高钢级山地管道设计及安全性评估的再认识

永久性地面变形(permanent ground deformation,PGD)是造成山地管道屈曲断裂泄露并导致重大生命、财产损失的主要原因之一。现有PGD区山地管道“基于应变”的设计及安全性评估方法和技术标准对在役高钢级管道安全性评估偏于危险,亟待对其进行进一步的研究。针对山地复杂PDG工况下的“许用应变”及“计算应变”,从山地管道的主要失效模式着手,对山地管道管–土相互作用的应变计算方法(解析法、数值分析法及试验法)及安全性评估方法的技术现状及存在问题进行了分析,并结合我国山地管道未来的发展趋势及生产需要,提出了考虑在役管道的实际工况,进行基于管–土相互作用规律的设计及安全性评估方法的研究路径和内容。

山地管道全位置自动焊工艺

为了解决传统山地管道焊接效率低、质量差的问题,分析了焊接设备及工艺上的技术难点,采用自制研发的柔性智能管道内焊系统和双焊枪管道焊接系统,对设备和工艺进行优化,克服了山地管口组对和焊接的难点,实现了25°坡度、6D弯度条件下的管道全位置自动焊。试验结果表明,该工艺焊接效率高,焊接质量好,满足实际工程需求。

川渝地区山地管道主要地质灾害成因及工程治理

为了研究川渝地区山地油气管道的主要地质灾害,现场勘察该地区某2条天然气管道的44个地质灾害点,统计分析得出该地区管道的主要地质灾害是崩塌和台田地水毁。分析2种主要地质灾害的产生机理,提出了治理措施。结果表明:对于川渝地区山地管道,必须重视崩塌和台田地水毁,提前采取相应的防控对策,防止对管道造成损害。

山地管道焊接质量控制难点及应对措施

由于山地地势陡峭、管道运输困难、施工空间狭窄、大型施工设备无法到达等特点,导致山地管道焊接具有焊接环境恶劣、焊接空间狭小、焊接技术难度大等质量控制难点。通过在中缅、中贵等山区项目采用控制焊接环境湿度、对号入座弯管安装工艺、管道级配、弯管焊接控制工艺、DR检测技术、6G位焊工考试等质量控制措施,有效控制了山区管道焊接质量,为以后的山区管道施工质量控制提供了有效借鉴。同时,提出了加大山区管道全自动焊接设备与工艺的研究,指出了山地管道全自动焊接技术研究方向。

HAZOP分析方法在山地管道泄压系统中的应用

液体管道在运行中因误操作或不可预见的突发事件会引发水击现象,从而引起管道超压甚至爆裂,需要采取相应的水击保护措施,以保护液体管道的安全运行。本文主要对山地管道泄压系统开展危险与可操作性分析(HAZOP),辨识出泄压系统在工艺、设备、操作、维护和管理方面存在的问题,以保证运行过程在出现危险情况时处于安全状态,避免或减少对人员、环境、设备造成的危害。

山地管道安全状态识别与监测技术应用研究

山地管段沿线地质条件变化剧烈,人员活动频繁,在两大风险叠加状态下,管道的整体应力水平极易超出极限承载能力,导致管道变形、断裂失效。因此,亟需对山地管道安全状态进行准确识别与在线实时监测,从而保障管道安全运行。本文首先通过非接触式磁应力检测技术识别出山地管道沿线磁异常管段,然后定义磁异常综合指数F值对磁异常管段的应力集中程度进行定量评估。然后,选取F值最小的应力集中管段开展应力应变在线实时监测,并分析了目标管段的应力变化趋势。结果表明:通过非接触式磁应力检测技术,共识别出3处应力集中管段,磁异常综合指数F值范围为0.55~0.61。通过分析应力应变在线监测数据,发现管道的外部荷载发生了明显改变,管道最大应力增量为148.6MPa,相对管道材质屈服强度变化了26.7%,需要采取修复措施保障其安全运行。

中缅山地管道索道布管的仿真优化

索道布管是陡峭山地管道安装的有效施工方法,由于索道布管过程非线性明显,因此传统数值计算无法合理核算实际工况。对中缅管道改线工程中应用的索道吊装系统承载索系和索系支架受力进行建模,利用仿真优化技术分析承载索、索系支架的受力和变形状态,设计和安装了安全经济的索道吊装系统,成功解决了大口径、长距离高陡坡管道安装技术难题。结果表明:采用仿真优化技术可以对管道索道吊装系统非线性受力状态进行准确的受力、位移分析,与传统的解析计算方法相比,可以充分考虑索系的非线性状况,对实际工况进行最大程度的仿真,并能够实时读取全位置受力及位移变化,确保索道在山地管道施工中的安全使用,为以后山地管道建设提供借鉴。

山地灌溉管道含气囊运动的水力特性研究

采用直径75 mm的PVC给水管,建立了山地灌溉管道模型,对有压灌溉管道中凸起管段气囊运动的水力特性进行研究。试验中改变管道中流量,观察管道凸起部位气囊运动情况;通过量测流量、管道动水压强,分析了雷诺数与管道凸起处135°弯头局部阻力系数的关系。结果表明:①随着管道输水流量减小,管道突起部位气囊体积扩大,气囊对管道水流阻力增大;②随着雷诺数增大,管道凸起管段135°弯头局部阻力系数减小,雷诺数小于2.0×104时,局部阻力系数随雷诺数增大而迅速减小,最后趋于稳定。

PVC球阀对山地灌溉管道水锤特性的影响

【目的】研究PVC球阀快速关闭时灌溉管道凸起部位的水锤压力特性,为灌溉输水管道工程管理及其优化设计提供依据。【方法】建立山地灌溉管道模型,通过室内研究,测定并分析凸起管道不同位置PVC球阀快速关闭对水锤压力的影响。【结果】(1)球阀快速关闭时,关阀前流量越大,凸起部位各坡段的水锤压力最大值均越大;(2)流量相等且关闭时间相同时,凸起部位上游球阀关闭时的水锤压力最大值大于下游球阀关闭的最大值;(3)流量相等的条件下,同一球阀关闭时,凸起部位各管段水锤压力随时间的变化规律相似;(4)流量相等,关闭时间相同时,凸起部位上游球阀关闭时的水锤压力递减速率大于下游球阀关闭时的水锤压力递减速率。【结论】事故工况下,优先选择关闭凸起部位下游球阀,优化设计中球阀位置应尽量远离凸起部位。

排气阀在山地灌溉管道中的水锤防护作用

建立山地灌溉管道模型，通过试验量测管道瞬时压力，对比安装排气阀前后管道凸起段在球阀快速关闭瞬间的压力变化。得出不安装空气阀，球阀快速关闭时管道凸起部位各段水锤压力在振幅范围内快速波动，振幅呈现递减趋势，一定时间后趋于稳定；安装排气阀后突起部位各段（坡后段除外）最大水锤压力值明显降低，降幅在40％～50％之间，但最小值小于不安装排气阀时的值，整体振幅没有变化，水锤压力在振幅范围内快速波动。

浅谈山地管道焊接质量控制措施

长距离运输管道需要穿过山地区域,由于山地地势险峻,导致管道施工存在运输困难、作业空间狭窄、施工难度高、安全风险高、建设成本高等问题,探析山地管道焊接质量控制措施,能够有效提高我国山地管道焊接的质量。

西南山地油气管道交流干扰的检测及防护

随着中国西部大开发战略的实施,中国西南地区的油气管道建设取得了突飞猛进的发展,但与这些油气管道并行敷设的高压输电线路也越来越多,两者之间产生了难以避免的相互干扰和影响。为保证两者的安全运行,通过对西南地区两段典型的山地天然气管道所遭受的交流杂散干扰电流进行检测和分析,并根据管道所处地区的地形地貌特点,结合现场实际情况,制定了交流干扰防护措施,最后通过对交流干扰防护措施实施后的有效性进行测试分析。比较分析得出:西南山地油气管道遭受交流干扰时,可采用排流井的形式进行交流杂散干扰电流的排流;该种排流方案占地面积小,现场施工简单,排流效果显著,特别适合于环境条件类似的西南山地油气管道交流干扰杂散电流的排流。研究结果为类似条件的山地油气管道交流干扰治理提供了借鉴措施,具有一定参考意义。

山地长输管道的清管扫线与试压

山地长输管道的特点是弯头多、高差大,管道清管试压情况复杂,施工过程常出现堵球、气阻、管道摆动等问题,编制好施工方案,控制好清管扫线、注水、试压的关键步骤是工程顺利完工的保障。在简要介绍了山地长输管道清管扫线、试压工作主要工序的基础上,较为详细地论述了扫线、试压方案的编制,给出了管道分段长度的计算方法、施工设备的技术要求、试压的组织管理方式;阐述了清管扫线、试压时管道上水、试压过程的控制要点,提供了管道上水时控制管道背压、球前漏水量的方法;指出了管道排水、初步干燥阶段的施工关键点及注意事项。

山地小口径管道的非接触式磁力检测

为了验证非接触式磁力检测技术的有效性,对山地小口径天然气长输管道进行弱磁检测,得到管道上方3个方向的磁感应强度梯度∂B_(x),∂B_(y),∂B_(z),通过定性和定量分析识别出了磁异常管段,并确定了其应力风险等级。开挖后,利用金属磁记忆检测技术和超声测厚技术对非接触式磁力检测的结果进行了验证。工程应用结果表明,在非开挖条件下,非接触式磁力检测技术能够有效识别山地小口径管道的应力集中位置并分析其损伤等级,提高了管道的检测效率,是一种科学、有效的检测方法。

山地大口径管道安装焊接质量控制

能源的运输方式影响着能源的利用率跟安全性,在能源运输方式中,管道运输是一种被广泛应用的运输方式,其具有便捷高效、安全可靠的特点。目前,随着西部大开发战略的实施,长输管道输送油气已经在实践中普及开来。尤其是在西气东输管道的建设过程中,大口径长输管道的安装势必经过山地地区,需要做好管道的安装焊接管控工作,以防管道出现焊接缺陷,确保管道质量。本文主要分析了山地大口径管道安装焊接过程中常见的问题,且针对这些问题,提出了对应的质量控制措施。希望这些措施能够有效管控山地大口径管道的安装焊接质量,且为其他大口径管道安装焊接质量的控制提供一定的参考借鉴。

管道应力长期监测与报警系统

根据油气管网中长期的规划,我国管网建设历程会进一步加快,更多的管道会被铺设在山沟等复杂地理环境中。为了确保某山地高后果区管道安全运行,防止外部因素引起管道附加荷载的增大,基于此开发了一套应力监测与报警系统。该系统包括前端的数据采集系统、后端的数据处理显示系统以及中间辅助系统。通过该系统可实现对管道应力状态的实时监测,当管道发生异常时,会发出报警指令,通知工作人员及时处理。该系统具有安装方便、节能、稳定和准确率高的优点,对于需要进行安全监测的管道,可以实现快速应用。

山脚地形下天然气管道泄漏扩散的特性分析

为了研究山地天然气管道泄漏扩散的影响情况,掌握山地管道泄漏扩散的规律,以西南山地天然气管道沿线高后果区为工程背景,建立山脚地形下管道泄漏扩散模型,采用计算流体动力学(CFD)软件Fluent研究不同泄漏孔径、不同风速对山脚地形下泄漏扩散的影响情况。结果表明:随泄漏孔径增大天然气射流核变粗、变长,射流初始截面和初始速度变大,射流的高度和幅度也变大,泄漏的影响区域变大;随泄漏孔径增加山脚地形下射流中心线的偏转程度变大,山脚处聚集的甲烷质量分数越来越高;在有风条件下,风速作用使甲烷在山脚处产生了聚集,且聚集的甲烷质量分数超过使人窒息的甲烷质量分数10%,随风速增大山脚处甲烷聚集的质量分数先增加后减小,且沿山坡向上扩散的甲烷质量分数先增加后减小。

山地灌溉管道水力特性的数值模拟

有压管道的水力特性是管道设计工作的依据和前提。为研究山地灌溉输水管道水力特性,该文建立山地灌溉输水管道水动力学数学模型,运用计算流体动力学数值模拟方法,对有压灌溉管道中凸起管段的水力特性进行模拟。该文以输入流量为控制变量,计算管道水流能量损失,分析了Re与管道凸起段135°弯头局部阻力系数的关系;研究输水管道凸起段水压和流速分布特性。结果表明：当Re〈5.0×104时弯头局部阻力系数随着Re增大而迅速减小,当Re〉7.0×104时弯头局部阻力系数趋于稳定,

山地油气管道智能化建设实践与展望

西南山地油气管道的建设与运行管理存在地质变化复杂、人员活动活跃“两大风险”,同时还有法律法规标准适用性不强、建设及管理成本预算低、山地油气管道技术缺乏“三大问题”,使得管道管理的系统性风险高、安全管控难度大。通过系统分析山地油气管道工程特征及管控难点,提出依托数字化、智能化来解决风险的不可知与不可控、管控体系效能不够高的两大制约因素。结合山地管道公司业务实际情况,提出了以“五纵两横、两大体系”为核心的数字化转型总体思路,形成了山地管道智能化运行从数据感知、数据传输、数据存储及标准化、应用与决策优化到智能逻辑控制的完整技术路线,提高了山地管道风险管控能力及管控效率。系统阐述了山地油气管道智能化建设基础支撑层(两大体系)、具体应用层(五纵)、平台集成层(两横)的建设实践与成果,并提出了未来的发展建议。