基于剩磁技术的管道应力解析方法研究

油气管道是国家重要的能源基础设施,管道的受力状态是影响管道安全运行的重要因素。对管道应力的有效检测可以预知管道破坏的风险。以铁磁性材料微观磁学理论为基础,建立应力与材料剩磁场之间的数学模型,分析了剩磁与应力之间的对应关系,对不同应力作用下铁磁性材料的剩磁效应进行了解析。通过有限元软件对应力与剩磁之间的关系进行了仿真分析。结果表明,应力与剩磁信号之间具有线性对应关系,铁磁性材料的磁滞回线随应力增大而偏移,在较低应力范围内,剩余磁场强度随应力增大而增大,之后随应力增大呈线性下降趋势,剩磁随应力的变化趋势存在一个反转点。通过对管道材料进行受力拉伸试验,验证了理论分析的正确性。

基于平衡电磁的管道裂纹内检测技术研究与应用

为解决管道裂纹在线检测评价的难题,基于平衡电磁检测的技术原理,建立管道表面电磁场和裂纹仿真计算模型,设计研制了Φ1219 mm管道平衡电磁内检测系统,制作含裂纹标样管并开展了牵拉试验。仿真分析结果表明,管道裂纹引起的电磁场畸变会引起平衡电磁传感器中电压信号的幅值和相位变化,不同角度裂纹产生的信号相位规律不同。对于轴向裂纹,裂纹长度与电压信号峰谷间距正相关;对于环向裂纹,裂纹长度与检测到电压信号的探头数量和探头间距相关;感应电压信号幅值与裂纹角度、埋藏深度、裂纹深度等裂纹形态和位置相关,通过以上特征可以有效实现阈值内全角度裂纹的识别和量化。通过预制含裂纹标样管的牵拉试验和对比分析,验证了平衡电磁内检测系统在2 m/s的检测速度下有较好检测性能的结论,管体及环焊缝裂纹的检出率和量化精度基本满足预期性能指标要求,低速下阈值内裂纹检出率可达91.67%,可信度为90%的条件下,环焊缝裂纹长度量化精度在±10 mm以内、深度精度在±3 mm以内,研究结果可为管道环焊缝裂纹检测提供一个新的解决方案。

光纤光栅技术在天然气管道安全监测中的研究进展

基于光纤光栅的管道安全监测技术具有本质安全和无电磁干扰等优点,适用于易燃易爆环境。文中介绍了光纤布拉格光栅(FBG)的技术现状,对不同安装方式的FBG传感器实现原理、主要参数及性能特点进行了对比分析,介绍了超弱光纤光栅传感阵列的技术优势和应用场景,提出了基于FBG传感的管道安全监测技术研究难点和发展方向,为构建天然气管道安全监测技术体系提供参考。

油气管道新型高速现场总线冗余技术研究及实现

目前各种现场总线,例如CAN、485、PROFIBUS、HART等,配合PLC/DCS组网广泛应用在各种仪表设备中。此类总线面向整体系统的冗余方案不全,其拓扑受到较大限制,通信可靠性受到较大制约。因此,设计一种更优异的高速现场总线网络,做到高实时性与高可靠性的统一,对于现场总线系统的发展有十分重要的意义。为适应油气管道信息化发展,本文在油气输送管道现场工业数据采集控制系统中,结合PHB总线独有的拓扑优势和实现方法,提出了面向整体系统的冗余设计方案。本方案既能最大化地发挥PHB高速总线的通信性能,又能提升整体系统的冗余能力,实现在总线为基础的整体系统上对国外总线产品的完美替代,有极大的经济效益和战略优势。

油气管道高速总线在智能仪表中的使用和实现

目前各种现场总线,例如CAN、485、PROFIBUS、HART等,均广泛应用在各种仪表设备中,配合PLC、DCS组网使用。此类总线仪表功能丰富、智能化水平较高,但是带宽较低、节点数少、布线冗余拓扑受到较大限制,通信可靠性受到较大制约。因此,设计一种更优异的仪表设备以确保现场总线网络的高实时性与高可靠性的统一,对于现场总线系统的发展具有重要意义。本文在油气输送管道现场工业数据采集控制系统中,提出了3种PHB总线仪表的可靠设计方案,该方案最大化地发挥PHB高速总线的通信性能,方便用户快速布网,实现SCADA系统的数据传输带宽升级和智能化、国产化,可替代国外总线产品,有极大的经济效益和战略优势。

油气管道高速总线网络设备模型研究与实现

针对目前油气管道现场层网络通信带宽低、时延差及组网复杂的现状,以及油气管道智能化管理的需求,在油气管道现场层网络中引入IEC 61158 Type 28宽带现场总线国际标准技术,以提高数据通信的带宽和实时性,并实现多业务数据融合通信。根据油气管道网络工程的实际应用,基于该宽带现场总线提出了一种新型的油气管道高速总线(PHB)标准技术,用于指导用户进行新型油气管道网络工程实施和业务部署。本文对PHB网络中的3种设备模型:主站、从站和代理,以及基于该设备模型的单环形和双环形总线网络模型等内容进行研究,并通过撬装平台验证了设备模型方案的可行性与可靠性。

油气管道无人值守站及区域化管理创新与实践

基于西北油气管廊带及西南山地管道区域内实施无人值守站模式及区域化管理创新,油气调控中心持续推进以“集中统一调度、分散分级控制”为原则的一体化调控体系建设,对各条管道的站场实施分级分类管理。通过对各配套支撑系统的需求分析、功能优化提升及可靠性改造,制订实施无人值守站规划建设目标和管理模式。在作业区-无人站(少人站)管理模式下,梳理了油气管网作业区中心场站、作业区附近站场、独立运行站场、液体管道少人值守站、天然气管道少人值守站、无人值守站六种运行模式。以西北油气管廊带典型空间模型为例,深入研究作业区中心站场(维修队)功能特征、定位及选址方式。在此基础上,提出连续模型(一元选址模型)、离散模型(多元选址模型)和专家咨询法三种选址方式,从而探索一种适应管道集中布置的油气管廊油气站场区域化管理新模式,并做优做强作业区,为实现“全国一张网”的运营管理提供了新思路、新办法。

基于ABAQUS的压力管道敷设方式对应力及变形影响研究

管道内压是影响管道应力的主要因素,而长输管道多采用架空、埋地、出入土等敷设方式以适应复杂地形,基于ABAQUS仿真软件建立3种敷设方式管道模型,研究管道不同位置、不同截面处的应力分布及变形特征随内压变化规律。结果表明:在内压作用下,架空管道等效应力最大值在管道与支撑接触附近,埋地管道等效应力最大值在埋地管管顶与管底处,出入土管道等效应力最大值在管道弯头内侧;架空管道呈现波浪变形,埋地管道在覆土压力作用下截面呈现椭圆形,出入土管道变形最大位置在“几”字形拐角处;管道轴向应力与环向应力比值与管道约束有关,约束管道比值为泊松比,非约束管道比值为0.5,该规律可用于确定管道高应力区域,减少非必要检测。

Φ1422 mm管线钢管压缩应变容量的有限元分析

为了评估途经地震带、滑坡带、矿山采空区、沉陷带等特殊区域大口径管线钢管的变形能力,以直径Φ1422 mm大口径普通管线钢管为研究对象,采用有限元方法建立全尺寸管道弯曲模型,研究管道在弯曲载荷作用下的屈曲变形行为,揭示管道外形和壁厚对屈曲行为的影响规律。结果表明,钢管径厚比增加引起局部区域应力集中导致屈曲,增加壁厚可显著提高临界屈曲应变。研究结果可为普通大口径管线钢管在特殊地质环境中的应用提供理论基础。

国家成品油管网独立运营分析及策略研究

国家管网集团独立运营后,成品油管道运行模式将由企业内部计划管理为主,逐渐转化为市场多元竞合,综合目前油气改革进程加快、物流业迅猛发展、运输竞争更加激烈等诸多变化,从管理机制、运输价格确定、管网设施建设、管道运行优化等方面,对新形势下成品油管道运行进行分析,并提出相关建议和措施,以提升成品油管道运行效率和效益,保障石油产业链运行顺畅。成品油管道运营单位由三大国家石油公司内部企业转变为外部承运方以后,需与铁路、船运和公路运输公司同台竞争,共同提供承运服务,应建立快捷高效的需求对接机制,管输计划总量和批次输送计划由同一部门对外衔接,制定具备竞争优势的管输价格标准,在成品油管网主干线基本建成的基础上,原归属于三大国家石油公司的管线以及社会管线之间需实现互联互通,增加管道输送品种,对不同主体的油品分罐分储和分批次输送,在智慧管网建设思路上重点关注市场预测和资源衔接,提升智慧管网的适应性等。

电弧焊机在油气管道焊接领域的性能现状与发展需求——某管道公司的焊机定检和智能化改造分析

电弧焊机作为油气管道焊接施工的关键设备,其安全性、可靠性在焊接质量管理方面有着极其重要的意义。油气管道的焊接作业现场大部分位于野外,采用电弧焊方法进行焊接,其施工所需的焊接工艺种类较多,电弧焊机品种多。目前在用的绝大部分电弧焊机不具备焊接过程参数记录、采集和传输功能,不便于对焊接工序进行实时监控、管理和记录。为提高油气管道焊接质量的稳定性,便于对焊接过程的工艺参数进行实时监控和记录,满足焊接质量可追溯的需求。

西部成品油管道输油泵双端面机械密封的研发及应用

西部成品油管道苏尔寿泵配套的原8B1HH机械密封故障频发,为解决该机械密封不足,结合最新设计理念提出了双端面机械密封,在不改变原冲洗泄漏报警系统前提下,内密封失效后外密封发挥作用,确保输送介质无泄漏,提升机械密封可靠性。为此设计研发了8648VRS+SBXP双端面机械密封,并经工厂和工业性现场试验验证。此机械密封结构配合环仅参与旋转,消除了密封圈滑动补偿卡滞,波纹管和弹簧保持补偿环贴合追随,结构更合理、轴窜适应性更强;升级补偿环配合环材质为SiC及CARBON+DUPLEXS.S+ALLOYK-500,SBXP外密封配合环补偿环无需冲洗,干摩擦状态下长周期稳定运行,工业性现场试验数据预测密封寿命超过25000 h。该机械密封完全适合西部成品油管道运行工况,建议逐步推广应用以代替原8B1HH机械密封。

OD1422 mm X80管道环焊接头拉伸应变行为研究

基于非线性有限元方法,结合数字化图像相关技术(DIC)、硬度云图以及断裂韧性测试等手段,进行了含缺陷天然气管道环焊接头的变形能力评估。该方法考虑了管道、焊缝以及缺陷尺寸形状特征,利用钢管母材、焊缝、热影响区的实际性能构建分析模型,对比了不同缺陷尺寸下的断裂驱动力与裂纹扩展阻力,获得环焊接头拉伸应变能力,并利用宽板拉伸试验对分析结果进行了验证。结果表明:当拉伸应变为0.5%时,裂纹扩展阻力始终高于断裂驱动力,裂纹不会发生扩展;当拉伸应变为1.3%、裂纹深度为8.2 mm时,裂纹扩展阻力与断裂驱动力相等,裂纹处于临界失稳状态;当拉伸应变为4.3%时,裂纹深度高于5.2 mm,裂纹会发生扩展;宽板拉伸结果中,当裂纹深度低于5 mm时,失效模式均为母材颈缩;裂纹深度为9 mm时,失效模式为裂纹扩展,模型分析与宽板拉伸试验结果一致性较好。

油气管道工程用大口径TE555增材制造三通的开发

从材料、制造工艺、力学性能、焊接性能、实物爆破试验性能以及无损检测、残余应力等多个方面,介绍了采用电弧增材制造技术开发的-60℃和-40℃的低温环境下油气管道工程用Ф1219 mm大口径TE555增材制造三通。开发的增材制造三通各位置强韧性均匀,无明显的方向性,无厚度效应,特别是具有较好的低温韧性;焊接性能良好,无软化现象;肩部加厚后爆破压力达到57 MPa;经过去应力处理后残余应力大幅度降低;无损检测结果表明增材制造工艺可行,无超标缺欠。增材制造三通在定制化、特殊环境和特殊用途工况情况下,具有较好的推广和应用前景。

弯曲载荷下管道环焊缝裂纹应力强度因子评价模型及试验验证

裂纹缺陷是众多环焊缝缺陷中危险性最大的缺陷之一。油气管道在经过地质条件较差的区域时,当遭遇自然灾害,管道除内压作用外,还会承受额外的弯曲载荷,由此引起的大跨度管道弯曲变形容易引起环焊缝裂纹扩展,导致管道破裂。基于大量环焊缝裂纹有限元数据,拟合出了裂纹尖端应力强度因子的工程评估公式。按照子模型分析方法可以快速获得有限元结果数据且能保证精度,是一种高效获取全尺寸弯曲管道中裂纹应力强度因子拟合数据的方法。结合API 579中提供的环向裂纹应力强度因子理论公式,对应力强度因子计算公式进行了拟合,裂纹尺寸范围为0.03<a/c<0.2,0.27<a/t<0.54,对应的最大误差为4.86%。通过全尺寸弯曲试验,验证了裂纹扩展时对应的公式临界位移精确度可达5.49%,公式临界远场应变精确度可达4.95%。

弯曲载荷作用下含错边缺陷管道环焊缝应力计算

滑坡等地质灾害引起的弯曲载荷是导致环焊缝失效的重要因素,管道环焊缝焊接过程中的错边缺陷,容易形成局部应力集中,除设计压力外,环焊缝还能承受的弯曲载荷已成为管道完整性管理中的重点和难点。基于有限元分析数据提出了一种针对弯曲载荷作用下含错边缺陷环焊缝的应力计算方法。首先,给出了管道承受均匀内压和弯曲载荷的近似解析计算公式;然后,针对无错边和含错边缺陷的环焊缝开展有限元计算,采用子模型方法兼顾了大跨度模型的计算效率和环焊缝的计算精度;最后,基于有限元分析数据对经典解析公式进行修正,得到管道环焊缝单点应力的计算公式。经验证,该方法与有限元结果相差1%以内,可适用于弯曲载荷作用下的环焊缝应力计算,是一种可用于工程强度快速评估的精确分析方法。

油气管道球阀结构设计改进及性能试验研究

为了提高管道球阀内部密封可靠性,设计了一种采用具有组合密封特性的多重阀座结构,并开展了密封性能和寿命试验分析,考察了阀门压力试验、功能试验和现场工业性应用试验等过程。结果表明,0.6 MPa低压气密封和1.1倍公称压力高压气密封性能试验结果均符合标准规定的无可见泄漏要求;改进设计后的管道球阀具有独有的多级阻断介质密封、压力缓冲和全封闭注脂的特性和优势,提高了阀门的密封可靠性,根据多重阀座的特性,综合性能达到或优于2台传统球阀串联的叠加效果。研究结果为管道球阀尤其是关键位置阀门提供了更优的选择,降低了油气管道球阀内漏的风险,对保障管道系统安全运行具有重要的意义。

油气管道用埋弧增材三通的性能研究

采用埋弧增材制造技术成功制造出尺寸为Φ1219 mm×55 mm的油气管道用低温三通,研究了增材三通的微观组织与力学性能。结果表明:显微组织以细小的针状铁素体为主;增材三通的硬度和拉伸性能在不同位置和不同方向上不存在各向异性;冲击韧性在不同位置基本无差别,但在不同方向上存在各向异性。垂直打印方向的冲击试样主要受韧性断裂控制,而平行打印方向的冲击试样主要受脆性解理断裂控制。利用EBSD技术分析了不同强化机理对屈服强度的贡献,细晶强化的贡献占比约为50%;垂直打印方向试样中大角度晶界占比高于平行打印方向,表现为相对较高的冲击韧性。

国内外管道低温焊接预热技术对标研究

中俄油气管道已成为我国重要能源战略通道,先进、高效的管道维抢修技术是保证管道安全的可靠手段,因此对管道低温焊接技术提出更高要求,美国、俄罗斯在高寒区管道低温焊接方面技术成熟,值得研究借鉴。针对管道焊接环境温度和焊接预热方法,开展国内外标准对标分析,调研国外石油公司管道低温焊接的实践做法,提出管道低温焊接技术改进建议,涵盖国内标准规范条款修订、基于管材含碳量和壁厚值范围确定预热温度数值、焊接预热方法选择及适用条件、焊接预热过程精准控制等,其研究成果对于提高我国长输管道抢修工作技术水平具有重要意义。

浅析长输管道项目环保“三同时”信息系统建设

长输管道具有线路长、沿线环境复杂、涉及环境敏感区多的特点,加之在项目前期及建设过程中,受建设周期、地方规划及城镇发展等因素的影响,给长输管道项目环保“三同时”管理带来了诸多问题。文章通过对长输管道项目环保“三同时”管理现状及存在的功能不全、管理模式粗放等问题进行剖析,提出优化和完善现有信息系统的文件管理、措施落实等优化方案,使企业环保“三同时”管理水平得到提升,可为国内长输管道项目环境管理信息化建设提供有益借鉴。