进行清洗、转化及标记,再利用数据样本训练人工智能,在算法层采用人工智能算法对数据进行深度挖掘,抽取出故障信息、预测运行状态、优化资源调配;最终,通过具体的业务平台实现“数据全面统一,感知交互可视,系统融合互连,供应精准匹配,运行智能高效,预测预警可控”的管道智能化运行目标。
肖文涛 刘刚 王辉 姜志辉 陈雷
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中国石化担负着多级分支管网顺序输送多种原油至沿途各家炼厂的复杂生产任务。采用数据平面图形压缩方法掌控多级分支管网的全月度输油计划,以时间为坐标横轴,以站场为坐标纵轴,以颜色代表油种,以粗实直线代表油品批次,以细实折线标识油品罐存,以红色细虚线标识各种油品的罐容上下限,以其他彩色细虚线标识油品批次的站间流向,最终形成一种反馈式流向图管网排产方法。该方法可实现月度内各级站场油品批次与罐存数据的全局关联和图示,直观地反馈油品批次安排的不合理性,启发调度人员在经济流量区间内折中优化关于批次平稳和节能降耗的矛盾性目标,最终实现全网、全月度运行计划的高效编制。
梁晓斌 梁伟 邓克飞 孙志勇
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采空区有可能造成地表沉降变形、碎裂甚至塌陷等次生地质灾害,易造成埋地管道的大范围变形甚至悬空,对管道的安全极为不利。基于理想弹塑性模型,以 X70 管道为例,考虑管道与土体的非线性特性、管道的几何非线性、土壤的物理非线性等因素,利用有限元软件 ABAQUS 建立采空区悬空天然气管道的有限元仿真计算模型。在内压、轴向力、外部载荷等共同作用下,分析了 X70悬空管道在不同悬空长度、不同内压、不同埋深条件下的应力应变变化,并采用双失效判别准则对其进行安全评估。研究结果表明:在充分考虑应力应变的变化趋势和变化速率基础上,双失效判据确定不同悬空长度管道所处的风险等级,可为采空区管道的完整性管理提供依据;内压对管道失效影响较大,当发生采空区塌陷时,为了保证管道平稳运行,临时降低管道内压可以有效提高管道安全性能。
丁鹤铭 李伍林 李斌功
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长输管道工程施工范围广、参与单位及人员结构复杂,工程现场人员管理对于工程项目的建设非常重要。根据移动互联网技术、二维码技术、物联网技术,设计了一种基于二维码的长输管道工程人员管理系统,其总体架构由 WEB 端、人员二维码工作证、移动端 3 部分组成,能够实现对工程现场人员的信息化管理。将该系统应用于某在建原油长输管道工程,结果表明:可以对工程现场人员个人信息、岗位职责、资质证件等进行有效整合与管控,促进人员上岗操作规范化,监控和约束现场人员的违规行为,有效提升工程建设管理水平,确保工程保质保量按时完成施工任务,大大节约工程投资。
黄献智 杜书成
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随着天然气行业发展,市场进程不断加快,全球天然气供给与需求量持续攀升,整体供需格局发生较大变化。液化天然气(LNG)具有安全储存和易于运输的特性,进一步促进了天然气全球贸易的发展。分析了世界天然气及LNG 供需现状和未来预期数据,总结全球天然气市场发展方向,结合中国自身天然气产业发展现状,提出了中国加快整体市场开发与相关行业建设的基本思路,为保障国家能源供应提供安全长效机制。
曹学文 李星標 樊茵 王凯
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随着油气资源的不断开发,油气田开发、油气管道输送过程面临的冲蚀磨损问题日趋严重。通过总结分析现有冲蚀理论和冲蚀试验装置,系统介绍了国内外冲蚀问题的最新研究成果,阐述了利用旋转式、射流式或管流式试验装置进行冲蚀试验的新方法,着重分析对管道冲蚀速率的影响因素,并介绍冲蚀模型的研究进展。指出当前油气管道冲蚀研究中存在的问题及未来研究方向,为进一步开展管道冲蚀研究提供参考,对研究油气管道及设备冲蚀问题,保证油气管道的输送安全,提高输送效率具有重要的工程意义。
高健富 高炳军 靳达 李娜 宋晞明 傅建楠
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随着LNG 产业的发展,LNG 储罐日趋大型化,储罐的拱顶稳定性问题备受重视。为了研究罐体及罐体载荷对拱顶稳定性的影响,以10 000 m3 LNG 单容罐为例,采用有限元法对储罐拱顶稳定性进行了罐体结构与载荷关联性分析。在进行结构关联性分析时,比较了不同约束下的单独拱顶模型与含罐体的完整结构有限元模型的拱顶临界载荷。发现约束形式对拱顶的刚度有较大影响,含罐体完整结构有限元模型能够给出对拱顶的实际位移约束,计算结果更为合理。在进行载荷关联性分析时,提出了一种分析计算方法,分析了罐体各种载荷工况对拱顶稳定性的影响,结果表明罐体载荷的存在降低了拱顶的稳定性,校核拱顶稳定性时应予以充分考虑,研究成果为LNG 储罐罐体稳定性研究提供理论基础。
周军 马骐 梁光川 宋泞杉 文韵豪 李虹
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针对以往二维平面条件下确定天然气管道最优路径难以符合真实环境的情况,利用GIS 软件Global Mapper 提取高分辨率离散化三维地形数据,建立DEM 数字高程模型。基于DEM 模型,以天然气管道长度最小为评价指标,管道弹性敷设曲率半径为约束条件,建立地形起伏地区管道路径寻优模型,采用改进的Dijkstra 算法(A* 算法),应用启发式搜索方式,求解两点间最优的曲面路径。通过实际地形模拟分析表明,基于Global Mapper 建立DEM 数字高程模型工作量小、精度高,能够有效作为模拟地形;A* 算法具有更好的全局收敛性和计算鲁棒性,适用于管道路径寻优模型的求解,能够有效减少管道总长度,降低路径的起伏程度。
江国业 刘兵
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为了除去输油管道弯管低洼处的泥沙颗粒杂质,利用Fluent 进行数值模拟,研究油流流速、弯管上倾角、颗粒粒径对泥沙颗粒运动规律的影响,利用Origin 对模拟数据进行拟合处理,分别得到油流流速、颗粒粒径、弯管上倾角与压力梯度的函数关系式。结果表明:随着油流流速和弯管上倾角增大、颗粒粒径减小,管道压力梯度越大;油流流速与压力梯度的函数关系式斜率最大,因此油流流速对弯管压力梯度的影响最大。此外,对上倾角与压力梯度、颗粒层迁移速度之间的关系进行了分析,在该研究模拟工况下,应尽量选取小于30°的弯管上倾角。
陆诗建 张金鑫 高丽娟 赵东亚 朱全民 李欣泽 李清方
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由于中国CO2 的排放量较大且来源地与使用地相距较远,管道输送是目前最经济、使用最广泛的输送方式。以100×104 t/a CO2 输送工程为例,采用Pipephase 仿真软件建模,分别对气相、液相和密相(超临界)三种相态的CO2 在不同管径和温压条件下的输送过程进行模拟。结果表明:气相、液相、超临界3 种管输方式在不同管径下的压降均不大,压降基本只受输送距离的影响;管道密度和黏度在气相输送时基本不受输送距离、温度及压力的影响。液相和超临界输送时主要受温度影响。管道在气相输送时,应避免在高压和准临界区域运行。液相输送时,应选择在较高压力下运行。超临界输送时,应尽量避免温度压力到达临界点。综合对比分析,对百万吨CO2 输送工程,中长距离、途径人烟稀少区域CO2 管道优先采用超临界输送;中短距离、人口密度高区域优先采用气相或液相输送,研究成果为保证将来建设的CO2 输送管道能够安全、平稳、高效、经济运行具有重要意义。
季廷伟 王树立 陈磊 陈宏 赵书华
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海底管道表面很容易因为腐蚀形成缺陷点,该类缺陷点具有深度大、传播快且检测困难的特点,对管道泄漏等事故存在很大的潜在风险。通过数值模拟的方法对X80 海底管道钢表面存在腐蚀缺陷时缺陷点内部对阴极保护产生的屏蔽作用进行了研究。利用有限元方法模拟缺陷处的局部电位和阳极/阴极反应电流密度。结果表明:在腐蚀缺陷处阴极保护电流被部分屏蔽,特别是在缺陷的底部位置。缺陷处对阴极保护的屏蔽随着缺陷深度的增加和宽度的减小而越来越强。所得结果可为海底管道现场腐蚀状况和剩余寿命的估计提供指导。
刘占良 李柏鹏 刘洋 曹学文 孙媛
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为有效清除湿气集输起伏管内积液,设计加工了一种涡流工具。通过Fluent 数值模拟与试验分析不同气液相折算速度入口条件对涡流工具排液效果的影响,对涡流工具的工作效果进行了评价。结果表明:安装涡流工具后,上倾管内液相回流及底部积液现象有所缓解,上倾管内维持环状流流型,持液率有所下降。涡流工具的排液与降压能力和气液相折算速度、管路倾角有关。在倾角一定的情况下,气相折算速度越大,涡流工具的排液降压能力越强;在相同气、液相折算速度入口条件下,管路倾角越小(0°~45°),涡流工具的排液降压效果越好。
黄维和 郑洪龙 李明菲
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随着社会经济的不断发展,中国油气储运行业规模逐年扩大,技术及管理水平持续提升。回溯了国内外油气管道的发展历史,总结了目前中国油气储运行业在易凝高黏原油输送、油气管网集中调控、材料与装备国产化、管道工程建设及运行管理方面的诸多技术成就。分析了当前全球能源革命和科技革命所带来的能源消费结构及相关技术的发展变化,剖析了这些变化对油气储运行业产生的深刻影响和巨大挑战。针对油气储运行业当前面临的设施安全、系统可靠性及大数据应用等问题,展望了发展方向。
何国玺 汤东东 王剑波 梁永图
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混油拖尾现象与批次跟踪的准确性、调度计划的可靠性、切割方案的经济性密切相关,准确描述混油拖尾现象对控制混油量、预测油品质量指标十分重要。分析混油拖尾曲线的变化规律,建立混油界面非对称分布的模拟模型。基于混油界面检测数据得到浓度分布特点和其梯度变化规律,分别利用Gamma、Gamma-χ 2 分布函数逼近浓度梯度变化曲线。反演出分布函数中的关键参数后,得到混油浓度的分布曲线。基于此,分析不同边界条件和运行工况下管道系统各参数与分布函数参数的关系,得到拟合公式,进一步利用部分数据预测完整浓度分布曲线,以实现浓度曲线的实时在线预测,从而为顺序输送混油量预测和油品切割提供有效指导。
李春雨 冯昕媛 李本全
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以两东管道和柴北缘管道为例,利用内检测数据分析、焊接工艺评定及腐蚀机理分析等手段,对微含硫天然气管道内腐蚀原因和机理进行分析,并提出腐蚀控制建议。不考虑内检测误差,两东管道和柴北缘管道内部管壁局部腐蚀点平均腐蚀速率分别为0.126 mm/a 和0.008 6 mm/a,实验室腐蚀模拟试验测得工况条件下管体均匀腐蚀速率分别为0.006 9 mm/a 和0.007 mm/a。焊接工艺分析表明金相和硬度满足相关标准要求,当前焊接工艺满足要求。两东管道及柴北缘管道产生腐蚀的主要原因为输送的天然气中含有少量H2S 气体,在脱水脱烃不彻底的情况下,在管道内形成湿H2S 环境,导致管体电化学腐蚀。两东管道内相对较高的H2S 含量和较湿润的环境是两东管道内局部腐蚀比柴北缘管道内局部腐蚀严重的主要原因。此类管道应严格控制输送的天然气水露点低于环境温度5 ℃以下,同时定期清管,以便减少和排除管内积液;可设置腐蚀监控点,定期进行壁厚测试。
刘春 高云杰 何邦玉 王元刚 周冬林 李建君
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中国适合建库的地质条件为层状盐岩,造腔盐层段具有厚度小、夹层多、含盐品味低等特点,地质结构决定了中国盐穴储气库造腔设计不能完全借鉴国外设计经验。根据近十年来盐穴腔体造腔设计和现场实践,首次提出了适合层状盐岩造腔设计键参数的选取原则,填补了国内空白;并基于此原则编制了初步造腔设计与调整方案,以指导现场造腔,效果良好。同时在现场造腔跟踪期间,形成了造腔动态分析、阻溶剂界面监控、造腔进度跟踪及声呐测腔等一系列跟踪与监测技术,有效避免和减少现场造腔异常并及时发现造腔突发问题,保证腔体建造期间正常有序。研究成果可为其他盐穴储气库建设提供设计依据和技术支持。
曹学文 王报春 孙媛 温家铭 吕玉海 陈虎
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针对气田集输管道易发的积液问题,将井筒中常用的泡沫排液技术创造性地应用至集输管道。通过环道测试、高速摄像、数据分析等方法探究发现,泡沫排液技术在起伏管道内表现出排液和减阻两种效果,并进一步研究了入口条件、管道起伏角度及发泡剂加注浓度等因素对上述效果的影响。试验发现:管道相比井筒更小的起伏坡度会影响管内泡沫的发泡程度,使流体的泡沫质量处于泡沫分散区或泡沫干扰区,而促使泡沫流体进入稳定泡沫区是保证泡沫排液技术在地面起伏管道内有效的前提。当工况为低含液率、大倾角起伏管道以及高于临界胶束浓度的加注浓度时,泡沫排液技术表现出更好的排液和减阻效果。建议现场作业改变原有的加注方式,提高发泡剂注入量,并采用有效手段提高地面起伏管内流体的泡沫质量。
杨烨 陆学同 刘健 祁庆芳
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LNG 工厂是低温工程与储运工程的结合体,具有工艺流程复杂、仪表测控点繁多、设备设施管理任务重等特点,其冬防保温工作极为重要。以昆仑能源黄冈LNG 工厂为例,根据历年的天气记录、维修记录、冬防保温方案等相关数据及资料,运用灰色关联法与层次分析法,分别对停工与生产两种工况进行分析,制定不同工况下的冬防保温方案。结果表明:运用层次分析法,结合天气情况,对停工情况下的工况进行分析,科学制定冬防保温方案,全面保护LNG 工厂设备;运用灰色关联分析法,对正常生产情况下的工况进行动态分析,得出人力资源与物料成本最省的冬防保温方案。该方案为相似的LNG 工厂的冬防保温工作提供了参考,但具体运用时应根据LNG 工厂自身工艺特点及其所在地自然环境进行适当调整。
张大同 滕霖 李玉星 叶晓 顾帅威 王财林
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CO2 管输过程中,节流容易导致CO2 温降过大,威胁管道的安全运行。采用自主设计的CO2节流实验装置,进行了不同相态CO2 管内稳态节流实验,采集管内参数变化情况,分别研究了节流前后压差、节流前CO2 相态及杂质(N2)含量对CO2 稳态节流温降的影响。实验结果表明:CO2 的节流温降随节流前后压降的增大而增大,随N2 含量增大而减小;气态CO2 的节流效应最强,超临界态次之,液态CO2 节流效应最弱;节流前压力越大,相同压降的CO2 节流温降越小,节流前压力对气态CO2 节流温降的影响小于液态CO2
皮亚东 邓俊 石晓松 刘晓文 于金柱 曾惠林
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为提高长输油气管道施工质量和效率、降低施工成本,开展了应用内焊机+激光-电弧复合焊工艺的高效焊接方法研究。内焊机具有根焊焊接质量高、速度快的特点,激光-电弧复合焊具有熔深比大、变形小、高速的优势,结合两种设备的优点进行焊接实验。结果表明:采用内焊机+激光-电弧复合焊工艺能有效控制焊缝背面成形缺陷,尤其对于5:00-6:00 方向,使焊缝背面内凹得到有效解决;对焊后的焊缝进行射线检测和力学性能试验,满足现有标准的要求;金相观察发现,在顶点位置,焊缝钝边根部有未熔缺陷,其他位置焊缝区组织没有发现焊接缺陷。研究结果为后续激光-电弧复合焊应用于管道施工现场奠定了技术基础。
李柏松 王志学 任小龙 李晓明 张海勇 赵光志   谭东杰
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针对进口质量流量计价格昂贵、供货周期较长、售后服务不及时等问题,结合成品油管道特点,联合中国厂家研制了国产化质量流量计。国产化质量流量计在设计和制造方面采用全数字解算技术和稳定的传感器制造技术等专有技术,保障了产品的稳定性和可靠性。依托成品油管道现场建设了国产化质量流量计试验场所,采用串联方式与进口质量流量计进行比对。结果表明:国产化质量流量计运行稳定,与进口流量计相比,相对偏差较小,满足相关标准要求,首次实现了国产化质量流量计在成品油管道中的试验应用。
李文伟 陈自强 沈菊华
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为了优化液化乙烷船远洋运输能力,根据液化气船液罐装载极限的基本要求和液化乙烷的货品属性,从提高基准温度下货物的对应密度、充装极限两个方面研究了提高液化气船液罐装载极限的方法。将理论计算与液化乙烷船实际数据相结合,分析了BOG 的不同回收利用方式对控制乙烷密度的影响;为了使主罐体充装极限达到99.5%,在液罐顶部设置气室,并将液罐压力释放阀安装于气室顶部;同时,对液位测量、温度测量、再液化设备启动压力设定、应急切断响应周期、液罐尺寸等修正裕量系数开展了研究,得出了在满足约束条件下提高装载极限的方法。结果表明:该方法可使得液化乙烷在基准温度下的对应密度、充装极限分别提高6.67%~ 8.89%、1.5%,可在其他液化乙烷船储运中推广应用。
喻培丰 朱霄霄 张仕民
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针对有限实验条件下,建立超大长细比特征的海洋立管仿真模型存在的诸多问题。引用了深海平台系泊线系统最新的混合实验方法,通过Matlab 和Mathematic 软件对截断模型的弹性模量、轴向刚度及单位长度质量等特征参数进行优选,建立了合理的钢悬链线立管截断模型。通过有限元模拟对立管的全水深模型和截断模型进行力学特性对比分析,结果表明:截断模型的力学特性与全水深模型的力学特性相似,截断模型的计算结果准确。结合正态相似原理,可以得到适用于室内的小尺寸物理模型,为在有限的实验条件下进行模型仿真实验提供了理论支撑。
赵竹 董红军 吴琼 徐亮 潘志榆 王立坤 王洪超 岳春英
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泄漏监测系统在长输管道上的应用日趋普遍,但是管道运营单位对泄漏监测系统性能在认识上存在一些误区,这些误区一方面妨碍了运行人员有效利用泄漏监测系统来辅助分析工况变化,另一方面也使运营单位无法合理地评价泄漏监测系统的性能,无法有效分辨不同泄漏监测系统之间的优劣,严重削弱了管道运营单位的实际泄漏监测能力。总结了输油管道泄漏监测系统应用过程中常见的认识误区,并对这些错误认识逐一进行纠正,分析了错误认识产生的原因,从用户角度给出了提高泄漏监测系统性能的具体措施。结果表明:这些措施有助于管道运营单位纠正对于泄漏监测系统的错误认识,制订适合的检测、评价及管理办法,从而有效提升泄漏监测能力。
宋朝阳 刘威 姚天野
[摘要]浏览(1453)次
为实现城市市政管网运行安全风险的快速科学评估,通过网络调查和实地调研的方式对管网运行安全事故进行收集和统计,并分析了主要风险因素的事故影响机理,包括第三方破坏、腐蚀、老化和温度变化。基于此,建立了市政管网运行安全风险评价指标体系,其中指标评分采用半定量法,指标权重采用层次分析法。试验结合某工业园区的燃气管网进行风险评估,结果表明,各指标的评分依据易于确定,可操作性强,评估结果与调研情况符合较好,适用于市政管网运行安全风险的快速评估。
王喜 谢应明 权涛
[摘要]浏览(1188)次
以水合物的形式储运天然气具有储存压力低、安全可靠等优点,但水合物在天然气储运技术领域的应用还受储气量低、生成速度慢等因素的限制。以甲烷水合物为研究对象,通过试验研究了压力、恒温浴温度、表面活性剂SDS 质量浓度以及甲烷气体进气时间对甲烷水合物在冰浆中鼓泡生成的作用规律。试验的压力范围为4~6 MPa,恒温浴温度范围为-1~1 ℃,表面活性剂SDS 质量浓度范围为100~800 mg/L。结果表明:压力变化对最终的储气密度影响不大;恒温浴温度由-1 ℃上升至1 ℃,反应持续时间缩短了11.5%~17.4%,储气摩尔浓度降低7.4%~8.5%;适当延长进气时间,有助于缩短诱导时间,提高甲烷水合物的生成速率和最终储气摩尔浓度。
张继旺 张来斌 段礼祥 王耀楠
[摘要]浏览(1089)次
为了解决传统的叶尖定时技术在变转速条件下难以有效监测到叶片振动信息的问题,提出了一种基于多参考键相的变转速下叶片振动监测方法,即在转轴上均匀布置多个键相参考点,从而实现转速的精确估计,同时在这些参考键相间按照所囊括叶片数量插入虚拟参考点,利用这些虚拟参考点作为标记实现变转速下叶片振动的测量,该方法同样适用于恒转速下叶片振动的测量。基于所提方法推导了变转速状态下叶片振动测量的表达方程,并通过数值建模和实验仿真验证了该方法的可行性和适用性,分析结果表明:基于多键相的变转速下旋转叶片振动监测方法与传统方法相比平均相对测量误差从200%以上降至7%以内,突破了叶尖定时技术在变转速下难以测量的技术瓶颈。
丁家祥 刘军 梁德青
[摘要]浏览(1994)次
为了研究深水油气混输管道中水合物的形成过程及管道堵塞问题,结合凝析气生成水合物的相平衡曲线和CSMHyK v2.0 水合物动力学模型,使用OLGA 软件对海底立管和海底水平输送管路内水合物生成情况进行数值模拟。结果表明:在某海底管道工艺参数下,无论是立管还是水平输送管内都有大量水合物生成,立管和水平输送管路中水合物浆黏度分别增加了10 倍、18 倍。立管中从海底到海平面水合物生成速率由大到小,最后趋于零;水平输送管路中水合物生成速率保持不变。管道出口压力降低,水合物生成区域缩短,水合物浆的黏度大幅下降。立管和水平输送管路出口压力分别控制在3 MPa、2 MPa 可以避免水合物生成,保障管道的流动安全。
胡东 林文芳 叶成松 于鑫
[摘要]浏览(1612)次
航空煤油的微生物污染严重威胁其储存安全和飞机的飞行安全,因此航空煤油中的微生物检测尤为重要。详细介绍了目前应用于航空煤油污染微生物的主要检测方法包括传统微生物培养法、分析化学法、分子生物学法及间接检测法等,不同的检测方法在实际应用中各有利弊。存储状态的航空煤油存在大量的污染微生物,想要得到准确的污染微生物信息,应联合应用多种检测方法。
刘彦麟 彭星煜 姚东池 唐霏 徐鹏飞
[摘要]浏览(1119)次
为了预测管道腐蚀失效的发生及合理控制管道腐蚀,对油气管道腐蚀危害因素进行分析,建立其失效故障树。考虑到基本事件失效概率的准确性对故障树计算的重要性影响,引入D-S 证据理论和Atanassov 直觉模糊基本理论,对基本事件模糊概率计算方法进行改进。为提高故障树最小割集及顶事件失效概率的计算精度,建立基于修正的哈马邱尔积算子的最小割集基本事件并联系统失效概率分析模型,提出利用考虑基本事件的属性和分类的排序组合方法,求解多基本事件组合失效概率。研究结果表明,该方法可大幅提高顶事件失效概率的计算精度,为油气管道腐蚀的有效防护提供了理论依据。
李睿 蔡茂林 董鹏 陈朋超
[摘要]浏览(1248)次
为了有效对地震区油气管道所承受的附加应力进行检查,提出基于惯性导航技术的应变及位移检测方法,可对油气管道全线进行有效检测,及时发现管道位移和应变集中点。通过使用搭载惯性导航单元的内检测器对管道进行检测,并与地面标记点、里程计进行组合导航数据融合得到精确的管道中心线坐标后,进一步对管道弯曲应变进行计算,可有效查找管道全线的应变变化及位移区域,并能够检测应变变化量及位移变化量。通过牵引试验验证了应变检测的正确性及数据重复性,该方法为地震区长输油气管道的安全运行提供有效保障。
周亚薇 苏兰茜 刘军 何树生 张振永
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中俄东线天然气管道工程(黑河-长岭段)是中国首条OD 1 422 mm X80M 的大口径、高钢级输气管道。由于其潜在影响半径大,导致沿线高后果区数量多、情况复杂。因此,在初步设计阶段针对识别的高后果区进行风险评价是管道完整性管理的必要步骤,以确定安全、经济的管道路由,并为完整性管理打下基础。传统的风险矩阵等级划分一方面缺少精确的定量计算,可能导致风险评判结果不准确;另一方面,对于采用新材料、新工艺的中俄东线,缺少可借鉴的工程数据。介绍了一种改进的风险矩阵分析方法,采用定量分析方法确定失效可能性和失效后果的等级,从而结合风险矩阵明确了中俄东线既定路由高后果区的风险等级,论证了目前路由的合理性。
王光卿 毕海胜
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储罐罐底腐蚀乃至穿孔事故严重威胁了储罐的运行安全。联合采用声发射和电化学技术研究了常压储罐底板钢Q235 试样在质量分数为3%,pH 为2 的酸性氯化钠溶液中的点蚀行为,分析了点蚀过程中各阶段产生声发射信号的幅度、能量、撞击数、持续时间、上升时间等特性参数随时间的分布,以及多个特性参数之间的相互关联,同时将声发射监测结果与电化学极化结果进行对比。研究结果表明:底板钢点蚀阶段声发射监测结果与电化学极化结果具有一致性,氧化膜的剥离和破裂、蚀坑的形成和扩展、腐蚀产物层间的摩擦和开裂行为产生的声发射信号特征具有明显差异,提取这种特征对评估常压金属储罐罐底声发射在线检测结果,判断腐蚀程度,鉴别腐蚀类型具有一定的指导意义。
李振北 邱长春 杨金生 孟霞 田瑜
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基于压电超声管道腐蚀检测技术,研制一套适用于油、水等液体长输高压管道的64 通道压电超声腐蚀检测原型机,并开展原型机整机静态和动态测试工作,验证结果表明:由电子系统、机械载体、传感器支撑结构、里程信息采集单元、超低频发射和接收单元组成的跟踪定位系统均满足设计指标和性能需求,能够获得良好的检测数据质量。64 通道压电超声管道腐蚀检测技术及原型机试验的成功,对于提高中国压电超声管道腐蚀检测技术的研发能力,促进管道检测技术手段的多样化具有重要的推动作用。
张泽霆 陈英 陈东 顾强 潘莲莲
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化学洗涤法修复石油污染土壤具有修复时间短、操作简单、能耗低、适应性广、可资源化回收洗脱石油等优点,从表面活性剂复配、助剂应用、过程强化以及石油污染土壤性质的影响等方面对近年来化学洗涤法修复石油污染土壤的研究进行了综述。为推动该方法的实际应用,还应深入研究表面活性剂之间、表面活性剂与助剂之间的相互作用机制,系统研究石油污染土壤性质对洗涤工艺的影响,加强降低化学洗涤对土壤性能影响的方法研究,深入开展洗涤废水回用及有效处理的研究。
鄢标 张广晶 高强 肖坤
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普光气田是中国特大型高含硫酸性气田,随着气田不断开采,集输工艺管道腐蚀问题日益突出。对普光气田高含硫输气管道所用L360 管线钢开展应力-应变参数测试试验,采用solid186 单元对含缺陷腐蚀管道进行建模,基于非线性有限元隐式积分算法与塑性失效准则,分析了腐蚀缺陷参数对高含硫输气管道极限承载能力的影响规律,并通过静水压爆破试验,验证了模型的正确性。结果表明:腐蚀缺陷对高含硫输气管道强度的影响主要表现为局部应力集中;缺陷深度系数对高含硫输气管道极限承载能力影响最大,缺陷长度系数影响次之,缺陷宽度系数影响最小。研究成果为普光气田高含硫输气管道剩余强度评价提供了理论依据。
史洺宇 齐梅 易成高 白建辉 张书豪 刘点玉
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苏联解体后,中亚-里海地区在复杂的社会形势和地缘政治下,采取了多元化开放型能源开发战略,许多大型跨国石油公司获得了地区资源国政府的支持,实施能源先导输出战略。地区资源国国家石油公司与跨国石油公司多方合作,打开了能源消费国的市场,以此缓解来自于俄罗斯的政治压力和经济压力。同一时期,被俄罗斯控制主要气源的欧盟也寻找多元化天然气进口的方式;美国通过“大中亚战略”及“新丝绸之路”,同俄罗斯在独联体国家推行的能源发展战略相对应。在能源博弈中,许多具有政治意义的管道被相继提出,包括乌津-阿特劳-萨马拉管道、中亚- 中央管道系统、里海财团管道、南方天然气走廊、纳布科管道、南溪管道、土耳其流管道、跨里海管道、中国-中亚管道、TAPI 管道、IP 管道等,其中多条管道已建成,部分管道项目进展缓慢、搁浅甚至终结。面对低油价、新形势以及中亚-里海地区油气输出博弈的“新常态”,中国应以“一带一路”为指导,充分发挥能源合作在地区的作用,积极寻求国际油气项目合作机会,将协同效应最大化,进一步扩大中国在沿途各资源国的影响力。
韩烨 孙伟栋 席少龙 孙霄 阮伟东
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基于ABAQUS 软件建立了地基-管道-堆载三维有限元模型,探讨了腐蚀缺陷作用下占压管道的应力和变形情况,研究了管道埋深、管道内压、堆载荷载以及腐蚀缺陷位置对埋地管道力学性能的影响作用。结果表明:增加管道埋深可以有效缓解管道应力分布,但同时会增大开挖工程量;当管道内压达到一定程度时,腐蚀缺陷作用下管道最大应力主要由管道内压控制,地面堆载荷载对其影响不大;管土切向摩擦因数对埋地管道力学性能影响较为显著,管道应力随着管土切向摩擦因数增加而近似线性增大;当腐蚀缺陷相对于管道截面的角度位置为5 点15 分方向时,腐蚀缺陷作用下埋地管道应力最为危险。
魏碧霞 杨晓翔 陈仲波
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管道设计审查阶段的风险评估,可使管道在建设初期消除一些安全隐患,进一步预估后期可能出现的问题,及早做好预警措施和方案。通过管道风险评估规范分析对比,介绍现有国家法规对城镇燃气管道设计审查阶段风险评估的规定,通过实际工程应用,基于GB/T 27512-2011《埋地钢质管道风险评估方法》分别对管道的失效可能性(包括设计控制、施工控制、第三方破坏控制、腐蚀控制4 个方面)以及管道的失效后果进行风险评估,最终获得该管道在设计审查阶段的风险值及风险等级,同时根据各因素分值分布对管道设计施工提出降低风险的建议,保障管道的安全运行。
宫爽 陈光联 赵园园
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黑龙江穿越管道是中俄东线的控制性工程之一,穿越方案的选择受地质条件、环境安全保护、施工周期、费用等多方面影响,详细查明穿越区地质条件,可为穿越设计和施工提供准确的地质资料和参数。在初步设计阶段通过多种勘察手段详细查明穿越区地质条件,搜集并利用地震评价、防洪评价等资料,从区域稳定性、水文条件及穿越层位岩土性质等方面阐述穿越场地的适宜性,分析穿越断面的地层结构、岩性特征、河床稳定性及冲刷趋势,进行管道穿越方式的比选,提出穿越设计和施
工应注意的问题,为穿越设计和施工方案提供了合理化建议。
谢萍 杨明 尚臣 杨坤 陈宏远 李鹤
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为了分析天然气管道爆破对同沟敷设管道性能的影响,基于管道断裂控制试验场开展了X90全尺寸气体爆破试验,分析管道爆破对同沟敷设管道变形行为、管材性能的影响。研究表明:天然气管道爆破会引起同沟敷设管道发生明显的弯曲、压扁变形,且管道中间管段的椭圆度较大。在热辐射作用下钢管的性能发生了明显变化,裂纹的扩展抗力降低,且随着壁厚增大,显微硬度呈先升高再降低的趋势,受热层厚度约为700 μm。热辐射能显著影响钢管的微观组织,受热部位表面组织晶粒发生一定的粗化,失去了原有生长取向,而深层组织的变化较小。
罗强 吴瑕 贾文龙 李长俊 贾彦杰
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大落差地区的天然气管道清管时,受地形起伏和管道积液量的影响,清管器的运行速度容易发生剧烈波动;清管器与管道在弯头处碰撞,形成冲击载荷,威胁管道运行安全。以中缅天然气管道龙陵输气站至保山输气站大落差管段为例,基于管道仿真技术,分析清管器最大运行速度与管道压力、输量、积液量之间的关系,指出积液量是影响清管器最大运行速度的主导因素;确定了管道应力不超过管材许用应力条件下的清管器最大允许运行速度,以及与之相对应的最大允许积液量;将积液量与管道输量、两端压差关联,提出由管道输量和压差所表征的管道安全清管工艺条件,为判断大落差天然气管道安全清管条件提供了可靠、实用方法。
祝守丽 李长俊 马志荣 彭鹏 田雨 朱宝茹
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为了研究多种因素对含蜡原油停输再启动压力的影响,搭建了小型环道模拟实验装置。在停输再启动调试实验中,发现环道存在数据重复性差、油样屈服值与实际不符、轻组分挥发大和控温不准等问题,对环道进行了改造。摸索出一套合理的操作方法与步骤,并研究了静置时间、热处理温度、再启动频率、再启动温度、静态降温速率等多种因素对停输再启动压力的影响。实验结果表明,该实验装置能够完成不同油样、不同管径测试段的停输再启动实验,有助于开展含蜡原油停输再启动研究。
王春雨 赵传鼎 胡谋鹏
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地下水封储油洞库是大断面地下洞室,其洞室断面的大小对于整个洞库的稳定性起着关键作用。在洞室拱顶高度一定的情况下,分析了尺寸为18 m×25 m、19 m×28 m 及20 m×30 m 的3 种断面方案,通过数值分析,结合地质条件和地应力等情况,得到最优断面为18 m×25 m。地下水封储油洞库一般是由几条平行的洞室组成的几组洞罐,每组洞罐间不允许串油,相邻洞室的间距对于洞室的稳定性和阻隔油品互串有重要作用,采用Hoek-Brown 模型在3 种断面方案的情况下,分析相邻洞室间距分别为2 倍洞宽、1.8 倍洞宽及1.5 倍洞宽时,两个相邻洞室间的相互影响,给出开挖后洞室直墙处的塑性区深度,进而判断洞室间距的合理性,对工程实践具有一定的指导意义。
杨盛泉1 龚晨1 刘萍萍1 巩万福2 孟栋轩2
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针对当前油田输油泵测控中存在劳动强度大、故障处理延迟长、测控精度低、多泵协调工作能力弱等缺点,采用自顶而下层次化的方式设计了基于物联网的油田输油泵远程DCS系统,系统总体架构包括DCS层、服务层及扩展层。详细介绍了站点自治区域物联网DCS控制详细结构,并具体给出了其感知层、网络层、应用层的设计内容。重点论述了DCS层物联网传感器节点、协调器节点的硬件设计,以及整个系统的底层程序与上层软件的软件设计。应用实践DCS系统为油田设备远程监控提供了非常好的测控模型与设计方法。

姜修才 夏国发 曹文明 刘珊珊 史左辉
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在油气管道的长久运营过程中,由于自然、人为等不可预见因素影响,不可避免的会发生管道突发性穿孔泄漏事故。为了最大限度降低事故引起的损失,通过借用软性绑带能够快速勒紧束扎的特性,结合橡胶件压缩密封的原理,开发出了一种能够在管道还有微正压、微泄漏的情况下临时堵漏的软质捆绑卡具。相比刚性卡具,软质捆绑卡具具有轻质、可变形、不剥防腐层、成本低、安装快速等优点。对临时封堵完的管道再辅以钢制凸型套袖管件,更能实现快速、低成本的永久抢修。同时,在试验台进行了软质捆绑卡具的动态堵漏测试试验,试验表明:软质捆绑卡具安装方便、承压能力强、安全可靠,为油气管道泄漏的安全、快速、低成本维抢修提供了有力支撑。

鲁佳琪 李学军 张兴龙 张志坚 余东亮 李林 罗光成
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中缅原油管道穿跨越4条国际性河流,溢油控制技术的研究尤为重要。通过对围油栏种类及布放方式的分析,提出了不同工况下围油栏干舷和栏裙高度的选择,给出了水流速度、围油栏最大布放角及受力的计算方法,并提供了多种围油栏布放技术。怒江汛期最大水流速度可达3.6 m/s,国产激流型围油栏仅能适用于怒江枯水季节,在汛期时仍无法布放成功,结合怒江溢油控制实例,测得了国内某激流型围油栏实测最大布放角度及受力数据,为进一步开展激流型河流溢油控制技术的研究提供了参考。

王同吉 陈文杰 赵金睿 王剑琨
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海水开架式气化器(Open Rack Vaporizer,ORV)和浸没燃烧式气化器(Submerged Combustion Vaporizer,SCV)是LNG接收站LNG气化的重要设备。ORV运行成本远低于SCV,但在冬季海水入口温度较低时,ORV操作负荷受到限制。对海水入口温度2~6 ℃时ORV的运行情况进行测试,提出了ORV达到最大操作负荷的判定标准。通过Origin软件对海水入口温度、海水出口温度、LNG流量运行数据进行拟合,得到了ORV最大允许LNG流量函数式,可以较精确地计算不同海水入口温度下ORV能够处理的最大LNG流量。利用该函数式,结合某LNG接收站2015-2016年冬季外输量,得出了ORV和SCV运行模式优化方案。通过最大程度利用ORV进行气化外输, LNG接收站冬季气化成本节约达到1 070×104元。

杨芳芳 谭永忠 郑小彦
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为解决车用柴油升级导致镇杭管道顺序输送产生的航煤混油无法处理的难题,结合生产现状,创新性地提出并实施两套可同时进行的方案,即可暂时解决问题的混油调和降级处理方案和可长远解决问题的低硫航煤隔离输送项目改造方案。前者将航煤混油与车用柴油按1:3的比例调和,并降级成普柴处理,可暂时解决混油无法处理的难题,有效缓解罐容压力,但效益损失较大。后者用硫含量低于10 mg/kg的低硫航煤作为航煤的油头和油尾隔离输送,产生的低硫混油直接回掺至车用柴油罐,无需再单罐储存。低硫航煤隔离输送航煤的工艺,在不改变一管多用的前提下,彻底解决了航煤混油处理难题,每年减少效益流失逾两千万元,对成品油管道顺序输送航煤混油的处理有借鉴意义。

李霄 杨永春 杨涛 朱健
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为了研究结蜡分布和结蜡厚度对原油流速、压力的影响规律,解决原油在输送过程中管壁结蜡对管道输送带来的能量损耗及安全隐患。采用简化结蜡模型,利用计算流体动力学软件Fluent对结蜡和无结蜡直井中内置电缆连续油管的流场进行三维数值模拟。结果表明:原油进入结蜡管道后,沿井筒轴线缓变流动,在结蜡起始位置和结蜡终止位置附近,原油流束局部会相应地收缩或扩张;由于存在石蜡层,过流断面不再是环形,流速云图也脱离了轴对称分布,流速峰值出现在过流断面未结蜡的部分且明显增大,无论是否结蜡,流速径向分布曲线均为抛物线型;结蜡井筒与无结蜡井筒过流断面处压力相等,且过流断面压力由入口向出口降低;结蜡井筒除了沿程能量损失外,还存在局部能量损失,因此井筒能量损失更大。

谢芳1 刘德俊1 杨正伟2
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压力容器在制造过程、疲劳与复杂应力状态下都会产生裂纹,这些裂纹的存在会影响到容器的安全使用,因此对容器内外壁同时存在轴向双内外裂纹相互作用对应力强度因子的影响进行深入研究。利用ANSYS、FRANC 3D 有限元软件建立含内外壁轴向裂纹的柱形压力容器模型,分析不同裂纹深长比的内外裂纹在静、动态下的相互作用对应力强度因子的影响,拟合得到不同裂纹深长比下名义应力强度因子的变化曲线,并发现裂纹相互作用对深长比小的裂纹扩展起到促进作用,而对深长比大的初始裂纹的扩展则起到抑制作用,从而为不同深长比的多裂纹相互作用下的扩展机理与多裂纹断裂失效评定问题研究起到借鉴作用。
施宁1 李亮亮1 宋小晖2 李大东3 白路遥1 马云宾1
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水工效能评价方法可以针对管道沿线大规模、不同种类水工样本进行评分排序,从而有针对性地进行维护、修缮、投资分配等。通过近十年的实践与现场应用,传统水工效能评价存在不完善之处。介绍了水工效能评价的基本理论与实现方式,提出了针对不同水工实际特点进行评价的方法,结合实例对现场评价结果进行了分析论证。结果表明:针对不同水工特点进行的优化评价可以细化评价等级,更有针对性地进行投资,对提高管道安全性能具有指导作用。
李岩松 梁永图
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投产是保证成品油管道后续安全运行的关键环节,需提前制定可靠的投产方案。目前,投产方案大多依据实践经验进行编制,无法准确预测投产过程中管道沿线各点水力状况。为了确保大落差成品油管道投产过程的安全,针对水联运投产的3 个阶段,分别建立了相应的数学模型。利用该模型,计算了大落差成品油管道投产过程中全线的水力参数;预测了充水扫线阶段全线不满流段的分布位置和长度;给出了投产过程各个阶段的配泵方案;实现了油水置换过程中油水混合物体积和油水界面的监测。研究结果可为大落差成品油管道投产方案的制定提供参考。
吕超
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为研究某储气库注采气管道的内腐蚀情况,运用干气管道内腐蚀直接评估方法和湿气管道内腐蚀直接评估方法对该管道进行评估,包括预评估、间接检测、详细检查和后评估4 个步骤。在预评估阶段,结合该管道不定期双向流动的特点,从里程和时间两个角度划分ICDA 分区;间接检测阶段,运用湿气管道内腐蚀直接评估方法对采气过程进行评估,运用干气管道内腐蚀直接评估方法对注气过程进行评估,其中既考虑正常采气或注气阶段,也考虑了较长的停输时期;详细检查阶段,利用超声波测厚仪对该管道进行壁厚测量,确定该管道是否存在内腐蚀;在后评估阶段评价该管道再评估周期。评估结果表明,该管道存在内腐蚀,但缺陷处剩余强度未受到显著影响。
韩宝坤 蒋相广 孙树志 刘明 秦敏
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城市天然气中低压管道弯头处一旦遭受破坏,后果严重,修复过程复杂。为了更好的对城市管道进行泄漏监测、定位、维护,开展了中低压管道弯头处泄漏流场和声场的研究。将弯头简化成弯管,采用软件联合模拟仿真,使用ICEM进行结构网格划分,在FLUENT中进行流场分析,把脉动数据导入Virtual.Lab Acoustics进行泄漏管道的声学分析。建立弯管孔泄漏试验台,将模拟结果与试验结果进行对比,结果表明:泄漏孔处气体流动复杂,流向多变;泄漏声波能量主要集中在10 Hz以下,声压级随管道压升高而升高;声源主要是喷流区域的四极子声源和泄漏孔壁的偶极子声源。此研究为城市天然气管道发展和安全运行提供参考。

李柏松 王学力 王巨洪
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伴随工业4.0 时代的来临,数字孪生体(Digital Twin)概念蓬勃发展,在航空航天、汽车制造、军事、能源等行业中逐步得到应用,为其在管道行业的应用发展起到良好示范。介绍了数字孪生体的内涵和发展演化过程,分析了数字孪生体在产品设计、飞机故障预测、汽车制造、电厂发电机组智能健康管理、复杂产品装配等行业应用的做法和案例,并从管道设计、调度优化、管道设备运行维护、管道全生命周期管理4 个方面探讨数字孪生体在油气管道中的应用前景。为真实管道系统与虚拟管道系统的信息交互及融合提供新的技术手段,实现虚拟管道仿真优化结果,指导真实管道建设运营业务优化,有利于促进智慧管网建设。
张大同 滕霖 李玉星 叶晓 顾帅威 王财林
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管输CO2 过程中,含水率是影响管道腐蚀速度的重要指标,为确保管道的安全运行,必须准确计算CO2 的含水率。提出了两种含水率计算方法,分别是简化的热力学模型法和实验数据拟合的经验公式法。简化的热力学模型法利用Peng-Robinson 状态方程计算相关物性参数,采用φ -γ 方法对CO2-H2O 两相体系进行描述;而实验数据拟合的经验公式法则是采用现有的实验数据,拟合气态和超临界态管输CO2 含水率计算经验公式。经与现有文献的实测进行对比验证可知,管输条件下两种方法的计算精确度平均误差分别为1.40%和6.69%,均满足工程计算要求。根据误差分析结果,分别给出了两种方法的适用范围,研究成果对管输CO2 管道的运行管理及其上游处理工艺的设计具有重要意义。
毛平平1 徐巧云1 代小华1 王维国2 郑双喜1 徐铭3
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中国寒冷地区输气管道站场日益增多,但对站场保温设置没有充足认识及重视。为保障站场运行安全、节约运行成本,进行了站场保温设置的原则及必要性研究。通过分析保温对停输管道温降的影响,得出设置保温对维持管壁温度的效果;通过分析保温对站内热损失的影响,得出设置保温对节约运行成本的效果。结果表明:设置保温对维持停输后管壁温度、降低站内温降损失效果显著;提出根据达到设计输量年限确定站场是否设置保温的原则;加热设备选型需充分考虑站内温降等事项。该技术研究成果已在我国东北地区哈沈线、中俄东线中应用,可进一步指导后续同类工程的建设。
刘少山1 李广群1 仝雷1 徐庆磊1 张健2 邹文彬1
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空冷器是压气站的重要工艺设备之一,具有保护输气管道安全,提高输气效率的功能。常用的空冷器设置方案有集中后空冷方案和单机后空冷方案,但对于输气管道压气站场,选择何种方案设置空冷器,在以往的设计文件中鲜有提及。比较了国内外相关标准规范对两种空冷器设置方案的规定,分析了两种空冷器设置方案的影响因素。以中俄东线输气管道为例,对两种空冷器的设置方案进行了定性和定量分析,通过经济比选可知,单机后空冷方案略优,且控制更为灵活,确定中俄管道采用单机后空冷的设置方案。最后对空冷器设置方案提出了建议,以供相关设计人员、运行单位参考。
苗青1 张劲军2 徐波1 闫锋1 李鸿英2
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易凝高黏原油管道在运行中存在初凝、凝管及蜡堵等流动安全风险,传统研究方法和现场经验方法由于忽略影响流动安全各主要因素(原油物性、流变性,管道周围环境、气象因素及运行参数等)的波动性,取统计平均值的方法来确定计算参数,因而无法综合评价和预测各参数变化的协同效应对管道流动安全的影响。为此,中国石油管道科技研究中心和中国石油大学(北京)借鉴“基于可靠性的极限状态方法”在其他行业和技术领域的尝试和应用,首次将该理念和方法引入对陆上长距离易凝高黏原油管道的流动安全性评价上,建立了评价体系,开发了相应的软件平台,实现了对国内主要原油管道的流动安全评价,推动了储运工艺研究理论和应用的发展。

古自强1 刘小龙1 张晓松1 韩亮2 刘忠3
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陈海宏1 左丽丽1 张志军2 宋进舟2 郭悠悠2 吴长春1
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针对单点注入、多点分输的成品油管道,提出了批次计划优化的两阶段法。第一阶段以计划期内管道沿线各站场分输/注入每种油品的需求体积未完成值之和最小为优化目标,用贪婪算法确定一个可行的管道首站输入计划;第二阶段为根据第一阶段获得的管道首站输入计划,以计划期内管道沿线各管段流量随时间波动的幅度之和最小为优化目标,采用模拟退火算法优化各分输站分输计划。以某成品油管道的历史运行计划为例,验证了该方法的有效性,为成品油管道批次计划优化软件的开发提供了技术支撑。

耿紫星1 朱海龙1 王大鹏2
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为降低成品油运输成本,针对成品油从产地(炼厂)至销售终端(加油站)的全程运输优化问题,分析了线性规划在成品油物流优化实际应用中运算数据量较大、加油站和油库至发货地的单位数据不全等问题,传统的一二次物流优化模型由于分次优化脱节,影响整体优化效果;通过构造资源中心,定义资源中心至炼厂、油库的运价公式,建立新的综合运输优化模型,并提出了综合运输优化模型的算法和步骤;经过实例分析,利用LINGO软件进行测算和求解,结果表明:该模型可以有效解决一二次运输优化模型中存在的分次优化脱节的问题,优化后总运输费用较一二次运输优化模型优化结果低,且解决了线性规划方法在成品油物流优化应用中运算数据量较大的问题。

周建1 刘夏兰1 吴杨洁2 谢雯娟1 卢爱婷3
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以川渝地区天然气蛛网式管网系统为例,深入分析了其历史成因、结构特征及优势,以及在天然气产业发展中的特殊作用。蛛网式管网系统的核心价值在于通过环状化、网状化和压力分布式布局,提高管网覆盖密度和市场适应能力,进而高效促进市场发展;对产业发展的主要作用是确保安全稳定供气,高效培育市场,形成完整产业链并协调发展、联通区域内外市场,成就一体化管理特色优势。主要启示:加强顶层设计引导大型区域管网蛛网式布局;构建天然气运输物流系统助力现代天然气市场体系建设;以用气需求为导向依托蛛网式管网系统打造天然气供应生态新局面。

李华1 王珂2 王东2 廖柯熹3
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清管过程中,在清管器前段所聚集的杂质和管道内壁摩擦力的共同作用下,清管器皮碗会发生较大振动,甚至会导致皮碗发生变形,从而降低清管作业的有效性。基于LuGre 模型和Stribeck曲线,描述了清管器皮碗与管道内壁间非线性摩擦力的变化规律,通过合理约束清管器皮碗径向的自由度,建立了由集中质量弹性微元体表征的清管器自激振动模型。采用Matlab 仿真软件,对DN 200 管道皮碗清管器不同工况下的自激振动规律进行分析,结果表明:随着过盈量的增加,皮碗清管器的振幅随之增加;随着清管器运行速度的增加,皮碗清管器振幅先增加后降低。建立的天然气管道清管器自激振动模型及影响规律,为合理选择皮碗清管器过盈量和清管运行速度提供了依据,可有效提高天然气管道清管安全性与有效性。
廖柯熹1 敬佩瑜1 梁曦2 赵建华1 张淮鑫3
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输气管道因压力或温度骤变、脱水不达标、清管不及时等因素很可能造成管道完全堵塞,严重影响其正常运行与平稳供气。针对管道堵塞定位问题,现有方法尚处在理论分析与实验阶段,还无法满足现场实际需求。以某输气管道为例,采用SPS仿真软件,模拟分析输气管道堵塞对沿线特别是近端点500 m处的压力与流量的影响,验证现有压力或差压变送器对这些瞬变参数监测的可行性。结果表明:当输气管道起点与终点压力保持恒定时,一旦某处发生完全堵塞,该处上游的压力因气体压缩而迅速升高,反之,下游的压力因气体膨胀而迅速降低,突变压力波将分别在堵塞点上、下游管段内来回传播,波峰将逐渐衰减,直到两管段沿线各点压力分别达到起、终点压力时,两管段内无气体流动;距堵塞点越近,压力与流量波动越明显,且达到稳态的时间越短,这对基于压力与流量监测的输气管道堵塞定位方法开发具有重要的理论与实际意义。

杨东宇 张世富 张冬梅 陈畅 杨泽林
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在国内油气管道安全防护日益严峻的形势下,长输管道应急事故救援力量难以开展真实工况训练,由此设计了由短距离装配式钢质管道与调节阀组成的长输管道事故模拟实装训练辅助装置,并进行相应的现场试验。结果表明,调节阀在某一特定开度下的实际压差流量曲线与相应长度的同管径管道的阻力特性基本一致,进一步验证了选用调节阀模拟长距离管道水力摩阻的可行性。该装置通过铺设短距离的管道,能够在有限场地条件下实现与实际管道一致的上下游泵站工况,起到“以短代长”、减小训练规模和降低管道铺设工作量的作用,并且能够达到模拟与真实管道泄漏、堵塞及阀门误动作一致的事故工况,提高训练水平和效益。

杨东宇 张世富 张冬梅 陈畅 杨泽林
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在国内油气管道安全防护日益严峻的形势下,长输管道应急事故救援力量难以开展真实工况训练,由此设计了由短距离装配式钢质管道与调节阀组成的长输管道事故模拟实装训练辅助装置,并进行相应的现场试验。结果表明,调节阀在某一特定开度下的实际压差流量曲线与相应长度的同管径管道的阻力特性基本一致,进一步验证了选用调节阀模拟长距离管道水力摩阻的可行性。该装置通过铺设短距离的管道,能够在有限场地条件下实现与实际管道一致的上下游泵站工况,起到“以短代长”、减小训练规模和降低管道铺设工作量的作用,并且能够达到模拟与真实管道泄漏、堵塞及阀门误动作一致的事故工况,提高训练水平和效益。

代晓东1 郭晓东2 刘大华3 刘海鹏3 魏刚3 郭旭东2
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通过借鉴国外油气管道标准已有的先进经验,促进中国长输管道实现跨越式发展。中国已开展了美国、俄罗斯管道技术标准研究,但对于欧盟管道技术标准研究较少。以欧盟标准EN 12583-2014《燃气供应系统-压缩机站-功能要求》为例,针对输气站设计领域的关键技术问题,对比分析了欧盟标准与中国标准的重要差异。该标准先进性表现在基于冗余设计的可靠性设计原则,考虑输送工艺和人员安全操作的整体布局原则,管道紧急情况和管道维修启动站ESD 系统,压缩机密封系统和旋转部件试验,站场设施可视化管理,以及限制区域授权进出条件。通过借鉴该标准的先进经验,对于提高我国输气站设计水平具有指导意义。
姚学军1 张巍2 吴张中2 卢启春2 夏东仑3
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为了保护油气管道安全,完善油气管道现行标准体系,通过综合研究油气管道领域及地铁建设领域现行相关技术标准,分析中国地铁工程建设和防护经验,调研邻近区域内地铁与管道相互关系,从全生命周期角度,系统分析了地铁施工阶段与运行阶段对管道建设和运行的影响,从油气管道安全运行角度提出了油气管道与地铁相互关系标准制修订建议。研究表明:油气管道领域缺少邻近地铁时相互关系及防护措施的标准,无法对管道安全进行有效保护,应当从地铁施工时沉降及位移量的控制、地铁与管道安全间距、防护措施、沉降及位移监测、杂散电流防护等方面研究制定相关标准条款,保证油气管道安全运行。
陈星杙1,2 刘伟1 袁宗明2 谢英2 贺三2
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海底气液混输管道由于入口液相流量较高,且存在下倾管-立管的特殊结构,导致清管器在管内运行时,清管器运行参数及管内流体的流动参数均出现较大幅度的波动。对海底气液混输管道的瞬态清管过程建模,分析清管过程中清管器运行参数、管内流体流动参数的变化规律。针对海底气液混输管道的清管过程,以Minami 清管模型为基础,将管道重新划分为上游两相流区、清管器区、液塞区及下游两相流区,并对4 个区域分别建立对应的瞬态流动模型,通过耦合各区域的瞬态流动模型,实现对海底气液混输管道清管过程中的相关参数的模拟计算。最后,以渤海某实际海底气液混输管道为研究对象,验证了模型的准确性。研究结果有助于提高管道的清管效率,为制定合理的清管方案、高效安全地进行现场清管作业提供指导。
刘玉卿 仝雷 徐志峰 史航
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西气东输三线与二线管道采用并行敷设方式。西气东输三线管道施工时,在精伊霍铁路穿越处开挖了西气东输二线管道一侧覆土,西气东输二线管道发生明显的弯曲变形。利用ANSYS 软件,模拟计算暴露段管道在内压、温度、土壤压力等综合作用下产生的应力、位移,并对管道应力校核。结果表明:施工开挖导致暴露段管道土壤约束不平衡。侧向土压力是导致管道发生位移的主要原因。提出了减少位移的解决方案:采用分段开挖、回填暴露段管道另一侧土,释放管道由侧向土压力产生的应力,减小管道水平位移量。通过整改,消除了管道位移风险,提高了管道的可靠性。
黄文杰1 关秀宇2 任海宾1 陈光联1
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剪切波速测试是原位测试最常用且最有效的技术手段之一,其研究成果有助于深入分析场地土层的动力学特征。为准确快捷的获得中俄东线站场地层的各种动力学参数,通过对场区的剪切波速测试进行深入研究分析,系统地推算出诸如建筑场地类别、动剪切模量、动弹性模量、场地土液化判别、场地卓越周期等各种场地参数,准确反映场区地质情况,该方法简单、快捷、经济,可为以后的管道工程站场的岩土勘察提供重要的指导意义。
代小华 张文伟 余志峰 董平省 毛平平 许靖宇
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中国天然气管道系统的压缩机备用方案多是基于经验、机组本身可用性分析或是水力系统和经济角度的分析结果,没有考虑系统其他组成部分的影响。为全面反映备用方案对整个管道系统的影响,采用系统可靠性分析方法,以中俄东线北段为例,生产可用度为目标值,对不同输量下的压气站设置备用机组、无备用机组以及全线隔站设置备用机组3 种方案进行预测,结果表明:在设计输量下设置备用机组和隔站设置备用机组2 种方案的生产可用度均大于1,满足设计输送任务,综合对比后推荐中俄东线北段采用隔站设置备用机组方案。
杨金生1,2 邱城2 刘争1 张菊1 胡铁华2 李岩1 史瑞龙1
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管道完整性管理是确保管道安全运行的重要手段,管道弯头走向参数是实现管道完整性管理必不可少的基础数据,在管道智能检测过程中获取管道弯头走向参数信息已成为管道业主的迫切需求。提出了一种管道弯头走向参数测量计算方法,以MEMS 陀螺仪与加速度传感器为主要惯性测量器件,并将其集成于管道智能检测器电子包,在进行管道智能检测的同时获取惯性测量数据,针对所获得的惯性测量数据建立了数学模型,同时给出计算方法。将方法应用于实际管道智能检测工程,在不增加检测成本的前提下,实现了对管道弯头曲率半径、弯头偏转角度及弯头偏转方向3 个参数的测量,满足了管道完整性管理需求。
韩勇 银世民 刘馨 朱喜龙
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为了增强成品油罐车公路运输的安全性,降低交通事故等突发事件引起油品外泄的可能性,提出在成品油公路运输罐车罐体内加装柔性内衬的方案。在油罐车罐体加装软体内衬,通过塑形并未减少罐体仓储空间,因所装内衬具备一定的柔性,罐内油气空间缩小,降低了呼吸损耗和燃爆危险性。当遇有交通事故等外力造成钢制罐体受损甚至破裂后,柔性罐体可以保护罐内油品不发生泄漏,防止发生二次安全、环保事故危害。
李海娜1 吴家勇2 袁瑞娟1 陶江华1 李树强1 高国音1 薛强3
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为提高输油管网日常运行的可靠性,必须掌握各类仪表设备的运行情况,找出管道日常运行过程中的薄弱环节,规范设备设施的管理。在此,以中国石油管道公司4 年非计划停输情况,对所辖输油管道非计划停输情况进行统计分析。结果表明:引起非计划停输主要原因有自控通信故障、设备故障以及外电故障,此外,人为误操作造成的管道非计划停输也是不可忽视的重要因素。通过深入分析非计划停输的具体原因,提出了减少非计划停输的措施,为输油管道的安全平稳运行提供依据。同时建议在生产管理中要严格落实非计划停输的考核,加强对管道非计划停输的重视。
李博1 康阳1 阎涛1 柳建军1 支树洁1 段林杰1 刁宇1 陈振海2
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随着天然气管网规模不断增大以及运行条件日益复杂,对管网集中调控提出了更高的要求,单凭调度员经验判断难以全面应对管道运行问题,亟需高效的优化工具辅助制定运行方案及调整日常工况。阐述了最优化技术在天然气管网运行中的应用方法,分别以管道水力热力计算校核、压气站负荷分配、单条输气管道运行方案优化、复杂输气管网运行方案优化4 个实例,建立了相应的最优化模型并提出了求解方法。同时指出,最优化技术是解决天然气管网部分生产实际问题的有效方法,但是仍需加大研究力量,突破精准优化模型建立、优化模型高效求解以及对优化结果分析利用等技术、应用瓶颈。最后展望了最优化技术在非稳态优化、控制系统优化乃至全生命周期优化上的应用前景。
赵洪亮1 刘培军1 王帅1 邢海峰2 拜禾1 王朋飞1 李华3
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LM2500+ 燃气发生器中修或是在现场对压气机叶片进行处理等操作都会影响整个转子的动平衡,进而影响了燃驱压缩机组及发电机组运行的可靠性和稳定性。通过研究LM2500+ 燃气发生器结构及装配过程,分析了不平衡量产生的原因,是由于该型燃气发生器中修过程中仅对涡轮转子进行平衡,而与压气机转子组装时并不能考虑两个转子的质量轻点配合情况,整个转子的不平衡量会出现振动增大的情况,最终导致机组振动超限。在不分解燃气发生器压气机和现场缺少专业设备的情况下,可以采用三圆平衡法进行LM2500+ 燃气发生器的转子配平,经实例分析,尽管三圆平衡法动平衡过程作图相对复杂,且实验数据精确性稍差,但能够有效解决旋转机械的振动问题,可以广泛用于现场操作。
何蕾1 李在蓉2 温凯1 虞维超1 宫敬1
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储气库作为天然气用气调峰、平衡管网、能源战略储备的重要手段,对储气库注采气过程可靠性展开定量评价,有利于储气库运行管理、天然气供气能力评估。以储气库实际运行过程中各单元的运行工况、运行时间为前提条件,采用蒙特卡罗抽样方法表征单元几何尺寸、运行工艺参数的波动情况,对影响储气库注采气量关键单元的可靠性进行建模。为了规避蒙特卡罗抽样次数不足带来的影响,同时缩短单元可靠性模型运算时间,在储气库单元计算模型中引入BP 神经网络算法。以储气库工艺参数、运行时间为输入变量,以蒙特卡罗法计算单元的可靠度为输出值,应用BP 神经网络算法建立单元可靠度模型。结合某储气库的工况条件、单元设备基础参数,对其中关键设备单元的运行可靠性进行计算,验证了该方法的有效性。
李薇1 牛军强2 马云2 闫建宇2 胡炎兴2 聂永臣2
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储罐是石油行业重要的基础设施,预防储罐腐蚀、保障储罐安全一直是研究热点。国外储罐阴极保护相关标准规范,值得研究借鉴。国内外储罐设计施工中在电位准则、电位监测、基础材料、电绝缘、边缘板腐蚀、防渗等方面存在差异,对于储罐安全运行会造成不利影响,应该从标准规范层面进行统一。以API 651-2014《地上石油储罐阴极保护》和EN 16299-2013《与土地或基础接触的地上储罐外表面阴极保护》为例,基于国内储罐设计运行的实践经验,研究了国内外储罐阴极保护领域的重要技术差异,包括高温工况下保护电位值、砂垫层材质质量、储罐底板电位监测点数量和位置等先进理念,以及取消电绝缘、罐底边缘板腐蚀防治和储罐基础防渗等推荐做法。研究成果为提高国内储罐阴极保护水平和储罐安全可靠性,以及修订国内相关标准提出合理建议。
闵元 李晓平 宫敬 虞维超
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气液两相流管道广泛存在于油气开采和集输过程中,确保其安全可靠运行具有重要的理论和工程意义。在所有失效类型中,内腐蚀缺陷是造成气液两相流管道结构失效的主要原因之一。将管道内腐蚀速率预测模型与结构可靠性评价方法相结合,对气液两相流管道进行内腐蚀失效概率计算。首先,针对气液两相流的流动特征,采用流体相平衡模型、气液两相流模型和腐蚀速率预测模型,计算气液两相流管道在不同流型下的内腐蚀速率;然后,基于ASME B31G 规范中推荐的腐蚀缺陷极限状态方程,考虑管道运行和制造中存在的不确定性,并结合腐蚀速率计算结果,采用蒙特卡洛方法计算管道发生小孔泄漏和爆裂的失效概率。最后,将提出的内腐蚀失效概率计算方法应用于某气液两相流管道。当缺乏有效的内检测数据或实际管输工艺发生变化时,该方法能够有效预测失效概率,保障油气管道输送安全。
王国涛
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拟向中洛线输送进口普托油和中原原油的混合油。中原原油属于易凝高黏原油,若与普托油混合将改变管输原油的物性,影响管道安全经济运行,因此需评估增输方案的可行性,制定新的管输方案。首先开展室内掺混实验,确定中原原油与普托油(混合比例1:2.6)的混合条件,测定不同掺混比例下混合原油的基础物性;然后以一月份为例,对中洛线5 种可能的混输方案进行计算、分析、比选,确定全年各月份的输送方案;最后利用自制的沉降设备对混合原油在停输过程中重质组分的沉降情况进行研究,在实验条件下未出现明显沉降,为评估混合原油停输风险、制定停输再启动方案提供了依据。
单彤文 张超 段品佳
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常规的LNG 储罐罐内管道与维修梯分体式设计安装方法施工复杂、造价较高,且因焊接扰动而极大增加了储罐主容器(内罐)发生泄漏的风险。通过对LNG 内罐结构形式进行综合分析,提出了一套LNG 储罐罐内管道与维修梯一体化结构的设计方案:将管道作为承载构件,横向连接件及维修梯作为固定构件,相互辅助形成独立于内罐壁外的自支撑结构系统。根据LNG 储罐设计中的典型极端工况,通过数值模拟分析方法对一体化结构系统进行了计算分析,基于容许应力法校核验证了一体化结构系统的安全性、可靠性。该系统可以实现罐内管道和维修梯的功能需求,且脱离了内罐壁板的侧向支撑,自成稳定结构体系,有效提高了储罐建造的经济性、安全可靠性,可为LNG储罐罐内一体化结构系统设计和安全可靠度分析提供理论指导。
蒋华义 张兰新 孙娜娜 黄娜 靳凯斌
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稠油黏度高,开采、运输难度较大,必须乳化降黏输送,研究其乳状液特性显得尤为重要。基于单因素实验,分析了表面活性剂类型及含量、油水比、乳化温度及乳化强度对稠油水包油(O/W)型乳状液稳定性及流变性的影响。结果表明:不同类型表面活性剂所稳定的乳状液,其稳定性和流变性差异较大。随着CAB-35 质量分数的增加,乳状液的分水率先降低后变化不大,表观黏度先增大后变化不明显。随着油水比的增加,乳状液分水率降低,表观黏度逐渐增加。随着乳化温度升高,乳状液的分水率先降低后升高,表观黏度逐渐降低。随着乳化强度增大,乳状液分水率逐渐减小,表观黏度先增大后趋于稳定。综合考虑稳定性与流变性,确定了最优乳化条件,为稠油O/W 型乳状液的乳化降黏提供理论依据。
陈文杰 靳由顺 王同吉
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LNG接收站安全、按期试运投产是保证其平稳、高效运营的重要环节,一旦管道及设备的施工、吹扫、气密、干燥置换、预冷、单机试车等环节质量控制不到位,可能造成投产期间事故频发,甚至延迟试车。以中国某大型LNG接收站在试运投产期间出现的问题为研究对象,总结了LNG接收站试运、投产各关键环节的质量控制要点,对影响LNG储罐与工艺管道干燥、预冷效果的主要因素以及重要设备单机试车前检查的重点部位进行了深入分析,并提出了施工控制措施。研究结果对其他新建LNG接收站的投产具有借鉴意义,也可供相关设计、施工单位参考。

杨善 曾聪 闫雪峰 许州 马保松
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大直径水平定向钻钻孔直径可达到钻杆直径的10倍以上,钻孔环形空间泥浆不仅处于不利于岩屑运移的层流状态,而且流速极低。岩屑在环空中运移效率很低,并在孔底形成稳定的岩屑床,因而易造成孔内事故。针对该问题,首先推导出柱坐标系下环空泥浆的运动微分方程组,然后通过数值模拟揭示环空泥浆流场分布及岩屑运移规律,最后使用环空岩屑运移综合模拟实验装置进行多次模拟实验。结果表明,增加泥浆PAM含量对提高大粒径岩屑运移效率效果不明显;提高环空泥浆流速,在一定程度上能够提高单颗岩屑运移效率,但同时会增加岩屑床末端回流区尺寸,使岩屑床内部压差增大。研究成果可为水平定向钻施工提供理论分析与实验结论,具有实际的工程指导意义。

单从云1 李华2
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余热利用技术在石油天然气工业已得到广泛应用,根据压气站燃气轮机排出的烟气具有温度高、排量大的特点,分析了压气站几种常用的燃气轮机烟气余热利用技术特点及其存在问题。针对西气东输某压气站燃气轮机实际运行数据,利用分析法对燃气轮机体系进行分析,并设计出烟气轮机利用烟气余热发电工艺方案,通过对比燃气轮机及余热利用系统的联合装置体系与不加余热利用系统的燃气轮机体系的火用效率,结果表明:利用余热利用系统的联合装置体系火用效率平均提高17.5%,每年节省消耗燃气约1.03×106 m3,为压气站燃气轮机烟气余热利用提供了参考。

袁海云1 梁萌2 徐波3 刘力铭3 宋涛3 张茜1 杨英2
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针对中国能源面临的供应路径受限且单一的瓶颈问题,及能源供应面临的潜在安全威胁,详述了互为最大原油贸易国的中国和俄罗斯之间的油气贸易现状及未来发展趋势,通过对中国与俄罗斯油气输送的东北、西北、海上主要通道及规划工程的梳理,指出多元化发展中俄油气贸易通道和进一步丰富中国油气进口渠道的战略重要性与前景,为中国油气进口及与“一带一路”沿线国家油气贸易提供思路。

刘洪飞 韩阳 冯新 陈博智 刘洋
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分布式光纤测温技术可以实现埋地管道泄漏的实时在线监测,但是目前国内外在微小泄漏识别、保温层破坏导致的温度异常、传感器位置与监测性能的关系等方面的研究仍不够完善。设计了一套埋地输油管道泄漏监测实验装置,通过对足尺寸管道的泄漏模拟,系统研究了管道输送介质温度、泄漏流量、保温层破坏程度、传感器布设位置对分布式光纤传感器监测性能的影响,提出了基于分布式温度监测数据的实时泄漏识别方法。研究结果表明:管内介质与管外土体之间的温度差异是实现泄漏监测的关键,在确定内压和温度条件下泄漏流量对监测效果的影响不显著;为了有效监测不同环向位置的泄漏,建议将分布式光纤传感器布设于管道底部;基于温度监测时间历程数据的B 值识别算法,可以有效区分管道泄漏与保温层破坏的情况,具有较高的识别精度。
袁淋 梁中红 姜林希 权子涵 曾志金
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笼套式节流阀是控制气井产量及集输管网压力的重要部件,通过对其常见故障原因进行分析,研究相应的处理措施,对气井乃至整个气田的平稳生产至关重要。以元坝高含硫气田各采集气井站笼套式节流阀为研究对象,统计了笼套式节流阀外漏、内漏、阀套脆裂、轴承损毁、异物堵塞及阀芯脱落等常见故障现象。结合阀门设计原理、密封原理及外部原因分析,得到故障的主要原因有:密封组件失效、阀芯设计不合理、气体及异物冲蚀、硫沉积与水合物堵塞等。针对故障原因提出了更换密封组件、更换阀门及热水浇淋等处理措施,同时制定了保障备品备件充足、气井工作制度合理、阀芯设计优化、硬质合金涂层材料优化等一系列对策,为降低笼套式节流阀故障率提供一定的理论与实践依据。
蒋华义1 黄娜1,2 孙娜娜1 靳凯斌1 仇栋杰1 张兰新1 何凡敏2
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为了在常温条件下有效输送高黏稠油,以分水率和降黏率为主要评价指标,开展稠油乳化实验,系统分析了表面活性剂类型与浓度、有机碱类型与浓度对稠油水包油(O/W)型乳状液的稳定性和流变性的影响规律和作用机理。研究发现:不同类型表面活性剂由于其结构不同,在油水界面上的吸附能力也不同,造成对稠油的乳化能力各异;表面活性剂OP-10与有机碱(EDA、TEOA、TIPA)复配时均可以产生协同效应,且OP-10与TEOA复配体系存在最佳浓度,超过此浓度,乳状液反而变得不稳定;综合分水率、降黏率、经济性、安全环保等特点,确定质量分数为0.75%OP-10与质量分数为0.25%TEOA为优选二元体系,该体系制备的乳状液具有很好的长效稳定性和抗硬水能力,乳状液24 h的分水率仅为29.8%,Ca2+摩尔浓度为0.02 mol/L时,乳状液6 h的分水率为19.4%,此研究将为稠油乳化降黏输送技术的应用实践提供理论依据和技术指导。

杨晓宇1 陈泷2 宫敬1 于达1 虞维超1
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为了对海洋L形立管系统底部连续气举水力模型进行研究,基于立管底部连续注气条件,分析L形立管系统内可能发生的两相流动过程,建立了针对下倾管-立管系统严重段塞流工况下立管底部连续气举的一维准稳态数值模型。当前已有模型大多仅适用于下倾管-立管系统典型严重段塞流工况,无法对其他非稳态流动过程进行模拟,该模型能对有回落循环过程、无回落循环过程、非稳态震荡过程及稳态两相流动过程等流动工况下的相关参数进行数值模拟,可以较为准确地模拟得到不同流动类型特征参数随时间变化的规律,且模拟结果与第3方实验数据吻合较好。与Jansen模型相比,该模型的适用性和稳定性更强。基于模型模拟结果和实验数据,分析了注气量对立管底部连续气举效果的影响,以期对海洋立管系统安全稳定流动提供借鉴。

甘善甜1,2 肖意明1,2 唐娜1,2 董思成1 史亚鹏1 杜威1,2 程鹏高1,2 项军1,2
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中国盐岩矿床主要为层状结构,在水溶造腔建立地下盐穴储库的过程中,溶腔底部会堆积大量不溶物,导致其有效储存体积减小,使造腔成本增加。为计算与评估盐岩不溶物在溶腔底部实际体积,采用化学实验的方法,依据可用于土的膨胀性试验的JTG E4O― 2007《公路土工试验规程》,研究盐岩不溶物在不同硫酸钙质量分数、不同硫酸钙类型、不同温度、不同粒径下的膨胀率。实验结果表明:盐岩不溶物膨胀率与所含硫酸钙的质量分数成负相关,与温度成正相关,与盐岩不溶物粒径成正相关;硫酸钙的类型对盐岩不溶物的膨胀率也有影响,其中二水硫酸钙的含量较无水硫酸钙的含量对不溶物的膨胀率的影响大;温度对同含量的无水硫酸钙的不溶物膨胀率的影响相对于含二水硫酸钙的不溶物膨胀率更明显。研究结果对盐岩水溶造腔建立地下盐穴储库具有重要意义。
刘明亮1,2 苏炤兴2
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针对某天然气增压站离心压缩机转子结垢导致机组振动超标并触发停机的故障,利用状态监测技术结合压缩机输气能力变化、内窥镜检测及拆机检修情况对故障机理进行了分析,确定了转子不平衡的原因是叶轮结垢。对叶轮和流道垢层进行了化验和成因分析,验证了故障诊断技术的实用性与有效性,并且提出了加强过滤排污等防控措施,为天然气长输管道离心压缩机同类故障诊断及处置提供了参考。
刘龙清 田西宁 吴振宁 唐岩 赵猛
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为了解决定速输油泵软启动跳闸故障导致泵远控运行状态与现场实际不符及延时重启的问题,结合电气设备控制理论和PLC 程序逻辑,建立了一种新的定速输油泵软启动跳闸故障控制泵远控运行状态的方法。其功能主要是利用了漠大线各站场现有软启动设备上的启停状态辅助信号,并将软启动上的该信号上传至PLC 系统,在PLC 系统中编写控制逻辑对软启动的跳闸故障状态进行判断,从而控制定速输油泵机组的高压断路器。使软启动在发生跳闸故障后能够及时分开高压断路器,实现泵机组的远控运行状态与现场状态始终保持一致,并确保软启动跳闸故障发生后不出现延时重启的现象。利用该方法不需要添加任何硬件设备,充分节约了支出成本,有效的消除了因定速输油泵机组软启动跳闸故障带来的安全隐患。
贾世民
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西气东输三线西段一级地区的某段300 km天然气管道是国内首次采用0.8设计系数,体现了中国管道设计建设水平。设计系数从0.72提高至0.8,管道壁厚减薄,为了保证管道安全运行,需要对管道进行高强度试压。在此提出一种基于可靠性的试压评价方法,采用蒙特卡洛技术进行可靠性分析,将现场实际和极限状态理论模型结合,对设计系数为0.8试验管段进行实际静水压试验。结果表明:逐渐增加的水压使管体试压的失效概率相应增加。

俞徐超1,2 梁伟1 张来斌1 全恺3
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地下储气井作为压缩天然气加气站最主要的储气方式,其安全性是保证压缩天然气加气站正常运行的关键。为了对压缩天然气加气站储气井进行动态安全评估,提出了一种基于贝叶斯网络的概率化动态安全评估方法:利用Bow-tie模型建立完整的加气站储气井泄漏失效因果逻辑,根据Bow-tie模型与贝叶斯网络的映射关系生成相应的加气站储气井泄漏失效贝叶斯网络;分别计算顶上事件和事故后果先验概率、顶上事件发生情况下的后验概率、防锈漆完全脱落情况下的失效风险以及报警响应可靠性变化情况下的事故后果概率,并利用贝叶斯网络的特性对根节点的敏感性进行分析。动态安全评估结果表明:提高压缩天然气加气站储气井安全性的关键在于降低高敏感性基本事件的失效概率、基于新证据周期性地预测失效风险,并通过提高报警响应可靠性以最大程度降低事故损失。

毕光辉1 任文明1 曹阳2 闫术明1 周亮3
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中俄天然气管道黑龙江穿越采用内径2.44 m 小断面盾构隧道,安装管道直径为1 422 mm,无法采用在盾构隧道平巷内焊接的常规方法。基于此,设计了针对小断面、长隧道内安装大口径管道的安装方案。该方案在始发井内完成管道组对、焊接、检验及防腐等工作,在接收井内通过牵引设备将管道牵引到接收井一端,实现盾构内管道安装。为满足盾构段管道发送、补偿等需要,研制了适用于工程特殊需要的发送轨道、滚动支座及补偿器等配套设施。经过数值模拟计算和现场试验:该管道安装方案技术可行,可以为小断面、长隧道穿越内安装大口径管道提供可靠的借鉴经验。
石磊1 帅健2 李京3 许葵2 王晓霖1
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象足屈曲是大型油罐在地震载荷作用下的典型破坏方式。在国内外规范中,油罐抗震设计公式均基于薄壳的弹性稳定理论,而象足屈曲属于弹塑性屈曲,因此,有必要研究储罐材料特性对象足屈曲临界应力的影响。基于Ramberg-Osgood 材料模型,提出大型油罐象足屈曲的临界应力计算公式,分析材料参数的屈强比、屈服强度以及罐壁环向应力对罐壁屈曲临界应力的影响。研究结果表明:大型油罐发生象足屈曲时,材料幂硬化指数与罐壁屈曲临界应力的关系受罐壁环向应力的影响,环向应力的增大能够有效降低储罐的屈曲临界应力,且屈曲临界应力随着屈强比的增加而降低。当环向应力/屈服强度一定时,材料屈服强度的增加能适当提高罐壁屈曲临界压应力,但效果并不是非常显著。
张大同1 滕霖1 李玉星1 王武昌1 胡其会1 李顺丽2 叶晓1 顾帅威1
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CO2 驱采油过程中,为了保证集输管道的安全运行,必须准确预测其井口节流特性,以防止节流后管道发生冰堵。基于BWRS 状态方程、相平衡原理及热平衡方程,提出适于高含CO2 的多相流节流效应模型。该模型在低压(5 MPa 以下)范围内具有较高的精确度,计算结果与Aspen HYSYS软件计算结果对比,误差范围为±1%。研究表明:在模型的适用范围内,CO2 多相流体系含CH4、N2、H2 这3 种杂质均提高了CO2-H2O 多相流体系节流后的温度,其中H2 对节流后温度的提升最大。节流温降随气液比的增大而增大,当气液比低于10 时,气液比变化对节流后温度的影响较明显。研究结果对CO2 驱油井采出流体节流安全控制与管道冻堵防治具有一定的指导意义。
喻军1 刘浠尧1 韩勇2 米瑞雪3
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中缅天然气管道云南段沿线地形复杂,多处形成了大落差起伏,给清管作业带来极大的安全隐患。针对大落差管道受清管器剧烈冲击而引起应力集中及变形的问题进行研究,基于有限元法建立清管冲击模型,分析管道受冲击时的动力学特性及在不同内压、清管器速度、土壤性质影响下的受力规律。结果表明:大落差管道受清管器冲击时,冲击力随时间变化曲线呈脉冲型波动;管道内压对清管冲击载荷影响显著,管道最大应力随内压增大而增大;清管器速度对冲击载荷影响较小,基本呈增长趋势,增幅约为10 MPa;土壤性质为软塑性状态时,管道最大应力及变形会显著增大,并出现管-土分离状况。研究结果可为解决起伏地势下大落差管道安全清管问题提供一定的理论依据。
倪玲英 张鲁飞 杨思坤 耿光伟
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机坪管道下部的游离水不仅会降低管输效率,其腐蚀产物还会堵塞管道,影响管道正常工作。利用Fluent 软件对管道油流携带积水的过程进行三维数值模拟,并结合试验对比分析不同工况下油水界面状态,基于等效切应力原理,进一步揭示大管径机坪管道积水后系统的流动特性。研究表明:管道底部积水形态与油相流速和含水量等参数有关,其中前者影响较大;有机玻璃管中积水驱除系统监测的试验结果与数模结果基本相符,为研究大管径的管道特性提供了参考;运用等效切应力原理,进一步研究大管径管道积水的流动特性对机坪管道积水驱除的实际应用具有指导意义。
曹学文 黎峻材 吴小平 漆家弋 刘宇豪
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湿气增压技术是气田低压高含水开发阶段的常规工艺,具有显著经济效益。由于湿气中溶解盐的存在,现场离心压缩机叶轮结盐问题突出,开展其内部多相流动耦合研究具有重要意义。传统的离心压缩机叶轮内部流动研究对整个叶轮进行网格划分,计算负荷大,多相流动研究难以实现,且无实验数据对比验证。离心叶轮的轴对称特性决定可以采用周期性边界条件降低计算网格数量。Eckardt 叶轮实验资料丰富,以其为研究对象,采用周期性边界条件以单个流道为计算区域,对该叶轮内部流动情况进行数值模拟,并与Eckardt 叶轮实验数据对比分析。结果表明:周期性边界条件模型能够准确地反映叶轮内部的实际流动情况(二次流分布、射流尾迹的产生与发展等),为后续研究叶轮内部复杂流动耦合问题奠定了基础。
巴振宁 王智恺 梁建文
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为研究温度和不均匀沉降耦合作用下埋地管道的力学性能,建立管道-地层整体模型,采用有限元分析软件ABAQUS 进行非线性求解。通过间接耦合法实现温度作用和隧道开挖作用的耦合,分别模拟了不同管径、壁厚、埋深条件下的埋地管道应力应变状态,得出在不同影响因素下管道Mises 应力和纵向位移的变化规律。分析结果表明:在温度变化和不均匀沉降耦合作用下,管径和壁厚对埋地管道应力应变状态有较大影响,管径越大,管道Mises 应力越大,纵向位移越小;壁厚越大,管道Mises 应力越大,纵向位移越大;当管道处在隧道上方时,一定埋深范围内,埋深对埋地管道的应力应变状态影响较小,管道Mises 应力和纵向位移随着埋深的增加并无明显变化;管道接口与直管连接处出现应力集中现象,实际运行过程中应注重该部位的检测和维护。
张海峰 蔡永军 李柏松 孙巍 王海明 杨喜良
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以“全数字化移交、全智能化运营、全生命周期管理”的智慧管道建设为背景,探讨了物联网、大数据、云计算、人工智能等信息技术在智慧管道站场设备状态监测领域的应用方式。为满足状态监测的新需求和新模式,提出并研究了4 项智慧管道站场设备状态监测关键技术:信息感知技术、数据存储技术、数据挖掘与智能分析技术、可视化展示技术。基于此设计了4 个层级的设备状态监测平台框架结构,分别为智能感知层、数据存储层、智能诊断层和可视化层。相关研究为智慧管道关键设备状态监测提供了技术方法。
周亚薇 张振永
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中俄东线天然气管道是中国首条大口径、高压力、高钢级的长距离天然气输送管道,管道途经中国东北严寒地区,目前国内缺少类似的工程设计经验。现场环焊缝的断裂韧性是保障管道环焊缝安全的重要因素,目前国内管道环焊缝的断裂韧性主要参照钢管管体焊缝的韧性指标制定,缺乏理论计算和技术支撑。基于断裂力学原理,采用BS 7910-1999《金属结构裂纹验收评定方法指南》中基于适用性分析的工程临界评估方法,针对中俄东线设计工况,通过环焊缝的应力水平和容许极限缺欠尺寸分析,计算得到能够保证焊缝不启裂的临界断裂韧性指标,并结合现行国内外相关标准的规定值,确定中俄东线天然气管道工程的环焊缝冲击功每组3 个试样的平均吸收能应为50 J,单个试样的最小吸收能应为38 J。在保证管道环焊缝安全的前提下,降低了现场施工难度,并为今后类似工程环焊缝冲击功的确定提供了指导和借鉴。
公维龙 张志方 成渊朝 师书勤 罗天宝 相璟瑞
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为满足西气东输下游用户对天然气用气量的需求,需对近20 座原有站场、干线阀室进行改扩建。鉴于投资计划资金有限,而下游用户需求大,有必要对各改扩建项目的经济输量进行研究。根据改扩建工程的实际情况,选取影响因变量(经济输量)最大的3 个自变量因素(管输费、工程费用、站场定员),借助统计分析软件SPSS,进行多元线性回归分析。结果表明:自变量和因变量之间存在高度线性相关关系,并得到了两者之间的多元线性回归模型。该模型可用于改扩建项目的项目建议书和可行性研究阶段的经济评价工作,能够快速预测各改扩建项目的经济输量,并对其进行排序,为筛选项目、快速决策提供了数据支撑和理论依据。
丁锋
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研究首站启用后单台压缩机故障停机时上游集输管网系统压力与流量的波动情况,有利于保障集输管网的安全运行。基于川气东送管网系统上下游集输管网概况,采用SPS 软件模拟了首站单台压缩机故障停机对上游系统产生的影响。根据模拟结果,当首站一台在用压缩机紧急故障停机时,将影响净化厂及集输管网的压力和流量,并引起另一台压缩机流量增大、压力降低,从而影响整个川气东送管网的正常运行。同时可能引起净化厂整个净化装置系统压力波动,造成整个气田关断停车。据此提出在首站增加放空设施的安全运行措施,通过安全联锁泄放保证管网压力平衡,降低对另一台压缩机的影响,从而保证整个川气东送上下游管网安全正常运行。
曹闯明 黄亦星 刘荣 董绍华
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随着物联网、云计算、大数据等新技术的发展,为了满足国家推进信息化和工业化高层次、深度结合的迫切需求,企业智慧平台成为企业转型升级的关键要素。以中海石油气电集团有限责任公司信息管理平台开发为例,按照厚平台、易应用的建设原则,提出了三维空间交互的企业智慧平台的架构。基于管道数据融合、三维应急决策支持技术,开发了生产数据采集、智慧视频监控、安全生产运营管理与移动应用、节能管理智能化等智能系统;基于物联网、云计算、大数据及移动应用技术,开发了厂/场级无线网络系统、总部级节能减排系统,建设数据中心,集成了云架构监控支持平台。该平台具有科学性、先进性、智能化的显著特点,通过工程实践表明:企业智慧平台可全面推动企业生产方式和管控模式的改变,提高企业安全环保、节能减排及绿色低碳水平,并提升劳动效率、生产效益。
唐小江
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近年来,长输管道压气站变频器、同步电动机、离心压缩机等电关键设备供应日趋多元化,品种多样,电驱压缩机组的不同设备整合控制难度加大。针对经常出现的控制系统调试整合问题,应用系统分析、理论推导、数据统计方法,阐述了电驱压缩机组控制系统的结构原理,分析了压缩机及电机等设备主要运行参数的影响因素,并据此制定了可靠的解决方案:对变频器进行电流限制,对压缩机负载进行控制;增加自动判别辅助设施功能是否达到要求,强制在某一时间进行系统对时。在西气东输压气站的应用效果较好,实现了电驱机组过负荷保护控制、一键启机和时钟同步,为压缩机组运行管理和检查维修优化创造了有利条件,满足天然气管道系统高效率灵活运行的需求,可在后续压缩机调试中应用。
王海琴 李伟 张雷 张足斌
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为了提高真空相变加热炉换热管外蒸汽膜状凝结换热效果,引入微振动激励打破管外覆凝结液膜的受力平衡,促进液膜快速脱落。运用FLUENT 动态网格技术,对在简谐振动作用下单圆管外覆凝结液膜脱落的运动特性进行模拟研究,分析了振动参数对管外液膜覆盖率的影响。结果表明:与静止圆管相比,振动圆管具有更薄且扰动更剧烈的边界层,并发生交替斜向绕流,加强了对液膜的破坏作用;振动大大加快了外覆凝结液膜的脱落,施加微振动后圆管外覆凝结液膜开始破口时间远远快于静态下的106 ms,而且凝结液膜脱落时效随着振幅和频率的增大而加快。研究的应用可以大大提高真空相变加热炉的加热效率。
徐波 李博 宋小晖 兰浩 段林杰
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基于管道行业自身业务特点,明确其智能化运行实质,寻找有效方法,提升管道行业的智能化水平,最终实现全网优化运行已经成为油气储运工程领域亟待解决的关键技术难题。通过深入分析其他工业领域的智能化实践,明确其共性,结合管道运输行业自身特点,提出了管道智能化运行的内涵。针对如何将智能化技术深度融合于实际管道的运行中,以用户用气规律预测为例,提出了基于深度学习和时间序列分析的方法,提高了预测精度;提出了基于神经网络算法,通过与现场运行数据相结合,为设备故障诊断提供了有效的工具;通过优化算法,实现了PID 调节的突破。基于上述,提出建设虚拟的油气管道智能化测试平台,将信息流与管道业务深度融合,并引入智能算法,为管道智能化运行提供解决方案。
雷鸿
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地下储气库是国际公认最经济有效的天然气季节调峰手段。中国地下储气库建设进度缓慢,储气调峰能力不足已成为制约中国天然气发展的瓶颈因素。介绍了中国地下储气库发展现状,分析了天然气行业在新形势下的发展特点、需求、方向,结合欧美地下储气库的发展经验和中国现行的行业政策,总结了中国地下储气库发展的机遇和挑战,并提出从政府、企业和社会公众等多个方面努力,构建储气库市场化的建设和运营机制,完善天然气产供储销体系,形成良性的天然气发展机制。
陈海宏 左丽丽 吴长春 刘鸣 王莉 刁逢
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对于大多数成品油管道,制定可行的批次优化计划往往需要考虑管道类型多变、站场作业方式多变、各类工艺约束等诸多要求。以批次需求型成品油管道为研究对象,选取管道沿线所有管段运行流量整体平稳性最高作为目标函数,综合考虑批次跟踪、管段流量、中间站分输与注入、末站分输、站场需求等约束条件,采用离散时间表达方式建立了管道中间站批次计划优化的混合整数线性规划(MILP)模型。以某成品油管道为例,选取8 h 为时间步长离散计划期,利用CPLEX 软件计算获得管道中间站批次计划最优方案。优化结果表明,利用所建立的MILP 模型产生的批次计划具有较强的可实施性。
王宇岑 国丽萍
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液-液两相流理论研究多集中于液滴群在反应器内的宏观动力学行为,对于微观下液滴与液滴相互作用机理研究尚不彻底。为了研究油水两相流中共直线上升的双液滴(油滴)之间的相互作用,基于液-液两相流理论,运用comsol 仿真软件中Cahn-Hilliard 方程的相场方法建立了液滴运动模型。模拟了液滴间距离、液滴粒径、两相物性参数等对双液滴间相互作用的影响规律,分析液滴之间的尾流对液滴聚结的影响。结果表明:先行液滴的尾流影响跟随液滴的上浮速度,从而促使两液滴发生聚结,随着液滴间距离的增大,影响减弱,且液滴粒径越大、黏度越小,聚结时间越短。研究结果为更复杂的液-液两相流体系研究提供了参考。
贺娅娅 甄莹 曹宇光
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中国早期建成的油气管道存在老化严重、故障频繁、运营成本高等问题,为了提高其安全性和经济性,必须对老龄化管道进行判废考量。通过调研国内外油气管道判废的研究现状,提出了科学的管道判废方法应当由判废评价模式、判废指标体系、判废评价方法和判废准则4 部分组成;可从适用性、完整性、风险性、经济性及合法性量化油气管道的判废程度,建立管道判废评价模式及其对应的关键指标;根据常规的判废评价方法的特点,分析了现有的4 种常用判废方法的优势和不足,推荐了不同判废评价模式可以采用的评价方法,为建立科学、系统、合理的判废方法提供依据。
李海伟 何俊 张幸 兰天 李梦雪
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国内盐穴储气库溶腔过程中为保证腔体形状和腔体侧溶,会在腔体顶部注入柴油,若溶腔过程中油水界面位置不精准或失控,将会造成腔体顶板溶蚀、腔体形状不受控制、腔体体积损失和生产套管鞋处溶穿等问题,腔体稳定性遭到破坏,直接影响储气库的经济效益和运行安全,甚至导致腔体报废。传统工艺利用中子测井方法监测油水界面,作业程序较复杂、费用高且无法实现连续监测。利用腔体内柴油和卤水比热容不同的物理性质,研发的光纤测油水界面技术及其工具(光纤油水界面仪),应用于金坛储气库8 口溶腔井,实现了在不停产的情况下对油水界面位置深度的连续监测。现场试验应用表明,该技术具有连续监测、精度高、费用低和操作简便等优点,目前该技术已在金坛盐穴储气库全面推广应用。
唐培连 刘刚 程梦鹏 车文侠
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西气东输三线中段工程地形地貌多样,地质条件复杂,尤其是陕西秦岭和江西武功山这两个地区,滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害发育,严重威胁了管道的安全运营。基于此,对该工程地质灾害进行了针对性治理:①考虑施工诱发的地质灾害点,做到主动防治;②核算横坡段管沟边坡稳定性,对不稳定管沟边坡进行治理;③先进行地灾治理,后进行管道施工。实际应用表明:这些防治措施可有效地减少地段人为诱发地灾的数量,降低危害,真正实现了主动防治的目的.
娄博文 王鹏宇 徐硕 陈雁 刘慧姝 段纪淼
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含蜡原油在管道输送过程中的蜡沉积问题突出,将严重威胁管道的流动安全。从蜡沉积机理、蜡沉积试验装置及蜡沉积模型角度,介绍了国内外蜡沉积问题的最新研究成果,阐述了蜡沉积厚度测量的新方法,着重分析了原油温度、流速对蜡沉积厚度、沉积层中含蜡量的影响,并且介绍了蜡沉积模型的研究进展。根据输油管道蜡沉积研究现状,提出输油管道蜡沉积问题研究应从蜡沉积机理入手,结合环道试验装置,分析蜡沉积试验特性,同时应该考虑原油析蜡后表现出的非牛顿特性对蜡沉积的影响,这对研究输油管道蜡沉积问题,保证含蜡原油管道的输送安全,提高输送效率具有重要的工程意义。
唐世春 李雅娴 代维 赫文博
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为深入了解20# 钢在复杂环境下的腐蚀失效情况,明确腐蚀失效的主控因素,以塔河油田混输管段为例,采用宏观分析、化学成分分析、拉伸性能和金相组织分析、扫描电镜及能谱分析、X 射线衍射(XRD)分析等方法对其进行了失效分析。结果表明:该管段腐蚀穿孔的主要原因是由腐蚀介质所引起的电化学腐蚀,腐蚀产物主要为FeCO3、FeS、FeOH·H2O 等,管道输送介质中的Cl-、H2S、CO2、O2 是造成腐蚀穿孔的重要成分,其中H2O 是腐蚀的载体,CO2 影响最为显著,其次是H2S。同时,由于该油田采出液“五高一低” 的特点,使管件有较强的腐蚀结垢特性,随后通过室内有无沉积物覆盖下的点腐蚀试验,进一步确定了管道沉积物对管道腐蚀失效的影响及规律,为今后金属管材的腐蚀控制提供了技术支撑。
冼国栋 吴森 潘国耀 谭超
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中国石油西南管道穿越区地质环境条件复杂,地质灾害频发,近而导致管道事故时有发生。为了实现管道滑坡灾害危险性的定量评价,以西南管道沿线64 处典型滑坡为例,通过灾害影响因素分析,初步确定评价指标体系备选指标因子,利用贡献率模型,通过样本统计,分析滑坡灾害影响因子的敏感性大小。按照敏感性大小将影响因子划分为3 级,最终保留中、高影响因子中可以通过野外调查手段获取的坡度、坡面形态、土体类型、历史滑塌、现今变形、土体状态、滑体厚度、降雨、地震烈度等9 个因子,构建单体管道滑坡灾害危险性评价指标体系。
王莉 吴长春 左丽丽 陈海宏 黄燕菲
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中转油库是成品油管网的重要组成部分,在已有文献中,关于成品油管网调度问题的研究,主要集中在各管道批次计划调度方面,未考虑中转油库的油罐收发油调度。针对中转油库的收发调度问题,在完成计划期内油库上下游的收发油任务的前提下,以油罐的切换操作次数最少为目标函数,建立离散时间MILP 模型。该模型尽可能的考虑了油库调度的各种约束条件,包括物料平衡约束、油罐的操作规则、油库的拓扑结构和油罐收油后静置约束等。以某油库为例对该模型进行测试,结果表明,该模型可以在较短时间内获得全局最优解,对成品油管网中转油库调度工作具有重要的指导作用。
孙媛 曹学文 梁法春 孙石涛
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由于气液两相流分流分相法计量分离器存在结构复杂、液位难稳定等特点,设计加工了一种新型气液两相流管束分离器,通过数值模拟得出不同气、液相折算速度及不同流型入口条件对管束分离器分离效果的影响,并进行实验验证,对分离器的工作性能进行评估。结果表明:在分层流、段塞流、环状流流型条件下,分离器内气液分离效果较好,且分离器内气液相界面保持稳定,维持在分离器中部。实验验证可知:当气相流量在50~1 500 L/min、液相流量在50~2 400 kg/h 范围内时,分离器内气液相界面保持稳定,分离误差均在±2.5%以内,计量效果较好,与模拟结果非常吻合。设计的管束分离器结构简单、工作液位稳定,为两相流分流分相法计量分离器的设计提供了参考。
王振涛 刘刚 陈雷 何勇 高龙 田智 肖智光 周光亮
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针对低含液率高压天然气节流过程易发生节流阀堵塞进而引发连锁关井问题,采用Fluent 软件建立低含液率高压天然气节流过程的三维模型,分析液塞长度、持液率及液相黏度对节流阀压差和超压时间的影响。结果表明:液塞长度、持液率及液相黏度均对气液两相流场产生较大影响;在低含液率高压天然气节流过程中形成的液塞会极大地阻碍气相的运动,造成节流阀两端压差迅速升高,压差峰值随液塞长度和持液率的增加呈指数增加,随液相黏度的增加呈线性增加;超压时间随液塞长度和液相黏度的增加呈线性增加。
张景华 刘钟阳
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长输油气管道周边存在许多与天然气管道保护法冲突的采矿点,常规方法是关闭采矿点或管道改线,但在一些特定情况下以上方法是不经济的。结合中缅油气管道与昆钢嘉华水泥厂采矿爆破的振动测试、现场爆破振动衰减模拟试验及非线性回归计算,获得振源与管道不同空间位置时的爆破振动衰减规律。提出当大中型采矿区与长输管道距离不满足《中华人民共和国石油天然气管道保护法》要求时,可以通过相应的技术措施消除爆破振动对管道的危害从而为类似长输管道工程安全评估提供参考。
沙胜义 项小强 伍晓勇 冯庆善 赵光志 张海亮
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环焊缝开裂是输油埋地管道的主要失效形式之一,严重威胁着管道的安全运营。如何准确识别和量化环焊缝缺陷,建立统一的内检测精度要求,是目前国内外管道内检测公司所面临的难题。基于现有的轴向裂纹超声波内检测技术,研发适用于环焊缝平面型缺陷的内检测技术成为解决该难题的可行方法之一。通过研制超声波内检测器,并根据多次全尺寸管道牵引试验和实际管道的检测结果,建立了环焊缝缺陷超声波检测识别和尺寸量化模型,与漏磁内检测及现场环焊缝缺陷开挖结果进行对比,验证了该检测器的检测精度。结果表明:超声波内检测能够检测出漏磁内检测未发现的严重的环焊缝平面型缺陷,但缺陷识别精度和尺寸量化模型需要更多的开挖验证数据进一步完善。该缺陷识别和量化模型的建立可为超声内检测技术的应用与发展提供借鉴。
陈加松 李建君 井岗 敖海兵 刘春 王元刚 付亚平
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基于盐穴储气库所在目标地层的地质特征、物性参数及运行参数等,建立盐穴储气库的地质力学模型对盐穴围岩响应规律进行研究,是目前盐穴储气库运行参数优化及安全评价的主要方法之一。通过对盐穴储气库地质力学评价中的岩石力学参数获取、地质力学模型建立及安全评价指标体系方面的国内外研究进展进行综述,并结合金坛盐穴储气库实际情况,对盐穴储气库地质力学评价体系的应用效果进行了验证。同时,根据金坛盐穴储气库后期发展面临的技术难题,对盐穴储气库地质力学评价体系进行了展望。
王大伟 陈喆 胡艳辉 朱生旗 张宏伟 赵蕊 史倩 赵圣
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由于沥青及重质燃料油温度高、黏度大,增加了储罐计量工作的难度,成为制约精确计量和经济分析的障碍。以缅甸油库沥青及重质燃料油罐区计量系统为例,结合现场实际情况,从系统的配置、工作流程等方面,详细分析了罐区计量系统的组成部分,阐述了整个计量系统的计量原则,完成了计量过程的数据采集、处理和传输数据至上位系统等功能。通过对常规计量方式的改进,较好的解决了沥青及重质燃料油罐区精确计量和特定工艺流程控制等问题。监视罐内产品数据有助于确保用于财务报告、生产计划及时间安排数据的准确性,也对类似油库罐区监控自动化建设具有借鉴意义。
唐建峰 金新明 周军逸 杨文刚 崔健 张豪杰
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填料塔作为现代化工工艺生产中一种不可或缺的处理设备,其性能在一定程度上受到气体分布器的影响,均布效果优良的气体分布器可在一定程度提高填料塔的吸收效果。双切向环流式气体分布器因其压降低、液沫夹带量小、气体分布效果较好的特性而被广泛应用于填料塔内。以双切向环流式气体分布器为研究对象,分别选取静止状态和16 s 周期下横摇、纵摇、艏摇8°及横荡、纵荡、垂荡150 mm 的工况进行实验研究,对海上晃动条件下FLNG(Floation Liquid Natural Gas)填料塔内气体分布器适应性研究结果表明:在6 个自由度晃动中,除横荡工况下气体分布不均匀,其系数较静止时增加3.03%,其余晃动工况对气体均布有一定的促进效果,故气体分布器在FLNG 填料塔内的设计可与陆上保持一致。
徐明 闫文灿 陆玉城
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目前,中国已建成的高压天然气检定站中,原级标准装置所采用的方法只有质量时间法(mt)一种,国家石油天然气大流量计量站武汉分站通过研究工艺流程、标准装置的组成和技术指标、天然气流量量值传递和溯源方法,建立了以高压活塞体积管法(High Pressure Piston Prover,HPPP)为原级标准装置的高压天然气计量检定站,形成了完整的系统配套技术,完善了天然气流量量值溯源和传递体系,促进了中国天然气计量水平的进步;通过与国际上现有高压天然气原级标准技术指标的对比,给出了原级标准装置的测试数据和评价结果,表明武汉分站的原级标准达到了国际先进水平。
王粟 武志德 王汉鹏 朱华银 李正杰
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地下盐穴储气库库容量大、运行时间长、注采运行频繁,针对储气库周期注采运行的稳定性分析至关重要。以国内某地下盐穴储气库为工程背景,根据实际注采运行数据,利用Flac3D 有限差分软件模拟了注采运行过程,通过分析盐岩扩容损伤、塑性区分布、水平位移、体积收缩率,得到了盐岩性质、矿柱稳定性、注采气对腔体稳定性的影响。结果表明:在7 年的周期注采后,盐腔周围未发生扩容损伤破坏,安全系数大于5;两腔之间矿柱塑性区未发生连通,矿柱稳定;盐腔体积收缩率最大为1.78%,腔体的年体积收缩率符合安全标准,储气库处于稳定状态。
王全宝 黄丽丽
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针对小型河流区域油气管道穿越段的安全性问题,以俄罗斯车里雅宾斯克至彼得罗夫斯克的天然气管道为例,分析小型河流穿越段的特点及防护弱点,介绍了俄罗斯在小型河流穿越段水工保护方面的一些经验,重点分析了常用的抛碎石、网垫、地锚、石笼网、防护板等结构的优缺点,总结了小型河流穿越段防冲刷设计的要点,为设计抗冲刷性好、可靠、易施工的水工保护方法提供参考。

陈加松 程林 刘继芹 李建君 李淑平 汪会盟 井岗
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JZ 井是金坛盐穴储气库第一口先导性试验井,目前已投产5 年。基于最新声呐测腔及力学特征分析,JZ 井目前注采运行方式无法满足腔体稳定性要求,腔顶发生垮塌。利用有限元数值模拟软件对JZ 井最新腔体形状进行了注采运行方式优化和力学稳定性评价分析。注采运行压力由原先的7~17 MPa 优化至10~17 MPa;最低运行压力的停留时间由概念化做到量化,不超过10 天;每年进行6 次调峰可以保证腔体运行安全;腔体运行单日压降控制在0.5 MPa 以内,采气速率控制在50×104 m3/d。针对不同腔体形状优化设计相应运行压力范围及条件,对于保证金坛盐穴储气库安全运行及精细化管理具有重要意义。
张志霞 赵乐新 庞嘉良
[摘要]浏览(1262)次
针对天然气管道系统多部件设备维修不合理的现象,为了有效改善系统的维修费用和可用度问题,引入多部件设备成组维修策略,以此为基础判断各部件是否需要进行预防性维修或更换。根据界限滚动方法,以系统总维修成本节约最大化为目标,考虑维修环境的变化,以有限的维修人力资源为约束条件,在保证系统运行最低可利用率的基础上,建立了天然气管道系统多部件设备成组维修模型,为确定最佳的成组维修策略提供理论依据。结合具体应用实例,整合Multifit 算法和遗传算法进行仿真,求解出天然气管道系统压缩机中各部件的最优成组维修计划。结果显示,所构建的模型能最大限度的节约维修成本、合理的进行维修分组及确定最佳的维修时间。
国丽萍 李文博 王宇 李文竹
[摘要]浏览(1463)次
海上油田多产高含蜡原油,W/O 型含蜡原油乳状液是油水混输管道输送介质的一种常见存在状态,其触变性是管道停输再启动计算和可泵性评价的重要基础资料。滞回环是物料触变特性表征方法之一。以应力线性增加又线性减小形成滞回环的加载模式研究了W/O 型含蜡原油乳状液凝点温度附近胶凝状态的触变特性。结果表明:W/O 型含蜡原油乳状液胶凝体系表触变性的强弱不依赖于加载条件,随含水率的增加,滞回环面积减小,触变特性减弱,表征结构恢复的滞回环面积比减小,胶凝体系结构恢复程度变弱,这是由于分散相液滴的存在,阻碍了蜡晶空间网状结构的恢复。
王继光 毛伟 杨春慧 刘培峰
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为确保液化天然气接收站放空火炬安全平稳的运行,对火炬自动控制系统进行安全隐患分析,针对火炬长明灯熄灭报警延时、火炬点火电极绝缘性检测等问题提出了切实可行的实施方案,避免火炬故障期间可燃气体放空引起安全事故;建议增加燃料气低流量报警和凝液罐高液位联锁,对火炬单元异常工况进行提前判断和预测。并且针对青岛LNG 火炬单元的实际情况,根据改造后的工艺状况提出自动热备切换的方案。以上火炬控制系统安全隐患的分析和改造能够确保火炬单元更加稳定可靠的工作,避免异常工况的发生。
王海清 陈韬婕 黄玖来 乔丹菊
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操作压力是长输液体管道系统运行的关键工艺参数,操作压力过高会造成管材管件的强度破坏,过低则会使管道失稳变形或影响泵机组的正常工作。通过分析管道水击压力的波动曲线并模拟计算管道压力变化率,进而根据输送介质理化特性、保护措施、报警系统和操作员性能等关联因素计算获得报警响应时间和液体管道进出站压力限定值,确定液体管道进出站高压报警阈值的量化计算方法和流程,确保压力报警成为有效降低液体管道事故的安全措施
杨理践 申晗 高松巍 刘斌
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为明确管道内检测器在油气管道中的运行位置,采用低频跟踪定位系统对管道内检测器进行实时监测。以电磁对偶原理为基础,利用偶极子模型研究了低频跟踪定位系统发射线圈的工作机理,低频跟踪定位系统发射线圈在近区场内不向外辐射能量,发射机和接收机通过发射线圈产生的磁场建立联系;利用ANSYS Maxwell 仿真软件对发射线圈磁场分布特点进行建模仿真,发射线圈磁场在轴向和径向的磁场分布具有对称特性。试验结果表明:接收线圈输出信号特点与发射线圈磁场分布仿真结果具有很好的一致性;基于低频发射线圈磁场分布特性为原理的低频跟踪定位系统定位精度可达±5 cm,满足实际工程需求。
李冉 王武昌 朱建鲁 李玉星 张连伟 叶勇 郑美娟
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LNG 浮式储存与再气化装置(Floating Storage Regasification Unit)的建设周期短、装置灵活性高,其再气化模块是LNG-FSRU 的重要功能模块,中间介质气化器(Intermediate FluidVaporizer,IFV)则是LNG-FSRU 关键设备之一。基于LNG-FSRU 中间介质再气化工艺现状,选择4 种中间介质和2 种加热源进行组合,确立8 种再气化工艺流程,利用Aspen HYSYS 软件建立再气化工艺流程模型,对再气化工艺进行敏感性分析。模拟结果表明:丙烷作为中间介质的整体式海水加热再气化工艺所需的海水流量及丙烷循环量较低,气化器结构紧凑、经济性好,其可作为LNG-FSRU 再气化工艺的首选;当海水温度较低时,可采用海水和蒸汽联合加热的再气化方式。研究结果可为LNG-FSRU 再气化系统的设计提供参考。
赵洪亮 刘超 王朋飞 拜禾 刘培军
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为了实现多构型RB211-24G 燃气发生器试车,提出了升级压缩机组维检修中心试车台控制系统的方法。根据试验结果确定了VIGV 控制系统的归零电流和PID 参数,通过静态方法和动态方法验证了参数的可靠性,保障了可调静子叶片稳定运行;优化了排气温度热电偶接线的方法,节省了试车备件采购投资,并大大提高了试车工作效率。通过多构型燃气发生器的生产试车,验证了升级后试车控制系统的可靠性和兼容性,解决了试车台与不同构型机组不兼容的问题。
齐得山 李建君 赵岩 刘春 王元刚 李淑平 刘继芹
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为了充分利用金坛盐矿区有限的盐矿资源,使整个库区盐腔的总体积最大化,需要从金坛储气库正在造腔的井中,筛选出直径可适当增大的盐腔,并优化腔体体积。首先排除即将完腔的、严重偏溶的、临腔最小矿柱比小于2.3 的3 类直径不可增大的腔体,然后再通过临腔腔体评价,从金坛库区26 口正在造腔的井中筛选出10 口腔体,确定最大直径后,重新对腔体体积进行模拟。优化后,10口腔的总体积约增加了26×104 m3,不仅充分利用了盐岩资源,而且降低了造腔成本,为今后其他盐穴储气库的建设提供了理论指导。
徐建辉
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为了提高中亚D 线工艺及自控水平,保证管道安全、平稳、高效运行。基于高水平国际咨询公司ILF 对中亚D 线工艺及自控水平提出的审查建议,从设计理念、风险评估、岗位设置原则、ESD分级、调控中心功能定位、与各国段及气源国间数据共享等方面,对比分析了中亚D 线与欧美天然气管道在工艺及自控水平的差异,结果表明:最主要的差距体现在设计理念方面。重点分析了中亚D 线17 个子系统,虽然总体设计水平与欧美差距不大,但是在实施过程中尤其是对于复杂的压缩机和发电机系统来说,实际情况与设计期望值相比出现了不小的偏差。最后,提出了相应改进措施及建议,为国内天然气管道工艺及自控设计水平提升提供了很好的借鉴意义。
李钦 马志荣 祝守丽
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天然气在管内流动时,受湍流、涡流等影响,极易产生流噪声,三通是管道系统必不可少的组成部件,对其噪声变化规律进行深入研究尤为必要。通过建立T 型三通三维实体模型,基于FW-H声比拟理论,利用ANSYS Fluent 自带的FW-H 模型,对不同进出口组成T 型三通流噪声的变化规律进行模拟计算分析。当介质在三通内流动时,在近壁面涡流的作用下产生较高等级的流噪声,易对站场工作人员造成严重的身心伤害;当只有一个水平出口时,T 型三通内流噪声等级最高,且超出国家规定的70 dB 的范围;通过改变不同进出口组合,可以有效地降低T 型三通流噪声声压等级。数值计算结果为站场三通流噪声防控措施的研究提供了一定的理论依据。
刘白杨 王宁 陈旭升 尚国涛 刘超 王猛
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随着中国天然气长输管道的不断发展,燃气轮机驱动的天然气压缩机被广泛应用于管输天然气增压。对2006-2017 年西一线、西二线、西三线及轮吐线的15 个压气站共39 套RR 燃驱压缩机组的故障停机数据统计,计算可用率、可靠性、平均无故障运行时间、千小时故障停机次数等指标,归纳分析各类故障的发生频次、产生原因及部位,统计故障分布图,并总结发生概率较高的故障。统计结果表明,控制系统及辅助设备故障是造成管道压缩机组故障停机的主要原因。针对几类高频故障,结合运行维护经验分析其原因,并提出解决措施,有助于减少不必要的故障停机,提高机组运行稳定性,保障安全可靠生产。
郑劲 王大鹏 赵佳丽 支树洁 张运雷 阎涛 崔秀国 霍连风
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生产上对柴油和汽油顺序输送的批次通常采用固定比例切割,但有些管道在切完第2 刀后,仍有较长的一段混油。通过混油掺混室内实验和混油进罐现场实验,针对65 ℃ 0# 柴油推93# 汽油的混输管道,在完成混油切割第2 刀之后,分别将后行油品切入空罐、切入闪点一致的纯净柴油罐、切入含有不同闪点柴油的纯净油罐情况进行计算分析,得到罐内油品达到合格时的体积量。结果表明:后行油品切入空罐时,罐内油品量达到600 m3 时油品合格;切入存油为50 m3、100 m3 同一闪点纯净柴油罐,罐内油品量达到530 m3、450 m3 时油品合格;切入存油为60 ℃纯净柴油罐,切入量会稍大;切入存油为70 ℃,切入量会减小。实验结果对混油切割有一定指导作用。
谭春波 许罡 许明忠 夏祝福 覃慧敏 阮景红 葛彩刚 路民旭
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在高压直流输电线路进行调试或发生故障的情况下,直流输电系统采用单极大地回路电流运行方式,接地极有几千安培的电流流入、流出,会对周围金属结构物造成直流杂散电流干扰。在鱼龙岭接地极单极大地回路运行时,不同接地极入地电流下,测试受干扰管道不同位置的电位分布和变化,分析广东省天然气管网有限公司一期天然气管道受干扰的影响情况,同时通过测试采取措施后,干扰电位的变化,分析缓解措施的效果。通过电位分析,得到接地极入地电流对管道的影响规律:管道的干扰电位和接地极的入地电流成比例关系;管道受到干扰时,管道极化电位明显超过标准要求,管道存在腐蚀和氢脆的风险,同时绝缘接头位置为风险点;在高压直流输电线路单极大地回路运行时,管道干扰电压达到140.5 V,管道存在人员和设备风险;采用站内接地网作为缓解措施,对连接点位置管道有明显缓解作用,对远离接地网的连接点位置有负面作用。
赵瑞华 李玉坤 林浩然 邰军 白桦 管志伟
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在服役状态下的大直径管道内部存在较大应力,严重影响着管道的抗腐蚀能力、抗疲劳强度等性能,因此实现对其内部应力的在线监控至关重要。基于单向及两向应力状态下超声纵波声弹性理论,通过设计二维平面应力超声纵波测试系统及薄膜应力测试施力装置,进行了单向及两向应力状态下声弹性效应实验,验证了理论的准确性。目前工程上主要应用单向应力状态下的声弹性理论测量管道应力分布,但对比两种应力状态下声弹性理论方程可知,单向应力状态下的声弹性方程忽略了应力方向与声波传播方向之间的夹角对应力测量的影响,基于此,进行了一系列探究实验,得出了应力方向与声波传播方向之间的夹角对应力测量的影响规律。
袁梦 梁永图 王博弘 张浩然 王博 赫曼求 王艺
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合理规划天然气供给系统是天然气市场调节的重要组成部分,有利于推动天然气行业供给侧改革,实现天然气产业可持续发展。天然气供给系统与天然气价格及需求紧密相关,通过对国内外相关研究成果进行调研,总结了全球范围内天然气价格波动的长期及短期影响因素,归纳了天然气需求量波动影响因素及预测方法。详述了近年来天然气市场多主体分析的主要研究成果,并依据输入参数类型梳理了国内外天然气供给链系统规划模型的最新进展。最后结合天然气市场调节系列
问题的研究现状,提出了从供给侧出发的天然气市场调节思路,以期对中国天然气市场有效调节提供借鉴。
李洁 张展 张韬 王喆 张亚琴 侯安宇 谭哲
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随着石油、天然气管道事业飞速发展,陆上长输管网形成了一定规模。为进一步完善长输管网系统,施工单位将要面临更高难度的施工作业,山地长输管道施工将常态化,其中山地管沟开挖是山地长输管道施工中的重点和难点。以西三线东段5 标段管道工程为例,深入分析管沟沿线的地质和地貌情况,针对山地管道管沟开挖施工技术的要点和难点,做出了不同地质条件下应采用不同的管沟开挖方法的分析和论述。最后提出了有利于提高管沟开挖效率,提升管沟成型效果的建议。
杨金生 邱城 高辉明 邱长春 李振北 李岩 田瑜
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压电超声腐蚀内检测技术具有检测灵敏度高、能够直接对腐蚀缺陷进行深度量化等优点,因而在液态在役管道的腐蚀检测方面得到了广泛应用。通过分析管道压电超声腐蚀内检测技术的基本原理,总结了国内外压电超声腐蚀内检测技术的发展现状,并列举了现阶段国外知名检测公司三种较先进的压电超声腐蚀内检测器的产品性能、特点,进而指出了压电超声腐蚀内检测技术未来的发展方向,为我国管道压电超声腐蚀内检测技术的发展提供参考。
吕擎峰 王庆栋 王生新 周刚     霍振升
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面流侵蚀是油气管道穿越冲积扇的重要地质灾害类型之一。为了评价面流侵蚀对油气管道危险性大小,获取灾害点抗冲性、渗透性、休止角、水量、坡度、管道与沟道位置关系6 类指标因子,基于ArcGIS 提供的CASE 工具建立UML 模型。利用该模型,建立冲积扇油气管道数据库,通过缓冲区分析、克里金插值法、叠加分析,对最终栅格图按照自然断点法进行分级,分为5 级,得到缓冲区的危险强度等级。分析结果与实际管道调查情况较吻合,表明该方法在冲积扇油气管道面流侵蚀研究中值得推广,从而为油气管道运营过程中危险性评价提供一种新思路。
石磊 邵龙义 王皆明 朱华银
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储气库运行损耗微观机理是研究水驱气藏储气库周期注采过程储层水侵伤害的关键。针对储气库高速注采运行水体往复运移对储集空间动用效率的影响,联合应用储气库周期注采模拟核磁共振、微观可视化模拟技术,分析储气库微观孔隙中两相流体分布及运移特征,量化分析地下储集空间动用特征,评价水驱气藏储气库注采运行损耗微观机理及其主控因素。结果表明:气水过渡带是水驱气藏储气库注采运行发生损耗的核心区域,气水互锁作用与储气库的注采损耗密切相关。研究结果为深入开展水驱气藏储气库注采运行方案优化,提供了技术支持与重要依据。
何国玺 李岩松 王博弘 金科君 丁鼎倩 梁永图
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为了解决清管器实时三维定位问题,利用商用通信网络对清管器位置进行全过程实时在线跟踪监控。根据对定位信号的定量分析开发了能自动适应环境的定位算法,分别提出5 基站自适应定位算法、4 基站自适应定位算法及基于通讯半径约束的定位算法。对于5 基站自适应定位算法,利用基础数据对模型进行测试,测试结果的最大定位误差不超过1.6 m,平均误差为0.61 m。为了能利用最少的点进行高精度定位,又开发了4 基站自适应定位法,并利用两组数据进行测试,平均定位误差为2.19 m。同时,对不同通信半径约束进行研究,得出通信半径越小,总的有效通信连接数越少,定位精度越低,在可接收到清管器发射的信号范围内,基站的数目以5~13 为宜。对实际输油管道清管过程进了清管器定位测试,验证了基于无线通信基站的清管器实时三维定位方法的有效性。
岑康 唐军英 张优 王飞 查四喜 罗敏
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目前居民户内燃气设施安全管理有效性及其效率尚未形成完善的评价指标体系与评价方法。针对这一问题,通过综合考虑数据管理、入户安检、风险评价、整改维护、应急维抢修等户内燃气设施安全管理各环节投入以及实施效果等产出情况,构建了居民户内燃气设施安全管理效能评价指标体系。利用DEA 处理多输入、多输出问题的优势,建立了基于SE-DEA 的效能评价模型,按照“投入-产出”原则,确定了模型的输入与输出指标,并采用德尔菲法将定性指标定量化。针对四川6 家不同规模和安检模式的燃气公司,利用所建效能评价方法分别对其管理效能进行了评价。结果表明提出的评价指标体系与评价方法可准确反映户内燃气安全管理水平,能有效指导查找短板,并给出有针对性的改进建议。
郭超 俞龙 赵泽茂 谢灿波
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为了给南苏丹法罗杰FPF 站场扩建项目的气相选材和防腐设计提供理论依据,对该站原油伴生气腐蚀性进行了研究。利用2005 年NORSOK M-506《CO2 腐蚀速率计算模型》中关于CO2 气相腐蚀的计算方法,研究了系统压力、水相pH 值、温度、壁面剪切力等参数对法罗杰FPF 站原油伴生气腐蚀性的影响。结果表明:在该项目伴生气参数的变化区间,压力和水相pH 值对伴生气腐蚀性影响显著,随着压力的升高和水相pH 值的降低,伴生气腐蚀性急剧增强;随着温度的升高,伴生气腐蚀性先逐步增强,在40~80 ℃达到某一最大值后又逐步降低;壁面剪切力的增加也引起伴生气腐蚀性增强,但相对其他因素,壁面剪切力对伴生气腐蚀性变化的影响较小。据此推荐了防止CO2 腐蚀的措施。
隋冰 卓海波 于斐
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油罐储存凝点较高或黏度较大的油品时需采取保温伴热措施。为了确定单盘式浮顶罐的保温伴热设计方案,结合传热学理论,考虑浮顶单盘下油气空间的热阻,建立了油罐保温伴热模型。以5×104 m3 单盘式浮顶罐为例,设计了油罐的保温伴热方案,并在此基础上建立了油罐二维模型,采用CFD 方法对油品的流动和传热过程进行了仿真模拟。研究表明:单盘式浮顶罐的罐顶不需要采取保温措施,单盘下少量的油气空间保温效果显著;罐内油品的温度差造成密度差,使油品处于循环流动状态;除靠近伴热器、罐顶和罐壁的区域外,罐内绝大部分区域油温分布均匀。研究成果为单盘式浮顶罐的保温伴热设计提供了参考方案。
方卫林 杨萍 高良泽 胡江锋 徐春燕 李振军 董旭
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运用液体石油管道内腐蚀直接评估方法(LP-ICDA)对西部成品油管道被评价管段进行内腐蚀直接评估,包括预评估、间接检测、详细检查和后评估4 个步骤。在预评估阶段,收集整理该管段内腐蚀直接评估的相关数据;在间接检测阶段,通过建立多相流模型,分别预测该管段正常输送期间与停输期间的内腐蚀风险分布,并且考虑运行前期水相状态的影响,综合分析该管段内腐蚀风险位置;通过详细开挖检查,确认该管段存在内腐蚀;在后评估阶段,对该管段再评估时间间隔进行分析。评估结果表明:该管段存在内腐蚀,但管道强度未受到显著影响,仍可在允许的安全压力下运行。
吴继辉 郝国强 梁华 吴琼 孙異 任波涛
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为了实现输油泵轴承故障的智能诊断与识别,针对输油泵轴承振动信号S 变换时频图包含丰富故障信息的特点,提出了一种利用纹理分析对S 变换等高线时频图进行特征提取的输油泵滚动轴承智能故障诊断方法。该方法对轴承振动信号进行S 变换,将S 变换获得的等高线时频图作为纹理图像进行分析,提取其Tamura 纹理特征中的粗糙度、对比度、方向度作为纹理特征组成特征向量,采用支持向量机作为分类器实现轴承故障的智能诊断。通过实测轴承故障信号测试表明,该方法能够获得较高的故障模式分类精度,实现滚动轴承的自动故障识别,具有较高的工程应用价值。
丁旭明 李明波
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GB 50341-2014《立式圆筒形钢制焊接油罐设计规范》对储罐的设计压力范围进行扩展,并且做了相关的技术要求。为了分析扩展后的设计压力取值对储罐设计的影响,对压力引起的储罐强度破坏进行理论分析,从正压和负压两方面分别阐述设计压力的取值对罐顶与罐壁连接处有效截面积、罐壁板计算厚度、罐壁加强圈及罐顶结构类型的影响。分析得出:规范中罐顶与罐壁弱连接有效截面积计算公式仅适合Q235 钢板材质;微内压工况下,抗压环截面积取值要求与弱顶结构的取值要求相冲突,两者无法同时满足;负压工况下,加强圈的数量根据许用临界压力和最大允许不加强罐壁当量高度来确定。此研究为储罐设计提供借鉴和参考。
耿欢 周书仲 任永磊
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天然气长输管道压气站使用的离心式压缩机轴端干气密封由于其自身运行特点,允许一部分工艺气通过放空管排空,既浪费能源、增加管道损耗,同时温室气体的排放也造成了环境污染。为了回收干气密封一次放空天然气,在国内首次完整地提出了天然气长输管道离心压缩机组干气密封放空天然气回收利用的整体解决方案,方案使用变频控制、风冷、对称平衡、两列四级往复式压缩机进行增压,设计了三重安全保护系统,对管道压缩机组原干气密封安全运行无任何影响,同时可以实时监测回收天然气的瞬时流量和累计流量。系统实际运行结果表明:该系统具有结构简单、维修量小、成本可控、运行可靠的特点。天然气回收量达到预期效果,投资回收期在3 年左右,实现了开源节流、降本增效的目的。
刘超
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调节阀是石油化工行业管道运输中的核心设备,可以通过改变自身阀位达到控制管输介质流量、压力、温度、液位等工艺参数的目的。以我国某成品油管道的1 座减压站为例,站内减压阀投产5 年后在PID 控制模式下出现调节不稳的情况,其直接原因是迷宫阀笼下部损坏。通过分析减压阀PID 控制原理并结合阀门工作特性以及执行机构性能参数,对以上不稳定工作状态进行深入分析,同时给出具体解决方案,且经维修后的减压阀控制稳定性完全满足管道运行需要,为此类故障的维修乃至减压阀国产化提供了参考。
马春青 姚海玉 高云青
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随着“一带一路”国家战略和中国石油海外市场的开拓,海陆一体项目,特别是利用悬链式单点系泊系统配合海上油轮过驳油品至陆上炼化终端的项目成为未来开发的主要选择。利用单点系泊系统,油轮装卸的港口设施被有效扩展到较深海域,缓解了港口拥挤,降低了建设专用码头的成本,提高了油品输送效率。基于孟加拉GTCL 油气输送公司项目,详细介绍和分析了悬链式单点系泊系统管汇基盘、水下软管和漂浮软管、锚腿等的施工安装流程和现场安装工艺,为悬链式单点系泊系统类似项目的海上安装提供工艺支持和指导。

王洪超 王立坤 伍晓勇 于雷 吴家勇 富宽 郑健峰 张弢甲
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为了提高现有负压波管道泄漏监测系统监测管道缓慢泄漏的能力,在负压波泄漏监测技术的基础上,采用识别压力下降趋势的方法对管道上、下游压力进行分析,通过监测压力的持续下降识别泄漏。与常用的负压波泄漏监测技术相比,采用监测压力下降趋势的方法识别泄漏不需要设置监测阈值,通过改变参与运算的数据长度即可实现快速检测识别管道缓慢泄漏;采用现场放油测试的方式与设置监测阈值的方法进行对比,测试结果表明监测压力下降趋势的方法可提高负压波泄漏监测技术的灵敏度。
孙岩 朱维耀 刘思良 黄堃
[摘要]浏览(1444)次
含有边水的凝析气藏型储气库运行投产后,在多周期扩容过程中,由于季节调峰需求,储气库的采气阶段并不能完全按照上下限压力,并且由于气水关系复杂和凝析气相态变化,导致储气库工作气量参数计算较为困难。基于物质平衡原理,推导考虑边水侵入、凝析气相态变化及岩石压缩性的边水凝析气藏型储气库物质平衡方程,通过计算各注采周期内储气库可动用的含气孔隙体积,建立了边水凝析气藏型储气库多周期工作气量的计算方法,结合国内某地下储气库进行了实例验证,结果表明模型计算工作气量值与实际工作气量匹配一致。该方法提高了储气库工作气量的计算准确度,对储气库多周期盘库和高效运行管理提供了技术支撑。
董鹏 郑大海 黄建忠 卢晶晶
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埋地输油管道的建设和运行势必会破坏多年冻土的稳定性,容易引发冻胀、融沉、崩塌、热融滑坡所导致的管道弯曲、翘曲等灾害。由于多年冻土对温度具有极敏感性及其破坏的不可逆性,故对多年冻土区埋地输油管道周围温度场的监测开展研究。以漠大管道为例,选取典型管段,设计了适用于漠大管道周围温度场监测的测温系统。监测结果表明:管道设置合理的保温措施可有效阻隔输油管道向土壤的放热,减小管道周围土壤的融化范围,对缓解管道融沉有着较好的效果,为管道冻土灾害综合整治提供决策依据。
王博弘 梁永图 张浩然 何国玺 廖绮
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集输管网拓扑结构优化是油气田地面集输系统优化的一个重要组成部分,不同的拓扑结构将直接影响集输系统建设开发的经济效益。目前对集输管网的拓扑结构优化研究多集中于枝状管网、放射状管网、环状管网等单种管网连接形式,对一环带数枝的环枝状组合形式的复合型集输管网优化研究较少。提出的优化方法建立在一种新的寻找最优环的方法的基础上,将各井口就近插入环网,形成一环带数枝的环枝状复合型管网。以管网总费用最少为目标函数,以相关集输条件为约束,考虑地形起伏等因素对管道走向的影响,研究了环枝状复合型集输管网在三维地形下的拓扑结构优化问题, 并提出了耦合遗传算法和A* 算法相结合的新算法求解优化模型。利用文献中的某煤层气田集输管网作为算例进行验证,结果表明,用该方法优化后的管网连接方式可以减少环枝状集输管网连接长度,降低集输管网建设的投资费用,且该方法不仅可以实现二维平面上的优化,在对地形进行模拟仿真后,也可用于三维地形下的优化。
周晓玲 王震 肖文涛 刘刚 陈雷
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中东是中国进口原油数量最多的地区,近年来随着中国油品需求不断增长,从该地区进口原油的品种和数量也明显增加,该航线原油远洋运输规模不断扩大,为有效地节省远洋运输费用,降低一次物流成本,分析了中东-中国航线原油远洋运输问题的特点,并建立了运输方案优化模型。以差分进化算法为主体,采用四染色体编码、基因组压缩、变量互锁、邻近时空优先编/解码等子算法支持,求解中东-中国航线原油远洋运输方案优化问题。在满足供需平衡约束的情况下,降低了问题规模,缩减了问题的“劣质解空间”,最终有效提高了寻优时效。利用算法求解中东—中国航线某月度的局部远洋运输方案优化问题,在约5 min 内获得较优可行解,所得优化方案较人工方案节省运费近36×104 美元。
李文勇 邹峰 杨云兰 李猛 刘涛 王君元
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为解决目前国内外大型立式快开盲板无专用吊装设备,需雇佣吊车方能开关的难题,通过对现有中小规格盲板进行动力驱动布局、材料优选、结构优化等创新设计,并采用有限元分析方法对关键零部件进行结构受力分析,研制出1 台PN11 MPa、DN1500 大型立式快开盲板。该盲板最大特点是具有自动提升与自动旋转功能,其旋转与提升机构具有足够的强度和刚度,完全满足安全操作要求;同时该盲板能够满足1 人在5 min 内,轻松实现大型立式快开盲板开启的要求。通过现场开启测试,验证了所研制设备的合理性,提高了国产大型立式快开盲板的自动化水平。所研制的大型立式快开盲板已在实际管道站场项目中得到良好应用。
郝进锋 姜月利 祝庭 高小波
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为了明确滚动隔震装置对立式圆柱形储罐的减震效果,利用地震模拟振动台进行立式圆柱形储罐模型试验。按照1∶4 相似比设计立式圆柱形储罐罐体模型,在罐壁环向不同高度处布置加速度传感器的测点,并输入El-Centro 波、Pasadena 波、金门地震波3 种地震波,测得罐体加速度和提离位移,将其与未安装滚动隔震装置的传统抗震结构体系的立式圆柱形储罐进行对比分析。试验结果表明:采用隔震控制体系后,储罐底部的加速度响应降低49.49%~62.47%,可以按降低烈度进行抗震设计;滚动隔震对立式圆柱形储罐的提离高度有明显的降低效果,其中金门地震波作用下提离减震效果达到28.5%,而在El-Centro 波和Pasadena 波作用下提离减震效果超过76.6%,能有效防止储罐出现象足屈曲或大角焊缝出现开裂破坏。
纪健 李玉星 纪杰 敬华飞
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海洋油气采集、运输主要是由多相流管道完成,多相流管道检测问题一直是管道安全的难点。基于声波传感技术有诸多优点,对声波传感技术在多相流管道泄漏检测的应用情况进行了研究。首先通过文献调研,总结了基于声波传感技术的管道泄漏检测研究现状,然后通过气液两相流管道的声波法泄漏检测认知实验和对声波传感器采集的实验数据进行初步处理,验证声波传感技术在多相流管道泄漏检测的可行性。实验结果发现:在不同的流型条件下,采集到的泄漏声波信号特征不同,
但都具有第一峰值、第二峰值特征,可以利用求信号平均幅值、均方值以及分段积分的方法来判断管道泄漏与否,并利用信号的互相关性实现泄漏定位。最后探讨了声波传感技术在多相流管道检测中的研究和发展方向。
王大伟 胡艳辉 李麟 朱生旗 张宏伟
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石油化工行业的迅猛发展及对能源需求量的日益增大,对油品装运水平提出了更高要求。以缅甸油库的分布式自动定量装车系统为研究对象,结合现场实际情况,详细分析了分布式自动定量装车系统的工艺流程,阐述了整个装车系统的控制策略,介绍了分布式控制的总体结构,系统由现场控制部分和远程监控部分组成,现场控制采用Smith 批量控制器,完成装车过程的数据采集、处理及定量装车实时控制、连锁保护等功能。远程监控采用可视化组态软件,基于该软件开发了自动定量装车监控系统,实现了过程数据监控、历史数据显示、报警及安全保护连锁等功能。自动定量装车系统的应用降低了操作人员的劳动强度,提高了自动化水平,保证了油品装运的安全与高效。
邵奇 闫亚敏 黄晓茵 张万 袁铭
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随着全球成品油管道的加速建设与投产,成品油管道系统的经济、高效运行越来越受到人们的关注与重视,问题的关键在于编制与执行调度计划的水平。通过调研国内外成品油管道调度相对有一定影响力的文献,并结合国内外成品油管道运营方式和管道体制的差异,对国内外成品油管道调度的研究现状进行了详细评述,总结了目前成品油管道调度领域的主要研究方法和研究成果,并展望今后成品油管道调度的研究方向,包括大落差成品油管道的调度运行、航空煤油与汽柴油顺序输送管道的调度优化、更多智能算法在管道调度模型求解方面的应用和耦合水力计算编制成品油管道调度计划等,可为今后成品油管道调度研究提供借鉴意义。
龚晟毅 范世东
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为实现油港储运作业的运行优化,以油港原油管道储运作业系统为研究对象,在资料统计和实地调研的基础上,对泵机组多种组合方案进行研究。构建以热力费用与动力费用之和最小为目标函数的油港储运作业优化模型,采用以单位质量流量能耗比最小为依据的泵组合优化分析方法进行求解。以某油港原油输送管道为例,结合现场数据进行优化模型求解。结果表明:该优化方法比现有方法更经济节能,使油港完成每次输送任务降低电费19.9%以上,验证了优化方案的可行性,为科学的油港储运作业提供参考。
陈亚楠 赵东风 韩丰磊 卢磊 欧阳振宇
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为了准确量化浮顶罐挥发性有机物(VOCs)的排放量,通过分析浮顶罐的排放机理,以美国EPA 推荐的AP-42 排放量计算公式为基础,选取某汽油内浮顶罐为例,分别计算了储罐边缘密封损耗、挂壁损耗、浮盘附件损耗、浮盘缝隙损耗,并对比不同情况下损耗值的变化。依据计算中的各影响因素,从浮盘及密封选型、罐壁黏附系数、涂层等角度分析制定浮顶罐VOCs 排放量的控制措施。结果表明:增加二级密封、采用双层板式浮盘、管壁合理选用防腐涂层、罐体采用喷淋水冷却、设置顶盖等措施可以有效减少VOCs 排放量,对节能减排工作具有一定的指导意义。
裴东波 高振波 康叶伟 王洪涛 卢启春 郭正虹 孙雷
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管道注浆是废弃管道安全环保处置过程中的必要措施,对注浆材料的试验测试、关键注浆设备的对比、注浆方法现场应用试验,解决不同环境条件下油气管道的注浆问题尤为重要。研究结果表明:以水泥、水泥与粉煤灰、黏土及粉土的混合物为主的注浆材料具有价格便宜、获取便利、环保等特点,通过不同添加剂的调配可满足不同环境条件下管道注浆的需要;油气管道注浆宜采用往复泵,浆料搅拌可根据需要选择浆式、推进式或涡轮式搅拌器;纯压力注浆方法可解决短距离管道一次性注浆的问题,而真空辅助压力注浆方法可实现长距离注浆;油气管道长距离快速注浆宜采用多台泵、移动浆液缓冲池,并通过对浆液固化后的强度、结石率指标以及浆液注入总量的控制实现最终注浆效果的保障,对不同环境条件下的废弃油气管道经济、高效、环保注浆具有指导作用。
邓群 吴家锋 王丰 张柱柱 陈俐颖
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针对天然气集输管网的优化问题,采用k-means 聚类算法对天然气田区域内的井口进行了分簇,在Prim 算法的基础上提出了惩罚最小生成树算法,建立了天然气集输管网规划模型,并给出了天然气管网规划代价函数,采用迭代逼近的思想,从全局优化的角度,对天然气集输管网规划问题进行了研究,借助于SPSS 与Matlab 软件对模型进行了程序实现。结果表明:利用惩罚最小生成树模型规划的天然气集输管网与传统星枝状结构的天然气管网相比代价更小,具有一定的可行性与灵活性,能够为天然气集输系统的工程建设与成本优化提供参考依据。
耿丽媛
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为系统比较轴向和周向励磁方式的漏磁内检测技术对于不同角度缺陷检测结果的可靠度,设计了简易的工程对比试验。该简易工程试验选取平面钢板作为试验样板,在钢板上制作了不同角度的缺陷;同时开发了平板结构的漏磁检测样机,通过改变励磁方向来模拟轴向励磁漏磁和周向励磁漏磁内检测。利用平板结构的漏磁检测样机,以上述两种励磁方式对平面钢板上的缺陷进行漏磁检测并得出检测信号。对比轴向励磁漏磁内检测和周向励磁漏磁内检测对同一缺陷所得的不同检测信号,得出相应的试验结论,即:对于与轴向平行或者夹角≤ 30°缺陷,周向励磁漏磁内检测技术的检测结果可靠度高;对于与轴向夹角> 30°的缺陷,轴向励磁漏磁内检测技术的检测结果可靠度高。
纪健 李玉星 纪杰 张建军 耿晓茹
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基于光纤传感的管道泄漏检测技术相较于传统管道泄漏检测技术而言优点众多,针对不同光纤传感技术,为比较其在泄漏检测领域的优劣以指导实际应用,将基于光纤传感的管道泄漏检测技术分为散射式、干涉式、其他类型3 类,详细介绍了各技术的技术原理、研究现状及存在的问题,从光纤的测量长度、分辨率及应用情况等方面对其进行了比较,并对该类技术的发展趋势作了展望,即智能化、微型化、多参数实时化、高精度和灵敏度及网络化。随着光纤传感技术被越来越广泛地应用到管道泄漏检测中,将为管道安全运输提供更加有效的保障.
肖文涛 李雪 刘刚 李启 姜志辉
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大批量原油顺序管输计划优化中存在关于节能-平稳的矛盾性优化目标。提出了一种可视化优化排产方法,该方法基于隐枚举法求得各支管各流量条件下的最优泵组合及能耗,获得最低能耗(最优泵组合)-转折流量曲线,而后将各支管的最低能耗-转折流量曲线按所规定的总时间约束进行叠加,生成综合能耗-综合流量曲线,获得直观的综合经济输量区间,为计划人员安排各类原油的批次顺序和输量时提供参考,辅助实现关于矛盾性目标的折中优化。用该方法对示例管输任务进行了计划优化,结果表明:采用可视化流量优化方法提高了管输方案编制的经济性和时效性,同时由于优化方案的可视性较好,能够降低辅助业务人员降低方案编制失误的风险。
范慕炜 宫敬 伍阳 孔文慧
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随着中国天然气需求量迅猛增长,天然气供应的安全性、稳定性及时效性备受关注,确定天然气管网系统可靠度显得尤为重要。以陕京天然气管网系统为研究对象,运用质量工程中常用的六西格玛法则,基