大落差天然气管道安全清管工艺条件

大落差地区的天然气管道清管时,受地形起伏和管道积液量的影响,清管器的运行速度容易发生剧烈波动;清管器与管道在弯头处碰撞,形成冲击载荷,威胁管道运行安全。以中缅天然气管道龙陵输气站至保山输气站大落差管段为例,基于管道仿真技术,分析清管器最大运行速度与管道压力、输量、积液量之间的关系,指出积液量是影响清管器最大运行速度的主导因素;确定管道应力不超过管材许用应力条件下的清管器最大允许运行速度,以及与之相对应的最大允许积液量;将积液量与管道输量、两端压差关联,提出由管道输量和压差所表征的管道安全清管工艺条件,为判断大落差天然气管道安全清管条件提供了可靠、实用的方法。     

长输管道清管系统应力与振动分析

在长输管道的清管过程中,时常伴有段塞流产生,造成管系中含气率和压力的显著变化,导致管系在段塞流的作用下发生机械振动。依据ASME B31.8-2014《气体输送和分配管道系统》标准,运用CAESARⅡ软件建立清管器管系的应力分析模型,并利用时程分析法分析段塞流对管系的冲击振动影响。应力分析结果表明:在持续载荷工况下管道一次应力满足要求,在动态载荷工况下管道二次应力满足要求,并得出管系在操作载荷工况下管口与支架的受力情况;对清管系统的振动分析表明:段塞流出现区域管系振动位移较大,在段塞流出现附近区域支架受力较大,且在持续载荷工况与动态载荷工况共同作用下,最大应力为54.338 MPa,满足应力校核要求。     

长输天然气管道在地形起伏山区地段的清管

长输天然气管道在地形起伏山区地段清管时,必须考虑高程差引起的重力位能变化对水力计算的影响,以及管道中积水注静压阻力对清管器运行速度的影响。依据长输天然气管道清管作业规程SY/T6383-1999,结合榆济管道汾阳-武乡段清管作业实际,针对5次清管作业清管器的运行速度和运行区间的压差进行统计分析,总结了管道积水静压阻力、地形起伏山区诱发段塞流和强烈段塞流对清管作业的影响。通过建立数学模型,简化了积水静压阻力计算公式,建立了分段积水注长度和高程差与积水静压阻力的函数关系式。指出了长输天然气管道在不停输状态下利用清管器对大口径、高压力的北方山区管道进行清管作业的注意事项。     

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。     

起伏地形对宝汉天然气管道生产运行的影响

为了研究天然气管道在地形起伏地区的生产运行状态,以陕西省宝鸡-汉中天然气管道为例,结合实际生产情况,分析了起伏地形对天然气管道输量,以及积水静压阻力和段塞流对清管作业的影响;简化了积水静压阻力的计算公式,建立了分段积水柱长度和高程差与积水静压阻力的函数关系式。研究表明:起伏地形对天然气管道输气能力影响明显,未考虑高程差的输量普遍大于考虑高程差因素计算出的输量;起伏地形引发的天然气管道积水静压阻力和段塞流,影响清管器的运行速度和对清管器通过声音的监听;积水静压阻力足够大时,甚至可以击破清管器;通过积水静压阻力计算公式,可以精确确定清管器前后压差,为宝汉天然气管道清管作业提供理论指导。     

压控式清管器的设计与应用

长输天然气管道长期未进行清管作业,在首次进行清管作业时易出现清管器卡堵等问题.为降低清管器发生卡堵的概率,同时满足管道高速、大流量输送的要求,提出压控式清管器的设计方案.压控式清管器前端安装压控爆破片和压控弹性阀泄流装置,确保当清管器发生卡堵时,在压差的作用下,爆破片能自行爆破,同时压控弹性阀自动开启起到泄流作用.该压控式清管器在中国石化济南-青岛天然气管道济南-临淄段成功地进行了清管作业,在提高管道输送效率、降低管道事故发生率等方面均发挥了重要作用.     

大落差输气管道水试压后清管的压力脉冲北大核心

长距离输气管道复杂起伏管段在水试压后的排水过程中可能会产生压力脉冲,引发安全事故。为了研究下倾段液位和注气压力对清管过程引起的压力脉冲最大值的影响,自主设计了起伏管道试压排水系统,在此基础上结合相关变量设计了相应的试验方案,并且针对试验操作中容易出现的问题(如清管器磨损、卡球等)提出了解决方案。该试验首次通过高速摄像记录了清管器的后退运动过程,并对其原因进行了分析,有助于完善相关清管器数学模型。研究表明:随着下倾段液位升高,压力脉冲最大值增大;随着注气压力升高,压力脉冲最大值增大。大落差起伏管道试压后排水过程的试验研究为输气管道投产与安全运行提供了指导。     

大落差输气管道水试压后清管的压力脉冲

长距离输气管道复杂起伏管段在水试压后的排水过程中可能会产生压力脉冲,引发安全事故。为了研究下倾段液位和注气压力对清管过程引起的压力脉冲最大值的影响,自主设计了起伏管道试压排水系统,在此基础上结合相关变量设计了相应的试验方案,并且针对试验操作中容易出现的问题(如清管器磨损、卡球等)提出了解决方案。该试验首次通过高速摄像记录了清管器的后退运动过程,并对其原因进行了分析,有助于完善相关清管器数学模型。研究表明:随着下倾段液位升高,压力脉冲最大值增大;随着注气压力升高,压力脉冲最大值增大。大落差起伏管道试压后排水过程的试验研究为输气管道投产与安全运行提供了指导。     

成品油管道内检测清管技术

对成品油管道定期实施清管作业可以提高管输效率、油品质量及排查管道严重变形管段,在内检测前进行清管可以提高内检测的数据采集精度和数据质量。系统介绍了3种成品油管道清管器的工作原理和特点,提出了内检测前实施清管作业所用清管器的技术要求,讨论了清管实施阶段清管速度的选择,各阶段合格标准的判断以及收发、跟踪、定位等关键技术,为成品油管道内检测清管实施提供了指导。(图10,表1,参24)     

河流穿越段水流冲刷作用下输气管道应力分析

河流穿越段输气管道在不同环境介质作用下易产生弯曲变形,是威胁管道运行安全的重要隐患。对河流穿越段不同环境介质作用下的输气管道进行应力分析,建立漂浮管段静力学分析物理模型,运用ANSYS软件对漂浮管段应力分布进行模拟,得到管道应力与应变分布情况,并讨论管道内压和水流速度对不同管径管道最大应力的影响及其变化规律。研究结果表明:管道内压或水流流速的增加会使管道受到的最大应力增加,且随着管道内压或流速的增大,管道最大应力的增长速度也变快;在流速或管道内压不变的情况下,随着管径的增加,管道受到的最大应力增大。(图9,表2,参20)     

天然气长输管道清管器运行速度预测北大核心

为保障天然气长输管道安全生产,提升输气效率,需要定期对管道开展清管作业,其中清管器运行速度预测是清管作业中的重要技术。针对目前清管器运行速度预测方法精度低、适用性差等问题,在调研国内多家管道运营企业清管作业流程及成功经验的基础上,总结出预测清管器运行速度的3种方法:理论估算法、模拟仿真法及经验数值法。深入分析了经验数值法中影响清管器运行速度的主要因素,提出了经验数值优化方法。通过对比3种清管器运行速度预测方法的优缺点,提出了一套完整的清管流程及清管器速度预测方法。最后以某天然气管道清管作业为例,计算了3种预测方法的相对误差,验证了经验数值优化方法的准确性及可行性。研究成果可有效指导管道运营企业开展清管工作,提高作业效率及安全性,降低投资费用。(图2,表3,参22)     

综合管廊燃气管道分支口受力数值模拟

针对综合管廊燃气管道分支口处弯管和三通较多的特点,以上海北岛西路综合管廊工程为例,采用有限元和数值理论方法,对多因素影响下的燃气管道应力和变形进行模拟分析。结果表明:燃气管道支架间距增大,其最大应力会减小;燃气管道焊缝缺陷长度增大,其最大应力会增大;燃气管道弯管角度增加,其最大应力呈现先增大后减小的趋势;管道变形量随支架间距减小而增大,且增大速度较快;管道焊接缺陷长度增大,管道变形量会增大,但增大幅度较小;同时,管道的走向变化对燃气管道的最大应力影响较大。研究结果可为管廊燃气管道分支口设计和施工提供重要的参考依据。     

中缅天然气管道高陡边坡管段清管安全分析

中缅天然气管道某80°高陡边坡管段在进行清管作业时,清管器极易对管底弯头造成巨大冲击,可能引发天然气泄漏等灾难性后果.利用OLGA软件获得该边坡管段的清管器运行压力、运行速度及持液率等工艺参数,利用ANSYS与CAESARII有限元软件,建立清管过程中的应力与位移模型并进行有限元分析,进而提出安全清管建议.结果 表明:...     

低输量管道清管器运行速度控制方法及建议

输气管道在投产初期或运营期因用户需求量波动，普遍存在输气量低于设计输气量的情况，导致清管器运行速度无法达到规定范围，从而影响清管效果，甚至发生清管器卡堵等安全事故。以泰青威管道为例，分析多轮次清管内检测作业中管道运行工况与清管参数特性，提出适用于低输量工况的清管器运行速度控制方法及建议。通过三段式压力梯度调节、平均压力与输气量协同调节、充分利用枢纽站调节，优化清管器跟踪监听策略与技巧，可有效调节清管器运行速度，使其在管道内平稳运行并达到规范的清管内检测速度要求。研究成果可为低输量管道清管作业提供借鉴，保障管道清管安全。（图6，表3，参28）     

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）     

天然气管道速度可控清管器的设计

为解决我国长输天然气管道清管过程中清管器速度过快或不稳定带来的一系列问题,对清管器的速度控制技术进行了研究。结合清管器的清管原理,提出了清管器速度控制方案,进行了速度可控清管器的结构设计,主要由普通清管器、电子仓、信息轮、电机仓、直流伺服电机、转阀、旁通壳体电机仓等零部件组成。分析了该清管器的工作过程,认为其在管道内的速度可以控制在预定范围内,但机械结构优化,旁通孔计算以及清管器在管道内运行时可压缩流体的数值模拟等技术问题仍需深入探索。     

基于文丘里原理的天然气管道吹扫清管器设计

针对粉尘和杂质较多的天然气管道在清管过程中,常规机械清管器出现的皮碗及刷毛磨损变形严重、清管效率低下等问题,基于文丘里原理,提出一种新型清管器设计方案,将具有该原理特性的管路与清管器骨架结构设计融为一体,同时设计了相应的导向支撑板、密封驱动皮碗及前端吹扫喷头等重要零部件。借助计算流体动力学方法对所设计的清管器的清管效果进行了仿真分析,结果表明:该清管器利用文丘里原理可对两皮碗之间管段内的杂质进行有效吹扫和抽吸,通过前端吹扫喷头喷出的高速射流可以在清管器前方形成全覆盖的柱状吹扫区域,吹扫速度可以吹扫和携带颗粒直径在2.5 mm以内的粉尘及杂质,具有良好的清管效果。通过该设计方案的实施,对于提高中国非常规清管器的研发和设计技术水平,促进在役天然气管道清管效能的提高,丰富清管手段的多样化具有重要的现实意义。(图11,表1,参20)     

基于CFD清管器结构的管内流场模拟及优化设计

为了研究清管器结构尺寸对清管作业时管道流场特性的影响,以便寻求较为适合的清管器结构尺寸,以可调速直板清管器为例,利用FLUENT前处理软件Gambit建立了3个不同长径比的可调速清管器工作模型,并对其进行网格划分,然后利用FLUENT流体分析软件对不同长径比的清管器工作时的流场进行数值模拟,得到了不同长径比情况下清管器工作时的流场压力、速度和湍流动能的分布图。以清管器长度尺寸作为优化对象,对数值模拟结果进行对比分析后发现,清管器附近流场波动较剧烈,湍流动能及强度急剧增大,其在清管器内部流场中达到最大;清管器下游流场的湍流强度虽有所下降,但仍然是高湍流强度流动,长径比为1时各指标波动较小,说明长径比为1时对下游的流场影响较小,模拟结果与工程实际经验相符合。研究结果可为清管器的优化设计提供理论依据。     

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。     

清管作业对低输量原油管道稳定性的影响

针对清管器在含蜡原油管道中的受力情况建立了清管模型,通过采用四阶龙格-库塔方法和VC 编制程序清管模型进行的数值计算及求解,得到了清管器在含蜡原油管道中的运行规律。根据清管作业时管道各运行参数的变化曲线,分析了清管对低输量管道运行稳定性的影响,并提出了相应的清管安全措施,为解决低输量原油管道清管时的实际问题提供了理论参考。