中俄东线站场X80异径三通低温韧性指标的确定

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BS 7910-2019《金属结构裂纹验收评定方法指南》和API 579-1/ASME FFS-1-2016《合于使用》中的失效评定方法,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,确定了-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·m~(1/2),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·m~(1/2),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,确定了中俄东线天然气管道工程用直径1 422 mm×1 219 mm的X80异径三通的低温韧性指标。(图5,表3,参19)     

管径1422mm的X80焊管断裂韧性指标

基于高压力、大口径、高钢级的中俄东线天然气管道断裂控制技术需求,研究了管径1 422 mm的X80焊管断裂韧性指标。为了防止焊管启裂,采用失效评估图技术,通过断裂力学分析,得出X80焊管的焊缝及热影响区夏比冲击功最小平均值为80 J;为了满足管道止裂要求,基于Battelle双曲线方法,并引入1.46倍系数修正,确定焊管母材的夏比冲击功最小平均值为245 J。通过对试制的管径1 422 mm的X80焊管进行冲击韧性测试和统计分析,结果表明其韧性水平整体较高,可以满足中俄东线天然气管道断裂韧性指标要求。     

管径1422mm的X80焊管断裂韧性指标北大核心

基于高压力、大口径、高钢级的中俄东线天然气管道断裂控制技术需求,研究了管径1 422 mm的X80焊管断裂韧性指标。为了防止焊管启裂,采用失效评估图技术,通过断裂力学分析,得出X80焊管的焊缝及热影响区夏比冲击功最小平均值为80 J;为了满足管道止裂要求,基于Battelle双曲线方法,并引入1.46倍系数修正,确定焊管母材的夏比冲击功最小平均值为245 J。通过对试制的管径1 422 mm的X80焊管进行冲击韧性测试和统计分析,结果表明其韧性水平整体较高,可以满足中俄东线天然气管道断裂韧性指标要求。     

X80大口径三通低温断裂韧性试验

油气管道站场用管要求具有较高的低温抗断裂性能,尤其是三通等管件的壁厚较大,尺寸效应显著。为了确定低温服役的X80大口径三通的适用温度和壁厚,通过夏比冲击、落锤撕裂和三点弯曲试验研究了X80大口径三通的低温断裂韧性和尺寸效应,并利用失效评估图技术进行安全评估。结果表明：X80大口径三通具有较好的低温夏比冲击性能,但抵抗低温裂纹长程扩展的落锤撕裂性能较差。试验温度高于-20℃时,随着壁厚增大,DWTT断口剪切面积减小,在20℃、0℃和-10℃试验温度下的50％剪切面积临界壁厚分别为26mm、25mm和22mm。利用三点弯曲试验测得的低温断裂韧度计算的X80三通失效评估点均在安全区域内,而且有一定的安全裕量。（图7,表3,参12）     

管件防脆断控制技术现状与思考

中俄东线天然气管道工程站场设计温度低至-45℃,对管道设施防脆断能力提出了新挑战,为了防止低温环境下服役构件发生脆性断裂,需要制定科学、合理的韧性指标要求。系统阐述了防脆断控制技术的发展历程:经验方法→断裂分析图法→断裂力学方法。以中俄东线天然气管道工程为例,分析了油气管道管件基于经验方法的防脆断技术现状,并对比分析了ASME BPVC(Boiling and Pressure Vessel Code)的防脆断控制要求,指出油气管道管件防脆断控制措施存在的不足。基于经验的夏比冲击韧性指标应用于高韧性管线钢时,可能存在不足以防止脆性断裂的风险,因此提出:①建立完善的基于断裂力学的高钢级高韧性管件防脆断控制指标体系;②在现有防脆断控制指标的基础上增加NDT(Nil-Ductility Transition)测试要求;③建立基于断裂力学评估的防脆断控制要求。(图5,表2,参24)     

低温环境机械防腐补口装备构成与施工工艺

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,可为中俄东线天然气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。     

外径1422 mm X80管道低温整体式绝缘接头设计与制造关键技术

为了满足能源战略的需要,在中俄东线天然气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。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+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。(图5,表3,参20)     

中俄东线站场工艺管道用高钢级低温钢管韧性指标

中俄东线天然气管道是中国首条OD 1 422 mm大口径输气管道,途经东北严寒地区。基于此,对比分析国内外标准规范,明确了天然气管道站场工艺管道断裂控制设计原则、最低设计温度选定要求,包括:(1)站内工艺管道断裂控制,关键是要防止管道发生起裂,钢管应具有足够的断裂韧性。对于起裂后的断裂扩展控制和落锤撕裂试验(Drop Weight Tear Test,DWTT)指标,应视工程具体情况并结合国内低温钢管的生产水平综合确定。(2)最低设计温度应考虑正常运行操作、放空、节流以及停输保压等工况下金属壁温可能达到的最低温度,针对站场工艺管道用X70、X80钢管确定管道的最低设计温度等于最低环境温度。(3)针对油气输送管道站场地上工艺管道,建议最低环境温度取最低日平均温度。结合理论计算和钢管实物性能参数,提出了中俄管道站场工艺管道用X70、X80钢管的低温韧性指标,对今后类似工程有一定的借鉴意义。     

现行设计系数对中俄东线OD 1422mm管道的适用性

中俄东线天然气管道工程是大口径(OD 1 422 mm)、高压力输气管道,涉及新工艺、新管材的应用,按照目前我国管道设计标准规定的设计系数确定的管道壁厚能否保证管道安全运行,是其设计过程中的技术难题之一。利用我国天然气管道可靠性设计与评价技术研究成果,结合中俄东线OD 1 422 mm管道途经地区等级、管材性能、建设及运行维护参数,依据现行设计系数计算得到中俄东线天然气管道工程的3种管道壁厚分别为21.4 mm、25.7 mm、30.8 mm。基于可靠性方法对管道失效概率进行计算分析,得到极端极限状态下管道失效概率分别为1.27×10~(-7)次/(km·a)、3.66×10~(-10)次/(km·a)、3.53×10~(-15)次/(km·a),均满足中俄东线天然气管道目标可靠度要求,表明按现有设计系数计算得到的管道壁厚对OD 1 422 mm管道设计是适用的,能够保障管道建成后安全平稳运行。     

中俄东线天然气管道环焊缝断裂韧性设计

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,中国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,缺乏理论计算和技术支撑。基于断裂力学原理,采用英国标准BS7910-2013《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,针对中俄东线天然气管道设计工况,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开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。     

中俄东线OD 1422 mm埋地管道的断裂控制设计

中俄东线天然气管道是中国首条大口径OD 1 422 mm输气管道,途经东北严寒地区,钢级为X80、设计压力为12 MPa,其断裂控制设计是难点。结合断裂失效模式,明确了该工程断裂失效的控制原则。根据中俄东线管输天然气组份、管道壁厚、流变应力、运行温度及管沟回填等参数,采用断裂力学理论及相关模型计算了钢管焊缝和热影响区的起裂韧性、钢管管体止裂韧性以及环焊缝的起裂韧性,制定了中俄管道的钢管和环焊缝韧性指标。对比工程推荐采用的指标,该断裂韧性推荐指标在符合计算需求量的基础上,均有一定的裕量,能够满足管道的断裂控制要求。同时为了确保管道吊装下沟时环焊缝安全,对管道的韧脆转变温度和下沟温度下限值提出了建议。     

中俄东线直径1422mmX80钢级冷弯管设计参数的确定

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。     

寒冷地区输气管道站场保温设置模拟

中国寒冷地区输气管道站场日益增多,但对站场保温设置的重要性认识不足。为了保障站场运行安全,节约运行成本,开展了站场保温设置原则及必要性研究。通过模拟保温对停输管道温降的影响,分析了保温设置对维持管壁温度的效果;通过模拟保温对站内热损失的影响,分析了保温设置对节约运行成本的效果。研究结果表明: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。提出以下原则:根据达到设计输量年限确定站场是否设置保温;加热设备选型需要充分考虑站内温降等工艺参数。该研究成果已在中国东北地区哈沈线、中俄东线等工程中应用,并可进一步指导后续同类工程的建设。     

基于改进风险矩阵法的中俄东线高后果区风险评估

中俄东线天然气管道工程(黑河—长岭段)干线(简称中俄东线)是中国首条直径1 422 mm、X80M的大口径、高钢级输气管道,其沿线高后果区数量多、情况复杂且缺少可借鉴的工程数据。为了准确评价中俄东线风险,提出了一种改进的风险矩阵法,其采用定量分析方法确定了黑河—长岭段干线18个高后果区的失效可能性和失效后果等级,进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为Ⅰ～Ⅱ级,风险水平可以接受,论证了目前管道路由的合理性。     

中俄东线明水支线站场分输设计的影响因素及建议

中俄东线东北地区管道建设面临环境温度低、经济低迷、干线运行压力远高于用户需求压力等问题,以明水支线的设计为例,论述了最低设计温度的选取及设计温度下管材韧性指标的要求,针对经济低迷带来的间歇输送问题提出了相应的解决办法,对于调压造成节流能量损失和加热带来的能量消耗问题,从能量守恒角度提出了相应的解决思路。该研究成果为今后东北地区天然气支线的站场分输设计提供了指导,具有一定的借鉴意义。     

输油气站场智能巡检系统设计与实现

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。     

苏丹管道站场大壁厚管道焊接工艺研究

大壁厚站场管道的焊接是一项技术性很强的工作.对苏丹管道站场使用的材质为A106C、管径为610×40mm的大壁厚管道进行了焊接工艺分析,确定了焊接预热温度、复合坡口型式及焊接工艺.依据美国API1104标准对所制定的焊接工艺进行了评定,对站场管道的焊接提出了几点建议.     

柑橘冻害保险气象理赔指数设计

 【目的】设计柑橘冻害保险气象理赔指数,为开展柑橘政策性农业保险提供技术支撑。【方法】根据多年生果树柑橘产量与树龄、大小年和环境因子的关系,分离出相对气象产量。运用风险评估技术确定气象灾害导致的柑橘减产率,设计低温冻害指数,确定严重冻害的气象指标和减产率,综合区域产量指数保险和气象指数保险优点,设计柑橘严重冻害保险气象理赔指数。【结果】通过风险分析确定了柑橘严重冻害保险气象理赔指数。浙江沿海地区低温冻害指数大于-7.0℃、其它地区低温冻害指数大于-9.0℃,理赔指数为0,赔付率为0;浙江沿海地区低温冻害指数-7.0～-7.9℃、其它地区低温冻害指数-9.0～-9.9℃,理赔指数为1,赔付率为50%;浙江沿海地区低温冻害指数-8.0～-8.9℃、其它地区低温冻害指数-10.0～-10.9℃,理赔指数为2,赔付率为70%;浙江沿海地区低温冻害指数小于等于-9.0℃、其它地区低温冻害指数小于等于-11.0℃,理赔指数为3,赔付率为90%。【结论】气象理赔指数保险针对政策性农业保险经营需求设计,可以避免逆选择和道德风险问题,解决农业保险中赔付时效低及成本高的问题。     

压气站场的空冷器设置方案

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。对比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,为此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建议,以供相关设计人员、运行单位参考。     

低温环境及营养水平对育肥猪生长性能影响效应研究

为研究低温环境及营养水平对育肥猪生长性能影响。试验选择日龄相近(120±7 d),体重62.0±1.5 kg杜长大三元杂交育肥猪45头,采用L9(34)的正交试验设计方法,将试验猪完全随机分为9组,每组5头,分别接受0~7℃、8~15℃、16~25℃三个不同温度和低营养水平组、标准营养水平组、高营养水平组三个不同营养水平交叉处理。结果显示:温度因素内,日增重均值最高和最低值分别为0.563和0.844,其间极差值为0.281;日平均采食量的最高和最低均值分别为3.27和3.49,极差值为0.22;料重比的最高和最低均值分别为5.942和3.700,极差值为2.242。营养因素对日增重的最高和最低均值分别为0.796和0.626,极差值为0.160;对日平均采食量的最高和最低均值分别为3.397和3.277,极差值为0.120,对料重比的最高和最低均值分别为4.845和4.385,极差值为0.460;温度因素的极差值高于营养因素的极差值,显示温度因素比营养因素更重要,两因素的最佳组合为适宜温度与高营养水平。