室外高压天然气喷射火燃烧特性实验

高压下的天然气管道一旦发生泄漏,遇到明火极易形成喷射火,将会对管道周围人员人身及财产安全造成极大威胁。为了研究室外高压天然气喷射火火焰的燃烧特性,基于天然气喷射火影响机理,选取运行压力为5.8 MPa、管径为25 mm的天然气管道开展了室外高压天然气水平喷射火实验。结果表明：当天然气燃烧达到稳定时,在高温火焰导致的浮力作用下,火焰会产生11.3°±1.4°的倾角;当天然气喷射燃烧时,在泄漏孔的孔口处会形成未参与燃烧的喷射气流,此区域气流的喷射速度较快、不易燃烧,喷射火焰中心区域平均温度超过1 000℃,且火焰中心最高温度超过1 300℃;火焰水平长度为19～21 m,在距离火焰中心10 m处的热辐射强度达到最大值20 kW/m²。实验结果对高压天然气管道火灾事故处理及安全距离的制定具有参考价值。(图9,表5,参18)     

沼泽地区管道的稳定方法

在我国西部地质、气候条件恶劣的沼泽地建设管道，其稳定方法是一个技术关键。在沼泽地的管道，除钢管自重，输送介质重量、回填土重量外，还有浮力、如果前三种力之和小于管道所受的浮力。管道将会上浮，相反，管道则会下沉，详细介绍了几种常用的管道稳定方法，并做了初步比较。指出，在沼泽地区管道的稳定不仅关系到管道的安全性，稳定性，同时也会影响到沼泽地区管道建设的投资。     

高压天然气管道泄漏燃烧爆炸后果

针对高压天然气管道的泄漏问题,分析了喷射火、火球和蒸气云爆炸3种危害模式及其死亡半径。按照大孔泄漏导致50%人员致死率的损伤标准,对三者的死亡半径进行了分析。结果表明:相同情况下,火球和喷射火的死亡半径比蒸气云爆炸的死亡半径大得多;火球和喷射火的死亡半径较为相近。高压天然气管道泄漏发生喷射火的概率较大,建议在进行天然气管道风险评价时重点考虑喷射火的危害。     

横向管道滑坡有限元模型的建立及验证

油气管道沿线的地质滑坡会对管道安全运行造成极大威胁,管道一旦发生过量位移或受到过量应力,将产生屈曲变形甚至断裂。采用人工堆土的方法,建立了实体滑坡模型,整个模型平面形态采用圈椅形,将埋地管道当作埋地长梁,主要监测滑坡体自身表面变形、管道变形与应力、管土之间的相互作用力以及滑坡体内部力的分布形式。依据实体模型试验结果,结合弹性地基梁理论构建了横向管道滑坡的有限元模型,结果表明:在横向管道滑坡中,管道应力较大处位于滑坡宽度中央和滑坡两侧边界处。将有限元分析结果与试验监测结果进行对比,从而验证了所建模型的有效性。该模型可以用来进一步探讨滑坡对管道的力学作用。     

天然气管道的屈曲变形模拟

在外荷载作用下,埋地管道的屈曲失效受诸多因素影响,外压、内压、轴向力和弯矩均会使管道产生屈曲,屈曲变形较为复杂。以西660X7．1钢管发生局部非均匀屈曲为例,通过有限元方法开展管道的屈曲失稳研究,分析不同载荷下管体的变形形式,进而判断造成钢管屈曲变形的主要原因：钢管变形处受到较大弯矩作用,而弯矩是斜坡钢管与土壤之间摩擦力不足,管道输气压力循环波动,土壤随气温季节性冻结、融化产生的管道周期性轴向载荷所致。（图9,参6）     

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。     

天然气分输站分输管道冻胀力学分析

负温天然气分输管道周围土壤冻结可能引起冻胀效应,使管道在冻胀荷载作用下发生变形。通过分析土壤冻胀对管道产生的力和位移分布规律,判断管道抬起时最大弯矩、应力的出现点以及管道的安全性。分析了由于土壤冻胀作用而引起的管道上抬力的控制因素,利用管道冻胀上抬力计算模型和管-梁方程建立了管道受土壤冻胀作用的管道内力、位移计算模型。利用Nixon的实验数据对计算模型进行了验证,证明了该模型的合理性。利用该模型对西气东输郑州分输压气站分输用户燃气管道的数据进行分析计算,结果表明:当抬起量为30mm,即相邻土壤的不均匀冻胀量达到60mm时,管道处于安全状态。     

天然气管道泄漏声波的混沌特性

天然气管道发生泄漏时,管道内外压力的巨大差异会产生较大的声波变化,因泄漏产生的声波信号会沿着管道向上、下游传播,通过安装在管道两端的声波变送器检测泄漏声波信号即可判断管道泄漏事故的发生。基于此,讨论了混沌系统的最大Lyapunov指数和关联维数等主要特征参数的计算方法,在实际天然气管道泄放天然气模拟管道泄漏并采集声波信号,通过计算泄漏声波信号的混沌特征参数,验证了天然气管道泄漏声波信号具有混沌特性,研究成果可用于指导天然气管道泄漏检测和定位方法研究。     

台湾桂竹竹鞭生长规律的研究

台湾桂竹竹鞭垂直分布绝大部分在０～３０ｃｍ土层中，竹鞭生物量与鞭段数、鞭长、鞭径呈正相关，并有慢、快、慢的生长规律．壮芽比例是１龄竹鞭的较少，随鞭龄加大而增多，之后又逐渐减少．冬笋多发生在２～６龄竹鞭上，鞭梢在冬季呈休眠状态，到第二年笋长竹后继续生长．如果鞭梢死亡，其附近１～２个壮芽萌发形成新岔鞭．     

新建大落差管道试压排水爆管原因分析

基于两次爆管的4个相似特征,分析了某大落差管道两次试压排水爆管原因:事故管道高程存在起伏,排水时管道高点聚集气体,排水后期,由于排水口径较小,试压头背压较大,在清管器推动下,气体压缩破裂,引起弥合水击,产生瞬时高压,击破钢管。根据水击增压公式的估算结果,弥合水击产生的瞬时高压可达41.6MPa,大大超过该管道的承载极限。为验证该论断,在第三次试压排水中,增大排水口径以减小水击影响,同时在线监测爆管处附近的压力。此次试压排水顺利完成,并且在排水末期监测到峰值为1.75MPa的典型水击压力信号,证明气体确实存在。     

采空区悬空天然气管道应力与应变模拟

采空区有可能造成地表沉降变形、碎裂甚至塌陷等次生地质灾害,易造成埋地管道的大范围变形甚至悬空。基于理想弹塑性模型,以某X70管道为例,考虑管道与土体的非线性、管道的几何非线性、土壤的物理非线性等因素,利用有限元软件ABAQUS建立采空区悬空天然气管道的有限元仿真计算模型。在内压、轴向力、外部载荷等共同作用下,分析X70悬空管道在不同悬空长度、不同内压、不同埋深条件下的应力应变变化,并采用双失效判别准则对其进行安全评估。结果表明:在充分考虑应力应变的变化趋势和变化速率基础上,通过双失效判据确定不同悬空长度管道所处的风险等级,可为采空区管道的完整性管理提供依据;内压对管道失效影响较大,当存在采空区塌陷时,需要临时降低管道内压以提高管道安全性能。     

径向载荷作用下的管道挤压变形模型

针对长输管道泄漏抢修的特点,利用管道局部挤压的方法,能够在短时间内最大限度地减少或防止油品泄漏危害。基于管道塑性变形理论和能量守恒原理,结合"Bow-tie"管道塑性变形计算模型,建立了管道径向载荷作用下的挤压变形模型,对管道挤压和管内泄漏余压作用下的塑性变形进行分析计算。得到了不同管径管道挤压所需载荷量,利用非线性拟合得到了挤压载荷的分布数据。分析表明:管道挤压载荷随管径、屈服应力的变化,呈现S形递增。该模型可以确定不同管道的挤压变形载荷,为管道挤压抢修提供理论和实践依据。     

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。     

腐蚀管道剩余寿命的性能衰减模型研究

管道在长期的运行过程中，由于介质和土壤的腐蚀性，管材的微塑性变形、结构转变和渗氢等。不仅会使管道出现各种腐蚀损伤，而且还存在着老化效应和氢化作用，导致管材的脆变并改变材料的塑性，使机械性质参数发生衰退，从管材性能衰减和腐蚀损伤角度研究了管道的剩余寿命，提出了根据结构承载能力的极限值确定塑性变形时工作寿命的方法，为了确定剩余使用寿命，对剪切损伤率和屈服性能比等概念进行定义，在掌握管材金属剪切损害率和屈服性能比的时间特性基础上，建立了剩余寿命计算模型。并给出了算例。     

沧临管道大浪淀跨越段下拉筋断裂原因分析

非对称载荷下斜索随塔顶滑轮动作而产生的滑移增辑跨越管道结构分析的复杂性。按变形几何条件导出了非对称承载时斜索张力与斜索滑移、伸长及管道变形关系，应用数值方法并结合有限元法通过试算迭代求得了非对称加载下沧临管道大淀跨越管道下拉筋的平衡拉力，以此为基础对该处下拉筋断裂原因作了初步分析。在进行下拉筋断裂后管道失衡变形的模拟计算基础上对结构强度和稳定问题进行了评估，结果表明，提出了分析方法是可行的。     

地震作用下埋地管道纵向振动加权余量解

埋地管道是重要的生命线工程，地震时土壤与管道的相互作用而引起管道的运动，在管道中产生地震应力，应力过大会引起管道的破坏，从而影响管道的安全运行。针对地震作用下埋地管道纵向振动微分方程，提出以满足边界条件和初始条件的三角和为试函数，用加权余量法计算地震作用时管道的纵向运动位移反应，进而可求出管道中的纵向应变、应力，确定出管道应具有的强度、给出的算例表明，所给出的方法能有效地地震作用下埋地管道纵向振动     

某河流穿越管道爆裂失效事故分析

针对某长输天然气管道河流穿越管段爆裂失效事故,通过断口形貌、无损检测、化学成分、微观组织、力学性能分析以及有限元模拟计算等方法,进行事故原因分析.结果表明：该管段在穿越施工空管回拖过程中因承受某种集中载荷作用而使管体局部受力发生形变,产生局部屈曲失稳;该失稳管段在输气运行过程中,屈曲形变部位存在明显的应力集中,导致管体外壁形变硬化处的微裂纹扩展并失效.因此,管体失稳至裂纹扩展及防腐层破裂是管体泄漏失效爆裂的主要原因.（表4,图13,参15）     

输气管道中缓蚀剂雾化浓度分布及加注量计算

利用液体雾化流动理论，对缓蚀剂在天然气管道内的雾化过程，雾化浓度分布及其保护管道的机理进行了研究。研究中发现，缓蚀剂的雾化在喷流状态下最为充分，且可形成均匀的保护膜；而雾化角、雾化细度、雾化均匀度和浓度分布等评定缓蚀剂雾化质量的，又可以用来检验管道是否得到了有效保护。     

地震裂缝错位作用时埋地管道的有限元分析

地震作用可引起地层沉陷、土壤液化、地层裂缝错位,对埋地管道有很大的破坏作用,为保障管道安全运行,必须开展管道抗震研究,使埋地管道能抵御一定烈度的地震力。分析地震裂缝错位对埋地管道的作用,根据最小势能原理,推导出在地震裂缝错位作用下埋地管道的有限元方程,利用该方程可计算埋地管道在地震裂缝错位作用下的位移、内力及应力,并提供了计算实例。