大落差天然气管道清管冲击分析

中缅天然气管道沿线地势复杂,形成了很多的大落差管段,最大处可达1000多米,给清管作业带来了相当大风险。针对某大落差管段,采用OLGA软件分析了清管器在管内的运行速度与持液率变化,得出管道承受的冲击载荷,再利用CAESARII软件分析了在此荷载作用下管道应力与位移变化。研究结果表明,清管器在作业时,管道内部的输送压力对大落差管段的冲击荷载影响明显;管道在土壤中的横向和纵向位移均较小;在积液量较少情况下,清管器速度与持液率的增加对冲击应力影响较小。     

基于CEL的管道清管器90°弯头通过性能分析

在油气管道内检测作业中,清管器通过90°弯头时常面临卡堵风险,进而对检测和清管作业效率造成严重影响。为研究清管器在过弯时的通过性能,选取皮碗外径168 mm的清管器和弯曲半径为3D的90°弯头为研究对象,分别建立了三维准静态和基于欧拉-拉格朗日(CEL)方法的三维流固耦合2种仿真模型,并对仿真结果进行了对比研究。在此基础上,提出了以动力学响应特性和变形状态为依据的清管器弯管通过性评价方法,并分析了皮碗过盈量、夹持率和结构形式对其影响。研究结果表明,为保证清管器良好的过弯性能,过盈量范围应在2%～4%之间,夹持率应在60%左右,皮碗几何非连续特征面设定原则应使皮碗与过盈管道接触位置集中于皮碗唇部。研究结论对于管道清管器防卡堵机械结构设计及内检测施工安全保障具有一定的科学价值和工程指导意义。     

组合弯管在油气长输管道中的应用

在石油天然气长输管道线路设计中通常采用热煨弯头或弯管来满足管道改向的敷设要求,但由于热煨弯头使用量大、制造技术要求较高,因此常常难以满足施工要求,采用组合弯管替代热煨弯头的方法可解决这一问题。文章讨论了冷弯管组合及其相关计算、冷弯管与热煨弯头组合等技术问题,指出了组合弯头（弯管）设计应注意的事项。     

清管器通球载荷的应力分析方法

清管器清管作业中,通球载荷作为冲击力依次作用在各个弯管上,如管道系统和支架设计不合理,将对管道系统造成危害。为了评估清管器清管作业中通球载荷对管道系统的影响,本文介绍了产生通球载荷的计算过程,列举了清管器相连输气管道的校核标准,提出了校核通球载荷的等效静态法和时程分析法,应用CAESAR II管道应力分析软件结合案例对等效静态法和时程分析法进行了详细说明,编制了静态分析工况和时程分析工况,对比了两种方法计算结果的不同点,可为清管器管道系统设计提供参考。     

蒸汽管线U形弯失效分析

采用金相分析、管线应力分析、材质化学分析、硬度分析等手段,对U形弯管开裂进行了分析和研究。分析结果表明,弯头处开裂主要是由管材热疲劳引起的。     

油气管道清管器的通过性能设计

管道清管器在长输油气管道的清管、扫线中具有重要的作用,因而被大量广泛地应用于各类长输管道中。然而,由于部分设计者对清管器的通过性能没有很好的了解或者根本就不知道怎样计算清管器的通过性能指标,所以很容易因为清管器的通过性能参数不满足管道实际工况要求而造成清管器的停球或卡堵现象。通过清管器模型推演、理论计算,推导出清管器通过凹陷变形直管段、三通、厚壁及阀门、弯头时需要满足的长度、骨架钢体直径、皮碗密封间距等基本设计参数,并给出具体的指导公式和经验值。该成果不仅对清管器的设计者提供了很好的参考设计依据,也为清管器在采购和选择时提供了判别依据。     

基于有限元法的大落差管段清管冲击分析

“川气东送”管道全长约2 200 km,沿线地形地貌复杂,多处形成大落差起伏,最大坡度达60°,给管道清管作业带来一定的困难和风险。为此,针对大落差管段建立了清管动力学有限元模型,在给定清管器进入管道时的初始运行速度、管道内压等作业参数的条件下,采用ABAQUS有限元分析软件分析了橡胶清管球在大落差管段清管时的运行规律以及清管器通过时管道的振动情况,研究了清管器冲击时的管道应力变化与清管器速度及管道内压的变化关系,评估了大落差管段清管时的安全性。结果表明：①橡胶清管器清管作业时,管道内部的输送压力对大落差管段的冲击载荷影响明显,管道最大应力会随着管道内压的增大而增大;②清管器的速度对冲击应力的影响不大,基本呈增长趋势,变化范围在7 MPa之内;③清管器通过时管道发生明显振动,通过后管道恢复原状;④为保证清管器顺利通过大落差管段,增大了清管器两端压差,此时清管器速度表现为增长趋势。     

长输管道埋地弯头结构的复杂应力分析

基于非线性有限元法,建立了埋地弯头应力计算的数值分析模型。模型中采用非线性土弹簧模拟土壤对管道的约束作用,采用壳单元模拟管道。以管道内压与温度荷载为载荷条件,分析了管道直径、壁厚、弯头曲率半径与夹角、土弹簧抗力多种特性参数对管道应力的影响,得到了管道最大应力的变化规律。计算结果表明,该方法能够较好地模拟弯头的受力过程,可为埋地弯头的设计与安全评价提供一定的参考依据。     

L管气液两相内流致振的流固耦合数值模拟

为研究气液两相混输管道的内流导致管道破坏的机理,利用ANSYS Workbench软件,建立L形弯管有限元模型和气液两相CFD模型,进行L形弯管内流致振的流固耦合数值模拟。研究结果表明:流体水平冲向弯头后动量发生改变,最大压力出现在弯角处;加载预应力的管道模态计算的频率比不加预应力的管道模态计算的频率略有增大,但幅度甚微;两相流动在垂直方向(y)上产生的振动最小,在水平方向(x)上的振动幅度次之,最大振动出现在没有固定约束的z方向;最大位移点应力随时间周期性变化,且变化幅度逐渐减小;两相流频率接近管道的2阶固有频率,易产生共振,因此应在z方向加固定约束。研究结果有助于解决海上平台管路振动问题。     

基于Fluent的弯头结构改进

弯头是改变流体流动方向的典型管道配件，除了用于改变介质运动方向外，还起到提高管路柔性，缓解管道振动和约束力，对热膨胀起补偿作用等。在管道系统的事故案例中弯头的失效率最高，而且弯头的失效又有明显的局部性和突发性，特别是在石化、建材系统中，管道运行工况苛刻、复杂，而且介质腐蚀性强。文章以90°弯头为例，通过FLUENT流体仿真软件对弯管中的流体运动情况进行仿真，进而提出一种弯管改进方法，以提高弯管结构的使用寿命。     

管道泄漏及带压堵漏夹具

密封夹具是注剂式带压密封技术的重要组成部分 ,密封夹具的设计依据泄漏的条件和环境、介质的温度和压力合理地选材并确定其结构。简要分析了管道泄漏的原因 ,介绍了法兰、直管、弯头及三通等不同泄漏部位的带压堵漏夹具 ,对生产有一定的实用价值。     

煤层气地面集输管网的瞬态水力热力计算模型

煤层气特有的排水采气特性与煤层气区块复杂的地形条件,都极易导致凝析水在煤层气管网低洼处聚集,致使管网压力波动更加明显而频繁,给管网安全运行与维护带来了较大的隐患。为此,基于两相流水力热力相关计算公式,利用管网节点法与大型稀疏矩阵的求解方法,建立了煤层气集输管网的瞬态水力热力计算模型。综合考虑管网所在地区的地形起伏情况,对不同时间条件下的管网各节点参数进行了计算,从而明确了煤层气地面集输系统水力热力参数随时间与集输距离的变化规律。结果表明:(1)各管沿线的质量含气率逐渐下降,持液率不断上升,并受到地形起伏的影响而发生较大波动;(2)积液多存在于管路前端地势低洼处的初始上坡段,并且在管网清管后运行20 h时低点持液率超过高点持液率的1.5倍;(3)随着管路的延长,气相流速不断增大,沿线饱和含水率不断减小;(4)管路全线压力随时间的增加而逐渐下降,在地形起伏明显的地区,受持液率变化的影响,压力也发生了小范围的波动;(5)积液的产生是导致管网压力波动的主要原因。     

高频电阻焊管弯头破裂原因分析

为了减少油田集输管道用高频电阻焊管及管件的失效事故,找出高频电阻焊管失效的原因,对某油田开裂失效的高频电阻焊管弯头进行了检测和分析,通过弯头外观及壁厚检查、理化检验、宏观观察、电镜金相分析等方法,查找高频电阻焊管弯头破裂泄漏原因。结果表明,弯头所用焊管母材基体质量不高,抗焊接应力能力较差;在焊缝熔合线位置存在偏析和硫化锰夹杂,使得硫化物夹杂和母材基体边界产生应力集中,在挤压变形时,外加应力导致熔合线位置微裂纹萌生;弯头内、外壁防腐层脱落导致壁厚减薄,加快了裂纹开裂速度,引发弯头最终失效。     

皮碗式海洋管道内检测器通过性分析

由于海洋管道内检测器发生卡堵时会造成严重的经济损失,甚至可能发生事故,所以在设计时需要考虑内检测器的驱动力及其在管道内运行时的通过性。为此,对内检测器采用皮碗式设计,通过皮碗前后的压差对皮碗产生推动力使检测器运行,并对内检测器在直管段、弯头及障碍物处的运动特性进行分析。为了确定合适的采样频率,计算出内检测器在管道内不同压差下的运行速度。仿真结果表明:内检测器可顺利经过的最小曲率半径弯头为1.5 D(D为管道内径)弯头;在0.5~1.5 s内检测器的3个皮碗依次经过障碍,压力增量依次发生变化,并且由于运动速度改变,3个皮碗的压力增加时间不同;经过弯道时中间皮碗先受到弯道内侧挤压而先产生压力增量,随后前后两个皮碗一同产生较大压力增量,此时末端皮碗压力增量变化不大;当模型经过管道弯头的1/2时,前端皮碗压力增量开始减小,末端皮碗压力增量开始增大。研究结果可为海洋管道内检测器的尺寸设计和现场应用提供数据支持。     

沁水盆地郑村区块煤层气集输系统的优化调整

沁水盆地煤层气田郑村区块2010年建成投产,采用的是同步建设的开发模式,因气井产量受构造、含气量、压裂及排采工艺等因素的影响,存在着单井产量差异大,区域产能不均,煤层气井井口压力低,产量对管网压力敏感等问题。为此,首先优选适合煤层气集输系统的水力计算方法,利用TGnet软件对郑村区块集输管网系统进行建模(状态方程选用BWRS方程,流动方程选用Colebrook-White方程),通过模拟计算分析了集输系统的运行现状。针对输气量超负荷、管线变径较大导致有明显节流现象的问题,在理论分析的基础上,提出了集输管网系统优化调整措施:1集气站扩容;2集气站进口管线节流优化改造;3安装粉尘过滤器;4采气管线安装凝水器;5增建复线。优化调整实施后,解决了郑村区块集输系统管压过高、管线积水、粉煤灰影响集输效率等问题,系统降压明显,管线输送能力大大提高,释放了区域煤层气产能,取得了良好的效果。     

超声波应力测量技术在褶皱管道上的应用

冻土地区土壤冻胀融沉给埋地管道造成了额外载荷,导致管道应力水平过高,威胁管道的安全运行,但目前尚无有效的应力测量技术能够直接对变形管道受力情况进行准确评价。针对某处高寒冻土区存在融沉现象的管道,应用超声波应力测量技术开展了管道在线轴向应力检测,通过应力测量结果对管道的受力状况和褶皱成因进行了分析。从工程应用的角度探讨了超声波应力测量技术的适用性。结果表明:当前状况下管道轴向应力为压应力,应力最大值超过管材屈服强度,是管道变形和褶皱产生的主要原因;超声波应力测量技术能够准确测量管段在线应力,是评价管道安全状况的有效手段。     

普光气田高压高含硫酸气管道的焊接及热处理工艺

普光气田是高压高含硫气田,地面集输管网采用全湿气加热保温混输工艺,管道材料采用抗硫碳钢等,焊接工艺复杂。文章阐述了耐高含硫酸气管道的选择、焊接、热处理工艺;耐酸气管道焊接的技术难点;耐酸气管道关键焊接技术（金属粉芯半自动下向焊接技术和厚壁集输管道温度控制技术等）。工程实践表明：集输管道焊接一次合格率为95．3％,返修合格率100％。     

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长庆气田开发过程中，硫化氢、二氧化碳、氯离子及水等多种腐蚀介质对井下管柱，地面采、集、输设备会产生不同程度的腐蚀，造成油、套管的断裂，井口装置失灵，集输管线爆破等事故。该气田腐蚀主要有硫化物应力腐蚀和酸性气体的电化学失重腐蚀两类。初期开发的气井由于井底残存部分积液，其中溶有一定量的酸性气体，从而形成酸液对井下管柱的腐蚀破坏。随着气井开发周期的延长，酸液腐蚀过程中产生的Ｈ＋在井下高温高压的作用下将不断地渗入到管柱内，从而降低管柱的硬度和强度，在拉应力的作用下将会造成管柱的应力变形或断裂。为抑制腐蚀介质的腐蚀破坏，建立了气田防腐专项研究项目，从根本上探明长庆气田的腐蚀特点，并借鉴国内其它油气田有关防腐工作的研究结果，开发出适合长庆气田的防腐措施，确保气田长期、高效地开发生产。     

天然气长输管道通过高填方规划道路区的整治设计

通过高填方规划道路区的天然气长输管道,因受路基高填方沉降的影响,会导致管道力学形状发生变化,管道有可能出现局部应力集中,这将严重影响管道的运行安全。对于该类问题目前多采用建设保护涵的方式来解决,但保护涵施工困难,投资高且不满足地方政府道路施工工期的要求。为此,对高填方段管线应力进行分析,提出了整治措施并计算其安全合理性。结果表明,增大管道壁厚是可行的整改方案。进而应用ABAQUS有限元软件,用梁单元模拟管道,将管道上方的回填土视为荷载,管道下方的弹性地基模拟为均匀分布的弹簧,分析了管道的稳定性以及因规划道路高填方不均匀沉降引起的管道应力。通过应力云图可以看出,管道在沉降突变处出现了应力集中现象,如果对该区域的管道不采取合理的整治措施,管道将在运行时出现事故。ABAQUS有限元软件分析结果也表明,高填方区管道因不均匀沉降引起的应力,通过增大管道壁厚的整治方案最为经济、合理。但同时也指出,管线安全运行的根本保障还是避免管线路由敷设于高填方规划区内。     

一种新型集输管线用内衬钢管螺纹接头密封性能研究

目前油田集输管线采用焊接方式连接,管道运行较长时间后其内壁会发生较严重的腐蚀,焊接处焊缝会出现各类缺陷。为了解决钢管内部腐蚀和管道焊接所带来的问题,设计了一种新内衬钢管接头,并通过静水压试验测试其接头的密封性能。选取3组新型Φ73 mm×5.51 mm J55钢管螺纹接头和镀镍接箍,进行静水压试验。试验结果为:三组试样未发生泄漏,螺纹未发生变形最高压力57.8 MPa。经过静水压试验,所设计接头的密封性符合API Spec 5CT-2018的要求。