直板清管器过环焊缝过程的动力学仿真

利用清管器或者内检测器等设备对管道进行清管和检测是管道运营维护必不可少的流程。由于管道内环境的特殊性,使清管器的动力学问题变得极为复杂。管道内环焊缝对密封皮碗的激励会引起清管器运移行为的改变,这种非稳态的运动对管道清管器的结构产生破坏。针对该问题,对直板型清管器在油气管道受限空间中过环焊缝瞬态运移过程建立了动力学理论模型,并在动力学仿真软件中进行了仿真,结果表明清管器过焊缝会引起清管器速度与位移的振动,尤其在x方向的振动更为剧烈。该理论模型对分析清管器在管道内的运移行为有一定的指导作用。

直板清管器与管壁间摩擦阻力的模拟研究

清管器密封盘的力学行为直接影响清管器的通过性以及清洁能力。为研究以直板皮碗作为密封盘的清管器与管壁之间的摩擦阻力,以聚氨酯直板皮碗清管器为研究对象,基于有限元软件ANSYS,建立直板皮碗清管器与水平管道的有限元模型并进行了数值模拟,通过理论计算结果与现场牵拉试验结果的对比验证了有限元模型的准确性。在此基础上,研究了直板皮碗过盈量、直板厚度和夹持率等因素对摩擦阻力的影响。研究结果表明:当皮碗厚度和夹持率相同时,摩擦力随着直板皮碗过盈量的增大而增大,呈对数上升趋势;当过盈量和夹持率不变时,摩擦力随直板厚度的增大而增大,且摩擦力的增幅逐渐增大;当皮碗过盈量与厚度一定时,摩擦力随皮碗夹持率的增大而增大。研究结果可为直板清管器密封皮碗的选择提供理论指导。

直板清管器力学性能研究及结构优化

为了更加深入地了解直板清管器的力学性能,建立了直板清管器在直管道中运行的有限元模型,计算了清管器工作过程中皮碗的应力、应变及变形量,分析了运行参数如摩擦系数和推球压差,结构参数如过盈量、密封板厚度、间隔板厚度、支撑板厚度、皮碗内半径对直板清管器受力变形的影响规律。结果表明:摩擦系数为0.06~0.1,推球压差控制在0.8MPa以内,过盈量控制在4%以内,密封板厚度在31mm~37mm选取,间隔板厚度宜在40mm~42mm选取,支撑板厚度为38mm~40mm,皮碗内半径保持在235mm左右时皮碗的受力和变形量较小,对清管器的运行更加有利。将优化后的清管器进行模拟分析并在现场应用,均未出现清管器卡堵、皮碗破损等异常情况,清管器运行稳定,皮碗磨损量小。

荔湾3-1气田输气管道排水干燥工艺设计与应用

根据荔湾3-1气田浅水段登陆管线的特点对海底管线常用的干燥方法进行了研究,选择干空气干燥与三甘醇干燥相结合的排水干燥工艺。在此基础上对清管器及清管列车布置进行了优化设计,所设计的排水干燥列车由10个双向直板清管器组成(包含2段淡水段塞、2段水基凝胶段塞、3段三甘醇段塞和2段干空气段塞),最终提出了预投产工艺中所需的压缩机、增压机、干燥器等设备选型。应用效果表明,采用水基凝胶对排水干燥列车中三甘醇段塞进行密封隔水能有效保障荔湾3-1气田海底输气管道排水和干燥剂干燥效果;由空气驱动排水干燥列车可以一次性完成除盐、测径、排水与干燥。荔湾3-1气田输气管道干燥工艺施工取得令人满意的效果,为国内长距离、大口径深水天然气管线的排水干燥提供参考,对今后类似工程具有借鉴意义。

锦州20-2凝析气田海底管道改造复合清洗技术

锦州20-2凝析气田海底管道输送介质黑油含量较高,致使改造工程中海底管道的切割、回接存在安全隐患和残油污染海洋环境问题。设计了"双向直板型清管器+化学药剂清洗"的复合清洗工艺方案,并通过实验对化学清洗剂进行了确定,采用无毒、无污染的D-柠烯、AQ-11和AQ-12分别作为油溶性清洗剂、乳化剂和水溶性清洗剂。复合清洗工艺方案实施结果,海底管道排出液含油质量浓度低于30mg/L,达到了我国海洋污水排放标准,并且清洗液用量较少。

清管器密封皮碗力学特性的有限元分析

清管器在油气管道内的运移过程是复杂的动力学问题,其密封皮碗与管壁的耦合作用是引起清管器动力学行为的主要原因。为了了解直板清管器密封皮碗与管壁作用的力学特性,采用有限元法,建立了单皮碗的二维轴对称有限元模型,计算并分析了用于DN200管道直板清管器的密封皮碗过盈量、夹持皮碗半径及密封皮碗厚度对密封皮碗接触应力、弯曲应力及弯曲角度的影响。研究结果表明:当夹持半径、厚度相同,皮碗与管壁的接触应力随着过盈量的增大先增后减,弯曲应力随着过盈量的增大而增大;当厚度、过盈量相同,皮碗与管壁的接触应力随着夹持半径的增大先增后减,弯曲应力随着夹持半径的增大而增大;当夹持半径、过盈量相同时,皮碗与管壁的接触应力及弯曲应力随着厚度的增大而增大。

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。

起伏管道初始扫水最佳清管方案与残余水分布规律

起伏管道低洼处存在积水会严重危害管道运行。通过试验研究了山区大起伏管道初始扫水阶段最佳清管扫水方案,并明确了低洼处残余水量计算方法:在初始扫水阶段宜选用直板清管器进行清管扫水作业,直板清管器最佳速度范围为3.6~7.2 km/h,过盈量宜选取4%~5%。通过改变管道特征分析清管器漏水量的影响,获得不同坡长、坡度、焊缝及弯管工况对清管器漏水量的影响规律,进而通过理论分析建立了应用于现场计算低洼处残余水量以及管壁平均水膜厚度的计算方法。研究结果可为后续的深度扫水作业及干燥作业提供借鉴与支持。

曹妃甸油田变径海底管道清管的可行性

为了对曹妃甸油田3条变径海底混输管道实施清管,以其中的WHPE至WHPD海底管道为例,对其清管的可行性进行研究。研制了蝶片直板清管器,其蝶片密封盘具有较好的密封性、柔韧性及耐磨性,通过能力强,可以双向运动,能够适应于变径海底管道清管作业。通过模拟清管过程可知:曹妃甸油田变径海底管道清管是可行的,采用蝶片直板清管器可以较好地完成该管道的清管,清管平均速度为0.8 m/s,清管时间为5 990 s,清管过程中管道入口压力最大值为2.64 MPa,远小于管道入口设计压力与清管器承受压力。辨识出WHPE至WHPD变径海底管道清管的主要风险,并制定相应的应对措施,清管风险可控,安全性较好。研究结果为变径海底管道的完整性管理与风险评价提供了指导。