自由悬跨分析在海底管道维修中的应用研究

在册镇管道全线几何检测中，发现KP25.3 km及KP19.7 km处出现较为严重的变形缺陷，变形量分别达到22%及12%，工程中采用结构管卡修复法进行缺陷维修。由于管卡安装时会导致管道产生悬跨，因此，为保证作业安全，需计算施工期管道允许的最大悬跨长度。结合工程实际，采用疲劳筛选准则分析计算了海底管道维修期的最大允许悬跨长度，并基于ABAQUS有限元模拟软件，对海底管道维修期的最大允许悬跨长度进行校核。结果表明，当12%、22%变形点处悬跨长度分别为18.4、21.3 m时，其最大Von-Mises等效应力校核结果均在管道许用应力范围内。     

海底输油管道悬跨的综合治理

海底管道出现悬跨有多种原因,敷设过程中海床凹凸不平、建成后海流和海浪的冲蚀及管道变形等都有可能形成悬跨。悬跨给海底管道的正常生产造成了极大的安全隐患,目前海管悬跨治理措施主要有主动支撑法、加重法和降流促淤法等。海底管道悬跨的各种治理方法都有其各自优、缺点,在具体工作中应取其优势,尽量避免其不足之处。其中降流促淤的方法应属于治本之策,在施工条件适宜的情况下可以普遍推广应用。     

结构支撑设计在海底管道悬跨治理方面的应用

海底管道自由悬跨可引起涡激振动,进而对海底管道造成疲劳损伤,增加管道失效的风险。本文以南海某项目海底管道实测悬跨为例,计算了海底管道许用悬跨长度并与实测悬跨对比,确定出需要治理的实测悬跨,通过三种悬跨治理设计方案的比较,最终选择结构支撑设计方案,基于SAGE Profile V6.4软件模拟分析确定支撑的位置和高度,为海底管道悬跨治理方案的制定和实施提供了参考。     

滩海油田海底管道悬空治理

以埕岛油田CB251C-CB251D海底注水管道泄漏事故为例,分析了海底管道泄漏的原因。经过比选提出了水下支撑法。其主要作用是减少管段的悬空长度,避免管道在水流作用下出现共振;推出了管道临界悬跨长度的计算公式,并对支撑桩的位置进行了分析。     

洪水中悬跨管道加装防护索的力学行为及布索方案

埋设在河流中的油气管道在洪水的冲刷作用下,容易漂浮于洪水中而形成悬跨,洪水对裸露管道的冲击作用很大,管 道易发生显著弯曲变形,其中部分管道由于强烈的洪水冲击而有可能断裂,进而造成严重的后果。为了给悬跨管道在洪水载荷作用 下的安全防护提供参考,根据洪水中漂浮管道的受力特点,建立了悬跨管道加装防护索的静力学线性分析模型和非线性有限元模型, 通过算例分析了不同管道悬跨长度、洪水流速下防护索的加装角度和位置对管道变形与应力的影响,进而提出了一种临时的水工保 护措施：①管道受洪水冲刷作用形成悬跨后,在管道受冲击一侧加装两条对称的临时防护索;②防护索最优的加装位置为管道悬跨 长度的1/4 处,其方向与管道夹角为60°。最后以API 标准X70 钢Ø1 016 mm 天然气管道悬跨不同跨度为例,探讨了防护索最小 许用截面积的影响因素和确定方法。结论认为：悬跨管道加装防护索后显著降低了管道的应力水平,为悬跨管道在洪水载荷作用下 的安全防护及现场抢修工程提供了解决方案。     

浅议应用DNV-RP-F105计算海底管道允许跨度

海底管道悬跨是危害海底管道安全的重大隐患。悬跨的海底管道，由于受到浪和流的影响，会将涡旋传递到管道的薄弱部位；如果涡旋脱落的频率接近管道振动的自然频率，涡旋脱落频率会迅速达到悬跨管道振动的自然频率，这种共振频率引起的振动会很快积聚管道疲劳并破坏管道。该研究主要根据DNV-RP-F105讨论使用顺流VIV开始值准则和横流VIV算海底管道允许跨度的方法，作为工程设计的参考。计算结果为，顺流允许悬跨长度41m；横流允许悬跨长度44m。     

非连续性抛石处理海底管道悬跨原理及施工工艺

为解决海洋石油管道工程中海底管道悬跨的问题,阐述非连续性抛石处理海底管道悬跨的原理及施工工艺,该技术通过常规工程船舶搭载石料,采用遥控无人潜水器可操作自卸式抛石漏斗进行抛石作业,采用多点抛料、逐级堆叠的施工工艺完成抛石处理,应用三级校核标准实现抛石质量控制,完成悬跨点抛石支撑。非连续性抛石处理海底管道悬跨施工工艺简单、对作业船要求低、不影响油田生产,而且可靠性高,在费用和效果上都具有较大的应用优势。该方案为处理海底管道悬跨问题提供了新的思路和途径。     

核主元分析在悬跨管道状态识别中的研究

提出一种基于核主元分析的悬跨管道状态分类识别方法,实现了海底悬跨管道结构状态的分类识别,指出了悬跨管道状态识别的核心问题及其复杂性。根据核主元分析思想,建立了悬跨管道的状态识别方法,利用管道状态变化过程中系统的前三阶固有频率,构造了状态特征参数,通过数值仿真验证了本文方法的有效性。     

海底悬跨管道地震作用下水动力模型的数值分析

提出地震作用下海底悬跨管道周围流场变化的计算方法,并基于海底悬跨管道水下振动台模型试验条件,建立有限元离散模型,开展试验工况的数值仿真计算,验证了海底悬跨管道地震作用下流体动力分析模型的可行性。并借鉴波流作用下海底管道水动力计算的Morison方程,开展了地震作用下水动力系数影响因素和规律的数值仿真研究。     

高雷诺数下近壁圆柱绕流数值模拟与分析

近壁圆柱绕流问题在海底悬跨管道的研究中具有重要的意义。在绕流阻力、升力以及海底土壤的耦合作用下,海底管道所发生的移位、悬跨等现象对于海底管道的安全运行构成了很大的威胁。正确预测各种绕流条件下管流之间的作用力是保证油气管道安全的首要任务。海底管道在极端海洋环境条件下的管、流相互作用为高雷诺数绕流问题,处于高雷诺数下的绕流模拟比处于低雷诺数下的绕流模拟要复杂很多,它需要更精细的网格以及合适的湍流模型。此文对处于悬跨状态下的海底管道进行数值研究,给出不同间隙比下海流绕流海底管道的流场结构形态,分析了间隙比对绕流阻力和绕流升力的影响,为进一步研究海底悬跨管道的受力和变形提供载荷边界数据。     

管道安全对焊管制造技术的新挑战

改革开放以来,我国的油气需求急剧增长,推动了油气管道建设飞速发展,陆续建设了一系列油气长输管道。截至2018年底,我国累计建设油气长输管道里程数为13.6万km,其中,天然气管道累计达到7.9万km,加上正在建设的中俄东线、鄂安沧和新气南段,我国天然气管道里程将接近9万km。随着我国油气长输管道网络的初步建成,油气管道遍布全国,管道安全问题也日益突出,近年来由于高钢级管道断裂而引发的爆炸事故,对焊管制造技术提出了新的挑战。通过对国内外管道失效事故的回顾,总结了我国管道制造技术面临的挑战,并提出了应对措施和研究方向的建议。     

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中国四川省的天然气管网已运行30年,管线老化、腐蚀严重,近几年爆管事故频繁,严重影响管道安全和正常输气。迫切需要了解和提高管道系统的运行可靠性,减少事故,延长管道系统的使用寿命。文章论述了天然气管道运行可靠性评价技术理论内容和计算方法,给出了天然气管道系统中线路部分、压气站和整个系统可靠性指标的计算公式,分析了天然气管道的失效模式和寿命分布模型, 提出了保证管道系统可靠性的措施。     

管道输油安全隐患识别及事故的预防

系统总结了当前中国管道输油的安全隐患,结合国内外近几十年来发展起来的管道事故识别、检测和 定位的主要方法,分析了各种管道事故的危害,并提出了事故的预防措施。     

输气管线硫化物的应力腐蚀与控制

四川天然气输气管线决长１４１４ｋｍ担负西南三省的工业和民用输气任务。近的来因管道腐蚀而爆管的事故不断发生，造成巨大的经济损失和环境污染。为了减少管道事故，输气公司对大量的管道事故进行了分析研究。结果表明：管道中的Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｓ、Ｃｌ和应力的综合作用造成了管道钢的开裂。针对造成事故的原因采取了控制措施，取得了较好的经济效益和社会效益。     

高含硫天然气埋地集输管道的安全管理研究

高含硫天然气从井场开采出来后通过集输管道输送到天然气净化厂处理,高含硫天然气集输管道是高危管道,一旦发生泄漏将会导致严重的安全事故,因此必须重视对集输管道的安全管理。为了确保高含硫天然气埋地集输管道的完整性和安全使用,某高含硫气田从预防和响应角度采取了一些管理措施,实施了智能清管、阴极保护等措施对管道内外部腐蚀进行控制和监测,以及时发现管道缺陷并修复,避免因腐蚀穿孔、应力腐蚀开裂等导致高含硫天然气泄漏事故的发生;在管道沿线安装了气体云成像泄漏监测系统和硫化氢点式探测器对管道进行实时监控,提升了高含硫天然气泄漏时的检测能力和响应能力,能够有效防止事故的扩大。     

超临界含杂质CO2管网停输再启动对水合物生成的影响

目的在CO₂管道输送过程中,输送管网的工艺参数在停输再启动工况下会发生变化,容易生成水合物堵塞管网。预测和分析CO₂输送过程中水合物及水含量的生成规律,以保证管输的效率和安全性。 方法基于延长油田一期36×10⁴ t/a输送管网设计,利用OLGA软件建立超临界含杂质CO₂输送管网模型,在稳态输送下水合物生成的研究基础上,预测和分析停输再启动工况对水合物的生成位置和生成量等的影响。 结果在停输工况下,水合物生成温度和压力降低,水合物生成位置发生前移,在管网入口5 km处开始有质量浓度为0.18 kg/m³的水合物生成;而在再启动工况下,水合物生成温度增加,水合物生成量峰值为0.9 kg/m³,水合物生成区段减短且生成位置后移至管网20 km处。 结论模拟结果可以较好地指导延长油田管网设计,为管网的安全运行提供理论依据。      

油气输送钢管安全运行的质量控制模式及影响因素

为了进一步探索油气管道安全运行的质量控制模式,总结了油气管道失效控制的基本方法,并对我国近年来油气管道失效事故和油气输送钢管的质量现状进行了统计分析。基于可靠性和失效控制理论,建立了影响管道安全运行的钢管质量因素树图,分析了管道失效的主要模式和原因,并提出了有效的质量控制模式及相应的改善措施。研究结果表明,油气输送钢管的总体质量水平和控制能力与国外有一定差距,需要采取有效的质量控制措施,从而保证油气管道的安全可靠运行。     

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天然气管道发生泄漏扩散是输气管道事故危害的根本原因，因此建立输气管道泄漏扩散的合理模型是正确评估输气管道事故损失后果的关键技术之一。通过分析高斯（Gaussian）模型、Sutton模型和重气模型等常见气体扩散数学模型在模拟天然气管道泄漏扩散过程中的局限性，结合天然气管道泄漏扩散过程的特殊性，在同时考虑输气管道孔口泄漏过程的射流作用和膨胀效应，以及重力作用和水平风速对天然气扩散的影响效果的基础上，建立起了适合天然气管道泄漏特点的扩散模型。该模型从考虑因素的合理性和气体泄漏边界条件的选取上都更加符合天然气管道泄漏扩散过程的实际情况。此外还对新建模型的科学合理性和使用可靠性进行了算例模拟分析检验。     

某油田地面管线腐蚀穿孔分析与治理

为了有效控制油田地面管线腐蚀穿孔事故,针对某油田地面管线2014年腐蚀穿孔的情况,从管道材质、输送介质及腐蚀形式等方面进行了统计分析。分析结果显示,最易导致腐蚀穿孔的管线是污水管线,且普遍属于内腐蚀,主要是CO2-H2S-Cl--H2O-O2电化学腐蚀最终导致了穿孔。同时研究了导致金属管线和非金属管线腐蚀穿孔的主控影响因素,在此基础上提出了具体的防治和管理措施,从而事先预防管线的腐蚀穿孔,保障油田的安全正常生产。     

海底登陆管道穿越航道改造技术

锦州20-2凝析气田登陆管道穿越锦州港航道,锦州港扩建工程需要对该管道进行改造。管道改造前实施了复合清洗;管道与航道相交处切除了部分旧管道,并相应铺设平行于被切除段旧管道的新管道,通过两套法兰膨胀弯与原管道连接;管道改造完成后,进行整体清管、试压;试压合格后进行乙二醇干燥投产作业,实现了锦州20-2凝析气田快速安全复产。锦州20-2海底登陆管道改造工程是国内首次对穿越航道海底管道进行的改造。