局部抛石法治理海底管道悬空的试验研究

由于海床的不稳定性,海底管道易出现不同程度的悬空现象,国内外的治理措施大多采用整体抛石法,治理费用高昂。在参考国内外石堆设计经验和抛石工程案例的基础上,结合抛石方法本身的独特性,提出了采用局部抛石治理海底管道悬空的方法:选取管道悬空中间某位置进行抛石,通过石堆对管道形成单点支撑,缩短悬空距离,从而达到治理管道悬空的目的。以某在役海底管道为研究对象,依据弗劳德数相等原理,采用缩尺方法设计室内试验方案,得出了流体对石堆的破坏机理、各石堆的薄弱位置以及石堆极限抗流速度,分析了管道与海流夹度、悬空高度、外层石子粒径、内层石子粒径、迎流面坡比及侧流面坡比对石堆稳定性影响的规律,为局部抛石治理海底管道悬空提供了试验依据。     

埕岛油田海底管道冲刷悬空机理及对策

对埕岛油田海底管道冲刷悬空的机理进行了理论分析及模型试验,给出了海底管道在水流作用下发生共振时实际最大允许悬空长度的范围,并在此基础上对抛砂袋结合混凝土块覆盖法、水下短桩支承法和挠性软管跨接法等治理对策进行了对比.提出应采取改进常规的挖沟埋管工艺、实行定期检查和测量海底管道悬空长度范围等治理措施,尤其对已投产和新建的海底管线悬空问题的治理,建议应分别采用水下短桩支撑法和防生物覆盖或挠性软管跨接法.     

海底管道悬空段状态检测及安全性评价

由于海况的变化,海底管道会出现悬空段,其安全性受到高度关注。采用侧扫声呐及浅层剖面检测技术,对某海底管道进行了实际检测,得到了管道全线的掩埋、裸露、悬空现状,同时对悬空段进行了加密检测,探明了海床状况。构建了海底悬空管道应力分析模型及涡激振动分析模型,并基于实际检测结果,对该海底管道进行了悬空应力分析及涡激振动分析。结果表明:该检测技术能够准确地得到管道的状态变化情况,该管道全线悬空段中有1处为危险状态,其余各处均处于安全状态。研究成果可为海底管道的安全运行提供技术支撑。(图5,表4,参17)     

海底管道立管局部冲刷数值模拟

基于κ-ε湍流模型,建立了海底管道立管与海洋平台桩腿相连接、海流流经海洋平台桩腿发生绕流现象的三维流场模型,模拟了冲刷过程中不同条件下立管附近流场及压力的变化,研究了海底管道立管局部冲刷机理.模拟结果表明:随着与立管连接的横管悬空量增大,立轴漩涡越来越密集,海底管道局部冲刷速度加快;在一定范围内,随着桩腿与立管间距的增大,冲刷速度加快,但是当该间距增大到一定程度时,冲刷速度逐渐减慢;增大桩腿的直径,可以减少海流携带泥沙量,冲刷作用得以减缓.     

海底管跨涡激振动敏感性分析

涡激振动会引起海底管跨的疲劳失效,激振频率、固有频率及激振载荷等是其主要影响因素.固有频率是表征结构对荷载敏感程度的指标,管跨共振只可能在漩涡发放主频率接近管土结构的固有频率时才产生.分析了海底土壤力学特性、悬跨长度、管道尺寸、海流速度等对管跨涡激振动的影响规律,结果表明:随着管道覆盖层土壤硬度增大,管跨的最大应力部位逐渐从管跨中点向土壤和管跨的交界区域移动;当海流速度较大时,对于小管径海底管道,靠近管跨中点和管跨两端易发生疲劳失效.在工程设计校核过程中对易引发疲劳失效的部位予以关注,有助于提高海底管道的可靠性.     

海底管道检测信息管理系统的设计与实现

为实现海底管道检测数据的信息化管理和三维表达，有效解决海底管道与海床面空间关系显示不够直观，以及数据处理中地图与表格分离难以维护数据一致性的问题，通过分析海底管道检测内容与数据处理流程，探讨了基于GIS技术的海底管道检测信息管理系统的体系结构、数据组织、总体功能与关键技术，并在．NET环境下采用ArcEngine完成了系统的开发，实现了海底管道检测信息的统一管理、查询、三维显示和分析，满足了海底管道日常维护管理工作需求。该系统在杭州湾海底管道检测数据的管理中发挥了技术支撑作用，可为其他海底管道检测数据的信息化建设提供示范与借鉴。     

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。     

海底管道疲劳损伤与疲劳寿命的可靠性计算

将海底管道服役期内的长期海况看成由若干离散的短期海况组成,每一个海况的短期分布均服从Rayleigh分布。利用Miner线性累积损伤理论,通过模态分析和谱分析方法确定海底管道在各短期海况下的应力响应谱,研究波浪载荷作用下海底管道的疲劳损伤,结合S-N曲线对疲劳寿命进行可靠性分析,并研究相关参数对疲劳损伤和可靠性的影响。疲劳寿命是一个复杂的随机过程,综合疲劳强度的不确定性、疲劳载荷的随机性、计算应力范围与真实应力范围的不确定误差以及Miner线性累计损伤理论的近似性4个因素,得到了疲劳寿命的数学表达式和疲劳失效极限状态方程。以埕岛油田海底管道为例,分析了管道边界、悬空长度、水动力参数等对疲劳损伤和可靠性的影响,其中悬空长度对疲劳损伤和可靠性的影响最大,惯性力系数的影响次之,拖曳力系数的影响可以忽略。     

海底管道泄漏事故统计分析

统计分析了墨西哥湾和中国海域203起海底管道泄漏事故,得出第三方破坏、冲刷悬空、管道腐蚀为事故主要致因。分析了第三方破坏的起因,提出了应对措施和维护方法。建立了海底管道悬跨鱼刺图模型,认为设计埋深不合理、施工埋深不足、未采取保护措施、施工质量不达标和地形数据不准确是导致悬跨的深层次原因,并提出悬跨防控措施。指出引起海底管道腐蚀的因素包括防腐层失效、阴极保护失效、管道自身缺陷等,给出了减少腐蚀泄漏的措施。统计分析结果可为降低海底管道运行风险水平、提高日常作业管理和事故应急能力提供参考。（图4,表1,参15）。     

埋地含蜡原油热输管道修复中的安全保障

针对热输管道不停输修复中存在的主要安全问题,采用埋地热油管道热力水力计算方法确定了管道开挖修复的安全暴露长度.用在役含缺陷压力容器安全评定方法确定了最大允许悬空长度.利用开发的埋地热油管道开挖长度计算软件,实现了管道在任意工况、任意位置安全合理的暴露长度和悬空长度的计算,考虑多项影响因素的暴露长度和悬空长度兼顾了热油管道修复的安全性和经济性.应用弹性地基梁模型,在得到回填后管道弯曲应力分布的基础上,提出了保障回填后管道安全的措施,可以有效降低回填后管道的附加应力.     

悬臂梁支撑法原理及其施工工艺

海底管道悬跨是海洋石油管道工程中十分常见且亟需解决的问题。介绍了填充沙袋法、覆盖“仿生水草”法、灌浆法及固定支撑法等传统悬跨处理措施。阐述了悬臂梁支撑法处理管道悬跨的原理及其施工工艺。在海底管道底部安装支撑结构,并通过吸力桩将支撑结构固定到海底,可以在管道的生命周期内永久性解决管道悬跨问题。将悬臂梁支撑法应用于乐东气田某管道,结果表明：悬臂梁支撑方案施工工艺简单,不影响油田生产,而且可靠性高,在费用和效果上都具有很大的应用优势。该方法可为解决深水海底管道悬跨问题提供借鉴。（图3,参6）。     

悬空管道支座激振的动力响应

悬空管道常因支座扰动的激励而发生振动，为此，计算中引入固定系数，模拟相邻跨对于计算跨的约束，从而将单跨的和多跨的悬空管道都归结为单跨梁，并采用简化的Euler-Bernoulli梁受迫振动微分方程，求解了几种常见约束边界的悬空管道对于支座扰动的动力响应。     

土—端承桩—结构相互作用对连续梁桥自振特性的影响

本文根据连续介质力学理论,用传递矩阵法求得分层土端承桩的阻抗函数。由于桩基础的阻抗函数随频率变化,所以结构的刚度矩阵也是频率的函数。为求解非线性特征值问题,采用了逐步逼近的方法,反复调用广义雅克比程序,直到求得真实的自振频率和振型为止。将本文的计算结果和刚性地基的计算结果作了比较表明:考虑桩基础参与振动时求得的自振频率和振型变化较大,还没有达到可以忽略的程度。     

水流作用下悬跨管道振动的实验研究

为了比较得到水下管道安全悬跨长度的判别条件并验证其合理性。使用弹性力一重力相似理论设计模型实验,管道两端均采用固定约束,管道与水流之间的角度分别为90°、75°、60°、45°和30°,悬跨管长分别为1．00m、0．81m、0．73rn、0．70rn。通过实验比较fn≥10fs、fn≥（0．7）-1．fs、fn=5fs（fn为悬跨管道固有频率;六为水流激振频率）3种条件对悬跨管道振动的判别情况。研究表明,根据fn=5fs,即约化速度K=1的条件,计算得到的临界长度较安全、合理,并由fn=5f条件给出了不同管径、壁厚和流速条件下管道临界长度的规律图,研究结果可为水下悬跨管道的安全评价提供借鉴。（图3,表2,参13）     

往复压缩机声学脉动分析及出口管道减振模拟

往复压缩机出口管道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,并依据分析结果对其出口管道进行减振设计。研究结果表明: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。模拟结果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参考。     

海底稠油管道停输再启动研究

根据海底稠油管道停输再启动的特点，以及影响再启动过程的主要因素，介绍了一种针对海底稠油管道而研制的预测再启动过程的计算软件，分析了准确预测再启动过程中存在的难点，并提出了部分建议。     

新型深水水下清管器发射装置

为解决传统深水海底管道的清管问题,结合海底管道的清管原理,设计了一种新型的水下清管器发射装置,从而有效地避免了平台发射清管器所带来的清管器回收和管道停输等问题。对水下清管器发射装置进行了详细的结构设计,主要包括连接器、保护框架、发射主体结构、上部开合机构和阀门控制系统;介绍了水下发射清管的作业流程,论述了该装置相对于传统清管器发射装置具有的诸多优势;最后对发射装置的储球筒和卡爪连接法兰这两个关键部件进行了数值分析,其结果显示满足设计要求。该装置为深水清管作业提供了一种新的行之有效的方法。（图8,参10）     

有限元技术在空调器管路振动分析及设计优化中的应用

应用PIC公司的Pro／E软件建立空调器管路系统的三维模型,通过ANSYS软件的专用Pro／E接口将模型导人到ANSYS软件中,在ANSYS软件中建立该管路的有限元分析模型,计算出前20阶固有频率和振型,并且在此基础上模拟压缩机的激励,分析管路的振动响应特性。通过对实例计算分析,提出减少配管振动的优化设计方案,证明了应用ANSYS软件的有限元技术进行空调管路减振的可行性。     

基于DASP的压力管道振动模态试验与分析

[目的]通过开展泵站管道系统振动模态试验,客观地分析管道振动状态并评估其运行的稳定性。[方法]采用DASP(Data Acqui-sition&Signal Processing)软件对甘肃省景电工程总干二泵站4#管道进行振动模态试验。[结果]利用随机子空间(SSI)法进行模态参数辨识,并与特征系统实现算法(ERA)对比,得到了可靠的1～4阶频率和阻尼,并由此进行振型分析。[结论]将DASP应用于压力管道振动模态试验,不仅获得管道高阶频率、阻尼及振型,得到管道不同位置的振动状态,还可为解决同类型管道运行中的振动问题,因此,在工程实践中具有较好的推广价值。