直径355.6 mm管道复合耐磨皮碗结构设计及密封性能

为了减少某些特殊工况下,清管器和检测器皮碗在清管和检测过程中产生的皮碗偏磨现象。深入分析了导致皮碗出现偏磨的原因,提出一种适用于直径355.6 mm油气管道的复合耐磨皮碗结构设计方案。利用有限元模拟仿真分析方法验证了复合耐磨皮碗结构在不同管道壁厚下的适应能力和密封性能。结果表明:复合皮碗结构与不同壁厚管道的接触过程中,在保证固有密封性能的条件下,皮碗外边缘上的万向滚珠可以有效减少皮碗唇边与管壁之间的接触面积,分担皮碗唇边所受的正压力和接触应力。说明该复合耐磨皮碗结构设计方案具有可行性,可以有效减缓皮碗唇边磨损,减少皮碗偏磨现象的产生。该复合耐磨皮碗结构设计和密封性能的分析验证,对于丰富中国清管器和检测器用皮碗设计理念,完善清管器和检测器结构设计具有重要意义。     

清管器密封皮碗力学特性的有限元分析

清管器在油气管道内的运移过程是复杂的动力学问题,其密封皮碗与管壁的耦合作用是引起清管器动力学行为的主要原因。为了了解直板清管器密封皮碗与管壁作用的力学特性,采用有限元法,建立了单皮碗的二维轴对称有限元模型,计算并分析了用于DN200管道直板清管器的密封皮碗过盈量、夹持皮碗半径及密封皮碗厚度对密封皮碗接触应力、弯曲应力及弯曲角度的影响。研究结果表明:当夹持半径、厚度相同,皮碗与管壁的接触应力随着过盈量的增大先增后减,弯曲应力随着过盈量的增大而增大;当厚度、过盈量相同,皮碗与管壁的接触应力随着夹持半径的增大先增后减,弯曲应力随着夹持半径的增大而增大;当夹持半径、过盈量相同时,皮碗与管壁的接触应力及弯曲应力随着厚度的增大而增大。     

柔轴组合式清管器的结构研究与设计

柔轴组合式清管器由柔轴、吹扫皮碗、衬套、密封皮碗、尾端皮碗固定器等组成,,可用于油气管道的气液界面隔离、不同油品间的界面隔离和清管。对国内现有的球形、柔轴整体式、刚轴组合式三种清管器的隔离、清管与通行能力进行了比较详细的分析评价,提出了柔轴组合式清管器的构思及对其结构设计的要点;通过皮碗对管壁的总压力的理论分析,得出了皮碗的结构参数k_1,k_2和l是决定清管器性能的关键因素,并给出了上述3个参数的优化设计方法;柔轴与尾端皮碗的连接难度很大,经试验认为美国1份专利提出的尾端皮碗固定器强度不够,不适合在有急弯的管道上使用。通过两年多的研究,解决了这一问题。介绍了这种清管器在可装拆型管道上的使用情况。     

天然气管道内涂层磨损研究

为了有效分析各种工况对天然气管道内涂层的影响，提高涂层的使用寿命，通过模拟实际工况条件，利用天然气管道内涂层全尺寸设备，进行了粉尘磨损、热风循环和清管器拖拉实验，分别得到天然气中携带粉尘、温度变化和清管器运行对涂层影响的实验数据。分析结果表明：天然气粉尘和清管器运行对管道内壁减阻涂层的磨损影响较大，温度变化产生的热应力对涂层的影响相对较小。因此，降低天然气中粉尘的含量，减小清管器皮碗与内涂层之间的摩擦因数，减少清管器过盈量和使用轻型清管器，均可以减轻天然气管道内涂层的损伤，从而延长其使用寿命。     

直径323.9 mm管道全聚氨酯清管器的通过性能

为了评估小口径管道内复杂工况条件对全聚氨酯清管器通过性能的影响,分析可能造成清管器整体断裂的原因,现场截取直径323.9 mm的真实变形管道,利用三维数字扫描成像(Scan To 3D)技术和聚氨酯材料力学性能实验,分别建立直径323.9 mm全聚氨酯清管器通过直管单边变形和管内结垢管道的3D显式动力学仿真分析模型。通过对仿真模型进行求解,结果表明:全聚氨酯清管器针对直管段管道单边凹陷变形、直管段管道内壁结垢等工况均具有较高的通过能力,且清管效果良好。全聚氨酯清管器通过单边凹陷变形过程中产生的弯曲应力和接触应力不足以导致清管器表面出现严重划伤、皮碗撕裂及整体断裂等情况;在通过管道内壁结垢管段的过程中,前后皮碗间筒体上产生了轴向挤压大变形,同时严重的径向外扩撕扯是引起清管器筒体整体撕裂性断裂的主要原因。研究结果可为提高中国小口径全聚氨酯清管器清管方案设计水平提供指导,并可促进其工程应用的推广。     

管道清管器技术发展现状

清管器在油气工业的清洁、检测、维护、运行中发挥着重要作用。清管器种类繁多,了解不同清管器的功能和原理有助于在实际工程中合理选择应用。分类介绍了各种清管器的技术特点:清扫型清管器根据工作原理分为机械刮削、射流清洗、凝胶清洗等类型;隔离型清管器根据材质分为聚氨酯、氯丁橡胶、凝胶等类型;检测型清管器根据功能分为几何形状检测、地理信息检测、金属缺失检测、泄漏检测等类型;维护型清管器根据功能分为涂敷、堵漏两类。基于不同清管器的优缺点,指出了目前清管器工业普遍存在的磨损、密封、卡堵等问题,展望了其发展趋势。     

川气东送管道干线清管实践

目前天然气长输管道清管作业尚未形成统一的标准、规范,在清管器选型、清管器参数确定、速度控制等方面均无明确规定。对川气东送管道清管作业工况进行分析,从设备选型、参数确定、收球流程调整、清管器的监听、速度预测等方面入手,开展了大口径管道清管研究实践。可采用聚氨酯泡沫清管器和皮碗清管器相结合的清管方式,其中皮碗清管的过盈量为主要管道壁厚段的3%,聚氨酯泡沫清管器为5%。通过调整收球流程,控制收球速度,选择在阀室以及进出站对清管器进行监听。作业前通过SPS模拟清管器运行速度,与实际相差约为5%,除发球和收球阶段外,皮碗清管器和泡沫清管器运行速度相差不大。通过掌握管道内部特点,清除管道内杂质,提高管道运行效率,检验管道通过能力,为后续的内检测工作奠定基础。总结了相关经验并提出了改进建议,可为以后大口径管道清管提供借鉴。     

长输天然气管道在线清管作业运行速度控制

在长输天然气管道在线清管作业过程中,存在介质流速较高,清管器磨损量大及跟踪监控困难等问题,如果球速控制不当,将导致清管器卡堵或造成收球端设备损坏。结合山东省天然气管道有限责任公司济淄线输气管道在线清管作业实际情况,根据速度模型计算分析,适时掌控清管器的运行状况,及时调整工艺设备参数,有效控制了清管器的运行速度。采用“二次收球”的作业方法,运用牛顿第二定律及能量守恒定律两种方法的计算结果,调节清管器进入收球筒的运行速度,达到安全完成收球作业的目的。建议进一步加强对瞬时气量变化规律的研究,以更加精确地控制清管器的运行速度。（表2,图5,参8）     

含腐蚀缺陷占压管道的安全评估

针对含腐蚀缺陷管道因地面占压带来的安全问题,基于ABAQUS软件建立了地基-管道-堆载三维有限元模型,探讨了含腐蚀缺陷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。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5:15方向时,含腐蚀缺陷占压管道的应力最大。     

粒子群优化算法在点模式匹配中的应用

为了提高计算圆柱体镦粗单位镦粗力上限解的精度,提出了一种基于复杂接触摩擦圆柱体镦粗的上限解法.根据翁克索夫等人提出的镦粗时接触面上摩擦切应力按照库仑摩擦定律、最大摩擦定律及线性分布摩擦定律的组合分布,利用上限法求得了圆柱体镦粗时单位镦粗力上限解,该解和主应力法解析解完全相同,比通常假设接触面上摩擦切应力为某一常数或按库仑摩擦定律分布的上限解要精确得多,同时还指出了圆柱体镦粗时按库仑摩擦定律求单位镦粗力上限解的适用条件.     

可变径管道检测器皮碗结构设计及密封性能

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的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=25.4 mm)可变径皮碗结构。利用有限元仿真分析、可变径管道检测器牵拉、气体密封驱动测试方法,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及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与检测技术的垄断,为中国自主研发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技术基础。     

清管球与清管器在中沧输气管道上的应用比较

清管球在管内运行时，一般与管壁成环形带太接触，很难保证与管内壁间的良好密封，因此，经常出现清管不彻底或球被刺破的情况。而清管器从材质和结构上都进行了改进，其硬度，耐磨性，密封性都优于清管球，清管效果良好。同时，由于清管器带有领事发射装置，因此，既能在清管过程中准确地监视清管器在管内的运行民政部又能在一旦出现卡阻的２下，能比较准确地定位。     

鼓式制动器非线性模型的不稳定性分析与优化

基于鼓式制动器接触单元的四自由度振动模型,分析了其不稳定性是耦合摩擦力所致,主要因素为摩擦系数、弹性模量和接触面积.建立了制动器的摩擦接触非线性有限元模型,并用试验验证了模型的有效性.有限元模型单因素分析表明,减小摩擦系数或降低摩擦衬片弹性模量都能明显降低不稳定性系数,同样,制动器不完全接触亦可减小其不稳定性系数.采用响应面法对影响因素进行了优化,不稳定性系数降低了55.6%,优化后模型不稳定性有明显改善.     

水下清管器发射技术进展

通过对比分析水下发射清管、平台发射清管和回路发射清管3种清管技术,指出水下发射清管更适用于水下边际油田的开发.水下清管器发射装置用于储存清管器和控制清管器的发射次序,主要由连接装置、清管器存储仓和控制系统组成.调研了国内外清管器发射装置的研究发展现状,总结了立式与水平式水下清管器发射装置的适用条件、关键技术及存在的问题,提出解决对策,如简化水下清管器发射装置的结构,优化控制方法,减少ROV在水下的操作步骤等.     

石油管道清管器清洗系统的开发与应用

介绍了石油管道清管器清洗系统的结构及操作步骤,该清洗系统结构简单,操作时可采用自动控制或手动控制,其各部件运行平稳,并具有防爆、防腐蚀的功能,是清管作业中不可缺少的一种装置.     

颗粒滚动摩擦系数对颗粒堆内部受力的影响

为探究贮存过程中不同形状玉米颗粒与镀锌钢板间滚动摩擦系数对颗粒堆基底接触力分布的影响,采用离散元法数值模拟标定球形、锥形和矩形玉米颗粒间滚动摩擦系数。玉米颗粒形状越不规则,滚动摩擦系数越大,其中锥形玉米颗粒间滚动摩擦系数最大。以3种形状玉米颗粒与镀锌钢板间滚动摩擦系数为因素,以玉米颗粒与基底法向、切向接触力平均值为指标,作3因素5水平二次正交旋转组合模拟试验,运用Design-Expert8.0.6软件数据处理,基于结合响应曲面法分析试验结果。随玉米颗粒与镀锌钢板间滚动摩擦系数增加,玉米颗粒与基底间法向和切向接触力平均值均先增大后趋于稳定,且模拟试验得玉米颗粒与基底法向接触力分布规律与物理试验结果基本一致。研究结果可为粮仓设计及结构优化提供理论参考。     

稻谷颗粒模型离散元接触参数标定与试验

EDEM与FLUENT耦合模拟稻谷清选时,稻谷颗粒参数设置的准确性直接影响仿真结果的可信度。结合稻谷颗粒堆积角的实测试验与仿真试验,标定了稻谷颗粒模型间静摩擦系数、滚动摩擦系数2个主要接触参数。设计了堆积角形成装置,该装置采用坍塌法和注入法同时形成2种堆积角,可以减小非同时形成所引起的测量误差;创建了稻谷颗粒的离散元模型,结合堆积角的实测试验与仿真试验,建立了2个主要接触参数与2种堆积角之间的二元回归方程;以稻谷颗粒2种堆积角的实测结果作为目标值,对回归方程进行数值求解,得到颗粒模型间的静摩擦系数、滚动摩擦系数分别为0.433 6、0.161 5;设计了抛洒试验对标定后的参数进行验证,抛洒长度、宽度和近抛洒端堆积角等特征参数的实测结果与仿真结果的相对误差小于5.7%,这表明颗粒的模拟运动轨迹与实际运动轨迹基本一致,所创建的稻谷颗粒离散元模型及标定得到的接触参数可以为EDEM-FLUENT耦合仿真稻谷清选过程提供参考。     

输气管道置换投产工艺的研究与实践

对涩宁兰输气管道涩北—西宁段和西宁—兰州段,分别采用了加隔离器和不加隔离器两种置换工艺方案进行比较分析,指出传统的加隔离器置换工艺存在混气量大、隔离器损耗大的问题,尤其是在高程变化大的山区地段和管道的多弯头、变径处隔离器易被卡住,而不加隔离器置换工艺,具有混气量小,安全便捷的优点。