海底管道临时管跨允许最大跨长的计算

海底管道悬跨管段在波流联合作用下极易发生共振破坏和局部屈曲破坏,而悬跨管段跨长是其重要影响因素之一。针对海底管道临时管跨的极限强度问题,分别从管道屈曲强度、屈服强度及共振强度等方面,给出计算允许最大跨长的方法和流程,采用VBA语言开发了海底管道悬跨许用跨长计算分析软件,并进行实例计算,得到不同阶段海底管道允许最大跨长。相关方法和软件可以为现场工程人员解决临时管跨评估问题提供有效的支持,从而加快总体工程进度。     

波流作用下平面网衣水动力特性数值模拟

针对固定在钢框架上的平面网衣水动力特性进行研究,基于SACS,采用有限元Member单元建立网衣水动力荷载计算模型,利用参考文献中分别使用有限元Truss单元和Beam单元所建立模型的计算结果对该模型进行了验证。通过对比得出,在SACS中所建立的平面网衣数值模型可以较为准确地计算网衣在波流下的水动力,初步证明了在SACS中建立大型钢结构养殖网箱+固定式海上风力机融合结构模型的可行性。进一步,采用该数值计算模型对不同波流工况下网衣结构的水动力荷载进行了计算,分析了不同流速、波高和波周期下网衣受力的分布规律。由计算结果可知,随着海流流速、波高的减小和波周期的增大,网衣受到的水动力荷载呈现出逐渐减小的变化趋势,其中波周期的影响尤为显著,比如由于该参数影响使得指定位置节点水动力荷载差距可达80%;另外,波流作用下网衣结构受到的水动力荷载,最大受力位于网衣顶端两侧位置,波高对网衣上部受力影响更大。这些结果可为融合结构中网箱部分的设计提供参考。     

海底管道水平方向泄漏实验与数值模拟

目前大部分关于海底原油管道泄漏特征的研究仅针对海面泄漏或海底垂向大口径泄漏,缺少对水平方向微孔原油泄漏特性的分析。基于此,开展管道水平方向泄漏实验,获得了在不同管内压力及不同泄漏孔径下原油到达水面的时间、泄漏量等数据。结合多相流及数值计算理论,建立了水下管道水平方向泄漏数值模型,仿真模拟了海流、原油密度、含气率等参数的变化对水下管道水平方向泄漏运动形态的影响。研究表明:海流流速越大,原油上升到水面的时间越长,且在水平方向漂移的距离也越大;在一定的泄漏孔径下,管内压力越大,泄漏量越大,原油在水平方向的运动时间也越长。研究结果可为处理管道泄漏事件提供理论支持。     

1950—2009年河南省干旱灾害特征及成因分析

利用河南省1950-2009年的干旱灾情资料,分析了干旱灾害的变化特征及成因.结果表明,河南省农业干旱灾害呈现明显的周期性波动,干旱灾情轻重交替出现,受灾面积的波动周期为4～14年,成灾面积的波动周期为4～17年:干旱受灾面积呈减小趋势但成灾面积呈增大趋势;河南省的资源环境、气候变化和社会经济条件均对干旱灾害的形成有一定的影响.     

海底悬跨管道形成及破坏机理

海底管道悬跨段的出现将会增加管道所受载荷作用力,使管道更易发生破坏。基于海底悬跨管道的特征,简要分析了海底管道的悬跨机理,总结了悬跨段在重力、浮力、波浪力及海流力作用下的破坏机理和研究现状,并对悬跨管道研究的发展趋势进行了展望。结果表明:分析不同结构形式的海底管道在复杂荷载联合作用下的变形和破坏已成为海底管道悬跨段研究的重要发展方向;今后有必要系统地研究流场特性和地震动特性对管道周围流场和受力的影响规律,计算更复杂约束下海底悬跨管道的允许悬跨长度,以及从多种判定依据着手分析比较海底管道允许悬跨长度,并得到相应判定依据的适用范围。     

断层作用下海底管道应变的改进解析分析方法

活动断层是海底管道的主要地质灾害威胁之一,断层作用下管道会产生过量的轴向变形而失效。提出一种改进的走滑断层作用下海底管道应变解析分析方法:根据线性强化模型考虑了管材的非线性本构关系,通过理想弹塑性本构的非线性土弹簧模型准确计算土壤非线性约束对管道结构响应的影响,由管道受力微分控制方程推导得到管道内轴向应变的解析结果,并给出管道伸长量的显示表达式。最终基于平衡方程和迭代计算,可以精确计算管道应力应变。对比有限元计算结果,改进后的管道应变解析分析方法较现有的推荐方法(Newmark法)计算精度更高。     

热油管道间歇输送热力水力特性

间歇输送作为原油管道低输量运行的应对措施之一,其热力水力特性较复杂。建立了热油管道间歇输送的流动与传热物理数学模型,并进行数值求解。基于数值模拟结果分析了管道的热力水力特性,结果表明:管道进站油温和站间摩阻均呈现周期性变化规律。输停比和周期运行时间是影响间歇输送管道热力特性的重要参数,输停比相同时,周期运行时间越长,温度波动幅度越大;输送时间相同时,输停比越大,温度波动幅度越小,输送阶段进站油温可恢复的最高温度越高。实际算例表明:在输停比相同、输送时间2～6d的间歇输送方案下,各站最低进站油温的差值在1℃以内。     

海底悬空管道的静力分析

研究了沿立管与水平管连接处悬空管段的静态分析，讨论了海底悬空管道所受的环境载荷，并开发了相应的计算机软件。该软件不但能计算静载荷下的强度，还能计算静态强度下的临界悬空长度。将理论结果与数值计算结果做了比较，结果表明，两种计算结果是一致的。     

埋地管道周围土壤湿热耦合相变过程的数值计算

基于有限容积法,建立了多孔介质相变自然对流换热模型。以在饱和含水多年冻土区敷设的输油管道为例,采用SIMPLER算法,数值计算了地表温度周期性变化条件下,埋地热油管道的非稳态传热过程,得到了不同季节管道周围冻土温度场、土冰层融化移动界面及水分迁移规律。研究表明:在地表温度的周期性波动下,管道周围土壤温度场变化剧烈;受温度梯度和重力的影响,土壤中的水分形成沿管道中心线自上而下的自然对流涡旋;随着地表温度的变化,自然对流涡旋中心的形态和强度发生明显变化,说明温度梯度对水分迁移的影响较大。     

海底油气管道全寿命周期风险评估模型

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。     

水流作用下平面金属网衣水阻力特性数值模拟

为研究养殖用金属网衣多孔小直径网状结构的水动力响应特性,采用计算流体动力学原理,基于Navier-Stokes方程及大涡模拟(LES)湍流模型,并运用ABAQUS/CFD模块中的Gauss-Seidel耦合方法进行了水流作用下网衣的流固耦合计算,在试验验证的基础上,得到了不同目脚尺寸和网线直径组合条件下锌铝合金网衣的平面受力计算结果。结果表明:当网衣目脚尺寸由25 mm增加到35、45 mm时,3种网线直径对应的网衣受到的水阻力值平均减小幅度分别为29.15%和43.79%;当网线直径由2.5 mm增加到3.2、4.0 mm时,3种目脚尺寸对应的网衣受到的水阻力值平均增加幅度分别为27.01%和55.84%。本研究结果可为进一步探究金属网箱在波流作用下的整体受力变形提供理论参考。     

含缺陷海底管道横向屈曲行为的数值模拟

海底管道在制造、敷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。为了研究海床表面敷设的含缺陷管道横向屈曲行为,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,重点分析了缺陷类型、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;在不直度相同的条件下,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。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。     

埋地管道同沟敷设非稳态传热数值模拟

采用有限体积法对成品油管道和原油管道同沟敷设非稳态传热规律进行了数值模拟,对比分析了有无同沟敷设两种情况对埋地管道传热规律的影响;计算分析了地表温度波动参数对同沟敷设管道热流密度和土壤温度的影响。研究表明:管道同沟敷设技术能够改善管道周边的土壤温度分布,有效降低原油管道对外界的整体散热量;地表温度波动振幅和波动周期的增大会加剧管壁热流密度的振荡幅值,不利于埋地管道输送的稳定性,应针对其加强保温措施。     

海底点蚀管道不完全预防性维修模型

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;建立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,使其能够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,该模型能够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。(图9,表4,参30)     

基于美标体系的海底管道在位强度工程分析

为了满足东南亚及北美地区海洋油气田开发工程中必须使用美标体系进行工程设计的要求,便于海洋工程设计单位准确合理地使用美标规范对海底管道强度进行工程分析,根据最新版的ASME B31.8-2012和API RP 1111-2009等美标规范,系统地研究了海底管道在位强度的计算方法和应力校核准则,并详细阐述了海管壁厚计算、地震分析和海管路由弯曲等条件下的海底管道在位强度工程分析方法,明确了各种条件的设计系数选择情况。在印度尼西亚地区的实际工程项目中,依据美标规范完成了海底管道的在位强度校核分析,获得了合理的计算结果并通过了海外业主的认可,为东南亚等地区的海底管道工程设计校核工作提供了参考。     

茂名石化海底管道试压压降的分析方法北大核心

海底管道试压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,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,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。     

典型地质灾害下埋地管道的应力计算

地质灾害是导致埋地油气管道破坏失效的主要原因之一,特别是管道沿线的山体滑坡、地层沉降及地面塌陷等严重威胁着管道的安全运行。基于已有研究,介绍了几种分析管土耦合作用的常用模型,总结了地质灾害作用下埋地管道应力计算方法。采用实验模拟与数值模拟相结合的手段,开展了塌陷、沉降以及滑坡地质灾害下管土相互作用实验以及FLAC 3D数值模拟,分别得到了3种地质灾害下的管道应力分布情况,通过比较实验结果、数值模拟结果以及管道理论模型计算结果可得:采用有限差分软件FLAC 3D开展管土相互作用模拟是可行的;仅考虑管道、输送介质以及土体重力载荷得到的理论计算结果与实验及数值模拟的结果相差很大,需要考虑土体摩擦力以及黏聚力等参数的影响,对管道应力计算方法进行改进。     

波流作用下双体组合式网箱水动力特性研究

运用刚体运动学原理及集中质量方法,建立了双体组合式网箱浮架、网衣、锚绳及浮子的受力运动方程数学模型,利用物理模型试验对数学模型进行了验证.结果表明,所建立的数学模型具有较好的可靠性及准确性.在此基础上运用数学模型,计算了在不同波流工况下,双体组合式网箱的锚绳受力、浮架运动及网衣变形.计算结果表明:在相同工况下,三类锚绳相比,连接锚绳受力最大,锚碇锚绳受力次之,网格锚绳受力最小;各种工况下,三类锚绳的受力随流速、波高的增加有不同程度的增加,随周期的增加有一定程度的减小;浮架中心点水平方向运动幅度总体表现为随流速的增加有一定程度的增加,竖直方向运动幅度总体表现为随流速的增加略有减小,浮架中心点水平、竖直方向运动幅度随波高、周期的增加均有一定程度的增加;浮架倾角随流速的变化不明显,随波高的增加有一定程度的增加,随周期的增加有一定程度的减小;网衣体积损失率总体上表现为随流速的增加有一定程度的增加,波高、周期变化对网衣变形影响较小.     

原子的初态和耦合强度对量子系统纠缠度的影响

在两耦合二能级原子与单模光场相互作用系统中,利用部分转置矩阵负本征值方法,研究了原子初态及耦 合强度对原子间纠缠度的影响.结果表明:两原子间纠缠呈现周期性振荡,随着原子初态θ 增大,原子间纠缠时间 变长,纠缠振幅也变大;随着两原子间的耦合强度增大,原子间纠缠的周期变大,次波变少.     

茂名石化海底管道试压压降的分析方法

海底管道试压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,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,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。(图6,表1,参22)