海底管道振动对砂基淘蚀影响的试验研究

针对引发振动的流与置于砂基上的管道淘蚀的相互作用问题,应用小尺度模型进行了试验研究。作为试验模型的管段由弹簧悬挂,管段淹没在水流中,并可在水平和垂直方向自由移动,依此研究管道系统的振动特性与淘蚀发展的关系。结合工程实践中的典型情况,应用相似比理论,建立起可在水槽中进行的试验模型。由这项研究所建立的方法不仅给出了管道下砂基动态淘蚀的机理,而且可为海底管道的概念设计提供参考性依据。     

海底管道砂粒冲蚀损耗研究

砂粒冲蚀是一个较复杂的机械过程,常使管材遭受磨损破坏,材料在砂粒反复撞击下损失不断加重,威胁管道的流动安全,管道经冲蚀失效后可导致严重的经济损失和环境灾害。以渤海某海底油气水混输管道为实例,基于冲击破坏模型,对配产期内的砂蚀损耗进行了逐年预测,阐明了年砂蚀速率与生产期总砂蚀损耗之间的关系,并对影响速率的关键因素进行了探讨。结果表明,控制累计损耗量比阈值速度更接近工程实际情况,为工程设计中砂蚀裕量的选取提供了技术依据。     

悬跨海底管道疲劳寿命分析研究

海底管道在服役期间由于各种原因会在某些管段形成悬跨。这些悬跨在海流力作用下,将产生涡激振动。这种涡激振动最终可能导致管道疲劳失效。管道在海流力作用下发生的涡激振动是管道振动和漩涡尾流振动耦合的结果。在建立管道振动模型和Matteoluca尾流振子模型基础上,对管道涡激振动动力响应特性进行分析。依据Miner线性损伤累积理论,采用S-N曲线法分析计算管道疲劳寿命。最后,针对海洋油气开发与生产,提出延长海底管道疲劳寿命的方法和措施。     

海底混输管道清管段塞影响因素分析及控制

海底油气混输管道在进行清管操作时,清管段塞会对下游的平台生产流程及设备带来冲击、振动等影响。在管道与平台连接处安装段塞流捕集器能够有效减小清管段塞造成的不利影响,但受平台面积的限制,段塞流捕集器的尺寸不宜过大。以渤海某油田的新建海底管道为例,分别研究管径、出口压力、管道输量等因素对清管段塞体积的影响规律,进而提出控制清管段塞体积、优化段塞流捕集器尺寸的可行措施。研究计算表明,通过优化清管操作,可将该海底管道的清管段塞体积由28.4 m~3减小至14.0 m~3左右,优化了捕集器的尺寸,减少了工程投资。     

水平入地管道缓蚀剂加注位置优化研究

在长输管线中,弯头是一种常见管件型式,利用ANSYS-CFX软件将水平管段、竖直管段和90°弯头组合成水平入地管道模型进行数值模拟,从缓蚀剂在弯头内部如何分布这一角度探讨缓蚀剂在水平入地管道模型中的运动规律和分布情况,然后根据数值模拟的结果改变缓蚀剂加注位置,得到结论:因受重力沉降作用,水平管段的缓蚀剂最难均匀分布,管道顶部覆盖缓蚀剂最少;在竖直管段管道内部气流扰动形成涡旋,有利于缓蚀剂均匀附着在管道内壁面;缓蚀剂加注位置设置在竖直管段,利用竖直管段的几何机构制造涡流,能够增加缓蚀剂均匀覆盖的机率,出口水平管道缓蚀剂覆盖管壁效果最好。     

海底管道悬空锤击内检测方法及振动信号分析

敷设在海床的油气管道可能会在洋流冲刷、地质运移等多种因素的影响下出现管道局部悬空现象，海底管道悬空会严重威胁油气输送安全。为有效检测管道悬空状态，提出了一种基于锤击检测法的海底管道悬空内检测器设计方案；结合MSC/Adams动力学仿真软件，采集经内检测器主动锤击激励管道内壁后不同敷设状况管段的振动响应信号，对采集的振动响应信号分别进行基于短时傅里叶变换(STFT)、频率切片小波变换(FSWT)和改进希尔伯特黄变换(HHT)时频分析，结合3种时频分析结果建立了管道悬空内检测效果评价指标。研究结果表明：经力锤激励后，管道振动响应信号整体幅值主要集中在50～120 Hz范围内，峰值频率主要集中在80 Hz左右；不同悬空状态下的管段振动响应信号幅值存在明显差别，越接近悬空管段中心位置，振动响应信号峰值频率对应的幅值越大；基于锤击法的管道悬空内检测器在仿真模拟环境中可有效辨别管道悬空状态。研究结果可为锤击内检测法应用于海底管道悬空状态内检测提供指导。     

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。     

海底悬空管道的动力响应分析

海底管道在多种因素作用下会出现淘空现象而产生悬空管段。该文针对埕岛油田的海底悬空管道建立了有限元模型和土壤的温克尔模型,并将两者耦合成整体结构的有限元模型,来模拟管跨振动和土壤的液化,寻找海底悬空管道振动的特点和规律,分析特定条件下管道悬空的动力学响应,对合理设计海底管道和指导现役管道的维修提供了较为科学、可靠的依据。     

基于人工神经网络的埋地燃气管道最大腐蚀坑深预测

运用人工神经网络建立了埋地钢管最大蚀坑与环境因素的相关模型,并利用试验数据进行了训练,结合最大蚀坑与时间的经验公式,得出了埋地燃气管道最大蚀坑的预测模型。     

输油管道悬空管段应力计算

输油管道经常穿越特殊地段,管道有可能在洪水或地震等作用下产生悬空管段。悬空的管段在各种力的作用下可能会失效,严重时会出现断裂现象,给管道公司带来严重的损失。因此,有必要采取科学方法计算管道的应力,评估油气管道悬空管段的可靠性,制定措施,缓解事故后果的影响程度。在分析悬空管道受力模型和强度校核模型的基础上,计算并分析了某输油管道悬空管段的应力和可靠性,同时采用应力集中检测仪检测了该管段下游端50 m内的管道应力变化情况。结果表明,此悬空管段存在运行风险,清空管内存油有助于降低管道失效概率。对于浮管,水浮力缓解了管道的垂直方向受力情况,但增加了管道横向冲击力,会增加悬空管道的振动频率。应力集中检测仪现场测试数据表明：越靠近土壤端,悬空管道的应力值越大,该悬空管段的最危险点应该处于土壤区内。     

基于管土耦合的海底管跨涡激疲劳分析程序

由于海流冲刷,海底管线在服役期间会在某些管段形成管跨,管跨的涡激振动是引发海底管线疲劳失效的主要因素之一。基于Visual Basic环境开发海底管跨涡激疲劳分析程序,利用所封装的ANSYS软件建立管土耦合非线性管跨有限元模型,依据Miner线性累积损伤理论,采用S-N曲线法计算管跨在海流作用下的疲劳损伤,并与SHEAR7软件的计算结果进行对比验证,开发的疲劳分析程序具有较高的精度和工程应用价值。     

冰振下海洋平台上部天然气管线振动分析

渤海辽东湾的导管架平台在海冰作用下会产生比较剧烈的振动。冰激振动除了可引起导管架结构的疲劳破坏，还会引起平台上部管线的疲劳破坏与法兰的松动，因而有必要分析平台在冰振作用下的上部天然气管线振动问题。为此，基于现场监测，建立了管线系统振动力学模型，并采用有限元数值模拟的方法，考虑了管系的复杂支撑、管件、管系设备等因素对管系的影响，计算出冰振下JZ202平台上部主要天然气管系的模态、位移、转角响应及动应力幅值。结果表明，冰振对天然气管线的动态响应有重要的影响，在冰区海洋平台上部管道设计时必须加以考虑，并提出了提高管系抗振的措施。     

海底管道内部流动引起的流致振动问题研究进展

随着深海油气开发进度的加快,管内压力和流速逐渐增加,由管道内部流动引起的流致振动问题越来越受到海洋工程界的重视.本文围绕海底管道内流激振力引发的流致振动问题,从海底管道内流流致振动的理论模型、数值模拟和实验研究等方面对两相流管道系统中的流致振动研究进展进行综述,总结了多相流流致振动的成因和适用不同管道对象的理论模型;并...     

交变动冰载荷对导管架平台上部管线系统的影响

以渤海某油气田WHPA平台为例,采用有限元数值模拟方法研究了交变动冰载荷对导管架平台上部管线系统的影响。冰激振动可以引起较大的平台甲板加速度响应,从而危及导管架平台上部管线安全。在冰区导管架平台上部管线设计中,必须充分考虑冰激振动的影响。对于在建造和在服役的导管架平台,应对上部管线进行振动分析,可以采取加强管线支撑结构和增加管线支撑数量来提高管线系统基频,以避免发生共振现象。     

深水多跨海底悬空管道的疲劳分析

介绍基于疲劳分析准则的多跨海管自由悬跨评估方法,采用有限元分析软件Abaqus,结合管-土相互作用参数,建立多跨海管数值计算模型,提出悬空管道模态分析方法,并基于Palmgren-Miner线性损伤累积理论及采用S-N曲线,给出管道疲劳寿命的计算过程.通过工程实例,计算获得多跨海管的自振频率及应力幅值,完成多跨海管的疲...     

水下穿越管道附近河床演变特性试验

研究水下穿越管道附近河床演变规律对于保障输油气管道安全运行、降低管道水毁灾害风险具有重要的意义。为了明确水下穿越管道附近河床演变规律及其对水下穿越管道的影响,开展了水下穿越管道水槽模型试验,观测管道附近河床演变的物理过程,研究水动力条件对管道局部冲刷的影响,并揭示了水下穿越管道形成局部冲刷的机理。试验结果表明:①当水流为缓流时,水下穿越管道附近河床演变过程可分为:河床下切、管道暴露、微孔形成、冲坑扩展、管道悬空和冲刷平衡6个阶段;②导致水下穿越管道产生局部冲刷的原因有涡流和渗流两个方面,管道暴露前涡流使管周沙粒减少,管道暴露后涡流和渗流共同作用使管底出现微孔,从而形成局部冲刷;③流速和水深共同影响着河床各阶段冲刷历时和管底最大冲刷深度,当弗劳德数介于0.306～0.808时,弗劳德数越大,水流越急,管底最大冲刷深度越大,达到冲刷平衡历时越少,河床整体下切深度越大,河床地形平坦且管底最大冲刷深度介于管径的0.9～1.6倍,达到冲刷平衡历时介于1 650～2 620 min。结论认为,该试验研究结果为预测水下穿越管道未来埋深及其安全运营提供了重要的参考数据。     

高压直流接地极对埋地管道的电流干扰及人身安全距离

高压直流输电系统的直流接地极在运行初期或发生故障和检修时,会产生瞬间大电流,给附近埋地油气管道设施及操作人员带来极大的安全隐患。为了保障埋地管道附近人员的安全,对高压直流接地极对埋地管道的电流干扰及人身安全距离(以下简称安全距离)进行了研究。首先利用数值模拟技术建立了埋地管道受电磁干扰的模型,进而利用该模型计算了不同土壤电阻率、管线长度、管道防腐层、接地极入地电流、管道尺寸等情况下,高压直流接地极对埋地管道杂散电流干扰的安全距离,并分析了上述条件对高压直流接地极干扰程度的影响规律。研究结果表明:①管线长度对高压直流接地极干扰程度的影响较大,管线越长,安全距离越大,但当管线长度达到或超过600 km时,安全距离则基本不变;②管线涂层对高压直流接地极干扰程度的影响较大,随着涂层面电阻率的增加,安全距离逐渐增大;③对于多层土壤结构,可将最大的单层电阻率作为整体电阻率,其计算得到的安全距离最大,评价结果也更为保守。结论认为,利用计算结果得到的4类长度管线的安全距离图谱,可供高压直流接地极及管线设计时参考,并且可以作为拟建高压直流接地极或埋地管线安全距离选取的依据。     

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石油天然气、化工管路常常会因为往复式机泵产生的不稳定流动，以及流体流向改变、管线变径等情况而引起管路振动，如果处理不好，将严重影响管路的安全运行。为此，对一段天然气管系的流体脉动激发振动进行了分析。采用有限元建模方法，考虑了管系的复杂支撑、管系设备、钢结构等因素对管系振动的影响，计算出了脉动激发的位移、转角响应幅值。从计算结果看出，流体脉动对管系的动态响应有着重要的影响，在管道设计时必须加以考虑，并提出了消除流体脉动影响的相应措施。     

海底管道穿越航道段不停输下卧技术

针对某项目海底管道与航道交叉段的埋深要求,分析对比常用的输送介质停输状态旁侧新建管道下卧及输送介质不停输管道原地下卧两种方法。结合附近海域已建管缆现状、航道区域水深、海床底质、管道参数等条件,对下卧及在位期应力及下卧期抗上浮稳定性进行分析评估,推荐采用海底管道不停输后挖沟下卧方案。结合后挖沟设备的下卧能力,综合考虑采用分步实施、分层开挖的方式对在役管道进行下卧,并对下卧施工关键参数进行分析,给出具体实施措施,为后续项目提供借鉴。