冻土区埋地输油管道温度场数值模拟研究

冻土区埋地管道遇到的最常见问题是冻害破坏.研究埋地输油管道发生冻害及采取科学有效的方法防止冻害,首先应预测埋地输油管道周围冻土冻融过程中温度场的变化,以及温度场与水分场的变化关系.叙述了国内外学者在冻土温度场与水分场耦合作用这一问题的研究成果和埋地输油管道周围温度场的研究成果,提出了数值模拟埋地输油管道周围冻土温度场的几点建议.     

漠大管道在沿线多年冻土区的位移监测

针对漠大管道在沿线多年冻土区面临的冻胀融沉灾害,提出了基于全站仪测量的管道位移监测技术。详细介绍了管道位移监测原理,设计了基准桩和标志桩结构,采取了3项措施保证基准桩的稳定。在漠大管道漠河首站-加格达奇泵站区间,选取了9个高风险区,安装了62套管道位移监测装置。2010年11月9日管道投产前采集了初始数据,2010年12月-2011年6月完成了5次数据采集,对监测数据进行分析发现:监测段管道未受到冻胀灾害的影响,部分监测段管道受到融沉灾害的影响。验证了该技术的可行性和有效性。     

漠大线多年冻土沼泽区管道融沉防治及温度监测

漠大线管道自投产以来,全年均为正温输送,且输送温度远高于设计预期温度,因而加速了管道周围冻土区的融化,管道容易发生融沉,安全性面临极大考验。结合漠大线投产后的实际运行情况,参考冻土区工程建设经验,设计了热棒与粗颗粒土换填相结合的多年冻土沼泽区域管道融沉防治方案,并在漠大线K305处完成了100 m示范段建设,并在示范段管道周围土壤中安装了温度监测系统,通过近一年的温度监测数据分析了目前示范段的融沉防治情况。结果表明：热棒的安装降低了管道地基的温度,增加了土壤的冷储量,起到了稳定地基的作用,而管道底部换填的粗颗粒土可以保障热棒的制冷作用不会引发管道冻胀灾害。     

漠大管道及其多年冻土区域地质灾害风险

漠大管道途经我国纬度最高、极端温度达-52.3℃的高寒地带,是我国第1条完全意义上穿越永冻土区域的大口径长输原油管道,所经过的漠河-加格达奇大杨树段共计440km的管道穿越大兴安岭多年冻土区域,包括连续冻土、不连续冻土和岛状冻土。管道沿线地势北高南低,北部地形起伏较大,沿线为大兴安岭低山、丘陵及河谷地貌,南部为松嫩平原,地形平坦开阔,地理环境复杂,极易发生冻胀融沉、崩塌、热融滑坡、水毁冲蚀(坍岸)等地质灾害。分析了漠大管道穿越冻土区域所面临的热融滑坡、冻胀、融沉以及弯曲、翘曲等特有的地质灾害风险,提出了灾害管理和风险应对措施的建议。     

埋地输油管道泄漏油品扩散模拟

建立了埋地输油管道二维泄漏渗流物理模型和数学模型,采用CFD仿真软件对管道在不同位置发生泄漏时油品的扩散情况进行模拟。结果表明:泄漏初期,管道不同位置发生泄漏,油品在土壤中的渗流面均比较规则;一段时间后,对于管道正上方发生泄漏的情况,油品在土壤中的渗流面近圆形,对于管道正下方和侧面泄漏两种情况,渗流面呈发散状;相对于其他两个泄漏位置,管道正上方发生泄漏,油品在土壤中的渗流范围更广,但3种情况在地面的溢流长度基本相等。该研究结果可为电缆检漏技术用于检测、定位埋地输油管道的泄漏情况和泄漏位置提供理论依据。     

埋地输油管道腐蚀风险分析方法研究

对在役管道进行风险评估是减少事故损失、节约维修资金、保障管道安全营运的有效途径。腐蚀是引起输油管道产生安全风险问题的主要原因，结合管道腐蚀破坏机理和风险分析原理，运用模糊综合评判方法，提出了可用于埋地输油管道腐蚀风险评估的有效方法，并通过一段输油管道的实例，验证了该方法的实用性与可靠性。     

多年冻土区埋地管道保温方案的设计与有限元分析

多年冻土对埋地管道的危害极大,严重影响管道的运行安全,同时对周围环境造成破坏。利用有限元分析方法,综合考虑环境温度季节性变化及冻土的相变问题,对多年冻土区间歇性运营的埋地输油管道不保温时的冻土融化深度进行分析计算,论证了管道保温的必要性。分别计算了采用聚酚醛、硬质聚氨酯泡沫塑料和软质聚氨酯泡沫塑料3种保温方案时的融化深度,并对比保温效果,进而对冻土区管道保温方案的设计提出建议。     

埋地输油管道启输过程的传热计算

本文主要研究埋地输油管道热水单向预热过程的传热计算。埋地输油管道启输过程是三维非稳定传热问题,启输过程中管周土壤温度场的变化受管内热水温度和启输前地表面温度年波幅的影响,可将传热微分方程和边值条件线性组合成两个定解问题,用电子计算机进行数值求解,得出计算公式,以确定预热阶段管路任一点任一时刻的热水介质温度。本文建立的计算方法可用于工程计算。     

埋地输油管道盗油卡子的检测方法

通过对管道防盗油方法的分析比较，结合盗油卡子的结构和主要特征，提出了采用仪器探测相关分析法检测盗油卡子的可行性，并以长输原油管道的实际检测为例，进一步证实了该检测方法的有效性，介绍了判定盗油卡子与防腐层破损点的7种分析方法和检测仪器的应用原理。     

埋地并行管道温度场模拟的边界条件

冷热管道并行敷设,将在管道及其周围土壤形成特殊的温度场.探讨了并行管道传热数值模拟过程中合理的传热计算边界条件,结果表明:对于埋地并行管道温度场,当计算区域足够大时,左右边界采用第一类边界条件和第二类边界条件的计算结果相同;采用第一类边界条件的计算结果偏大,而采用第二边界条件的计算结果偏小,在深度方向计算区域小于10倍管径的情况下,差别较明显;计算区域横向尺寸不应小于管道直径的20倍,而深度(纵向)方向的尺寸不应小于管径的10倍.研究结论可为管道工程设计和运行方案优化提供借鉴.(图7,参6)     

爆破振动对埋地输油管道影响的数值模拟

为了确保埋地输油管道在爆破施工过程中的安全,结合邻近埋地输油管道的烟台港西港区疏港大道土石方爆破工程,利用ANSYS/LS-DYNA流固耦合方法模拟爆破振动对管道的影响.基于数值模拟,分别统计管道不同断面、断面正上方地表的最大振动速度,通过最小二乘法对所得数据进行分析研究.结果表明:基于流固耦合方法模拟得到的振速与现场...     

埋地输油管道的应力—变形状态和可靠性

在输油管道某一管段出现故障时期,部分或全部更换管子这一问题,随着管道系统的老化而日益突出。因此,矿场和大型输油管道的管理部门应采取措施来解决这一问题。但是,如果不利用电子计算机进行管道现行状态的估算,要想掌握管道的可靠性和剩余寿命是很困难的。     

冻土区输油管道周围土壤的水热力三场研究

针对冻土区埋地输油管道将遇到受土体冻胀和融沉破坏等一系列特殊问题,综述了管道周围土壤水分场、温度场、应力场及三场耦合的研究现状,介绍了冻土区埋地输油管道与水热力三场的关系,分析了目前与冻土区埋地输油管道三场研究相关的研究成果。结合埋地输油管道在实际运行中的油温变化等因素,提出了未来关于冻土区埋地输油管道三场研究的几点建议,以期为冻土区埋地输油管道的设计、建设与运行提供参考。     

考虑水分迁移的埋地管道温度场数值模拟

基于水热耦合方程提出了埋地管道周围土壤温度场的数学模型及其控制方程,利用有限元法对考虑水分影响的土壤传热问题进行了数值模拟和分析。通过与不考虑土壤含水情况的计算结果进行对比,发现靠近埋地管道区域的土壤温度梯度较大,湿土的导热系数大于干土的导热系数;土壤导热系数先随含水量的增加而增大;当达到一定含水量后,导热系数随含水量的增加而不断减小。     

对有阴极保护措施的埋地输油管道腐蚀现象的分析

文章对沧临输油管道在阴极保护榆况下仍发生多次多处腐蚀漏油现象进行了剖析。找出了管道腐蚀穿孔与土壤介质、降雨量和地下水位间的辨证关系,并首次提出了埋地管道存在“保护死角”的新概念及克服“保护死角”的对策。     

高地震烈度区埋地管道抗震强度计算

本文在分析了已收集到的世界各国埋地管道地震应力计算公式的基础上,提出了合理的计算公式。并将这些公式用于唐山地震中秦皇岛—北京输油管道震害验算。验算结果说明某些国外的计算公式存在着较大的偏差。 文中所推荐的公式是否最为合理,需要通过更多的震害实例进行验证。推导的公式在理论上是有根据的,计算结果与唐山震情较为符合。     

埋地管道通过活动断层区的研究

活动断层所产生的急剧错动性的地面运动,会导致如断层位移、滑坡和地陷等,对埋地管道系统造成严重的影响。研究表明,地震已严重破坏了埋地的油、气、水和污水管道,其后果表现为管道的断裂与严重扭曲。由于地震活动的危害,国内外目前对穿过活动断层区埋地管道的设计均十分重视。分别从埋地管道震害原因、埋地管道通过平推断层的当前的研究以及通过逆冲断层区的研究现状等方面,综述了埋地管道通过活动断层区的研究情况,提出了埋地管道通过逆冲断层区存在的主要问题。     

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。     

埋地油气管道通过断层区的设计方法

油气管道通过断层和滑坡地带,容易遭受地震破坏。本文讨论了断层运动和管道变形的关系,从而对过断层区的埋地管道的设计提出了几点意见。