Simulating Error-Opening of Pressure Relief Valves of a Station on a Continuous Undulating Oil Pipeline with Large Elevation Difference

For oil pipeline in mountain areas,high hydrostatic pressure in the pipeline may cause error-opening of pressure relief valves,and oil is discharged from the pipeline to the pressure relief tanks,bringing spilling-over risk of the pressure relief tanks.Therefore,simulating the error-opening situations of the pressure relief valves and investigating the oil discharge process are necessary for checking the possibility of the spilling-over accident and then proposing measures to improve the pressure relief system.This research focuses on a continuous undulating oil pipeline with large elevation difference and a station along this pipeline,which is named B station in this paper,is studied.By OLGA software,simulation model of the pressure relief system of B station is established,and the accuracy of the model is verified by reconstructing a real accident and making a comparison with the actual accident data.The maximum discharge rate reached 8284 m3/h when the pressure relief valve was opened by mistake in the inlet and outlet of the station.The accumulated filling time of the two pressure relief tanks is 200 s,which is in good agreement with the accident data.On this basis,for error-opening of the pressure relief valves at the inlet and outlet of B station,simulation is performed to investigate variations of the discharge velocity,discharge flow rate,accumulated discharge volume and ventilation volume of the vent valve.The discharge velocity is found to be over the maximum velocity allowed for safety consideration.According to the accumulated discharge volume,it is inferred that spilling over of the pressure relief tanks will be caused once error-opening of the pressure relief valve occurs.Also it is judged that the existing breathing valve can not satisfy the ventilation requirement in case of failure of the pressure relief valves.From these simulation results,it is proposed that increasing the number of vent valves,replacing the manual valves with electrically operated valves,and employing security control interlock protection program are improvement measures to guarantee safe,efficient and reliable operation of the pressure relief system at B station.

基于PE5参数的输气管道积液治理技术探究

在天然气管道运输过程中,受地势低洼处管道积液的影响,管道输送效率低,且影响输送安全。基于PE5参数分析对管道积液趋势,能够有效实现管道的安全运行。文章以陕西省某区块的2#集气站干线1为例,建立了管网的三维模型。在此基础上,模拟出管段中积液的分布及动态情况,论证了起伏地形下管线中积液的分布情况及积液治理的可行性。针对低海拔处管段中积液的分布情况,文章提出了三种积液治理的方案,分别是降低管网的出口压力、提高瞬时产量以及井口预先分离气液,并基于PE5参数分析了三种方案的可行性。结果显示,仅降低管网的出口压力无法解决管网的积液问题;通过提高生产井的瞬时产量到一定值,以及对部分井预先进行气液分离的操作,都可以有效地解决管网中的积液问题。因此,文章为管道运输天然气中的积液问题提供了有益的分析和解决方案,对确保管道输送安全具有重要意义。

基于灰色支持向量回归的起伏管线临界携液流速预测模型

延安气田起伏的地理形貌特征,致使其内部采气管线在低点及上倾段容易产生积液问题,制约气田正常生产,开展起伏管线临界携液流速的预测对保障采气管线流动安全和指导地面采气管线布线具有重要价值。为此,基于扩展双流体分相模型和PR气体物性方程,采用最小压力梯度法结合均匀设计构建了临界携液流速样本数据集,同时采用灰色关联计算了样本标签权重,并将其引入支持向量回归算法,构建了临界携液流速的回归预测模型,随后利用网格寻优算法,通过采用K-CV(交叉验证)对模型中超参数进行了优化设计,最后采用延安气田现场运行数据进行了模型准确性验证。研究结果表明:管径大小对临界携液流速影响最大,其次为上坡倾角、含水率和运行压力,其他因素的影响差距相对较小,网格分段寻优对比遗传、粒子群算法在模型超参数优化上具有较强稳定性。该预测模型对延安气田内部采气管线的临界携液流速预测具有较强准确性,可对其积液预测和防治提供理论支撑。

基于激光点云数据的排水管道形变类缺陷定量检测技术

排水管道变形和起伏是常见的管道结构性缺陷,而管道CCTV(Closed Circuit Television)检测成果由于无法得到准确的管道三维空间参数,在人工缺陷判读时,常常出现漏判和误判情况。为此,本文提出了基于激光点云数据的管道变形类缺陷自动化识别方法,通过计算管道点云截面拟合椭圆相关信息,给出了管道变形缺陷表征参数和基于随机一致性抽样的管道起伏表征参数计算方法。实证结果表明,该方法可以准确得到管道变形和起伏缺陷的位置、等级及长度等关键信息,且在管道变形缺陷识别的准确率上优于人工CCTV缺陷判读。本研究表明,相比于传统的CCTV检测,三维激光检测成果在管道缺陷定量化检测方面具有检测精度高、数字化应用强等优势,具有良好的三维可视化及自动化处理发展前景。本研究实现了管道变形和起伏缺陷的三维激光定量检测,进一步地,可构建更全面的管道缺陷三维激光点云特征参数,实现全类型缺陷管道三维激光自动化检测与评估。

地表起伏对地下管线GPR探测的影响

地下管线是城市的重要设施,承担着能源输送、信息传递等功能,为城市生活提供了便利和保障。探地雷达(ground penetrating radar,GPR)作为一种高分辨率、高精度、非开挖、非破坏性的探测技术,在管线测量中具有巨大的优势。然而地表地形复杂,多有起伏,对于GPR探测地下管线有很大的影响。因此,本文采用有限单元法对地下管线探测进行了数值模拟,该方法可以与非结构网格结合,更好地拟合地表起伏地形;此外,介绍了如何进行高度校正,将所得剖面数据与地形相吻合,更容易分析异常体特征。最后开展了两个数值实验,分析了起伏地表对于不同埋深、不同间距、不同材质及不同填充物管线探测的影响,为GPR数据解释提供理论基础。实验结果表明,因地表起伏原因,波形和反射波能量将发生畸变,并不能作为判断管线信息的唯一依据。因此,需进行高度校正,利用双曲线的顶点来判断管线的埋深、材质等信息。

基于正交试验设计的管线积液规律研究

为研究不同起伏类型天然气集输管线积液形成的主要因素,应用正交试验设计分析倾角、入口温度、出口压力、气液比、管道直径及流量对平均持液率的影响,分析“Ⅴ”型与“∧”型起伏管线的平均持液率变化规律,并确定影响平均持液率的主控因素,选出最优水平组合。结果表明:两种类型的起伏管线平均持液率变化基本重合。对于“Ⅴ”型起伏管线,持液率的影响程度依次是倾角、出口压力、管道直径、气液比、流量、入口温度;而对于“∧”型起伏管线,对持液率影响最小的是流量。两种不同类型的起伏管线均在A_(4)B_(5)C_(1)D_(5)E_(1)F_(5)时平均持液率最小。

起伏管气液两相携液能力的试验研究

为了研究气田中地面起伏管线的输送特性,采用室内模拟试验与数值模拟相结合的方法,研究管线积液情况和气量、液量和倾斜角等因素的影响规律。通过倾斜管线气液多相流室内模拟试验测量了不同气量、液量和倾斜角下的压降和携液量,发现压降和携液量随气量、液量的增加显著增大。当气量在35~70 m3/h时,由于管内形成了段塞流,携液量波动较为明显。起伏管线的沿程持液率模拟显示,积液主要位于凹陷段和上倾段,且随着气量增大,逐渐向上倾段偏移。当倾斜角增加时,上倾段的持液率不断下降然后上升,在6°时具有最小值,压降则随角度线性增大。基于试验数据和马克赫杰-布里尔计算方法,建立了起伏管路上倾段的持液率预测公式,误差低于5%。研究结果可为集输管线的防积液工艺参数优化提供参考。

湿气管线携液临界流速预测的机器学习模型

受制陕北独特的地形地貌,其地面输气管线起伏现象突出,在管线低点及上倾段容易产生积液且段塞流频发,严重影响气田正常生产,携液临界流速的预测对减少积液带来的危害和指导气田地面湿气管线设计具有重要意义。为此,采用扩展双流体分相模型,基于最小压力梯度法结合均匀设计和BP神经网络建立了气田起伏管线携液临界流速预测模型,并采用延安气田现场运行数据进行了模型可靠性验证,同时基于模型分析了井口温度、管线运行压力、含水体积分数、上下坡倾角、管径对携液临界流速的单因素及交互作用影响,并采用灰色关联对影响程度进行了排序。研究结果表明,携液临界流速与运行压力、下坡倾角呈负相关,与井口温度、含水体积分数、上坡倾角、管径呈正相关,同时各因素交互作用明显,影响程度具有显著区别。研究发现该预测模型对延安气田地面起伏管线携液临界流速预测具有较强的现场操作性,可为其积液预测和防治提供理论支撑。

天然气凝析液管道积液特性研究

采用OLGA软件对某凝析液管道建立了瞬态流动模型,分析了不同因素对管道低洼处积液特性的影响规律。结果表明,大管径管道更容易积液,尤其是公称管径超过DN 200时管道内积液量较大。上倾角在5°至30°之间变化时,随着管道上升管上倾角增大,上升管内持液率降低,管道内的积液量减少。压力对管道内持液率基本无影响,但管道压力超过6 MPa后,也不利于低洼管道积液的清除。随着天然气输送流量的增加,管道内的积液量减少。

基于OLGA的起伏湿气集输管道水力特性研究

由于多相流动的经济性,气田大部分集输管道都采用气液混输技术。集输管线在通过地形起伏的地区时,气体的压力、温度及流速将随之变化,地形起伏不均是造成气田气液混输管道生产不稳定的一个重要因素。采用多相流模拟软件OLGA建立了湿气集输管道水力计算模型,模拟分析了地形起伏程度、管道输气量、管径、含水率对管道压降的影响。并对不同影响因素下的模拟结果进行分析,该分析结果为地形起伏地区气田集输管道的运行管理和设计提供了理论基础。

起伏天然气掺氢管道气体静置分层过程数值研究

天然气管道掺氢输送被认为是当下清洁、经济转运氢能的方式之一。利用计算流体力学方法,研究了均匀掺入不同体积分数氢气的起伏天然气管道停输后气体静止分层的过程,重点分析了起伏高差对静置分层发展历程及稳定后氢气最高体积分数的影响。结果表明,倾斜管内气体剪切作用尤为明显,气体流动可分为4个阶段:剪切启动与增强阶段、剪切起旋与衰减阶段、旋涡消亡与流动平整阶段、流动减速与垂向分层阶段。气体流动的强弱直接决定了管内体积分数的变化历程。起伏高差和管道长度同时增加的条件下,气流剪切作用加剧,静置分层达到稳定所需的时间更长。因而,需依据氢气风险浓度确定停输检修的安全窗口期。

起伏输气管道投产置换混气过程机理研究

输气管道投产置换常采用氮气隔离空气和天然气,由于气体分子扩散和湍流扩散,形成氮气与天然气、氮气与空气混气段。通过模拟不同置换速度、管道长度、管道终点压力条件下的气体流动,总结投产置换混气过程规律和不同条件下的混气量。另外,在我国中西部地区存在较多的起伏管道,将起伏管道简化为具有一定倾角的直管道,采用FLUENT软件模拟氮气置换过程,发现重力对于置换过程影响较小,但是由于地形起伏导致的管长增加使得混气量增加。将模拟所得结果与理论机理进行对比,明确混气段发展过程,对整个投产过程安全经济控制具有重要意义。

含气塞管道充水排气模拟试验环路系统

起伏管道在充水排气过程中极易出现气塞现象,针对目前气塞形成及演变特性研究缺乏、气液两相耦合流动机理不明确等问题,设计并建造了一套可大范围调节管路倾角范围(0°～30°)的含气塞管道充水排气模拟试验环路系统,包括供水系统、测试管路系统、倾角调节系统、排水系统、摄像系统和数采系统。试验结果表明,该系统可用于研究起伏管道充水排气过程中管内气塞形成和发展过程中的气液两相流动特性。

起伏管道内水流冲击滞留气团的三维动态特性模拟

采用三维CFD方法对起伏管道内水-气耦合作用的过程进行建模和模拟,研究气团压缩-膨胀-变形的三维动态特性.在考虑气团压缩性、水体弹性基础上,采用Standard k-ε、RNG k-ε和Realizable k-ε这3种湍流模型进行模拟研究,并将三维计算结果、现有一维模型计算结果与试验结果进行了对比分析.结果表明:与一维模型相比,所采用的三维CFD模型能够较准确地模拟起伏管道内水流冲击滞留气团瞬变过程中气水形态变化和压力波动;Standard k-ε湍流模型能够较好地模拟压力峰值和波动周期,RNG k-ε、Realizable k-ε湍流模型次之;整个过程中,水-气两相互相掺混,水-气交界面自由变化,并不垂直于管道中心线,与管道中心线呈一定的夹角存在;三维CFD计算结果可以很好地模拟较短长度气团的动态特性变化.

起伏地区超临界CO_(2)管道输送特性及管输工艺参数经济性研究

作为CO_(2)捕集与CO_(2)驱油封存过程的中间环节,管道输送是CO_(2)输送的首选方法,而管道输送参数设计是CCUS技术应用的关键环节之一。通过提取某管道沿线高程,研究了起伏地形对超临界CO_(2)管道输送的影响,并对管道输送设计参数进行了分析,建立了与管道和增压设备等投资相关联的技术经济评估模型。结果表明,超临界CO_(2)管道输送可视为单相流体输送。与平坦地形相比,起伏管道沿线流体的压力和温度波动较大。为使管道全线满足密相输送要求,当入口压力在10~14 MPa时需设置中间泵站。单位CO_(2)管道输送成本随入口压力的增加先减小后增大,在最优条件下CO_(2)输送成本为50.93元/t。

起伏管段气液两相流数值模拟

在起伏管段存在气体的情况下,采用空管投油方式直接进行投产存在一定的安全隐患,气体会滞止于下倾管段造成管线水热力参数的剧烈变化。为研究起伏管段气液两相流动规律,利用Fluent软件进行数值模拟研究,结合模拟结果探究了起伏管段含滞止气囊情况下的充液流动过程、持液率及水热力参数变化规律,分析了物性参数对滞止气囊的影响并得到最危险物性参数位置,敏感性分析其影响顺序及最关键影响因素,最后提出空管投油方案的建议,为空管投油技术方案的制定提供安全、经济、可靠的理论支持。

连续起伏管道投产过程中的气相运移研究

为应对山区液体管道在投产过程中可能出现的气阻、超压问题,从气相运移角度出发,建立液顶气模型,研究在1个U型单元内积气形成、压缩和破碎的全过程,在此基础上,提出连接各个U型单元的气相的传递函数,探讨背压累积因素下,连续起伏管道投产过程中各个U型管段的积气情况和压力的变化,进行动态的建模和计算。以国内某原油管道的现场投产数据与模型结果进行比对。结果表明:可以更加准确地预测山区液体管道投产过程中的气相传递和压力变化过程,能为未来连续起伏大落差液体管道投产的安全稳定运行提供理论指导和技术支持。

起伏地形清管过程中管内流动状态研究

目的以中原丘陵地带某天然气管道清管过程为依据,针对起伏地形清管过程中的管内流动状态变化,明确天然气清管过程中的管内流型变化,并根据积液量提出清管时间。方法通过OLGA软件揭示清管过程中管内流动参数的变化过程,并提出相应的清管周期。结果清管器在上行过程中会导致入口处的压力和温度略有增大,而越过高点时,速度迅速增大,引起入口压力和温度迅速下降,当达到最低点时,清管器前积液量达到最大值。同时出口处出液速率与清管器运行时间呈幂指数增大,通过积分可得出总出液量为333 m3,与实际结果相吻合。对于天然气管线来说,对管内积液量影响最大的因素为气相流速,其次为起伏角度,最后为液相流速。结论由于清管后天然气稳定运行60天后管内积液量达到最大值,因此建议在20天积液量为100 m3时进行清管,同时设计末端容器体积裕量为1.2。

起伏湿气管路持液率和压降计算模型

湿气集输管道在天然气开发中发挥着重要作用,如果湿气管道内存在积液,会导致能耗增加、腐蚀加剧和生成水合物等问题,但目前尚没有一个瞬态两相流模型能够准确地计算起伏湿气管道中的积液和压降规律。在已有的两相流双流体模型基础上,基于连续性方程和动量方程,建立了一种新的适用于起伏管路的瞬态两相流理论模型,并利用数值方法通过编制MATLAB程序实现对起伏湿气管道中持液率及压降等的计算。利用普光气田现场湿气集输管道的运行数据对模型进行了验证,并与多相流软件OLGA的模拟计算结果进行了对比。验证结果证明所建立的模型计算精度较高,持液率和压降的相对误差分别为±15%、±5.5%,可以应用于起伏湿气管道两相流的模拟。

起伏管路气液两相弹状流液弹特性实验

为了探究起伏管路中气液两相弹状流液弹频率与液弹长度随管路倾角、折算速度的变化规律,采用实验测量方法建立不同倾角的起伏管路,设置不同的气液折算速度.根据气液工质导电特性的差异,利用电导探针测量管路中不同工质通过探针时的电信号变化,得到不同工况下的气液两相弹状流流动特性参数.结果表明,气液两相弹状流的液弹频率与管路倾角无关,而是正相关于折算液速,同时液弹长度亦与折算液速呈正相关关系;液弹频率随折算气速的增大,呈先减后增的趋势,同时液弹长度与折算气速呈负相关关系.