天然气管道调速清管器研究进展

国外对天然气管道内检测器调速技术的研究和应用较成熟,但国内对清管器速度控制技术的研究甚少。针对天然气管道清管器调速技术和应用研究难点与特点,综述了天然气管道清管器的动力学问题、旁通调速装置的国内外研究现状,分析了调速清管器调速装置的主要结构、原理和旁通阀种类,描述了旁通孔内直动式截断阀、旋转转阀和蝶阀等泄流调速装置的结构特点与工作原理,同时描述了制动机构用于清管器调速的优点与基本原理,讨论了清管器调速的技术难点,指出为实现清管器调速技术的现场应用,需开展机械与控制系统设计以及控制逻辑优化等理论与试验研究。     

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)     

感应电动机调速系统的自适应逆控制研究

根据逆系统控制原理,利用最小二乘法分析感应电动机调速系统逆控制的方法,实现了电磁转矩和定子磁链的解耦控制,并针对多个子系统进行参数的实时估计。仿真试验表明,感应电动机调速系统具有很强的鲁棒性。     

一种新型泡沫测径清管器的设计及仿真模拟

针对泡沫清管器在清管过程中不能准确判断管道变形,无法清除顽固残余物质,导致后期投放的检测仪器结果不准确,甚至堵塞管道等问题,设计了一种新型、低成本泡沫测径清管器,利用漏磁检测原理在泡沫清管器聚氨酯层中放置磁块,由霍尔元件测量管径变形时的磁场变化,即可得出残余物质的高度、外形等特征来进行预先测径。实现了在管道复杂工况中对管内结垢及变形情况的准确检测,避免了卡堵。以运行过程中的泡沫测径清管器为研究对象,通过ABAQUS软件仿真模拟其遇到残余物质时的变形情况,结果表明:当发生一定变形时,泡沫测径清管器外层泡沫体密度越大,厚度越薄;内层泡沫体密度越小,厚度越厚,测量得到的位移变化量结果越准确。(图2,表4,参20)     

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。     

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。     

磁场发射机发射距离影响因素的仿真及试验

为了有效提高清管器跟踪定位用磁场发射机的发射距离,对影响发射机的因素进行理论推导、电磁仿真分析及现场试验验证,结果表明:发射机发射距离的提高,可以通过将接收机安装在清管器钢骨架外部或增大线圈直径以减少发射线圈的匝数(在线圈含铜量不变的情况下)来实现;在较薄管壁中进行清管作业时,发射机的发射距离也会增强,但不明显;管径对发射机发射距离的影响不明显,可以忽略。研究结果可最大限度地提高发射机的发射距离,为增大清管器的监测范围提供理论依据。     

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。     

小型多功能底盘速度测试系统的设计

为实时掌握小型多功能底盘的运动速度,提高机器的作业效率和质量,设计了一套测速系统。该系统以STC89C51单片机和外围硬件电路构成硬件为平台,采用串口通信技术、C语言软件编程技术等,将测得的转速在LED数码管上显示出来,系统抗干扰能力强且能耗低。测试结果表明,该系统速度测量精度高,平均精度可达98.2%,能够满足系统设计的测速要求。     

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)     

清管器跟踪定位技术发展现状与趋势

阐述了清管器跟踪定位技术的发展现状,分析了放射性同位素法、机械法、声学法、压力法和磁学法5种传统技术的优缺点,指出电磁脉冲法和压力法是其中最佳、最稳定和最成熟的两种方法,并提出基于这两种方法的远程跟踪定位技术的实现方法和方案,用智能判断替代人工判断,但是,该方法并未实现实时在线跟踪。由此,提出一种基于光纤震动原理的在线跟踪定位法,其可以对清管器位置进行全过程监控,实现实时在线跟踪,且不依赖除光纤以外的任何条件,是未来清管器跟踪定位技术的重要发展方向。     

速度控制清管器泄流孔流场仿真

为了研究速度控制清管器泄流孔结构及尺寸对清管器运行时泄流孔处流场特性的影响,以端板型速度控制清管器为例,利用Fluent流体分析软件建立了4种等面积的速度控制清管器泄流孔模型,并对模型泄流孔处的流场特性进行了仿真分析,结果表明:在等泄流孔面积下,不同结构的泄流孔处气体流速基本一致,但气体流经泄流孔后最大湍流动能值相差较大。通过建模证明:将有限数量小面积泄流孔等效为一个大面积泄流孔预测泄流孔处气体流速的方法是可行的。与圆形、三角形泄流孔结构相比,泄流孔为正方形结构时,其泄流能力较好,气体流经泄流孔后的湍流动能也最小。利用仿真结果设计了速度控制清管器用泄流孔结构,工业应用表明:该模型能够很好地预测速度控制清管器的运行速度,且相对误差最大不超过5.3%。研究结果可为端板型速度控制清管器泄流孔的设计提供理论依据。     

天然气长输管道清管作业收球工艺优化

清管器运行速度的控制是清管作业的难点,常给收球操作埋下隐患。为避免高球速对收球筒及其附属设施的损坏,以提高收球作业的安全性和可靠性,从工艺角度出发,在直接收球工艺的基础上提出间接收球工艺:利用进站三通处支线管道与收球筒上的引球管道,将清管器前后连通,平衡推球压差,降低其进入收球筒的速度,再次调节进站支线阀门开度,重新建立压差,使清管器缓慢滑入收球筒内。通过对新工艺进行HAZOP分析,提出将其接入管道SCADA系统中进行实时监测,在重要节点加强监听,增加气体泄漏检测设备及检测频次等建议,确保新工艺顺利实施。实际工程应用表明,新工艺能够有效控制清管器进入收球筒的速度,避免收球伤害,具有较理想的收球缓冲效果。     

基于DSP汇编语言实现滤波方程方法

微波测速仪安装于运动车辆上，可以实时测算出车辆的运行速度。在设计与调试仪器的过程中，要遇到由汇编程序实现数字滤波方程的问题。笔者提出基于DSP汇编语言实现滤波方程的方法，这种方法对于系统设计、故障调试、分析系统性能以致改进性能都有一定意义。     

基于分布式光纤振动传感的清管器跟踪定位方法

针对目前清管器跟踪定位设备只能定点而无法全程连续在线跟踪的问题,提出了利用分布式光纤振动传感技术实现清管器在线跟踪定位的方法。利用管道同沟敷设光缆中的一芯光纤,搭建了基于相干瑞利散射的分布式光纤振动传感系统,使用该系统采集清管器运行过程中产生的振动信号,分析振动信号的时域特性,得出结论:清管器运行过程中的振动主要是与管壁焊缝撞击产生的,同时,采用上下包络作差的方式增强了信号的信噪比。通过现场试验,验证了该项技术可以实现清管器的实时跟踪定位。     

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）     

基于无线通信基站的清管器实时三维定位方法

为了解决清管器实时三维定位问题,利用商用通信网络对清管器位置进行全过程实时在线跟踪监控。根据定位信号的定量分析结果研究开发了能自动适应环境的定位算法,分别提出5基站自适应定位算法、4基站自适应定位算法及基于通讯半径约束的定位算法。对于5基站自适应定位算法,利用基础数据对模型进行测试,其最大定位误差不超过1.6 m,平均误差为0.61 m。为利用最少的点进行高精度定位,又开发了4基站自适应定位法,并利用两组数据进行测试,平均定位误差为2.19 m。同时,对不同通信半径约束进行研究,得出通信半径越小,总的有效通信连接数越少,定位精度越低,在可接收到清管器发射的信号范围内,基站的数目以5~13为宜。对实际输油管道清管过程进行了清管器定位测试,从而验证了基于无线通信基站的清管器实时三维定位方法的有效性。     

基于无线传输的降雪情况检测系统研究

降雪程度是农业气象中很难准确测量的元素之一.在农业领域,降雪对设施大棚有很大的影响.能够实时掌握降雪情况,对于蔬菜大棚和预防雪灾都有着重要的意义.该研究根据蔬菜大棚对降雪情况测量的实际需求,设计了基于无线传输的降雪情况检测系统,实现了大棚雪情的实时检测.通过在佳木斯地区的实际应用测试,验证了该系统能够实时动态检测降雪厚度、环境温度和湿度等情况,具备测量精度高、测量数据准确、实时性强、结构简单等特点,有很强的实用性和推广性.     

计算机辅助设计与制造布速在线检测方法研究

采用计算机辅助设计(CAD)与制造(CAM)技术,针对染色机布速检测过程中存在的打滑,精度不高等问题,提出了一种新的可行测速方案.在染色机的提布罗拉上方安装一个测速滚筒,利用光电编码器和单片机测量系统对布的平均速度和瞬时速度进行监测、显示和存储.该方案不仅解决了测速问题,而且可以在一定程度上减少打滑现象;进而根据测得的布速,及时调整喷嘴压力、染液进出阀的开度以及染液温度等,保证染色质量.     

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)