324mm管道双级封堵器结构设计与分析

管道封堵是管道抢修的关键技术之一,作为封堵机的关键部件,悬挂式封堵器的结构直接影响管道封堵的质量.针对传统的悬挂式封堵器难以一次成功封堵的缺陷,提出了一种双级式封堵器,该封堵器具有扫除管内切屑和残留物,确保后部封堵皮碗可靠封堵的功能,由此达到一次封堵成功的目的.对封堵器结构进行了静力学分析,同时对封堵皮碗的封堵能力进行分析.结果表明：设计的双级式封堵器在324 mm管道内,介质压力在6.4 MPa的情况下,封堵能力可达9.186 MPa,能满足压差6.4 MPa的要求,并有40％以上的冗余能力,可以实现一次成功封堵的目标,提高了工作效率,使管道封堵作业安全性更高.（图12,参12）     

不同端面管内智能封堵器周围流场分布规律模拟

管内智能封堵器可以在不停输的状态下,通过无线控制系统在管道内部进行高压封堵作业,为保证封堵器安全平稳工作,减少管内受阻流场对封堵作业的影响,需要对管内高压封堵过程流场演化规律以及封堵器在封堵过程中的受力变化情况展开研究。通过建立管内智能封堵器三维模型,采用质量、动量守恒方程对高压管内封堵作业时封堵器周围流场进行数值模拟,得到了封堵器受力与封堵进度、入口压强、入口速度之间的关系。根据演化规律发现,不同端面对流场的特征变化以及封堵器受力情况有一定影响,提出两种具有弧线特征的端面形状,模拟结果表明:半球形端面智能封堵器在封堵作业时,其周围流场特征变化及封堵器受力均优于台阶形和抛物面形端面结构,由此为管内高压稳定型封堵器的结构设计及优化提供了依据。     

管内高压封堵器的研制

管内高压封堵技术是一项新型的管道封堵技术,在陆地、海底油气管道的维修、换管、换阀、加减支路等作业中应用前景广阔。该技术的工作原理是将清管器与封堵器铰接在一起,从清管器的发射端进入,二者在清管器的推动下向前行走,通过监控中心发射的超低频电磁脉冲信号来启动微型液压系统实现封堵。锁定滑块和封隔圈是封堵器的关键部件,其直接决定封堵器的锁定与密封能力,因此,重点分析了锁定滑块锁紧的可靠性和封隔圈密封的可行性。自主研制了适用于内径300mm管道的管内高压封堵器样机,通过简单的封堵打压试验,初步证明了该项技术应用的可行性。     

管内高压智能封堵技术

概述了管内高压智能封堵技术的发展现状.介绍了管内高压智能封堵系统的构造及工作原理,指出智能封堵器的结构设计及其应急处理技术、封堵压力及密封性能、微型液压系统设计及工作过程的建模与分析和超低频电磁脉冲通讯及控制技术是研发管内高压智能封堵的关键技术.通过对管内高压智能封堵器应用前景的展望,强调了我国当前加速研发管内高压智能封堵系统的迫切性.     

基于FLUENT管内封堵器周围流场的数值模拟

基于计算流体力学方法,建立了管内封堵器三维模型,对管内封堵器封堵过程中其周围流场进行数值模拟,得出管内封堵器封堵前后其周围流场中速度矢量、流体质点速度、湍动能的分布规律.对比封堵前后流场的模拟结果:管内封堵器的封堵进程变化影响流体质点速度和湍动能的分布;管内封堵器的机械结构会导致其局部位置和尾部流体产生漩涡,使管内流体流动紊乱,对封堵效果产生一定影响.研究结果对确保管内封堵作业安全和进行管内封堵器机械结构设计具有指导意义.(图8,参7)     

管内封堵器橡胶筒长度对封堵性能的影响

橡胶筒是油气管道内封堵器封堵模块中的核心部分,为了研究橡胶筒轴向长度对封堵过程的影响规律,通过橡胶材料的力学性能测试及材料非线性和接触非线性理论研究,结合动力学有限元仿真分析方法,建立了封堵器橡胶筒封堵过程力学模型。利用该模型进行了不同长度橡胶筒封堵过程的模拟仿真分析,总结了橡胶筒长度对封堵性能的影响规律。研究表明:在同样的驱动力作用下,随着橡胶筒有效长度的增加,橡胶筒与管壁之间的接触力不断减小,对应的等效应力和接触应力也减小。因此,在封堵器橡胶筒选型阶段,在保证压缩后有效密封长度大于封堵所需安全长度阈值的前提下,应尽量选择有效长度相对较短的橡胶筒结构。     

管道内封堵气囊的结构设计与优化

橡胶气囊在管道内封堵器中具有十分重要的作用,为了改善其整体性能,从气囊的工作原理和工作环境出发,建立橡胶气囊的三维模型。基于ANSYS有限元仿真软件,将结构静力学分析、接触分析及试验设计相结合,对橡胶气囊的结构加以改进。通过试验对比分析改进前后气囊封堵压力的变化情况,发现改进后气囊封堵压力提高了50.1%,可达1.126 MPa。试验结果与ANSYS仿真结果基本一致,证明了有限元模型分析结果的准确性。该设计为管道内封堵器的优化设计提供了新思路,且有利于管道内封堵装置可靠性评价体系的构建。     

管内封堵器不同封堵状态的流场分析北大核心

为了保证封堵器能够安全平稳地进行封堵作业,减少管内受阻湍流引起的封堵器卡堵问题,利用Fluent软件,基于流体动力学模拟管内封堵器的不同封堵状态,分析得到了不同封堵状态下封堵器周围流场的变化规律及受力情况。通过比较简化模型与实际模型获得的模拟结果,以及分析支撑轮的外形轮廓对流场的影响,得到如下结果:封堵器对管内流场的影响较大,封堵器上游压力剧增,流动较平稳,下游产生湍流并伴随着不同尺度的漩涡。研究结果对封堵器的外形设计和保障封堵作业的安全具有一定的指导意义。     

管内封堵器不同封堵状态的流场分析

为了保证封堵器能够安全平稳地进行封堵作业,减少管内受阻湍流引起的封堵器卡堵问题,利用Fluent软件,基于流体动力学模拟管内封堵器的不同封堵状态,分析得到了不同封堵状态下封堵器周围流场的变化规律及受力情况。通过比较简化模型与实际模型获得的模拟结果,以及分析支撑轮的外形轮廓对流场的影响,得到如下结果:封堵器对管内流场的影响较大,封堵器上游压力剧增,流动较平稳,下游产生湍流并伴随着不同尺度的漩涡。研究结果对封堵器的外形设计和保障封堵作业的安全具有一定的指导意义。     

管道智能封堵器锚爪结构的优化

管内高压智能封堵技术是20世纪90年代由PSI公司发展起来的一项新型封堵技术,卡紧能力是封堵器的关键技术,由锁定锚爪完成。为了更好地设计锁定锚爪,使其与管壁之间能够产生有效的卡紧力,需要对其结构进行优化。利用神经网络高度的非线性映射能力建立了锁定锚爪角度、锁定锚爪连接厚度、锁定锚爪间距、锁定锚爪整体倾角、锁定锚爪曲率半径间的函数关系;利用遗传算法的全局寻优能力求解由该函数作为目标函数的优化问题,从而获得锁定锚爪与管道间接触力最大的几个主要因素的最优搭配。优化结果表明:优化后锚爪与管道间的接触力增加了87.81%,锁定锚爪整体性能显著提高。     

盘式封堵器在管道抢险作业中的故障处理

盘式封堵技术广泛应用于管道抢修,但在实际应用中,盘式封堵器会因一些客观或主观因素出现故障,影响封堵效果。介绍了盘式封堵器的设备组成、技术原理、施工工艺。以管道换管抢修为例,针对盘式封堵技术应用过程中可能出现的故障,如开孔时筒刀无法进给、卡刀、封堵头未送到位,封堵三通时塞堵无法入位等,给出了相应的解决方法。分析了盘式封堵器设备本身存在的缺陷,提出了改进方法。提升盘式封堵的适用压力和适用管径,扩展不停输封堵技术的应用范围,使之能够应用于中、高压管道的更新、改造、抢修等方面是盘式封堵技术今后的发展趋势。     

长输管道封存技术

尽管闲置的长输管道始终采取防腐涂层和阴极保护来控制管道外壁的腐蚀，但管道内壁发生的腐蚀过程却是不可避免的。针对长输管道的特点，提出了三种封存技术，并进行了模拟长输管道封存试验。试验结果表明，水气相封存技术，即在扫线水中添加适量的缓蚀剂，可有效地抑制管道钢材在封存期内的腐蚀。该缓蚀剂一方面可抑制水相腐蚀，同时亦可挥发进入气相，抑制气相腐蚀。电化学研究表明，添加了缓蚀剂的封存液能防止管道内表面的腐蚀。     

涩宁兰输气管道不停输封堵作业的安全控制

在涩宁兰输气管道复线35号阀室处,采用不停输封堵技术实现了涩宁兰一线输气管道与复线输气管道的连接。在输气管道上进行不停输焊接、开孔、封堵、断管、焊接(阀门、三通等)连接属于高风险作业,施工中的安全措施是封堵作业成功的关键要素之一。着重介绍了涩宁兰一线输气管道封堵作业过程中的安全控制措施和方法,指出控制管道和管件内的氧气和可燃气体含量,以及安装隔离囊和临时放空装置,对断管和焊接阀门等作业进行安全保护,是保证输气管道不停输开孔封堵作业安全的两个关键环节。     

中俄东线天然气管道工程SCADA系统的设计与实现

长输油气管道的自动化控制水平直接关系着其生产运行安全与效率,中俄东线天然气管道工程通过创新实践开启了中国长输油气管道自动化控制技术的新篇章。以自动化控制系统的技术特点为主线,以具有代表性的油气长输管道控制系统为依托,回顾了中国长输油气管道控制系统关键技术的发展历程,介绍了长输油气管道自动化控制技术发展现状,并结合智慧化管道建设,展望了长输油气管道自动化控制技术的发展前景。中俄东线天然气管道工程北段各项设计指标均处于全球领先水平,从SCADA系统组成、结构、功能等的创新成果来看,其自动化控制系统代表了目前中国长输油气管道自动化控制技术的最高水平。     

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。     

年输量不确定的油气管道优化设计

概述了国内外油气管道优化设计的概况和进展,针对以往的研究没有考虑油气管道年输量在实际运行后的不确定性,按照确定性输量设计的管道方案与实际运行存在很大差异的问题,认为应对各种优化设计技术和方法进行比较,以便从中选择适合于管道实际情况的设计方法,尽量减少设计方案与实际情况的差异,提高设计效率和投资效益.     

长输管道事故模拟实装训练辅助装置设计及验证

在中国油气管道安全防护日益严峻的形势下,长输管道应急事故救援力量难以开展真实工况训练。设计了由短距离装配式钢质管道与调节阀组成的长输管道事故模拟实装训练辅助装置,并进行相应的现场试验。结果表明:调节阀在某一特定开度下的实际压差流量曲线与相应长度的同管径管道的阻力特性基本一致,验证了选用调节阀模拟长距离管道水力摩阻的可行性。该装置通过敷设短距离管道,实现了在有限场地条件下与实际管道一致的上下游泵站工况,起到以短代长、减小训练规模、降低管道敷设工作量的作用,并能够更加准确地模拟管道泄漏、堵塞及阀门误动作等事故工况,提高了管道应急事故救援人员的训练水平。     

埋地管道应力分析方法

油气输送管道大部分为埋地管道,其应力分析与工艺管道不同,关键在于准确模拟管道与土壤的相互作用。结合国际上广泛运用的CAESARII和AUTOPIPE软件设计思路,阐述了埋地管道应力分析模型中对埋地管道离散化的理论基础和方法,模拟土壤与管道相互作用的原理以及相关数据的计算方法;对比分析了ASMEB31.4、ASMEB31.8及国内相关油气输送管道设计规范对管道应力的校核要求;结合工程实例深化了埋地管道应力分析方法,对于开展管道应力分析工作具有积极作用,有利于增进对于管道应力分析及管道应力安全问题的认识。