天然气管道掺氢输送研究现状与分析

天然气管道掺氢输送是实现大规模、远距离和低成本氢气运输的手段之一,但氢气掺入天然气管道给管线运行工况、安全维护等带来了不容忽视的影响,具有一定的安全隐患。为此,围绕国内外天然气管道掺氢输送的技术研究与工程应用现状,讨论了影响天然气管道掺氢安全输送的主要因素,即掺氢引起的天然气物性改变、氢致失效和掺混不均,以及掺氢管道泄漏扩散和燃爆的安全问题。结果表明,天然气掺氢后,对现有管材提出了新要求,需开展相关实验以揭示氢致失效机理,掺氢天然气管道停输后是否发生气体分层与管道是否发生氢致失效密切相关。掺氢天然气管道泄漏扩散及自燃的安全范围、发生燃爆所需的最小掺氢比及燃爆机理尚不明晰,实验研究与实际运营存在差距。针对天然气管道掺氢输送的规范、标准及相关监管政策仍处于发展阶段,需要结合系统的研究数据及实践进一步完善。以上结果明晰了掺氢输送存在的风险,可为大规模掺氢混输的工程推广与实际运营提供参考。

硫化氢环境下老旧管道失效概率评价方法研究

老旧管道在服役过程中存在着失效风险,而影响老旧管道失效的因素有很多,在众多影响因素中硫化氢对管道产生的腐蚀损伤较严重。为解决受腐蚀损伤的老旧管道安全评估问题,文章建立了一种在硫化氢环境下老旧管道失效概率评价方法。以在硫化氢环境中使用了约20年的老旧集气管道为研究对象,采用蒙特卡洛法模拟管道服役过程中的动态压力和腐蚀损伤引起的剩余强度的变化,计算了单一腐蚀因素引起管道失效的概率,并通过正态分布概率给出管道使用的安全范围。研究结果表明:投运20年以上的含硫老旧管道在氢致开裂实验与应力腐蚀开裂实验中,均未发生开裂。根据模型计算得出,老旧管道依旧可以安全服役,但服役6年后失效概率超过0.5,需要进行整修工作,服役27年后,管道内腐蚀严重,剩余强度降到3.82 MPa,需要更换管道。通过模拟得到了失效概率与腐蚀缺陷和服役时间的关系,为老旧集气管道再服役提供理论依据和参考价值。

泡沫轻质土回填管道沟槽路面表层动力响应研究

市政道路下伏管道沟槽常采用土、砂子、碎石等传统散体材料回填,由于沟槽空间受限,压实度难以满足设计要求,管道破损渗漏或交通荷载作用下,容易造成路面开裂,甚至塌陷。泡沫轻质土具有轻质、高强、自密实、抗渗漏等特性,可以将其应用于管道沟槽回填工程。为了研究泡沫轻质土回填管道沟槽的路面动力响应特性,以振动加速度和动位移为动力响应指标,开展泡沫轻质土回填段和中砂回填段的路面动力响应现场试验。试验车速分别为20,40和60 km/h,车重分别为空载、半载、满载,共9种试验工况。研究结果表明,泡沫轻质土回填区段测点振动加速度最大值、动位移最大值分别为31.93 mm/s^(2)、6.23μm,而中砂回填区段分别为35.79 mm/s^(2)、6.90μm。振动加速度峰值、动位移峰值均随车重、车速的增加而增大。车重由空载变为满载时,泡沫轻质土回填区段测点动位移峰值变化幅度仅为中砂回填区段测点的15.2%~51.0%;车速由20 km/h增加至60 km/h时,动位移峰值变化幅度为中砂回填区段测点的16.8%~66.8%。泡沫轻质土回填区段振动加速度峰值衰减率、动位移峰值衰减率分别为中砂回填区段的1.16~1.38倍及1.15~1.33倍,削减了沟槽回填区段路面测点振动的高频和低频成分,泡沫轻质土回填区段整体刚度较好,减振效果良好。研究成果可为泡沫轻质土回填管道沟槽的设计施工提供参考。

分段管廊装载供水管道穿越地裂缝适宜性研究

在活动地裂缝影响下,供水管道拉裂、错断现象时有发生,并引发严重的次生灾害。本文以西安市西南郊水厂拟建球墨铸铁管道穿越地裂缝为工程背景,建立管道45°穿越活动地裂缝的数值模型,分析地裂缝影响下管道的内力响应与变形特征,结果表明:地裂缝作用会使管道接口偏转角过大而导致其防水失效。因此提出一种分段管廊装载供水管道穿越地裂缝的方法,建立分段管廊装载供水管道穿越地裂缝的数值模型,分析管道与管廊通缝、错缝两种工况、不同分段管廊长度、不同地裂缝位置、不同穿越角度下管廊与管道的内力响应与变形特征。得出管廊装载管道穿越地裂缝的最佳方案为管道与管廊通缝布设,采用单节长度为18 m的分段管廊,使地裂缝位于管廊的2/3处,并尽量以小角度穿越地裂缝。研究成果对城市供水管道穿越活动地裂缝的工程建设与灾害防治具有实际意义。

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。

液化土中管道随机地震响应分析与可靠度评价研究

地震作用下饱和砂土液化会导致埋地管道上浮,引起系统功能失效。为探究液化场地中埋地管道的地震响应和可靠度水平,充分考虑地震动的随机性和非平稳性,提出了基于概率密度演化法和等价极值分布的概率分析方法,从超孔隙水压力、加速度和结构位移变形三方面对埋地管道进行随机动力分析和可靠度评价。结果表明:地震动的随机性对埋地管道的动力响应有显著影响,传统的确定性分析方法可能会低估管道的地震响应,提出的分析方法能较全面地研究管道的上浮机理和可靠度水平;地震作用下,孔隙水压力上升,导致土壤有效应力下降,进而发生土壤液化是管道上浮的主要原因;两侧土壤向管道底部的挤压和指向管底的渗流压力进一步加剧了管道的抬升。最后,基于成灾机理研究了U型碎石排水对埋地管道的减灾效果和机理。提出的随机概率分析方法,可以对管道的上浮机理和可靠度做出较为准确的分析。

二氧化碳管道输送技术进展

简述了碳捕集与封存技术作为关键减排技术近年的发展,以及管道输送二氧化碳的优势。介绍了国内外二氧化碳管道输送技术的发展现状和二氧化碳输送管道相关标准。比较了二氧化碳的物性和不同输送相态的优缺点,阐释了CO_(2)输送管道断裂韧性控制、腐蚀及防护技术。研究表明:由于二氧化碳的物性,二氧化碳输送管道断裂韧性控制与天然气管道显著不同,需要重新建立二氧化碳输送管道的断裂扩展和止裂的预测模型;为防止二氧化碳输送管道腐蚀,需要控制二氧化碳输送管道中水和其他气体杂质的含量。

从管段走向管网:管道泄漏诊断技术研究进展

管道泄漏诊断技术在保障管道系统安全运行中起着至关重要的作用。首先,介绍了管道泄漏诊断系统的结构,并指出由单一管段向复杂管网泄漏诊断的发展趋势。进一步从基于数据驱动的传统泄漏检测方法、管道泄漏信号源定位技术和基于深度学习的复杂管网泄漏检测方法3个方面进行综述,分析了不同方法的优势、局限性和适用范围。最后指出,随着管网系统的复杂度增加,传统方法的局限性逐渐显现,基于深度学习技术的复杂管网微弱泄漏诊断、多源信号融合和管网智能化的研究将成为未来的研究趋势。

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。

含裂纹油气管道CFRP修复数值研究

裂纹缺陷引发的管道强度下降是埋地油气管道的主要事故原因之一,而高强度、高模量、耐腐蚀的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)可以很好地缠绕修复缺陷管段。针对有/无CFRP修复20钢含矩形裂纹缺陷管道,采用ANSYS有限元软件模拟内压载荷作用下含裂纹管道修复前后的响应过程,分析了裂纹角度、裂纹长度、裂纹深度、修复长度及修复厚度等参数对含裂纹管道强度的影响规律。研究表明,含裂纹管道的最大Mises等效应力随着裂纹与管道轴向夹角的减小、裂纹长度和深度的增大而增大,内压的增大加剧了缺陷参数对管道强度的影响程度。在工程中要严格控制裂纹在深度和长度方向的扩展,在内部减压后再维修含裂纹管道。CFRP修复厚度是修复后含裂纹管道强度的主要影响因素,随着修复厚度一定程度的增大,含裂纹管道最大Mises等效应力呈线性下降。

燃气管道泄漏爆炸应急救援物资需求及救援点优化选址研究

为研究燃气管道泄漏爆炸后的应急救援物资需求量和最佳救援点选址,采用案例推理方法,建立了燃气管道泄漏爆炸事故应急资源需求模型。以某化工园区发生燃气管道泄漏爆炸为案例,运用MATLAB编程对应急资源需求进行数值计算;利用ArcGIS可视化、地图数据分析功能,建立网络空间数据集,获得该案例工业园区6个应急救援点。结果表明,可通过化工园区应急救援历史数据获得事故应急资源需求量,利用ArcGIS建立位置分配点和确定救援点数量,可获得优化的应急救援选址。

油田管道防垢的超疏水涂层的制备和性能研究

为解决管道结垢带来严重的经济损失和安全隐患,将超疏水涂层喷涂在管道内壁表面形成一层保护膜,以阻止流体与管壁的直接接触,研究以环氧树脂为基体,通过添加二氧化硅和氧化铝来构建表面微纳米结构,设计制备了EP-SiO_(2)/Al_(2)O_(3)超疏水涂层,通过调控2种无极纳米粒子的添加量优化涂层配方,并考察EP-SiO_(2)/Al_(2)O_(3)复合涂层的疏水和防垢性能。结果表明,当各投入5.1%SiO_(2)和5.1%Al_(2)O_(3)时涂层附着力为1级,同时接触角可达154.6°,复合涂层的垢结量明显降低,仅为同等状态下环氧涂层的16.5%。为减少油田管道的结垢和腐蚀,提高油田的经济效益和安全效益提供可行途径。

在役压力管道的超声检测技术综述

压力管道在工业生产中具有关键性的作用,但由于多种因素的影响会导致出现安全事故,必须引起高度重视。在役压力管道必须定期检测,确保管道壁厚和各处焊缝符合技术标准要求。随着科学技术的不断进步,数字信号分析、自动成像等新型技术与超声检测技术相融合,产生了超声导波检测技术、衍射时差法超声检测技术(TOFD)、超声相控阵检测技术等,广泛应用于在役压力管道检测。激光超声检测、电磁超声C扫描检测、全自动超声波检测(AUT)等技术成为未来发展趋势。

基于NB-IoT技术的天然气管道泄漏监测系统

为了对天然气管道运行情况进行实时监测,在发生泄漏时能够及时做出反应,设计了基于NBIoT技术的天然气管道泄漏监测系统。系统利用压力变送器、DHT11温湿度传感器和GPS/北斗定位系统分别对管道的内部压力、设备周围的温湿度和经纬度位置进行采集,将采集的数据通过STM32控制NBIoT物联网模块上传至OneNET物联网云平台,最终通过云平台对天然气管道进行实时监测。实验表明:该系统能够对天然气管道的数据进行实时上传,能够通过云平台进行天然气管道状态的实时监测。

基于AHP的城市燃气门站管道风险模糊综合评价方法

为保障城市燃气管道系统的安全平稳运行,本文主要针对城市燃气门站管道因破损、腐蚀、设施失效以及人为因素造成的安全问题,建立一套相对通用的城市燃气门站管道风险评价体系,并利用层次分析法(AHP)确定相关因素的权重,结合模糊综合评价法对城市燃气门站管道风险进行定性、定量分析。本文应用该方法对沈阳市某燃气门站管道进行评价分析,结果表明该门站管道风险等级为低风险,说明本文所建的模型具有实用性。

航道区碎石层对霍尔锚落锚条件下海底管道防护效果研究

航道中船舶抛锚作业使海底管道可能受意外撞击,造成管道局部损伤甚至失效,进而对油气生产安全和生态环境等造成重大危害。采用碎石层防护是航道区等海域海底管道最常用的防护手段。首先基于大比尺落锚模型试验,观测了霍尔锚下落贯入碎石的3个阶段及其贯入过程中管道的应力应变状态。通过建立光滑粒子流体动力学法(SPH)和有限元法(FEM)耦合的数值模型,针对实际不同吨位通航船舶常用的霍尔锚,研究了其贯入碎石层深度及埋设管道受力和凹陷变形规律。最后分析了不同锚质量、碎石层形状和厚度等因素下埋设管道的响应规律。结果表明:采用暗埋式碎石防护层有利于撞击能量吸收,能更好地防护海底管道受损;且采用3m以上碎石防护层能有效保护海底管道抵抗各类实际常见霍尔锚的撞击损伤。

基于数理统计和文本挖掘的埋地钢制燃气管道失效分析

近年来燃气管道事故频发,严重威胁周边人民群众生命财产安全。为准确认识埋地钢制燃气管道失效特征及致因,针对性开展风险管控,以某管道燃气公司2018—2021年共计1338条埋地钢制燃气管道失效记录为分析蓝本,采用数理统计方法分析失效总体趋势及管道敷设位置、压力等级、外防腐层类型、失效原因、管龄对应的失效特征;采用文本挖掘技术共计提取26项埋地钢制燃气管道潜在失效致因,通过词云可视化方式分析高频失效致因;构建失效致因共现网络探索不同致因之间的耦合关系,并根据特征向量中心性辨识主要失效致因。结果表明:中压庭院管道是风险管理的重点;腐蚀失效频次与管龄总体呈正相关,且从第4 a开始失效频次快速增长,在第19 a左右达到峰值;土壤腐蚀、防腐层破损、杂散电流、未安装阴极保护系统、管道服役年限较长、管体缺陷、防腐层老化和敷设环境发生变化是埋地钢制燃气管道失效主要致因,是风险管控的关键点。

超临界CO_(2)管道止裂韧性预测模型研究

碳中和目标下,超临界态CO_(2)管道输送已成为碳捕集利用与封存(CCUS)技术发展的必然趋势。然而,目前超临界CO_(2)管道止裂控制体系尚未构建,管材止裂韧性难以预测,成为限制其广泛应用的瓶颈问题之一。针对该问题,通过归纳国内外相关文献及规范标准,对超临界CO_(2)管道止裂控制研究进展及最新标准体系进行了简要综述;在系统收集已开展CO_(2)管道全尺寸爆破试验信息及数据的基础上,对现有止裂韧性预测模型适用性进行了讨论,由此确定了CO_(2)管道止裂韧性预测模型修正形式,并对不同模型适用范围及预测结果进行了讨论。研究结果表明,建立的修正模型解决了传统止裂预测模型过于激进的问题,同时降低了DNV推荐方法的保守性。建议将修正模型与DNN预测方法相结合,以使管材韧性值处于止裂区域;同时开展高效准确的CO_(2)管道裂纹动态扩展数值模拟。所得结果可为我国CO_(2)管道止裂设计提供指导。

钢-玄武岩混杂纤维混凝土压力管道有限元分析

重点研究了掺入钢-玄武岩的混杂纤维混凝土对水电站压力管道外包混凝土承载特性、开裂后裂缝形态以及钢衬和钢筋应力的影响.对10组不同掺量的钢-玄武岩混杂纤维钢筋混凝土试件进行轴向拉伸试验,获得了钢-玄武岩混杂纤维混凝土的相关力学性能参数.以三峡水电站钢衬钢筋混凝土压力管道结构为例,利用有限元软件对钢-玄武岩混杂纤维的掺入对压力管道钢材应力、管道外包混凝土裂缝扩展与裂缝宽度的影响进行分析.结合三峡水电站压力管道结构的大比尺模型试验结果,对比分析了钢衬钢筋钢-玄武岩混杂纤维混凝土压力管道与常规钢衬钢筋混凝土压力管道两种方案下的钢衬及钢筋应力.结果表明,掺入钢-玄武岩混杂纤维后压力管道结构整体受力更加均匀,且管道外包混凝土的裂缝数量和裂缝宽度也有显著的降低,同时压力管道的钢衬及钢筋应力明显降低.

油气管道数据集成及可视化发展现状分析

通过调研国内外油气田智能化探索过程中管道数据集成及可视化的发展现状,分析了国内油气管道数据集成及可视化面临的挑战。基于挑战和智能化管道建设需求,从发展趋势和管道业务2方面提出管道数据集成及可视化未来研究方向。发展趋势重点关注管道数据系统、业务流与工作流的一体化以及生产管理的远程、实时化等方面的建设,管道业务则从感知领域、预测领域、管控领域以及优化领域等方面开展数据集成及可视化研究工作。