船舶锚泊活动对海底管道埋深的影响

海底油气管道保护是管道工程领域的重点工作,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。为了有效防范管道被船锚破坏,需要综合分析船锚在海底的入土深度,确定一个合理的埋深值。对比了国内外关于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。结合国外规定的埋深值,建议沿海船舶交通密集区域海底管道较为合理的埋深值为1.5～2 m。(图2,表4,参21)     

基于CAESARⅡ的埋地热油管道应力计算

对于埋地管道,土壤和管道的相互作用是管道应力分析的重要组成部分,研究管道周围土壤的力学特性至关重要。基于CAESARⅡ应力软件建立了合理的埋地热油管道应力分析模型并进行数值计算,分析了操作温度与安装温度差值、管道埋深、土壤内摩擦角等参数对管道局部推力和位移的影响。研究表明:管道内外温差、埋深及土壤内摩擦角对埋地管道地上和地下部分的应力、位移、固定墩推力的大小和方向影响较大,设计时必须对土壤参数进行准确界定,以期达到理想效果。     

One-Pass水下管道检测系统在定向钻穿越管段中的优化应用

为保证穿越河流管段的正常运行,需要定期检测管道埋深。针对定向钻穿越大埋深管道检测过程中电磁信号不稳定导致检测结果不准确的问题,通过改变不同埋深穿越管段的电磁信号校准方法,对One-Pass水下管道检测系统进行优化,提高其在定向钻穿越管道检测中的检测精度。结果表明:利用优化后的电磁信号校准数据计算得到的结果与实际情况的符合度更高,说明优化后的One-Pass检测系统能满足水深40 m范围内的定向钻穿越管道敷设状态检测要求。研究成果对定向钻大埋深穿越河流管段敷设状态检测具有指导作用,对保障穿越河流管段的安全运行具有重要意义。     

埋地热油管道经济埋深的计算模型

以埋地热油输送管道管沟开挖投资的年分摊费用和管道运行中的年热力损失费用之和作为目标函数,给出了埋地热油输送管道经济埋设深度的计算模型,模型考虑了埋设深度、保温材料、保温厚度和土壤性质对传热系数的影响。实例计算表明,传热系数随埋深的变化明显地影响着经济埋深的程度,给出的模型既较好地反映了各因素对经济埋深的影响规律,又避免了传热系数取值的盲目性,而且模型计算能够快速收敛。该模型可为热油输送管道施工的工艺优化设计提供一定的理论依据。     

海底管道外涂层缺陷超声回波检测技术

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,对比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,可有效保障海底油气管道的安全高效运行。(图7,表1,参22)     

基于RGB颜色传感器叶绿素仪的设计

设计了一种新型的叶绿素仪,以RGB颜色传感器为核心,获取叶片对测量光源的吸收率,从而得到叶绿素含量.核心传感器TCS 230将光强信号转化为方波的频率信号,利用PIC16F877a内部集成的CCP模块,采用测周期法得到方波的频率.光源系统以高亮度白色LED为光源,MAX1910为驱动,保证了测试光光强的稳定性.     

黄土地区穿河管道失效风险

黄土地区河流形成洪水的密度大,流速快,冲击力强,容易导致河床冲刷造成管道悬空。为了评价该地区洪水对油气管道穿河悬空段的影响,针对穿河管道悬空段的受力特点,建立了管道力学模型。在此基础上,根据信息熵理论建立了管道失效风险的计算与评价方法,并以马慧宁输油管道悬跨段为例,探讨了洪水作用下管道外径、壁厚、内压、悬跨长度及埋深5个参数的变化对管道失效风险的影响。分析结果表明:管道应变能熵随洪水流速的变化曲线能够反映管道稳定性的变化规律;管道失效风险系数对管道悬跨长度的变化最敏感,而管道内压及埋深对管道失效风险影响相对较小。基于此,建议在管道风险控制过程中降低管道的悬跨长度,从而有效降低管道的失效风险。     

温度和不均匀沉降耦合作用下埋地管道力学性能

埋地油气管道一旦发生泄漏、爆炸等事故,其危害巨大,因此研究温度和不均匀沉降耦合作用下埋地管道的力学性能,开展安全风险评价十分重要。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。     

埋地参数对管道同沟敷设传热的影响

针对同沟敷设埋地管道的传热特点,采用有限体积法对成品油管道和原油管道同沟敷设的非稳态传热规律进行了数值模拟,计算分析了成品油管道和原油管道间距、埋深及成品油油温等因素对同沟敷设管道传热规律的影响。结果表明:管道间距的增加能够有效降低原油管道管壁平均散热热流密度,在管道间距增大到一定程度时,原油管道管壁平均热流密度趋于饱和状态;管道埋深的增加,能够降低成品油管道管壁和原油管道管壁的平均散热热流密度,增加成品油的吸热量和管道传热参数对地表温度波动响应的延迟时间;成品油管道油温的升高,能够有效降低原油管道管壁的平均热流密度。     

计算埋地管道经济保温厚度的一个新模型

以保温工程投资、动力消耗和热力消耗等三项费用的终值费用之和为目标函数,建立了计算埋地热油输送管道经济保温厚度的一个新的数学模型。该模型比较全面地考虑了油品性质、管道埋深、进站温度和资金的时间价值等影响因素。实例计算表明,管道埋地深度对经济保温厚度有着明显的影响,在进行保温设计时,必须考虑管道埋深的影响。对于小口径、长距离、大输量的管道,应该考虑动力损耗对经济保温厚度的影响。     

Hilbert-Huang变换在管道泄漏监测系统中的应用

音波管道泄漏监测系统利用管道泄漏产生的音波信号进行泄漏报警定位。为了能够及时发现泄漏并准确定位,需要从管道的背景噪音中检测到音波信号的微弱瞬态变化以及音波传感器接收到信号瞬态变化的准确时刻。Hilbert-Huang变换作为一种时频分析算法,能够同时获得较高的频率分辨率和时间分辨率,利用该特性,选取兰成渝成品油管道进行模拟试验,使用Hilbert-Huang变换对泄漏音波信号进行处理,可以获得信号的时频分布图,分析信号每个时刻的频率特性,进而得到泄漏音波信号到达传感器的准确时刻,并据此计算泄漏点位置。     

基于失效概率的老龄油气管道判废方法

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的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。     

靖西天然气管道穿越段的断裂分析

靖西天然气管道在陕西省富县洛河穿越处发生了断裂。通过实地勘察,对水流泥沙条件及设计方面存在的问题进行了分析。指出管道埋设位置不利以及设计配重和设计埋深低、是造成管道断裂的主要原因。建议在管道穿越多沙河流时,一定要按高含沙水流特点进行设计埋深的研究和计算。     

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。     

管土接触作用下管道沉陷复杂应力分析

场地沉陷是导致埋地管道破坏的重要原因之一.应用管道与土体接触作用的半无限屈服理论,建立了沉陷作用下管土相互作用模型,以土壤和管道自重为载荷,计算了沉陷区长度、壁厚、内压、管径、管土摩擦因数、管道埋深等复杂因素作用下的管道应力,分析了其对管道Mises应力的影响规律,进而评估管道的安全性.算例分析结果表明,该方法能够较好模拟管道的破坏过程,可为沉陷区域埋地管道数值模拟提供理论依据.（表3,图7,参10）     

基于惯性导航的管道中心线测量方法

由于大多数油气管道敷设于地下,难以全面系统地检测管道中心线的位置、管道位移甚至变形.为了准确获得埋地管道的中心线坐标,根据惯性导航系统的特性,将高精度惯性导航单元搭载至载体上对管道进行检测,在管道正常运行状态下,利用惯性测量单元结合地面高精度参考点GPS坐标及里程轮数据对管道位置进行定位及修正,精确描绘管道三维坐标与走向.试验结果表明:该测试方法能够准确解算管道中心线坐标,可以为预防管道事故和进行维护提供科学依据,对保证管道安全运行具有重要作用.     

国内外长输油气管道失效对比北大核心

全球油气长输管道正向着更大口径、更高钢级、更高压力方向发展,一旦发生失效事故将会导致重大经济损失、人员伤亡及环境污染。通过对美国、欧洲以及中国石油油气长输管道失效数据的收集、整理、统计,采用国际通用的曝露值及5年移动平均失效率计算方法,计算国际管道管理较为成熟的美国、欧洲失效频率,并与中国石油管道失效频率进行对比,以提高中国管道安全管理水平。对比分析国内外长输管道失效原因,寻求中国油气管道关键安全技术与管理对策,不断优化中国管道管理体系,对中国管道企业乃至整个油气管道行业调整风险减缓措施和提高安全管理水平都有重要意义。     

国内外长输油气管道失效对比

全球油气长输管道正向着更大口径、更高钢级、更高压力方向发展,一旦发生失效事故将会导致重大经济损失、人员伤亡及环境污染。通过对美国、欧洲以及中国石油油气长输管道失效数据的收集、整理、统计,采用国际通用的曝露值及5年移动平均失效率计算方法,计算国际管道管理较为成熟的美国、欧洲失效频率,并与中国石油管道失效频率进行对比,以提高中国管道安全管理水平。对比分析国内外长输管道失效原因,寻求中国油气管道关键安全技术与管理对策,不断优化中国管道管理体系,对中国管道企业乃至整个油气管道行业调整风险减缓措施和提高安全管理水平都有重要意义。     

短路故障下输电线路接地网对埋地管道的影响

为了研究输电线路故障运行时,接地点短路电流对管道的电磁干扰程度,利用防雷接地分析软件CDEGS建立了输电线路杆塔接地网与埋地管道模型,计算分析了不同短路电流幅值、土壤电阻率、管道间距下管道冲击电压的变化规律。提出了两种新型管道防护措施:①通过改变#形和方框射线形接地网形状参数,计算分析了管道冲击电压的变化规律,其表明接地网形状对接地电阻影响很大,接地电阻越大,管道冲击电压越小;②沿管道敷设非金属屏蔽线(柔性石墨复合接地材料),对管道进行过电压防护,可以有效降低管道冲击电压,对管道起到保护作用。研究结果可为油气管道设计施工及安全防护提供参考。     

埋地油气输送管道沿线地温的计算

针对如何计算一定深度下土壤温度的问题,基于半无限大空间非稳态导热理论,建立了油气输送管道埋深处的地温计算模型。结合粘土、轻壤土、砂土、砂砾及中、重壤土的土壤孔隙率和密度,研究了土壤在水淹、润湿、干旱、沙漠环境下的导热系数和体积热容计算方法,确定了地温计算模型中的土壤导热系数和体积热容取值。计算值与实测值的对比结果表明,该模型能够基于土壤质地、含水量、年平均气温、最高气温和最低气温准确计算地温值。（表6,图1,参10）