横穿状态下滑坡对管道推力的计算

滑坡是长输油气管道主要的地质灾害风险之一,滑坡对管道的推力计算是滑坡灾害风险定量评价的重要内容。针对管道横穿均质土滑坡的情况,在对滑坡与管道相互作用过程分析的基础上,利用极限平衡法推导了横穿敷设情况下滑坡对管道推力的计算方法,并利用数值模拟验证了该计算方法的合理性。结合实际案例,进一步分析了管道埋深、直径和滑坡土体内摩擦角、黏聚力、容重等因素对推力的影响,并计算了滑坡推挤导致的管道附加应力。结果表明,管道直径、埋深和滑坡体土体性质是影响推力大小的主要因素;管道能承受的滑坡推力很小,应对滑坡灾害予以足够的重视。     

基于滑坡区域的不同土质埋地输气管道安全评价

滑坡是威胁埋地管道安全的地质灾害类型之一。随着管道建设的不断发展,管道不可避免的会穿越滑坡频发区域,为了保障管道安全,避免不必要的经济损失,有必要对滑坡作用下的管道进行安全评价。不同土质的滑坡土体对管道造成的影响不尽相同。结合工程实例,选择FLAC 3D有限差分软件,将不同滑坡土质下管道临近屈服强度时模拟得到的滑坡体位移及管道位移进行比较,研究不同滑坡体土质对管道可靠性的影响。结果表明:整个滑坡体的位移量大致沿滑动方向逐渐减小,最大值位于滑床后缘,其中,由于管道的存在,靠近管道上方的滑坡体合位移量相对较小;埋地管道的最大变形出现在管道穿越滑体的中间部位;滑坡土质为黏土情况下的埋地管道最为危险。     

基于有限元方法的滑坡地段输气管道应力分析

为了保障天然气长输管道的安全运行,需要探寻输气管道穿越滑坡地段的应力分布规律并采取应对措施,为此,采用CAESAR II软件和ANSYS软件对埋地输气管道纵向和横向穿越滑坡段进行了应力分析,并研究了滑坡体的位移量、土壤性质,管道外径、壁厚、内压和管材等对管道应力应变的影响。研究结果表明:1 CAESAR II的应力与位移计算结果均趋于保守,但对分析结果可以进行更为详尽的分析和考虑,而ANSYS软件处理非线性问题更为准确;2纵向滑坡作用下,管线的最大等效应力应变和位移量均出现在弯管处,说明弯管是应力危险截面;3滑坡体位移量越大,管道承受的应力越大,失效的可能性也越大;4径厚比越小,管道安全稳定性越好;5相对于纵向滑坡,横向滑坡则要危险得多,很可能会造成管线的局部屈曲变形甚至拉伸断裂;6处在滑坡区的管道屈曲变形程度很大,因此建议使用浅埋方式穿越滑坡多发地段和古滑坡区。     

横向滑坡对管道的影响试验

滑坡灾害在油气管道沿线时有发生,严重危及管道的完整性。目前滑坡对管道影响的实验研究以小比例模型实验居多,实验方法本身存在着管道相似材料制作困难和模型畸变等问题。采用人工堆积的方法构建了埋设219 mm口径管道的全尺寸土质滑坡模型,进行了滑坡对管道力学影响试验。采用前缘开挖及后缘注水的方式诱发坡体滑动,利用测斜仪和应变计监测滑坡体的变形以及管道的变形和应力。结果表明,边坡前缘临空条件和地下水条件是影响管道滑坡稳定性的关键因素。管道在下滑力的作用下出现了明显的变形,主要的破坏方式为梁式弯曲,应力最大点位于滑坡宽度中心和滑坡左右边界处。     

基于管道应变监测的滑坡灾害预警与防治

因其复杂性、多发性和较强的危害性,滑坡地质灾害是长输油气管道难以回避的重大安全风险之一。作为管道完整性管理的核心技术,管道应变监测和应变分析能够直观、定量地获得地埋工况条件下管体本身的即时应力应变数据,在及时发布承灾体（管道）变形预警的同时,还可以对致灾体（滑坡灾害）的治理过程进行指导和评价灾害治理的实际效果,从而给运营商带来明显的减灾效益。为此,以某天然气管道的受灾管段为例,进一步阐明了管道应变监测的应用方法和在治理中的实际效果,论证了管道应变监测及其分析技术的适用性和可靠性,为长输油气管道地质灾害防御提供了一个新的、有效的技术思路。     

Necessity and Reliability of Pre-monitoring a Network for Geological Hazard

Important characteristics of long-distance pipelines in China are that they generally cover large areas and are subjected to variety of geological hazards, such as fault movement, landslide, flood, and surface subsidence. In concern of the possibility and high risk of geological hazard and according to the pipeline integrity management requirements, the authors focus on an important technical means which on the basis of the monitoring data to the change of the stress and strain of pipe body to establish an earlier monitoring warning system of geological hazards. This system can find the precursor of disaster accurately with a small amount of monitoring costs and improve the relevance of disaster prevention and reduce the cost of comprehensive management of pipeline. Based on this method, a project was conducted to prove reliability and necessity of this premonitoring network.     

冻土区横向滑坡对埋地管道应变的影响研究

为研究冻土区横向滑坡对管道应变的影响,采用ABAQUS有限元软件建立冻土区管道横向通过滑坡的模型,研究了山体高度、滑坡位移和滑坡宽度对管道应变的影响规律,得到如下结论:冻土区山体滑坡时,横穿管道所受的轴向应变主要为拉应变,最大应变在滑坡与非滑坡交界面,是危险截面;管道应变随山体高度、滑坡位移和滑坡宽度的增加而增大;冻土区管道敷设不宜超过高55 m的山体,因为该高度山体滑坡后,埋地管道可能快速发生塑性变形,山体高度对管道应变影响最大为44.0%;低矮山体滑坡位移对管道应变影响更明显,应变增量可高达1倍;滑坡宽度对管道应变的影响最大为27.0%,但滑坡宽度为20 m时,管道应变突增,建议每隔20 m左右设置抗滑桩,山体越高,防护措施布置应更紧密。研究结果可为冻土区埋地管道的施工建设提供理论依据。     

含体积型缺陷管道强度的有限元数学模型研究

石油天然气管道普遍存在因腐蚀造成的体积型缺陷,而且随着服役时间的延长不断恶化,最终导致管道破坏失效。本研究以保障管道运行安全为目的,对含体积型缺陷管道剩余强度进行了研究。利用有限元软件分析了由于管道内部腐蚀缺陷引起的表面应力场,归纳了引起管道表面微应变变化的影响因素,利用软件拟合出相应的方程,建立了管壁应变与影响因素对应的三维模型,为进一步进行管道安全评估提供基础理论依据。     

混氢天然气对流量计安装条件的适应性分析

目的将氢气混入天然气中后会改变流体的性质和流动状态,从而影响流量计的计量准确度,采用ANSYS Fluent模拟弯头后混氢天然气的速度分布,分析现行的孔板流量计和超声流量计安装条件标准是否适用于混氢天然气管道。 方法模拟单90°弯头和双90°弯头后混氢天然气的速度场,分析现行标准中规定的流量计安装位置是否能使混氢天然气速度达到对称分布,从而说明是否需要延长现行标准中规定的弯头后流量计安装位置前直管段长度。 结果①在单90°弯头后44D和50D截面处,掺氢量(摩尔分数,下同)为10%~30%时,气体流速未恢复到对称速度分布;②在双90°弯头后44D截面和50D截面处,掺氢量为10%时,气体流速已恢复到对称速度分布,掺氢量为20%~30%时的流速未恢复到对称速度分布;③在双90°弯头后30D截面处,掺氢量为10%时的流速未恢复到对称速度分布。 结论①对于混氢天然气,应适当延长现行标准中规定的单弯头后流量计前直管段长度;②当掺氢量达到20%~30%时,应适当延长双弯头后流量计前直管段长度;③当掺氢量达到10%且孔板孔径比减小时,应适当延长孔板流量计前直管段长度。      

Stress analysis on large-diameter buried gas pipelines under catastrophic landslides

This paper presents a method for analysis of stress and strain of gas pipelines under the effect of horizontal catastrophic landslides. A soil spring model was used to analyze the nonlinear characteristics concerning the mutual effects between the pipeline and the soil. The Ramberg–Osgood model was used to describe the constitutive relations of pipeline materials. This paper also constructed a finite element analysis model using ABAQUS finite element software and studied the distribution of the maximum stress and strain of the pipeline and the axial stress and strain along the pipeline by referencing some typical accident cases. The calculation results indicated that the maximum stress and strain increased gradually with the displacement of landslide.The limit values of pipeline axial stress strain appeared at the junction of the landslide area and non-landslide area. The stress failure criterion was relatively more conservative than the strain failure criterion. The research results of this paper may be used as a technical reference concerning the design and safety management of large-diameter gas pipelines under the effects of catastrophic landslides.     

天然气管道内涂层工艺计算

简介了天然气管道输气量、压降以及水力摩阻系数计算公式，综述了部分国家在手册与文献中提出的管子内表面绝对粗糙度数值；分别从输量、输送距离、管径和压缩机功率这4个方面对有、无内涂层的天然气管道进行了比较计算。结果显示：涂敷了内涂层的管道输量将增加24%；压缩机站站间距离平均增长32.87%；管径也将减小；同时输气消耗功率降低15%～20%。因此，天然气管道涂敷内涂层将会改善和提高流动特性、减少增压站数量、延长清管周期、延长管道使用寿命、降低输送动力消耗和泵输成本，从而取得良好的经济效益。     

集输管道清管应力荷载探讨

在高温高压埋地集输管道中,直管段的热位移在相邻弯头处部分释放,可能引起弯头应力水平增高。当清管或内检测工况下清管器通过弯头处时,由于存在管道与弯管连接处内径突变和弯头引起清管器运动方向改变等问题,将引起瞬时附加荷载,这可能对导致弯管应力水平进一步升高,因此有必要探讨该部分荷载的计算分析方法。     

In-service shear check of heated cased insulated flowlines

Starting friction would be induced and preserved somewhere along the seabed route of cased insulated flowlines(CIF) when the pipe carries service loads.The axial pipe-soil interaction can be divided into three pipe sections:the sliding section,the fixed section and the starting friction section.Although limited to a relatively small length of the pipe,the pipe coats of the starting friction section would suffer much higher shear force caused by thermal expansion than those of the sliding section or the fixed section.Based on the axial equilibrium equation of this kind of insulated pipeline,we developed a method for checking the shear force on CIF coats and their interfaces.The typical example shows that starting friction effect should be taken into account when checking the lap shear strength of heatshrinkable sleeves on CIF field joints.     

多因素影响下Y型管内流动状态数值模拟研究

Y型管在油气集输管道中应用广泛,但容易发生应力集中而引起腐蚀泄漏事故,因此有必要对其影响因素进行研究。基于流体动力学原理,借助CFD软件对油气集输管网中Y型管件进行流场和应力分析。结果表明:Y型管道剪切力受到流体流速、黏度以及气含率等多种因素影响;管道内部流速升高以及黏度增大均会增强Y型管道最大剪切力;增大气含率和支管管径会减轻Y型管道最大剪切力。该研究结论可为管道冲刷腐蚀的防护提供一定的理论依据。     

An investigation of constant-pressure gas well testing influenced by high-velocity flow

This paper presents the results of a study of transient pressure analysis of gas flow under either constant bottom-hole pressure conditions or the constant wellhead pressure conditions. The effects of formation damage, wellbore storage and high-velocity flow are included in the model. The analysis of simulated well tests showed that the interpretation methods used for liquid flow are generally accurate when the m(p) is used. For these conditions, a graph of 1/q_D vs. log t_D presents gradually lower values of 1.1513 as the value of p_wf decreases: for pressure buildup conditions, a graph of m_D(1, Δt_aD)/q_D(Δt_aD = 0) vs. (t_aD + Δt_aD)/Δt_aD shows values of this slope within 1% of the 1.1513 value. However, when high-velocity flow influences constant pressure production tests, the slope can yield errors up to 13%. This upper limit occurs when the formation has a relatively ‘high’ permeability (around 1 mD) and the rate performance test is affected by high-velocity flow. It was found that pressure buildup tests are superior to rate performance tests because high-velocity flow does not affect the slope of the straight line portion of the buildup curve. Derivative analysis of simulated buildup tests showed that the skin factor is considerably miscalculated when the high-velocity flow effect is significant. This problem could lead to errors in the calculation of the skin factor, s, up to 300%.     

地质灾害引发管道失效的应变分析

近年来很多基于应力设计的管道,在地质灾害等因素作用下,承受了超出设计条件的塑性变形,有的甚至引发了失效事故。对这些事故进行失效分析时,参考基于应力的准则,往往无法获得客观的结论。针对该问题,以某天然气管道环焊缝断裂的失效事故为例,以基于应变的准则,分析地层运动作用下的管道环焊缝的失效行为。结果表明,管道环焊缝在地层运动引发位移控制荷载的作用下发生了破坏。通过测量管道变形量,使用应变准则进行失效分析,可以定量获得管道失效环焊缝的临界应力及应变分析结果。     

HDPE管穿插法修复旧管道技术

埋设于地下的集输管网都面临着后期的腐蚀,解决腐蚀修复问题是集输管后期生产管理的主要问题。通过对HDPE管穿插修复技术工艺原理、HDPE管承压能力计算设计、管材原料、管材性能要求、管道短管、弯头处的连接方法、密封结构以及运行管理等的分析阐述,从而较详实地介绍了一种管道修复方法。这种方法可避免对腐蚀严重的管线全线开挖、彻底更换,因此成本相对较低,施工时间比较短,特别对于埋设于高大建筑物及重要交通干线下的管线腐蚀泄漏无法更换的问题也得到很好解决。原来的金属管道还作为承压管道,而内衬的HDPE具有非常好的防腐性能,总体上相当于金属与非金属的复合管,综合效果,特别是防腐蚀性能大大提高。     

跨断层区X80钢管道受压时的设计应变预测

活动断层是地震区天然气长输管道的主要威胁,断层作用下管道会发生轴向和垂向位移,导致管道内产生较大的应变而失效,断层作用下管道应变的准确计算对跨断层区管道的设计与安全评估具有重要意义。现有的针对跨断层区管道应变计算方法主要针对管道受拉情况,缺乏对受压情况的考虑。为此,基于非线性有限元法,给出了管道受压时(穿越角大于90度)的跨断层区X80钢管压应变数值计算模型,分析了直径、壁厚、内压、土壤特性、穿越角5种主要参数对设计应变(最大压应变)的影响规律,基于有限元数据,拟合得到了受压X80钢管设计应变回归计算公式,与"西气东输二线"工程实际工况有限元结果的对比,验证了回归公式的准确性。该回归公式为穿越断层区X80钢管基于应变的设计与安全评估提供了一定的参考。     

深水多功能管道维修机具夹紧装置的研制

为了解决深水海域多功能管道维修机具作业时稳定夹紧管道以及刀盘与管道保持同心的技术难题,提出了"双臂"抱紧式自定心管道夹紧装置的设计方案。该方案由两组对称的平行四边形双摇杆机构和摇块机构组成;以运动和传动为约束条件,对夹紧装置几何参数的求解进行了研究,建立了夹持点摩擦力矩与驱动力关联力学模型;以管径介于304.8~457.2 mm的管道为实例,设计制造了夹紧装置及机具,并进行了水下作业ADMAS仿真及陆上切割与坡口试验。结果表明:①油气管道管径越小,夹紧装置摇块机构的传动角越小,液压缸行程和双摇杆机构的传动角越大;②夹紧装置驱动力随油气管道管径的增加而增加,当管径达到457.2 mm时,夹紧装置液压缸驱动力应大于10 219 N;③初始切割管道时,机具将产生微小晃动,使刀具进给量突然增大,此时应采用小进给方式;④陆上试验结果与理论设计和仿真结果的吻合度较高,验证了该方案的合理性。该项成果为相关工程样机的研制奠定了技术基础。     

输气站场支管盲端振动问题解决方案

在输气站场工程中,输气站场支管盲端引起的振动常被忽视,但在压力和流量波动较大的输气站场,支管盲端引起振动非常明显,一般通过事后调整管道布置来避免运行中出现的振动问题。设计人员常根据经验筛选出易出现振动的工艺管道做动态模拟和防振动设计,一般工艺管道仅做静态设计。采用英国能源研究所指南提出的支管盲端振动失效概率计算方法,对国内某输气站场内管道系统中的支管盲端进行分析计算,调整不合理的管道布置,有效规避了生产运营阶段出现的盲端振动。计算结果表明,该方法是支管盲端振动问题的有效解决方案,可用来检验管道布置中支管盲端的合理性,并进行优化设计。