加油机器人关键技术与应用可行性

随着智慧化、信息化科技水平的高速发展,油品销售企业积极探索智能加油机器人技术,以消除加油站招工难度大、用工成本高的痛点,同时降低员工工作强度、提升顾客体验感。系统梳理了国内外加油机器人的研发进展,详细论述了加油机器人机械臂本体及其控制系统、末端执行机构、视觉识别系统、防爆及智能交互等关键技术。通过对不同类型站点、不同熟练程度的40名加油员共计2 000次加注行为进行观测及统计分析,结合不同地区、不同加油站点的实际情况,综合对比人工加注与机器人加注两种服务方式的效率性与经济性,分析结果可为加油机器人的研发目标与商用条件提供判定依据。在此基础上,提出了加油机器人进站应用的研发目标和改进方向。

基于白化滤波的天然气集输管道微泄漏定位方法

油气田集输管道因腐蚀导致的微泄漏信号提取和识别是泄漏监测技术领域的一大难题。针对淹没在管道噪声中的微弱泄漏信号,提出了一种基于白化滤波的天然气集输管道微泄漏定位方法。以某油田天然气集输管道为例,采用自适应白化滤波算法消采集信号中的除低频分量,进而对泄漏定位公式进行优化,通过互相关方法计算管道上、下游信号的延迟时间,得到泄漏点位置。结果表明:利用所提出的方法,白化滤波处理后的信号功率谱趋于平坦且接近白噪声,信噪比提高约4dB,可检测到管道中的微弱泄漏信号,泄漏点定位误差为2 m,建议进一步开展在不同介质、压力等级、地形条件管道中的示范应用,以期提升油气田集输管道的安全管理水平,助力无泄漏示范区建设。

金坛储气库井筒风险因素识别及结构重要度分析

金坛储气库井筒因盐岩蠕变、注采压力波动频繁、地下水丰富等因素,较常规天然气井筒面临更大的失效风险,常规评价方法及结论难以适应其安全评价和管控需求。基于金坛储气库地理位置条件及井筒实际运行状态,识别出注采压力波动频繁、交变载荷、地下水丰富、盐岩蠕变等10项金坛储气库井筒特有的风险因素;考虑各风险因素可能引发的失效模式,建立金坛储气库井筒失效故障树;并对井筒结构重要度进行计算及排序。结果表明:金坛储气库井筒失效的最大风险因素为注采气压力波动频繁,较常规天然气井的最大风险因素是酸性环境发生了显著变化;在识别出的10项金坛储气库井筒特有的风险因素中,有5项特有风险在底事件结构重要度排序中占前10,可见金坛储气库井筒的失效风险多来自自身运行特征与地理位置因素。最后在常规天然气井筒管理的基础上,有针对性地提出金坛储气库井筒风险管控措施。

输油管道泄漏地下水污染风险预警评价方法

输油管道具有里程长、输送介质高危、管道沿线水文地质条件复杂等特点,一旦油品在环境敏感区发生泄漏,将会造成严重的环境污染事件。以某环境高后果区为例,基于Visual-Modflow软件,建立概念模型、水流模型及溶质运移模型,模拟输油管道泄漏情景下石油烃在地下水中的迁移扩散规律,采用改进的内梅罗综合指数评价法对地下水状态进行预警,根据水质变化速率与预警级别之间的关系确定不同井的预警级别。结果表明:采用输油管道泄漏地下水污染风险预警评价,能够有效预警油品泄漏情况,预判输油管道泄漏溢油扩散趋势。

谐波沉降作用下大型原油储罐变形响应分析

地基沉降往往导致储罐罐壁产生较大变形,严重影响储罐的安全运行。为探究原油储罐在地基谐波沉降作用下的变形响应状态,采用有限元分析软件ABAQUS建立了谐波沉降作用下大型原油储罐的数值仿真模型。模型综合考虑了地基的影响,能够较准确模拟储罐的真实服役状态。基于所建数值仿真模型,定量研究了储罐罐壁径厚比、高径比、谐波数、谐波幅值及液位对储罐罐壁径向变形量的影响规律。结果表明:罐壁径厚比及液位对储罐罐壁顶端的径向变形量的影响较小,从工程应用角度可忽略其影响;储罐罐壁顶端径向变形量随着罐壁高径比及谐波幅值的增加近似呈线性增大;罐壁径向变形量随着谐波数的增加先增大后减小。

弯头间连接管长对π形管冲蚀影响的数值模拟

π形管弯头间的连接管会影响管内颗粒及流体的运动规律,进而影响弯管冲蚀程度。利用Fluent软件对π形管进行气固两相流冲蚀数值模拟,分析不同连接管长下各弯头冲蚀分布和冲蚀速率的变化规律。结果表明:π形管的第4个弯头受到严重的点蚀冲击,最高可达其他弯头的5~10倍;连接管长的改变会引起固体颗粒运动轨迹的变化,从而影响π形管内各弯头的冲蚀分布及冲蚀速率,随着连接管长的增加,前3个弯头的冲蚀速率变化较小,第4个弯头的冲蚀速率发生显著下降,当连接管长增至4倍以上管径时,第4个弯头的冲蚀速率减小至弯头直接连接时的1/4~1/3,点蚀程度大幅降低。研究成果可为π形管的设计与维护提供理论指导。

中国油气管道高后果区现状与全过程管理体系

为加强中国油气管道高后果区安全管理,有效管控人员密集型高后果区安全风险,调研了高后果区由来,分析了人员密集型高后果区管段典型事故案例及事故后果影响范围,并对比了国内外高后果区识别准则。统计了中国已建管道和新建管道人员密集型高后果区现状,已建输油管道和输气管道每1×104 km分别约有1 523处和517处人员密集型高后果区,新建油气管道人员密集型高后果区管段约占管道总长度的18%。分析了高后果区成因,新建管道路由未经充分优化和已建管道周边土地利用缺乏有效控制是主要因素,从而提出了规划前预防、规划中评估、形成后管控的高后果区全过程管理体系。最后从制定油气管道周边土地划分方法和控制要求、明确油气管道安全防护距离、推广城市管廊带建设等方面提出了相关建议。

考虑强度匹配的高钢级管道环焊缝断裂评估方法

管道环焊缝的实际低强匹配是引发焊缝断裂失效的重要原因,在焊缝的适用性评估中,失效评估图方法无法准确考虑焊缝强度匹配的影响,准确纳入强度匹配成为拓宽失效评估图方法应用于高钢级管道环焊缝裂纹缺陷评估的关键。基于非线性有限元法,建立了高钢级管道环焊缝裂纹驱动力的数值仿真模型,采用等效应力应变关系方法构建了环焊缝裂纹的通用失效评估曲线,采用裂纹驱动力的有限元计算结果,结合BS 7910-2019《金属结构中缺陷可接受性评估方法指南》推荐方法,构建了系列不同载荷水平下的有限元评估点,探明了BS 7910-2019对于环焊缝裂纹缺陷的评估精度,查明了影响评估结果精度的关键原因。在此基础上,考虑裂纹深度、裂纹长度、焊缝强度匹配系数,提出了优化的管道环焊缝极限载荷计算模型以及改进的失效评估图方法,准确将焊缝强度匹配纳入到失效评估图方法中,进一步提高了高钢级管道环焊缝裂纹缺陷的评估精度,可为在役高钢级管道环焊缝裂纹的适用性评估提供参考。(图11,参24)

原油组分对含蜡原油析蜡特征的影响规律

准确预测析蜡特征对于把握清防蜡时机尤为重要。在原油组分和组成分析的基础上制备了3个系列的模拟原油,利用高温气相色谱分析了油样的组分及其对应蜡组分的碳数分布,并应用差示扫描量热法(DSC)测量了模拟原油的析蜡点、析蜡高峰温度及平均放热焓等参数的变化规律。结果表明:胶质和沥青质质量分数增加对析蜡点和析蜡高峰温度影响较小;芳烃质量分数增加会显著降低析蜡点和析蜡高峰温度,但在一定质量分数下会造成沥青质析出;含蜡量增加会大幅提高析蜡点和析蜡高峰温度,不利于加热法解除近井蜡堵。试验结果有利于热力学预测高含蜡原油析蜡特征及指导油井清蜡。

非卸船工况下LNG接收站BOG产生量的计算

在LNG接收站运行过程中,准确计算BOG产生量是保证安全生产的重要工作之一。基于BOG产生量常用的计算方法,总结了非卸船工况下BOG产生量的关键因素,主要包括储罐吸热、保冷管道吸热、泵运行产热,同时增加了再冷凝器冷凝BOG随保冷循环LNG重新回流到储罐这一不可忽略的因素,并分析了罐压变化对BOG产生量的影响。通过对罐压不变、罐压逐渐上升、罐压逐渐下降3种工况下的BOG产生量与处理量进行计算,结果表明:在3种不同工况下,利用储罐吸热量、保冷管道吸热量、泵热量回流量、再冷凝器冷凝BOG回流储罐流量计算BOG产生量具有较高的准确性和可行性;BOG产生量与处理量计算结果的偏差均小于5%,但若忽略冷凝BOG回流储罐、罐压变化的影响,则二者偏差可分别达到50%、23%。在LNG接收站生产运行中,建议重视罐压变化对BOG产生量的影响,并对再冷凝器冷凝BOG回流储罐的流量加以控制。

大口径高压力复杂地形管道变形应力检测方法

中俄东线天然气管道具有超大口径、高钢级(X80)、高压力等级的特点,处于地质活跃的北部冻土与半冻土带,沿线易发生地质灾害,由此而来的非设计载荷会导致管道整体应力水平超过管道应变能力,给管道结构完整性与安全运行带来巨大挑战,采用高精度检测方法测量管道运行期间的应力是对管道进行安全评价的关键。针对中俄东线天然气管道的实际服役状况,在利用超声LCR波检测管道应力理论及方法的基础上,测量了超声LCR波在X80钢弹性变形及塑性变形中的传播时间,探究了超声LCR波在X80钢弹性变形及塑性变形中的传播规律。在中俄东线天然气管道投产运行之初,形成可靠适用的管道应力测量工程应用技术,为其今后运维中的安全评估提供了技术储备。

中俄东线天然气管道贸易交接点仿真软件研发

为了满足中国和俄罗斯双方对中俄东线天然气管道工程管输天然气的贸易需求,有效模拟管道过境段贸易交接点的管道特性参数及其变化趋势,实现日平均交接点压力及日最低交接点压力的计算与判定功能,根据两国协议拟定的水力、热力计算基本公式及气体状态方程,建立数学模型,利用牛顿迭代法对管道粗糙度及环境换热系数进行自适应校正,中国研发了具有自主知识产权的交接点压力与温度仿真计算软件。将软件仿真结果与俄罗斯软件仿真结果进行对比,结果表明:软件计算精度满足中俄东线天然气管道工程相关协议要求,证明了软件计算结果的可靠性,因而实现了中俄东线天然气管道工程贸易交接点工艺参数的仿真计算,可对中俄东线的天然气贸易交接进行监督与管控。

船舶锚泊活动对海底管道埋深的影响

海底油气管道保护是管道工程领域的重点工作,在沿海特别是海上交通密集区域,船舶的锚泊活动是引起管道事故的重要因素。为了有效防范管道被船锚破坏,需要综合分析船锚在海底的入土深度,确定一个合理的埋深值。对比了国内外关于海底管道埋深的不同标准,分析了船舶锚泊活动可能对海底管道造成损害的类型,从抛锚情况下锚触底后的贯穿量和拖锚情况下锚爪能够啮入海底的最大深度两方面分析了锚泊活动与海底管道埋深的关系。结合国外规定的埋深值,建议沿海船舶交通密集区域海底管道较为合理的埋深值为1.5～2 m。(图2,表4,参21)

金坛盐穴储气库地质力学评价体系研究进展

基于盐穴储气库所在目标地层的地质特征、物性参数及运行参数等,建立盐穴储气库的地质力学模型对盐穴围岩响应规律进行研究,是目前盐穴储气库运行参数优化及安全评价的主要方法之一。通过对盐穴储气库地质力学评价中的岩石力学参数获取、地质力学模型建立及安全评价指标体系的国内外研究进展进行综述,并结合金坛盐穴储气库实际情况,对盐穴储气库地质力学评价体系的应用效果进行了验证。同时,根据金坛盐穴储气库后期发展面临的技术难题,对盐穴储气库地质力学评价体系进行了展望。

中美油气管道完整性管理规范发展现状及差异

中国油气管道建设发展迅猛,加快油气管道完整性管理标准规范的体系建设势在必行,而美国油气管道完整性管理法规标准体系较为完备。采用对比分析方法,总结了中美油气管道完整性管理的发展现状,重点分析了中美油气管道法律法规标准有关基线评估、高后果区识别、完整性评价、维修维护等关键技术条款的特点及差异,提出了当前中国油气管道完整性管理在标准体系、监管、技术应用等方面存在的问题和发展方向。研究结果表明:美国已将完整性评价最低要求扩展至中后果区,冲击水压试验和超声导波探伤已列入油气管道完整性评价技术体系;中国提出了在役油气管道压力试验的新要求。今后可借鉴美国油气管道完整性管理的技术体系和先进理念,依托油气管道隐患治理工作,建立适合中国国情的油气管道完整性管理规范体系和政府监管体系。

智慧管道站场设备状态监测关键技术

以"全数字化移交、全智能化运营、全生命周期管理"的智慧管道建设为背景,探讨了物联网、大数据、云计算、人工智能等信息技术在智慧管道站场设备状态监测中的应用方式。为了满足状态监测的新需求和新模式,提出并研究了4项智慧管道站场设备状态监测关键技术:信息感知技术、数据存储技术、数据挖掘与智能分析技术、可视化展示技术。基于此,设计了包含4个层级的设备状态监测平台框架结构,分别为智能感知层、数据存储层、智能诊断层及可视化层。研究成果为智慧管道关键设备状态监测提供了技术方法。

一种在SCADA系统增加PostgreSQL支持的数据库开发

为了实现基于Oracle商用数据库开发的长输油气管道SCADA系统PCS(Pipeline Control System)软件对开源数据库PostgreSQL的支持和优化,对Oracle与PostgreSQL数据库的功能和语法结构进行了详细分析。在此基础上,提出采用PostgreSQL中表继承的方法,实现对Oracle表分区功能的替换;通过分析Oracle与PostgreSQL存储过程的语法差异,对PCS中的存储过程进行改造和优化处理;利用PostgreSQL对Python语言的扩展支持,实现存储过程对本地文件的直接读取功能;利用在PostgreSQL中创建新视图的方法,实现对Oracle同义词功能的替换;采用在PostgreSQL中创建一个对象数据表的方法,实现对Oracle目录对象功能的替换,并提出了一种软件架构方法,从而实现了PCS软件对Oracle与PostgreSQL两种数据库的支持。通过兼容性改造,成功实现了PCS对PostgreSQL数据库的完美支持和性能优化。

GB 50251与ASME B31.8中输气管道试压规定的对比

管道试压是检验输气管道工程质量和保证管道安全的重要手段。GB 50251-1994《输气管道工程设计规范》对输气管道试压作了详细规定,是指导我国输气管道试压的最基础规范,该标准于2003年、2015年进行了修订。针对地区等级划分与设计系数选取、强度试验要求、严密性试验要求等管道试压关键问题,对GB 50251-2003、GB 50251-2015与ASME B31.8-2012《输气与配气管道系统》相关规定的差异进行了对比分析。结果表明:与采用0.8设计系数的ASME B31.8-2012相比,GB 50251-2015首次在一级一类地区采用0.8设计系数;在各地区等级沿线居民户数和(或)建筑物的密集程度的要求上,ASME B31.8-2012较GB 50251-2015更严格;在强度试验与严密性试验方面,GB 50251-2015对GB 50251-2003进行了补充和修改,降低了其保守性,但与ASME B31.8-2012相比仍然存在不全面之处。

曹妃甸油田变径海底管道清管的可行性

为了对曹妃甸油田3条变径海底混输管道实施清管,以其中的WHPE至WHPD海底管道为例,对其清管的可行性进行研究。研制了蝶片直板清管器,其蝶片密封盘具有较好的密封性、柔韧性及耐磨性,通过能力强,可以双向运动,能够适应于变径海底管道清管作业。通过模拟清管过程可知:曹妃甸油田变径海底管道清管是可行的,采用蝶片直板清管器可以较好地完成该管道的清管,清管平均速度为0.8 m/s,清管时间为5 990 s,清管过程中管道入口压力最大值为2.64 MPa,远小于管道入口设计压力与清管器承受压力。辨识出WHPE至WHPD变径海底管道清管的主要风险,并制定相应的应对措施,清管风险可控,安全性较好。研究结果为变径海底管道的完整性管理与风险评价提供了指导。

基于气温累积效应的冬季燃气日负荷预测——以西安市为例

为了确保民生用气平稳有序,降低燃气管道运行风险,对城市用气短期负荷作出准确预测尤为重要。通过对西安冬季气温与燃气日负荷之间的关系分析,发现在不同的气温条件下,气温累积效应的强度不同,对燃气日负荷影响程度也不同。因此,提出基于累积系数k的气温修正公式,在新公式中引入了预测日平均气温、低温持续天数及预测日前3天温差等因素的影响,从而使燃气日负荷与气温之间的相关程度得到较大提高。实例预测结果表明:通过累积效应系数对预测日气温进行修正后,得到了较高精度的燃气负荷预测结果,修正后预测值与实际燃气负荷的平均相对误差由修正前的7.78%降至4.63%。