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。(图7,表2,参20)     

基于接触摩擦特性的清管器清洁能力评价方法

基于三维有限元数值模拟方法,从密封元件的接触摩擦特性出发,创新性地提出一种清管器清洁能力评价方法。利用ANSYS软件建立两种常见形式的清管器在水平直管内运行的三维有限元模型,并通过现场试验对其准确性进行验证。通过分析计算结果,分别对不同摩擦工况下的两种清管器的清洁能力进行对比。研究结果表明:接触摩擦因数对清管器在运行过程中的密封紧密度、切向刮擦力、有效清洁面积均存在影响,随着摩擦因数的增加,清管器密封元件的切向刮擦力增大,而接触紧密度和接触面积减小。在相同摩擦工况下,当密封元件材料和过盈量相同时,直板型清管器的密封紧密度和刮擦力均优于皮碗型清管器;然而在运行相同距离的情况下,皮碗型清管器所能产生的有效清洁面积大于直板型清管器。根据待清洁管道内的杂质类型来合理选择清管器种类可以有效发挥其清洁能力,提高清洁效率。     

天然气管道清管器自激振动模型及影响规律

在清管器前端所聚集的杂质和管道内壁摩擦力的共同作用下,清管器皮碗会发生较大振动,甚至发生变形,从而降低清管作业的有效性。基于LuGre模型和Stribeck曲线,描述了清管器皮碗与管道内壁间摩擦力的非线性变化规律,通过合理约束清管器皮碗径向的自由度,建立了由集中质量弹性微元体表征的清管器自激振动模型。采用Matlab仿真软件,对DN200管道皮碗清管器不同工况下的自激振动规律进行分析,结果表明:随着过盈量增加,皮碗清管器的振幅随之增加;随着运行速度增加,皮碗清管器振幅先增加后降低。建立的天然气管道清管器自激振动模型,为合理选择皮碗清管器过盈量和清管运行速度提供了依据,可有效提高天然气管道清管作业的安全性与有效性。     

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。     

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。     

柔轴组全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、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Ｋ１，Ｋ２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     

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。     

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)     

提高皮碗清管器工作效能的技术改进措施

以皮碗清管器在靖西管道的实际应用情况为例,介绍了皮碗清管器的工作原理和优缺点,并提出了相应的技术改进措施.这些措施已在管道的实际运行中推广,并取得了一定效果.     

管道内检测器皮碗过盈量对其力学行为的影响

为了研究管道内检测器皮碗过盈量对皮碗力学行为的影响,以直径为800 mm的管道的内检测器皮碗为研究对象,分析聚氨酯材料的力学特性,建立用于分析管道内检测器皮碗过盈量的二维轴对称有限元模型。通过计算分析,得到了皮碗过盈量为0~10%时,唇缘接触应力、唇缘接触长度、夹持端角度、唇缘角度、皮碗折点内外侧应力的变化趋势,并拟合得到了过盈量与上述参数之间的关系。结果表明:随着皮碗过盈量增加,皮碗唇缘应力趋势由指数下降趋势逐渐转化为线性下降趋势;皮碗唇缘接触长度、夹持端角度的增长速率随皮碗过盈量增大而快速增加;折点内外侧应力增长速率均随皮碗过盈量增大而减小;皮碗唇缘角度随着皮碗过盈量增大而线性减小。     

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...     

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。     

DN—700型电子式管道通径检测器

DN-700型电子式管道通径检测器可不停输自动地、定量地探明管道的通径变化量,分辨出管道的阀门、弯头、环形焊缝等,并知其相应的里程位置。通过现场应用,达到了设计性能要求,满足实际需要。机械式伞架连杆机构的测径臂伸出皮碗与管壁刚性接触,提高了测量的灵敏度,电子计算机技术的应用,使采集、处理、分析数据准确,解决了国内多年来未能很好解决的管道通径检测的技术难题的技术水平。     

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。     

直径1422 mm管道投产前自动力内检测器研制与应用

针对传统皮碗式管道投产前检测器应用于大口径管道存在的动力不足、速度冲击、耗能较大等问题,研制了一种适用于大口径管道的自动力内检测器,其能够在管道中自主运行并检测管道几何变形、拍摄管道内部视频等,可用于管道投产前或停输检修期的检测。介绍了检测器的总体结构及本体设计,分析了运行姿态对驱动力的影响,系统阐述了检测单元的设计原理与功能,通过现场应用试验验证了检测器的运动特性与检测性能。将其应用于中俄东线在建管道工程,结果表明:检测器续航里程达50 km以上,实现了管道几何变形、管壁内表面缺陷、管道内部水膜等异物的同步直观检测,在实际工程中具有较好的可用性与先进性。(图9,参26)     

一种新型投产前管道智能测径检测器

传统的投产前管道测径方法存在检测周期长、人力物力消耗大、可靠性差等问题。为此,研发了一种新型投产前管道智能测径检测器,该设备的机械主体由筒体、皮碗、变形探头臂及里程轮组成,电气主体由记录仪、电池组、标记器及变形传感器组成。投产前管道智能测径检测器主要依靠空压机作为动力源,在不建立背压的管内环境下运行,并需解决不稳定的运行状态造成的检测数据丢失、信号失真等问题。现场实际应用结果表明：该装置能够在较短时间内快速发现、量化和定位站间管道存在的变形,从而大大缩短管道的施工工期,为管道验收提供科学依据。（图3,表1,参8）。