油气管道组合缺陷漏磁检测信号数值模拟研究

为解决管道组合缺陷之间漏磁检测信号互相干扰,难以识别的问题,采用有限元方法建立仿真模型,研究管道内外、不同形状缺陷以及内外组合缺陷邻近情况下的漏磁场检测信号规律。研究结果表明:管道缺陷的漏磁检测信号在其轴向和径向分量上均存在显著差异;组合缺陷的检测信号存在相互干扰且具有一定的叠加性;当缺陷深度约为管壁厚的10%、25%、40%时,轴向信号干扰距离分别约为缺陷长度的1倍、2倍、3倍,径向信号干扰距离均约为长度的4倍,组合缺陷径向信号的互相干扰程度大于轴向信号,缺陷深度对轴向信号的影响大于径向信号。研究结果可为油气管道组合缺陷的识别提供理论依据。

天然气管道可靠性增长预测方法研究

为减少天然气管道投产前的设计和制造缺陷,提高使用寿命、运行可靠性和安全性、减少后期维修费用,通过统计模型结合试验数据实现对天然气管道可靠性增长水平的预测,提出天然气管道可靠性增长预测方法;分析常用可靠性增长模型并结合天然气管道可维修、小子样的特点,将Duane模型与AMSAA模型应用于天然气管道,结合点估计、趋势检验、拟合优度检验、区间估计和标准差,得出天然气管道可靠性增长模型,预测可靠性增长并进行实例验证。研究结果表明:Duane模型与AMSAA模型作为天然气管道可靠性增长试验具有可行性;其中AMSAA模型更具优势,得出天然气管道的瞬时无故障工作时间(MTBF)估计值可达到试验目标值,并预测MTBF达到2000 h时所需要的试验时间为317954611.3 h,未来第51次故障预测区间为[848.4609,939.6226],误差为1.25%,方法具有良好的适用性,可有效预测天然气管道可靠性增长。研究结果可为天然气管道设计改进提供指导。

基于IAOA-KELM的储气库注采管柱内腐蚀速率预测

针对储气库注采管柱的内腐蚀速率预测问题,建立了基于阿基米德优化算法(Archimedes Optimization Algorithm,AOA)与核极限学习机(Kernel Extreme Learning Machine,KELM)相结合的模型提高腐蚀速率预测精度。通过引入佳点集、改进密度降低因子、采用黄金正弦算法缩小搜索空间,提高局部开发能力,利用改进阿基米德优化算法(Improved Archimedes Optimization Algorithm,IAOA)优化KELM正则化系数(C)和核函数参数(γ),进而建立IAOA-KELM储气库注采管柱内腐蚀速率预测模型;使用MATLAB软件运用该模型对某注采管柱内腐蚀数据集进行学习与预测,将IAOA-KELM模型与KELM、粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)-KELM、AOA-KELM结果进行预测误差对比。结果表明,IAOA-KELM模型的预测值与实际值较为拟合,其E RMSE为0.65%,E MAE为0.39%,R 2为99.83%,均优于其他模型。研究表明,IAOA-KELM模型能够更为准确地预测储气库注采管柱内腐蚀速率,为储气库注采管柱的运维及储气库的健康管理提供参考。

近海复杂水体下海底输氢管道小孔泄漏扩散规律研究

为了研究海上风电氢一体化能源系统水下输氢管道小孔泄漏气体扩散问题,基于流体力学计算软件,建立近海水下输氢管道泄漏扩散模型,考虑复杂水体流动,对不同水深、流速条件下的泄漏气体扩散行为进行模拟与分析,研究水下气体泄漏扩散行为、上浮时间以及水面扩散影响范围等因素。研究结果表明:水下气体泄漏呈羽流状,随水流向下游方向偏移,在水面上浮形成一定范围的扩散沸腾区域;泄漏气体初始动能快速衰减,上浮时间主要受到水深的控制;水流对气体羽流存在明显的偏移现象,且与流速呈正相关关系,同时也会增加水面扩散影响范围;构建基于水流速度与泄漏源深度的水面扩散泄漏参数多元非线性预测方程,能够较好地预测泄漏发生后的水面关键参数。研究结果可为我国近海风电储氢一体化体系建立与事故应急处置提供理论支撑。

基于主次屏障的化工装置事故根因分析及“双预”机制应用

双重预防机制(“双预”)是当前国内危化品领域正在广泛推行的一种风险管控系统,但目前缺乏底层和运行层面的理论架构,更缺乏以根因分析(RCA)结果来指导实施“双预”的方法工具,为此,提出“主-次”屏障理论与事件与原因因素分析(ECF)相结合的可视化主-次屏障(VPSB)模型。ECF作为一种典型的RCA技术,由特定主/次屏障失效模式组成灾害事件的致因路径,为VPSB建模提供可视化框图。应用该模型对英国石油BP公司的Texas爆炸中的典型事故场景进行隐患识别和RCA,获得“双预”相关管理措施的具体失效模式,通过与美国化学品安全委员会(CSB)和英国石油(BP)公司对该事件的调查结果对比,发现CSB和BP公司将人的不安全动作作为直接原因开展深层次的原因分析,将关注点放在了人的管理上,并将根本原因宏观地总结为安全主管失职和操作工违规作业,而VPSB模型则关注的是对重大事故隐患本身和工艺过程的管理,用描述具体的次屏障失效模式来突出管理系统存在的根本性问题,其中,在机械完整性管理上的问题最多,且主要是由于管理措施未被合规执行。这为企业优化“双预”的相关工作内容提供了重点整改方向和可操作性建议。

加氢站氢气泄漏扩散特性的小尺寸实验与模拟研究

为探究泄漏量、环境风速对加氢站内氢气泄漏扩散的影响,使用氦气代替氢气,开展小尺寸风洞实验与数值模拟研究,分析泄漏量、环境风速对氢气泄漏扩散特性的影响规律。研究结果表明:下风向有障碍物存在时会导致其附近风速降低,泄漏气体的扩散距离反而增大;在垂直于风向的水平方向上,气体扩散距离受到泄漏量和风速的影响较小,在高度和风向方向上,气体扩散距离大致与泄漏量和风速比值的均方根成正比;可燃区域体积大致与泄漏量成正比,与风速成反比;通过相似原理得到全尺寸加氢站氢气扩散距离和可燃区域体积的计算公式,其计算值与全尺寸模拟结果相符合。研究结果可为加氢站事故预防提供一定参考。

基于灰色DEMATEL-ISM的加油站安全运营影响因素研究

为系统分析加油站安全运营的影响因素,提高加油站的安全水平,首先,通过WSR(物理-事理-人理)理论识别出17个影响加油站安全运营的因素;其次,引入解决模糊性问题的灰色系统理论,与实验室决策分析法(DEMATEL)相结合,研究各影响因素的因果属性和重要程度,进一步运用解释结构模型(ISM)分析了17个影响因素的层级结构。结果表明:灰色DEMATEL将17个因素归纳为9个原因因素和8个结果因素,并确定了7个关键影响因素;ISM将影响因素层级结构划分为3类,包括4个直接影响因素、10个中间影响因素和3个根源影响因素;安全管理人员专业能力、安全管理规章制度和安全投入建设既是灰色DEAMTEL分析中的关键影响因素,又是ISM层级结构中的根源影响因素,应当被重点关注。最后,针对研究结果提出建议措施,为加油站安全运营提供有效的参考依据。

局部系泊失效下半潜式平台系泊韧性评估方法研究

半潜式平台系泊失效会引发重大安全问题,为研究局部系泊失效下半潜式平台系泊韧性水平,构建系泊失效至恢复全过程的平台性能水平曲线,并将系泊韧性量化为吸收、适应及恢复3部分。基于平台运动响应及恢复操作构建相应的韧性定量评估指标,并利用CRITIC(Criteria Importance Through Intercriteria Correlation)法进行赋权,进而得到韧性评估3层指标体系。以规则波作用下的南海某半潜式平台为实例,在ANSYS@AQWA TM中建立其数值模型以进行水动力计算,并运用构建的评估指标体系进行系泊韧性评估。结果显示:半潜式平台系泊韧性水平与吸收、适应和恢复能力具有一致相关性,且浪向对角线立柱下两根系缆同时失效时系泊韧性水平最高,同一立柱下两根系缆同时失效时系泊韧性水平最低。

基于数据驱动贝叶斯网络的化工事故风险分析

为减少化工厂风险分析中的主观干预,基于关联规则和贝叶斯网络构建1种数据驱动风险分析模型。该模型涵盖3个任务项,分别为数据集项、关联规则驱动项和贝叶斯网络风险评估项。首先,收集事故报告和事故因素构建事故数据库;其次,将事故数据导入Apriori算法,并根据关联规则的因素相关性确定贝叶斯网络和条件概率表结构;然后,基于事故因素出现频率计算先验概率和条件概率,并采用Fussel-Vesely计算事故因素的敏感度;最后,收集94起危险化学品中毒窒息事故实例,运用数据驱动风险分析模型评估事故因素的影响大小。研究结果可为减少和避免化工事故提供一定参考,有助于提高相关企业的整体安全水平。

基于CFD的LNG储罐瞬时大风环境数值模拟研究

为分析不同大风风速下储罐迎风侧和背风侧压力分布情况和风场特点,采用k-ε湍流模型,建立液化天然气(LNG)储罐区瞬时大风环境模型。利用计算流体动力学(CFD)软件Fluent对LNG储罐风环境进行模拟,利用软件分析模块生成储罐压力云图和风速矢量图。研究结果表明:LNG储罐在迎风侧承受压力高于背风侧,压力呈现对称分布;储罐前端与两侧易产生气体漩涡,但总体速度曲线较为规律,无混乱复杂的速度曲线。研究结果可为LNG场站抗灾韧性增强、极端大风天气应急疏散路径规划等多方面提供理论参考,对LNG储罐区安全建设具有重要指导意义。

埋地掺氢天然气管道泄漏扩散数值模拟研究

为减少掺氢天然气在输送过程中因泄漏引发的安全问题,基于流体力学及多孔介质理论,采用Fluent软件建立城市埋地掺氢天然气管道泄漏扩散的三维数值模型,分析掺氢比例、泄漏孔径、管道压力、管道埋深和土壤类型等因素对掺氢天然气泄漏量及甲烷、氢气爆炸下限竖直方向上扩散距离的影响。结果表明:掺氢比例越大,掺氢天然气泄漏量越小,甲烷爆炸下限等值线扩散至地表所需时间越长,而氢气则相反;泄漏孔径10 mm时的泄漏量约为孔径5 mm时泄漏量的2倍,泄漏孔径20 mm时的泄漏量约为10 mm时泄漏量的2倍,且泄漏孔径越大,甲烷和氢气的爆炸下限等值线到达地表所需时间越短;管道压力越大,掺氢天然气泄漏量越大且扩散速度越快,危险系数越高;管道埋深1.1 m泄漏量最大,其次为1.4、0.8 m,埋深越浅,甲烷和氢气的爆炸下限等值线到达地表所需时间越短;土壤类型对掺氢天然气的泄漏扩散有重要的影响,土壤类型为粉质砂土时,掺氢天然气泄漏量及扩散速度最大,其次为壤土,最后为黏土。

海洋环境下深水区立管腐蚀速率预测

为提升海洋环境下深水区立管腐蚀速率的预测精度,建立基于改进秃鹰搜索算法(Improved Bald Eagle Search, IBES)的EDGM(1, 1,ρ)腐蚀速率预测模型。通过Sine混沌映射初始化种群、莱维飞行策略、折射反向学习策略和柯西高斯变异策略提高秃鹰搜索算法的寻优能力和收敛速度;利用IBES算法优化EDGM(1, 1,ρ)中的参数ρ,建立IBES-EDGM(1, 1,ρ)模型以提高立管腐蚀速率的预测精度。以南海某海洋深水区立管数据为基础进行腐蚀速率预测,分析对比3种模型的预测结果。结果表明,优化后的模型与原模型相比误差更小,且预测精度得到了提高,能够更准确地预测深海立管的腐蚀速率,为后续管道系统的维修和更换提供理论参考。

基于混合因果逻辑的化工园区雷击储罐风险评估

沿海化工园区的雷击事故时有发生,对园区生产安全构成严重威胁。为评估化工园区雷击储罐引发的Natech事故,提出一种基于混合因果逻辑(HCL)的风险评估方法。首先,采用事件序列图(ESD)和故障树分析法(FTA),定性分析雷击储罐导致Natech事故的演化路径,为阻断事故传递过程提供可视化基础;其次,采用贝叶斯网络(BN)定量解算人因失误概率,评估雷击储罐事故的混合因果关系;最后,采用混合因果逻辑方法,实现可视化解构雷击储罐Natech事故的复杂性和不确定性。研究结果表明:决策失误是人因失误模型的首要风险源;组织氛围、心理状态、工作环境不佳及监管不力是导致人因失误频繁的主要因素;防雷设施有效性缺失是雷击储罐事故链的诱因;降低风险场景的严重性需要重点加强对全液面火灾和池火灾的管控。

基于单元生死技术的埋地管道塌陷过程力学分析

为解决埋地管道塌陷发育过程中管周土动态流失的非线性问题,首先,采用数值分析方法构建穿越塌陷区的管-土非线性耦合模型,并应用单元生死技术模拟土体流失过程;其次,依托试验实测数据及规范验证模型,分析不同塌陷阶段埋地管道的应力变形特征;然后,研究埋地管道遭受土体塌陷作用下的破坏机制,确定埋地管道的控制应力及危险截面;最后,通过分析管土接触,探讨管土相互作用揭示埋地管道塌陷动态演化过程及力学特征。结果表明:轴向应力为控制应力,跨中管底为控制点,跨中截面为危险截面,过度的拉应力是埋地管道失效的主要原因;证实管土分离现象的存在,且在塌陷深度达到48 mm时管土分离;随着塌陷过程的进展,管-土结构从开始变形到埋地管道受拉破坏的全过程分为3个阶段,即顶部受压阶段、过渡阶段和底部受拉阶段,塌陷深度80与160 mm为分界点;塌陷深度达到59 mm时,管顶应力在跨中位置处实现谷值到峰值的转变;塌陷深度达到80 mm时,摩擦应力出现。

基于交叉注意力的多源数据融合的气体泄漏检测

为解决单一传感器在管道气体泄漏检测时容易出现误报、漏报的问题,及时预警并反馈泄漏状况,提出一种基于交叉注意力的多源数据融合管道泄漏检测方法。首先,利用预训练的ShuffleNetV2模型提取热像仪数据的空间特征;然后,结合一维卷积神经网络(1DCNN)和双向门控循环单元(BiGRU),构建1DCNN-BiGRU模型,以提取气体传感器数据的时序特征;最后,运用交叉注意力捕获数据的时空关联性得到2个数据源的特征表示,通过残差方式进行特征连接后输入到分类层中,得到识别结果。结果表明:所构建的多源数据融合模型(SCGA)对气体识别准确率为99.22%,损失值在0~0.04内波动;与仅使用气体传感器数据的支持向量机(SVM)、1DCNN、BiGRU模型相比,准确率至少提升4.12%;与仅使用热图像传感器数据的MobileNetV3、ShuffleNetV2、ResNet18模型相比,准确率至少提升1.14%;与将时序特征和空间特征直接拼接的多源数据融合模型(SCG)相比,准确率提升1%。SCGA模型对气体识别具有较高精度。

碳酸氢盐抑制乙烯/聚乙烯两相爆炸特性研究

为防治乙烯/聚乙烯两相体系爆炸危害,选取碳酸氢盐作为抑爆粉体,在20 L球型爆炸装置内开展抑爆试验,探究不同碳酸氢盐对乙烯/聚乙烯两相体系的爆炸抑制效果及机制,并讨论不同碳酸氢盐对两相体系爆炸抑制性能之间的差异性。结果表明:两相体系较单相聚乙烯更难抑制,且随着乙烯体积分数的增加,两相体系爆炸抑制难度增大;碳酸氢盐对不同质量浓度的乙烯/聚乙烯两相体系均具有抑制作用,其抑制效率受乙烯体积分数和碳酸氢盐质量浓度的综合影响;碳酸氢盐均能在聚乙烯爆炸过程中通过物化反应抑制乙烯/聚乙烯两相爆炸,碳酸氢钾的分解吸热性能及其对聚乙烯热解的延缓作用均优于碳酸氢钠,故碳酸氢钾对乙烯/聚乙烯两相体系爆炸的抑制效果优于碳酸氢钠。

组合模型对管道腐蚀速率预测的效能研究--基于注意力机制增强的CNN与LSTM模型

为评估卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)、长短期记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)网络及结合的CNN-LSTM模型在管道腐蚀速率预测中的性能表现,特别引入注意力机制,以期提高模型对关键特征的捕捉能力和预测的准确性。分析影响管道腐蚀速率的环境因素作为模型输入,并通过注意力机制优化特征表示。结果表明,结合注意力机制的CNN-LSTM模型在准确性和可靠性上超越了单独的CNN或LSTM模型。这一结果不仅展示了深度学习模型通过技术增强了处理复杂数据的能力,也为实际工业应用中的时间序列预测提供了新的视角,同时证实了利用深度学习技术对管道腐蚀速率进行精确预测的可行性和有效性。

高压氢气泄漏过程中气体参数计算的新方法

基于气体等熵喷射过程和绝热变化过程分析氢气泄漏的热力学过程,建立理想气体状态方程、Abel-Noble状态方程和基于NIST(National Institute of Standards and Technology)的真实气体状态方程的计算模型,利用MATLAB对稳态/非稳态泄漏过程进行计算。结果显示,建立的稳态泄漏模型能够精确计算泄漏口处的相关参数,在保证计算精度的前提下与数值模拟相比,误差可以忽略不计;非稳态泄漏模型中,与基于理想气体状态方程和Abel-Noble状态方程相比,基于NIST的真实气体状态方程误差更小;非稳态泄漏过程中,罐内气体温度高于理论预测值,泄漏质量流量小于理论预测值。真实气体模型在一定程度上体现了热力学模型的局限性,但与数值模拟等计算方法相比,该模型计算更加快捷精准,对实际气体泄漏事故的预测具有理论指导意义。

基于UNet模型燃气管道高后果区分割方法研究

为提升燃气管道设施监测和事故应急响应中的高后果区图像分割精准度和可靠性,通过改进UNet模型结构,使用优化后的Inception Block模块、通道注意力和空间注意力机制的方法,提升模型捕捉关键特征的能力,并引入高斯噪声增强模型鲁棒性,采用保留最佳参数策略得到最优训练参数。然后对SE UNet、UNet++、原始UNet以及改进后UNet模型在航拍图像数据集上的分割效果进行对比和分析。研究结果表明:相对SE UNet、UNet++和原始UNet,改进后UNet模型在分割效果上表现更佳,综合性能优于其他模型。同时,改进后UNet模型提高了分割准确性,降低了误检和漏检风险。研究结果可为燃气管道设施的安全运行和维护提供有力支持。

化工园区事故情景耦合演化的复杂网络分析

为进一步研究化工园区事故易因耦合效应引发事故升级等问题,首先,以化工园区储存环节为研究对象,从要素及关系2个角度构建涵盖人因层、物质层、环境层、管理层、组合层及事故层的典型事故情景要素框架体系。然后,基于拓扑理论及相关方法,构建化工园区典型事故情景复杂网络模型,分析复杂网络的统计特征,确定节点的网络贡献度和连接边的脆弱性,探究最大可能的致因路径,并结合事故的演化特征提出断链视角下的应急响应对策。最后,引入案例分析其最大致因路径,并提出相关事故的预防措施。研究结果表明:初期是化工园区事故控制的关键时期,加强员工培训是强化初期处置的重要手段之一,点火源是事故耦合升级的关键因素之一;本文构建的化工园区事故情景演化复杂网络模型具有较好的实用性,案例分析得到的最大致因路径与实际情况基本相符。研究结果可为化工园区的事故防控及演化控制提供一定参考。