拱顶罐油气空间温度分布及其变化规律研究

油罐气体空间的温度分布及其昼夜间变化对油品蒸发损耗有着重要影响,有必要研究罐内气体温度分布及其变化规律。根据传热学和地理气象学等理论,建立了气体空间二维稳态传热数学模型。采用有限容积法对数学模型进行离散处理,使用当量温度将复杂的第三类边界条件问题转化为第一类边界条件问题。针对实际案例进行数值计算,得到不同时间罐内气体温度分布,发现环境温度、油面温度和太阳辐射是影响气体空间温度分布的主要因素,太阳辐射的时变性对温度分布的影响最为明显。深化对静止储存或生产作业时罐内气体温度分布规律的研究,为进一步探究油品蒸发损耗机理奠定了基础。

地质灾害段管道结构安全数字孪生机理模型

地质灾害是危害油气管道运行安全的主要因素之一,但受设备检测精度及检测数据离散性等因素限制,仅通过单一的监测检测技术无法定量分析管道的安全情况,亟需融合多源监测检测技术开展管道结构安全数字孪生机理模型研究,实现地质灾害段管道安全状态的智能感知与预测。提出地质灾害段管道结构安全数字孪生机理模型的构建流程,通过建立参数化的地质灾害段管道有限元模型,结合影响管道应力应变分布的可变参数范围,建立了管道应力应变数据库,利用BP神经网络拟合了可变参数与管道应力应变状态的高度非线性关系。结合管道真实应力应变监测数据,采用粒子群优化算法,建立了准确反演管道沿线真实应力应变分布的机理模型,并通过实例应用,验证了模型的准确性。研究成果可用于地质灾害段管道的定量安全评价,并可为管道数字孪生体的构建提供内核支撑。(图8,表1,参20)

从旁接油罐到管网联运再到智能调控——中国输油管道工艺技术50年发展回顾与展望

在"八三"管道工程建设50周年之际,回顾了中国石油管道工艺技术50年发展历程,梳理了输油管道密闭运行及水击控制保护技术、易凝高黏原油输送技术、成品油顺序输送与优化运行技术、大落差管道设计及投产运行技术、输油管道运行仿真技术的科学研究与工程应用成果,总结了下一步发展目标。展望了输油管道智能化发展愿景,提出相关建议:确定国家管网系统建设统一数据平台的模式;形成适用于油气管道的专业工业化软件;研究基于海量数据+AI算法的智能决策系统;建立输油管道系统数字体、意识体的构建原则、目标及应用评价方法;建立国家管道和设备失效数据库及发布平台;研制自主可控的基于数据和机理模型的大型输油管网在线和离线分析预测软件;研究国内外SCADA系统软件协调运行及国产软件大规模应用技术;研究精细管理下大型油气管网节能增效技术。以上建议期望为智慧互联大管网的构建提供参考。

机器学习在油气管道的应用研究进展及展望

机器学习作为实现人工智能的主要手段,通过探索数据规律、建立预测模型来指导决策支持。在目前油气管道系统设备繁多、结构复杂、技术庞杂等背景下,引入机器学习是为了采用人工智能技术解决单纯依靠数学模型难以应对的问题,代替人工从事一些枯燥繁琐、危险程度较高的工作。结合油气管道系统各生产环节,重点阐述了深度学习、强化学习及迁移学习3类机器学习方法的应用研究进展,包括油气管道泄漏、多相流型识别、设备故障诊断及储罐目标检测等应用场景,构建了人工智能技术在油气管道系统的应用框架,指出深度学习、强化学习及迁移学习在该领域拥有较强的应用前景。最后,对机器学习在油气管道领域的应用进行了展望,以期为油气管道系统的智能化研究与发展提供参考。

水合物颗粒间粘附力实验研究进展

水合物颗粒间粘附力是影响水合物聚集体尺寸及其宏观流动特征的主要因素,明确粘附力变化规律及机理对防止水合物堵管事故具有重要意义。微机械力(Micromechanical Force,MMF)实验装置可从微观角度直接测定粘附力,是目前应用最广泛的水合物粘附行为研究仪器。综述了目前基于MMF的水合物颗粒间粘附力实验研究进展,讨论了温度、颗粒间接触时间、添加剂及原油中天然组分等因素对粘附力的影响,深入分析了研究中存在的缺乏准液层特性研究、毛细液桥固化过程描述不完善、阻聚剂与原油中天然组分间协同作用鲜有涉及等问题,并从MMF与原子力显微镜及原位拉曼光谱相结合、MMF与宏观流动实验相结合等方面对未来水合物颗粒间粘附力研究提出建议,以期为水合物粘附理论继续深化提供思路。

易凝高黏原油流变学及输送技术研究与应用:回顾与展望

易凝高黏原油管道输送技术是中国管道运输行业的优势领域,流变学是其重要的理论基础。该领域是中国高校油气储运学科最早的研究方向,迄今为止也一直是主要研究方向之一。70年来,高校在该领域科技进步中发挥了重要作用。回顾了该领域面向行业发展需求,在原油流变性表征与机理及测量、原油改性输送技术及工程应用、原油管道流动保障与流动安全评价等基础研究和技术研发方面取得的主要成果。结合在该领域40年的研究经历,总结了若干经验教训,展望了未来发展方向与重点研究问题,提出了基础研究和技术开发的策略建议。技术开发要“落地”,基础研究要问题导向,迎难而上、勇于创新、严谨求实、持之以恒、校企协同、多学科融合及与学术界积极交流,是该领域以往取得成功的保障和今后需继续坚持的准则。

航空煤油储运过程中质量保障有关问题探讨

航空煤油从生产到使用需要经过较多储存与运输环节,作为喷气式飞行器燃料,国家标准对其质量指标要求很高,各航空煤油生产、运输主体都非常重视检测油品质量变化情况。介绍了航空煤油从生产到使用的典型储存、运输过程,列举了近年来国内外发生的航空煤油质量安全事故,综述了航空煤油储存、运输环节中可能面临的质量问题,包括外来污染物、顺序输送混油、油品自身质量衰减等,总结了航空煤油储存、运输各环节的质量安全控制措施,以期为致力于保障航空煤油质量、降低航空煤油运输成本的工程人员及研究人员提供借鉴。(图2,参56)

焊接材料强度对高钢级管道环焊缝应变能力的影响

为了评价母材、根焊材料、填充焊材料的强度对X80管道环焊缝应变能力的影响,采用非线性有限元方法,以中俄东线直径1 422 mm、壁厚21.4 mm的高纲级管道为研究对象,考虑焊接接头完整几何形貌与性质有明显差异的4种材料分区,采用钥匙孔(Key Hole)模型准确模拟裂纹张开过程中裂纹尖端的钝化行为,研究了拉伸载荷作用下根焊内表面周向裂纹的起裂行为。计算结果表明:对于双V形坡口焊接接头,根焊材料强度对焊接接头整体应变能力影响很小,可以忽略不计;填充焊材料与母材强度的高强匹配对保证焊缝区应变能力最为重要,在难以提高填充焊材料强度的情况下,限定母材的强度指标是提高高钢级管道焊接接头应变能力的有效方法。(图7,表1,参25)

天然气管道积液临界气速预测模型研究进展

管道积液是气田开发过程中的常见现象,会对天然气集输系统的正常运行产生极大影响。积液预测有助于及时采取措施,减少积液带来的危害,而临界气速的计算是管道积液预测的关键。对管道临界气体流速预测相关研究进行了回顾,指出了最小压降模型、液滴模型的局限性,而液膜模型具有较好的适用性。结合管道积液实际情况,提出将现有管道积液研究成果应用于生产实际需要选择适用于不同情况的管道积液准则;合理表征不同倾角下管道内液膜周向分布;考虑复杂地形条件下大尺寸湿气管道气液流动特性;采用合理的界面摩擦因数计算式。

成品油管道分输计划优化的启发式方法

高效的批次计划优化方法对提高成品油管道管理水平具有重要意义。针对单点注入、多点分输的成品油管道,基于分输作业衔接性经验优化准则,提出了一种管道分输计划优化的启发式方法——分输作业衔接法。该方法将管道沿线分输站分组,每组包括连续分布的几个分输站,从上游至下游依次编制每组站场的分输计划。在编制分输计划时,遵循同组各站的分输作业时间段尽可能无缝衔接的经验优化准则。每次确定某站场分输某批次的计划时,分输开始时刻优先设定为相邻站场某次分输作业的结束时刻,分输流量优先设定为分输流量最小允许值。以某成品油管道1个月的输油任务为例,验证了分输作业衔接法的有效性,为成品油管道分输计划编制提供了可行方法。(图6,表3,参20)

成品油管道批次计划优化方法研究进展

成品油管道一般采用多种油品顺序输送方式,其运行管理工作的一项重要内容是制定批次计划,在短时间内制定较优批次计划对提高成品油管道批次计划编制水平及效率具有重要意义。对国内外成品油管道批次计划优化问题的研究现状进行了梳理:从数学规划法、智能算法、启发式算法及分解手段的角度出发,系统总结了解决成品油管道批次计划优化问题的5种策略;对建立成品油管道批次计划优化模型需采用的时间与体积表达方式、需满足的约束条件、需考虑的优化目标进行了阐述;对模拟批次计划采用的时序递推法、空间递推法进行了对比分析。结合工程实际需求,提出了成品油管网批次计划优化研究目前存在的问题及未来发展趋势。

安全屏障对储油罐区池火灾多米诺效应概率的影响

随着石油储库朝大型化、集约化方向发展,罐区工艺与设备日趋繁杂,一旦发生火灾事故,极易引发多米诺效应,导致灾难性后果。为了降低石油储库事故对周边人员、环境等造成的影响,基于主动、被动、应急与响应措施3种安全屏障的性能,采用事件树与贝叶斯网络方法针对不同安全屏障建模,进而对事故多米诺效应概率进行定量评估。结果表明:多层安全屏障可使多米诺效应概率下降3~7个数量级,多级多米诺效应概率降低程度更大;被动安全屏障降低多米诺效应概率的效果最显著,应急与响应措施降低多米诺效应概率的效果次之,主动安全屏障降低多米诺效应概率的效果最弱。研究结果可为降低多设备集中分布区域事故伤害及影响提供指导。

多相混输管道水合物流动的LedaFlow软件模拟

为了深入探讨多相管道混输体系水合物浆液输送技术,采用LedaFlow软件进行抑制剂注入和水合物浆液多相混输的模拟计算。利用软件的参数优化模块计算最佳抑制剂注入量;利用软件水合物输送模块进行水合物浆液输送模拟计算。根据模拟计算结果,分析管内水合物浆液流动规律,初步探索LedaFlow软件在水合物浆液流动安全保障中的应用,以期为天然气凝析液管道的水合物流动安全保障提供参考。

连续地表位移作用下埋地管道应变计算模型

油气长输管道途经多种复杂地质环境,经常面临地质灾害的威胁。针对现有地质灾害段管道地表位移监测数据离散型的特征,提出了一种基于三次样条插值的地表位移三维重构方法,实现了地表位移的连续表示。在此基础上,采用非线性有限元方法,依据非线性土弹簧单元描述管土相互作用,利用Ramberg-Osgood本构模型描述管材力学特性,使用INP参数化编程语言建立了参数化的连续地表位移作用下埋地管道应变计算模型。新建模型能够考虑温度、外压等工作载荷与管道实际路由对管道初始应力的影响,实现管道应变的准确计算。采用C#编程语言,编制了基于C/S架构的管道设计应变智能计算与评估软件。研究结果可为智慧管道数字孪生的建设与地质灾害地段管道的完整性评估提供技术支撑。(图7,表3,参25)

重车碾压作用下X65管道力学响应及影响因素

随着中国城市化进程的加快,道路与管道交叉的情况日益增多,使管道运行安全受到威胁。以X65管道为研究对象,通过现场试验开展了空载、半载、满载3种动载荷作用下管道力学响应状态研究。基于试验结果建立考虑管土非线性相互作用的参数化数值计算模型,实现了车辆动载荷的精准模拟,数值计算结果与试验结果误差小于5%。在此基础上,探究了重车质量、管径、壁厚、内压等因素对管道轴向力学响应的影响。结果表明:重车碾压作用导致管道产生整体垂向弯曲变形与局部位置变形,其在管顶产生的轴向压应力与内压泊松效应产生的轴向拉应力相互消减,使管顶轴向应力减小;管底及管侧产生的轴向拉应力与内压泊松效应产生的轴向拉应力叠加,使管底轴向应力增大。增大管径、壁厚、管道埋深可以降低重车碾压对管道产生的影响,重车质量对管道轴向应力的影响最大,但影响程度通常小于100 MPa。

基于IMU数据的管道弯曲变形段智能识别方法

途经地质灾害严重地区的油气长输管道易受土壤外部载荷作用而发生弯曲变形,对管道安全运营造成严重威胁。基于惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)的内检测技术是目前检测管道局部变形的主要手段,给出了埋地管道弯头、管道凹陷、管道弯曲变形、环焊缝异常4类典型的局部变形管段的IMU数据特征,提出了基于小波降噪的IMU数据预处理方法,建立了识别4类典型局部变形管段IMU数据热力图的深层神经网络模型,构建了一套基于IMU数据的管道弯曲变形段识别方法。采用新建方法对中俄原油管道6年的IMU数据开展分析,形成了33177份样本管段数据,建立了中国IMU弯曲应变特征数据库。实例应用结果表明:基于该数据库建立的深层神经网络模型对管道弯曲变形段识别准确率超过了90%,识别效率达0.02 min/km。基于IMU数据的管道弯曲变形段识别方法为管道完整性评价中弯曲应变大于0.125%变形段的识别提供了有效的技术手段。

大型原油储罐安全间距影响因素数值模拟

随着原油储备库规模的大型化、集约化,原油储罐也逐渐向大罐容方向发展,罐区一旦发生火灾,极易引发连锁火灾效应,造成巨大的经济损失甚至人员伤亡。为合理设计大型原油储罐的安全间距,降低着火罐对邻近罐的热辐射,采用CFD技术对储罐火灾进行数值模拟,通过控制单一变量和设计正交试验工况,分析了风速、喷淋强度、油品燃烧速率3个因素对大型原油储罐安全间距的影响。结果表明:3个因素按照影响程度从高到低排序依次为喷淋强度、风速、油品燃烧速率;若要减小储罐安全间距,建议通过加大冷却水喷淋强度来调节。研究结果可为原油储备库的布局设计提供指导。(图8,表5,参24)

DSC-NMR多尺度实验方法在水合物研究中的应用

差式扫描量热仪(DSC)、核磁共振波谱仪(NMR)及其衍生的核磁共振成像技术(MRI)作为水合物不同尺度研究的重要手段,可用于水合物成核、生长、分解过程热流曲线的获取,结构信息识别及多相态表征,日益受到国内外学者的广泛关注。阐述了3种方法在水合物研究中的应用现状,介绍了DSC恒压变温和恒压恒温宏观实验方法在水合物热力学和动力学方面的研究进展,总结了MRI在水合物相变过程中微观可视化的研究成果,综述了NMR在水合物结构识别、混合气体水合物中客体分子组成、孔穴占有率及水合数等分子尺度信息获取的应用情况。针对3种方法的优劣和特点,提出了将DSC与NMR结合,进行水合物生成和分解过程多尺度系统研究的建议。

管道不加热集输粘壁行为与粘附理论

为了进一步探究高含水含蜡原油不加热集输粘壁行为的影响因素与形成机理,通过不加热集输环道实验与粘附理论探究了含水率、管流剪切力、含蜡量对粘壁现象的影响。基于含蜡原油界面特性的实验分析,讨论了油滴的粘附能与内聚能在粘壁行为中的作用。结果表明:宏观上增大含水率、增大管流剪切力、降低含蜡量会弱化粘壁行为;界面特性方面,粘附能对温度的响应并不敏感,粘附能的大小主要取决于管壁材质的表面自由能,而造成粘壁层生长的主要因素是低温下分散油滴与初始粘壁层之间的内聚作用;微观上油滴的范德华相互作用是粘壁行为发生的主要作用机理,Hamaker常量、油水乳状液粒径、介质温度、油滴间分离间距是主要影响因素。最终利用含蜡原油粘壁温度理论模型计算了D油井的粘壁温度并开展了现场试验,充分验证了该管道不加热集输的可行性,可为今后在高含水油田试行与推广不加热集输提供技术参考与理论基础。

油罐泄漏扩散过程中罐区油气浓度分布规律数值模拟

储罐油品一旦发生泄漏事故,将会对罐区安全、大气环境、社会经济等造成不利影响,甚至引发安全事故。利用改进的高斯烟团模型对储罐油气泄漏扩散过程进行模拟,确定了不同环境风速、大气稳定度下罐区的油气浓度分布规律,并根据油气浓度危险程度,将罐区划分为爆炸危险区、闪火危险区以及窒息危险区。通过分析环境风速、大气稳定度对油气烟团迁移扩散的影响,得出罐区环境条件对油气浓度分布、危险区域范围的影响规律:随着环境风速的增大,油气烟团迁移扩散加剧,罐区油气浓度降低,不同等级的危险区域相应减小;大气稳定度越高,油气烟团扩散越弱,油气浓度沿下风向影响范围增加,横风向影响范围减少;油气烟团因环境风速变化有出现聚集的可能,形成浓度较高的油气聚集区,环境风速越低或大气稳定度越高时,油气烟团越容易聚集。改进的高斯烟团模型能更加准确地反映油气泄漏扩散规律,并预测油气浓度分布情况,可为储罐安全运行管理提供指导。