基于管道应变监测的滑坡灾害预警与防治

因其复杂性、多发性和较强的危害性,滑坡地质灾害是长输油气管道难以回避的重大安全风险之一。作为管道完整性管理的核心技术,管道应变监测和应变分析能够直观、定量地获得地埋工况条件下管体本身的即时应力应变数据,在及时发布承灾体(管道)变形预警的同时,还可以对致灾体(滑坡灾害)的治理过程进行指导和评价灾害治理的实际效果,从而给运营商带来明显的减灾效益。为此,以某天然气管道的受灾管段为例,进一步阐明了管道应变监测的应用方法和在治理中的实际效果,论证了管道应变监测及其分析技术的适用性和可靠性,为长输油气管道地质灾害防御提供了一个新的、有效的技术思路。

支吊架结构输油管道应变仿真及光纤布里渊散射实验研究

为了有效检测输油管道应变,首先,提出采用有限元软件对支吊架结构输油管道施加载荷,仿真管道表面应变分布,从而优化分布式光纤输油管线应变检测排布方式;然后,在实验中将传感光纤沿轴向黏贴于管道外表面,通过布里渊光时域分析仪(BOTDA)测量光纤布里渊频移,以对管道表面应变分布进行实时监测。对比仿真和实验数据可知,管道顶部和底部对应变敏感,且管道表面应变分布的仿真结果与实验数据基本吻合。

基于多重非线性管-土耦合模型的管道应变设计方法

基于应变的管道设计方法是利用位移控制思想实现管道的极限状态设计,是管道设计的发展方向。考虑材料非线性和载荷非线性建立管-土耦合模型进行基于应变的管道设计,以设计应变作为可靠度评价指标,建立埋地管道可靠度评价分析模型,通过对不同断层参数和管道参数的分析,得出定量的管道可靠度结果。结果表明:管道的轴向最大拉伸应变和轴向最大压缩应变随断层错距与土壤内摩擦角增大而增加;壁厚、径厚比、埋深对跨断层埋地管道极限应变状态影响很大,参数敏感性最大的是径厚比;敏感性分析的结果可以作为埋地管道完整性评价模型的状态变量。研究结果可为跨断层埋地管道完整性评价及管道安全测试方法提供思路参考。

冻土区埋地油气管道应变监测及预报系统

简述了冻土灾害对埋地油气管道的影响。重点阐述了冻土区埋地油气管道基于应变的监测和评价方法。介绍了应变监测预报系统的开发及在漠大输油管道的应用。在此基础上提出:管道应变监测及其分析评价技术是保证管道安全运行的有效措施之一;通过建立应变监测预报系统,可以有效辅助管道的运行维护和管道地质灾害的减灾治理。

油气管道穿越地震断裂带应变监测方法探讨研究

地震产生的地表断裂对油气管道的安全运营构成严重威胁,是管道产生事故的重要因素,可造成管道拉断、屈曲变形和断裂。鉴于地震断裂带可能对管道产生严重影响,国内外对穿越地震断裂带的油气管道已开展动态监测和预警,实施管道安全监测预警可以进行震后速报,为管道安全运行状态评估、危险管段应急抢险提供依据。但是对于穿越活动断裂带管道应变监测的方法研究较少,且缺乏指导性的规范标准,导致监测措施没有针对性,监测方案各异,因此从工程应用角度出发,亟需推荐适用于穿越活动断裂带管道的应变监测方法。以国内正在建设的某天然气管道工程为研究对象,通过分析管道应变监测技术应用现状,结合沿线穿越断裂带的特点和管道应变监测应选用大应变、大量程应变传感器需求,开展监测方法比选研究。基于通过活动断层管道的复杂性,综合考虑各种应变传感器的优势与不足,提出了采用分布式同轴电缆电栅应变传感器对通过活动断层管段进行分布式全覆盖监测方法以指导工程施工,为后期类似的油气管道穿越地震断裂带应变监测提供借鉴。

滑坡碎屑流作用下埋地管道轴向应变特性

为了保证滑坡碎屑流灾害作用下管道的稳定运作,根据热-弹塑性理论,创建了滑坡碎屑纵向作用条件下埋地管道的应变分析模型,对不同滑坡碎屑流长度、宽度和厚度条件下埋地管道轴向应变分布特征进行研究.结果表明,滑坡碎屑流尺寸对管道轴向拉压应变的影响程度,从大到小依次为滑坡厚度、长度、宽度.通过分析径厚比、管壁减薄和管道埋深等结构参数对轴向拉伸应变的影响规律,发现管道轴向最大拉压应变随着坡度、埋土深度增加而明显减小;管道的壁厚减薄与管道轴向拉压应变呈正相关,管道埋深与之呈负相关;从管道结构参数对管道最大轴向拉压应变影响的影响程度来看,依次为管道埋深、管壁减薄、径厚比.适当增加滑坡碎屑流作用条件下的管道埋深可以减小滑坡碎屑流灾害作用风险.

不同沉降方式下埋地管道力学响应试验研究

地层塌陷和沉降引发的埋地管道事故频发,亟需开展不同沉降作用下力学响应试验研究。针对地层塌陷和沉降作用下油气埋地管道的管周应变、土压力和土体变形开展了系统研究。研究发现:地层塌陷和沉降过程中,受管顶土拱效应影响,管道应变及土压力随塌陷区扩展先增大后减小,随沉降区扩展而增大,塌陷和沉降区内,管道沿轴向呈两端凸起、中间下凹的“马鞍形”;管道变形受沉降影响更为显著,当塌陷和沉降量均为50 mm时,与地层塌陷相比,管道在沉降过程中顶部、底部和中部的最大应变值分别增加了18.8%、249%和273%;对比管周土压力增大和减小区域的面积之比λ可知,地层沉降较塌陷λ提高了78%,因此,管道在地层沉降过程中承受更大的作用力。基于修正Marston土压力计算模型,提出了地层沉降过程中管顶竖向土压力计算方法,并采用模型试验结果验证了该方法的准确性。

走滑断层位移作用下X80天然气管道的管沟合理尺寸分析

活动断层是埋地长输管道安全运行面临的主要威胁,走滑断层是常见的1种断层形式,走滑断层错动下管道会产生较大的轴向应变而引发失效。采用松散颗粒状的松砂土进行管沟回填是穿越断层埋地管道主要的抗震措施之一。为得到经济有效、适用工程的管沟尺寸,基于非线性有限元方法建立了准确的考虑管沟回填的管道穿越走滑断层数值模型,使用壳单元和实体单元模型来模拟管道和土壤,采用面与面接触算法准确描述管土接触;通过参数化计算,分析了管沟的几何尺寸对管道应变的影响,并基于经济性原则给出了管沟尺寸的建议值。结果表明:管沟坡度是影响管道应变的主要因素,工程中建设管沟时建议其管沟坡度小于1,且管道尽量浅埋,对于管沟加宽裕量可不做特殊处理。研究结果可为埋地管道的抗震设计提供参考,为管道的安全运营提供保障。

Rayleigh波作用下埋地连续管道地震响应分析

以长距离运输油气管线为对象,研究埋地连续管道在Rayleigh波作用下的地震响应。采用Timoshenko梁单元模型离散钢质连续管道,管土相互作用效应通过弹塑性土弹簧进行模拟,建立管土系统有限元模型,并通过近似解析解验证管土相互作用有限元模型的可靠性。考虑Rayleigh波的频散特性并模拟其传播过程,同时考虑管道惯性,实现完整的动力分析。从Rayleigh波特性、场地条件、回填土类型、管道埋深与表面粗糙度多个方面分析相关参数对管道轴向应变响应的影响。数值计算结果表明,Rayleigh波的特征(周期和速度幅值)以及场地的几何和物理条件对管道动力响应均有显著影响。

漠大线因冻胀引起的应变影响因素研究

因埋设在冻土地带的管道缺乏合理的计算模型,在计算冻土区管道的危险截面位置时可能会导致计算结果与实际情况相差较大,威胁到管道的安全运行。在研究冻胀对冻土中埋地管道的影响时,管道的应变能更准确地描述出管道极限变形的状态,故研究冻土区管道因冻胀引起的应变变化十分必要。以中俄原油管道漠大线为研究对象,采用非线性数值模拟分析研究冻土区敷设的埋地管道遇到冻胀地质灾害条件下,管道的应变变化和不同参数对管道应变的影响规律进行研究分析。结果表明:在冻胀条件下,管道的应变集中区均位于管道顶部与底部,管侧基本没有应变集中。分析冻胀段长度、管道埋深和管道壁厚3种参数与管道最大等效应变的关系。管道壁厚是对管道应变影响最大的参数,其次是冻胀段长度,管道埋深影响最小。

输气管道穿越地震活动断层有限元分析研究

断层地震活动对管道的破坏效应包括断层位错、土壤液化以及地面波动,其中断层位错对埋地管道的安全影响最大。用ANSYS建立了输气管道穿越高地震区断层的应力-应变模型,计算了在断层错动作用下的管道应变,研究了各参数变化对管道应变的影响,并分析了其敏感性。结果表明,管道的材质、壁厚、埋深、土壤内摩擦角、管道与断层的交角对管道应变产生重要的影响,因此在管道穿越断层的模型设计中,建议从这几方面改善。

滑坡变形对输气管道安全的影响分析

在对某输气管道线上一个正在活动滑坡变形和管道应变系统监测的基础上,分析了滑坡活动特征及其对管道安全的影响。滑坡监测采用地表位移监测,从而判断滑坡边界、掌握滑坡滑动状态对管道的影响;管道监测采用弦式应变计测其应变,利用强度理论评判管道的安全性。利用监测数据分析管道的轴向稳定性。监测结果表明,在该滑坡区域范围内管道尚属安全,但滑坡仍处于滑动阶段,对管道安全存在隐患。

长输油气管道融雪性漂管治理与监测

每年春季天山北麓山前冲洪积平原上会因大量天山积雪融化后出现突发性洪流,以固定或不固定的河道形式直接冲刷敷设于山前的长输油气管道。因洪峰大,冲刷力强,容易造成管道覆土流失,管体裸露,甚至发生漂管,严重影响着管道安全运行。漂管是水毁的主要危害形式之一,通过改善管道敷设环境或增加管道外保护,可有效防止管周土体流失,同时开展管道应变监测能够有效监控管道的受力状态,便于及时发现隐患,防患于未然。

逆断层作用下埋地管道的模拟计算

文章基于应变的设计理念,采用壳单元等效边界模型,利用AN SYS软件实现了断层作用下埋地管道的抗震校核计算,并对断层作用下埋地管道的变形影响因素进行了分析,结果表明:断层错动量大小是影响管道变形的主要因素,管道的峰值应变随错动量的增加呈近似等倍数的线性增加;管道与断层交叉角度的不同会导致管道产生不同的失效形式,在倾角为75°的逆断层作用下,管道与断层交叉角度小于55°时表现为拉伸失效,交叉角度大于85°时表现为压缩失效;随着管道埋深的增加,管道的峰值拉伸、压缩应变均有所增加;提高管道壁厚可以使管道以较低的轴向应变为代价来吸收更多的应变能,因此提高管道壁厚可以降低管道的峰值应变。

爆破荷载作用下埋地钢管的动态响应实验研究

爆破荷载作用下埋地管道的动态响应问题是城市爆破施工中亟需解决的课题之一,具有重要的理论和现实意义。在理论分析的基础上,通过改变药量、爆心距、管道内压以及爆源埋深中某一参数对埋地无缝钢管进行现场爆破实验,其中药量为50~200 g,每次实验改变25 g共七次;爆心距分别为2.2 m、2.7 m和3.2 m;管道内压分别为0 MPa、0.2 MPa、0.4 MPa和0.6 MPa;爆源埋深分别为0.5 m、1 m、1.5 m和2 m。结果表明:在正常工作压力下钢管内径和管壁厚度的比值越大,管道容许压缩应变值越小;管道应变与比例距离成反比,随着比例距离增大,应变减小;并得出了在实验条件下的应变峰值与爆心距和药量计算公式。

油气管道分布式光纤布里渊散射应变的仿真研究

通过有限元分析软件对硬质聚氯乙烯材料支吊架结构管道建立模型,采用中央竖直向下施加静态持续载荷方式进行力学仿真。将传感光纤沿轴向直线排布在模拟管道顶部、底部和侧部,通过粘贴传感器将管道外表面应变传递至传感光纤,并采用布里渊光时域分析仪对不同载荷下管道的应变变化进行监测。结果表明:管道轴向方向到管道底部为拉伸正应变,顶部为压缩负应变,侧部中线的应变基本不变;管道中段的应变最大,向管道两端的应变逐渐减小,距离管道端部0.6 m处的应变趋于0。此外,油气管道中段底部的应变灵敏度为顶部的3.3倍,为支撑端的5.5倍。

爆破荷载作用下不同尺寸埋地钢管的动态响应实验研究

爆破荷载作用下埋地管道的动态响应是城市爆破施工中亟需解决的问题,具有重要的理论和现实意义。在理论分析的基础上,通过改变药量、爆心距对不同尺寸埋地无缝钢管进行了现场爆破实验。结果表明:在正常工作压力下钢管内径和管壁厚度的比值越大,当量应力和当量应变越大,同时管道容许压缩应变值随管道内径与管壁厚的比值的增大而减小。通过实测数据分析发现:在相同条件下,S1拉应变为S2拉应变的41%;S2拉应变为S3拉应变的40%;S1压应变为S2压应变的23%;S2压应变为S3压应变的58%。在爆破荷载作用下管道截面三迎爆面环向拉压应变均随着管道内径与管壁厚的比值的增大而增大。实验中S3最易被破坏,S2其次,S1次之。在满足工程需要的前提下可在铺设管道时选择相对管壁厚、内径小的管道,能有效增加抗振性能。

地震激励下管-土动力相互作用试验研究

海底管道的建设往往要考虑地震的影响,而管-土相互作用机理则是进行埋地管道抗震分析的基础。基于Cauchy原理和Buckinghamπ定理进行了试验相似比设计,以保证模型与原型相似,研制了叠层剪切箱来模拟地基边界效应,探讨了管-土间相对位移的试验量测方法,考察了管道埋深、地震动峰值、远近场地震动类型等因素对埋地管道抗震性能的影响,获得了管-土接触面相对位移、管道应变分布等试验数据,分析了管道应变与土体位移的关系。试验发现:管道与土体间的相对位移是管道结构产生应变的主要原因,土体本身以及管-土接触面的非线性发展是影响管-土相互作用程度的决定因素。

爆破对输气管道本体影响的监测

通过管道震动加速度动态实时监测和管道本体变形实时监测相结合的方法,对受爆破影响区域的管道进行监测,并通过数据处理和分析,得到了爆破发生时管道的最大震动加速度和速度,以及爆破发生时刻和爆破前后的管道本体实时应变。结果表明:爆破时,垂直于管道的水平方向冲击最大,但与之相关的最大震动速度远远小于安全指标,平行于管道的水平方向和垂直于管道方向的加速度测量值较小。爆破对管道的变形有一定影响,但这种影响极其微弱,对管体不会产生破坏性影响。综合管道动态监测结果和管道本体应变监测结果表明,在与管道垂直距离200 m外及相当的爆破能量下的爆破对管道本体的影响极其微弱,管道处于安全状态。