基于有限元方法的悬空管道稳定性分析

自然灾害中的土体塌陷严重威胁埋地管道的稳定性。为了研究埋地管道在悬空塌陷区的稳定性,基于有限元方法,研究了壁厚、外径不同的埋地弯管在悬空状态下的位移、应变和应力;采用特征值屈曲理论,研究了一定条件下埋地弯管在土体塌陷时所能承受的极限长度。结果表明,减小管道在土体中的埋深、增大管道外径以及壁厚,可以有效降低管道在土体塌陷过程中的位移,管道的应力和应变均发生在塌陷区的中心和两侧固支端的位置;管道外径、壁厚的提高,可以在一定程度上抑制局部应力过高;埋地弯管在采空区的极限长度约为87 m,并且增大管道外径和壁厚可增强埋地弯管在土体塌陷过程中的抗屈曲能力。     

夯击载荷作用下埋地输气管道的可靠度分析

强夯是导致埋地输气管道第三方破坏的主要载荷形式之一。针对西气东输东段管线,将埋深作为随机变量,确定其分布规律。利用LS-DYNA商业有限元软件,基于非线性动力学基本理论和动态算法,在半无限土介质中,通过对动力参数和接触参数的合理设置,建立了夯锤-土-埋地管道在动力接触条件下的相互作用模型,计算不同埋深下夯击载荷对埋地输气管道的最大应力Sm,确定了Sm的分布规律。最后,由相关文献得到管道强度r的正态分布规律,运用应力-强度干涉模型的可靠度计算方法求得管道可靠度,并与Monte Carlo法的抽样结果进行比较。研究对埋地输气管道第三方破坏的预测预防以及管道的设计、施工具有重要的参考价值。     

冻融滑坡作用下埋地管道的应力分析

我国具有广阔的季节冻土和多年冻土区, 穿越冻土区的埋地管道不仅受到地形地貌的影响, 而且冻 害破坏也是存在的主要问题。因冻融滑坡而产生的地质灾害是冻土区埋地管道较为常见的安全问题, 当温度高于 冻土融点时, 冻土会发生融化和沉积。斜坡带埋地管道的受力较为复杂, 因此建立有限元力学模型, 对不同斜坡角 度和不同融沉长度下的埋地管道的应力进行了数值计算与分析。通过数值计算与分析, 得到了埋地管道在冻土区 斜坡带因土壤发生融沉而产生的V o nM i s e s应力的分布规律。对斜坡带埋地管道进行应力模拟分析, 可很好地反映 应力的变化情况, 为冻土区管道的施工建设提供理论依据。     

轴向冻融滑坡对埋地管道的应力影响分析

冻融循环是冻土区埋地管道主要的安全隐患,它不仅给管道带来额外的应力,而且会改变地形结构特殊区域原有的地质特性,在特定的条件下造成地质灾害的发生。系统研究了因冻土融化而产生的冻融滑坡给管道应力带来的影响,而且分析了不同位置的轴向滑坡对管道应力的影响。通过模拟分析可知,不同位移的轴向滑坡对管道应力产生的影响差异很大;改变滑坡的位置,对管道的应力也会产生较大的影响。对受冻融滑坡影响的管道进行的模拟分析结果,可很好地反映应力变化情况,可为冻土区埋地管道的施工建设提供理论依据。     

基于ANSYS的埋地套管力学分析

运用ANSYS软件,建立了埋地套管的三维有限元模型。通过室内实验,分析了埋地套管管中心应力与地面施加载荷之间的关系,以及不同载荷下套管长度方向上的应力分布规律,并与有限元模拟结果进行对比,验证了模型的可靠性。最后结合油田几种套管案例建立了三维有限元模型,分析了套管达到屈服强度后的地面施加载荷的临界值,研究结果可为管道与套管的安全防护提供一定的参考。     

埋地油气管道腐蚀研究

关于埋地油气管道腐蚀研究一直都是油气储运及集输工程的一个重要课题.阐述埋地油气输送管道腐蚀的主要形式及机理.在输油管道的内腐蚀、杂散电流干扰、应力腐蚀开裂、涂层失效等方面进行了分析,探讨高强度管道钢腐蚀中最突出的问题.     

横向冻融滑坡对埋地管道应力影响的数值模拟

由于冻土的性质与结构复杂,对温度的影响较为敏感,因此,冻土区埋地管道极容易受到冻土变化的 影响。冻融循环对冻土区埋地管道的安全有很大的影响,对地形结构特殊的区域,冻融循环会改变原有的地质特 性,在特定的条件下造成地质灾害的发生。研究了由于冻土融化沉积产生的横向冻融滑坡给管道带来的应力影响, 并对不同位置的横向滑坡及对管道的影响程度进行了分析。通过研究发现,不同位置的横向滑坡对管道产生的应 力影响差异很大。对受横向冻融滑坡影响的管道进行模拟分析,可很好地反映应力的变化情况,为冻土区埋地管道 的施工建设提供理论依据。     

不加热输油管道最佳清管周期影响因素研究

通过室内蜡沉积实验,建立了适用于杰诺原油的蜡沉积模型,并在满足安全运行的基础上,以日平均动力费用及日平均清管费用的总和即日平均运行成本为目标函数,建立了不加热输油管道的清管周期模型。结合临濮线临邑至赵寨子的站间运行数据,分析了不同出站温度、输量和季节对管道最佳清管周期的影响。结果表明,出站温度的降低会使管道日平均运行成本增加和最佳清管周期延长,输量的增加会使管道日平均运行成本增加和最佳清管周期缩短,地温的升高会使管道日平均运行成本先减小后增大,最佳清管周期延长。     

基于流固耦合的埋地供水管道地震响应分析

为研究埋地供水管道在地震作用下的动力学特性,以流固耦合理论为基础,结合ANSYS Workbench软件,建立埋地供水管道在地震作用下的管-水流固耦合模型,采用四面体单元代替六面体单元对管道内流体进行网格划分,在施加土压力荷载和地震动力作用下,分析管道总变形和等效应力,探究流体流速、工作压力、管径、埋深及壁厚等参数对管道最大等效应力响应情况.结果表明,在地震波加载4. 2 s时,管道总变形和等效应力均达到最大值,最大变形出现在管道中部,等效应力的最大值出现在管道的出口端;管道的等效应力随管道的埋深、壁厚和工作压力的增加而增大,不受流体流速的影响,但随管径的增加先增大后减小.同等条件下,DN800管道的抗震性能最佳.     

靖三-靖二联管道原油停输后流变特性与再启动研究

长庆靖三-靖二联外输管线采用加热输送,所输送的是靖安油田典型的低胶质沥青质含量的高含蜡原油,这对安全、经济、高效的管输工艺提出了很高的要求。基于原油流变学、物理化学和凝胶化学理论,首先使用高精度控制应力流变仪对管道停输条件下,原油体系的黏-温、屈服、黏弹、触变等复杂流变行为进行了研究,然后拟合了适用于该原油的流变方程与触变模型,最后基于原油流变性、管流的流动与传热、热力与水力的耦合特性,对长庆靖三-靖二联管道的再启动特性进行了预测。结果表明,长庆原油在反常点温度以下剪切稀释性也随着温度的降低表现得更为明显。在凝点以及凝点温度以上,原油所形成的胶凝结构表现出一定的延性性质,而在凝点温度以下则表现出很强的脆性性质,并且随温度的降低,屈服值呈指数规律增大。在恒剪切速率的作用下,胶凝结构的破坏和重整发生在初期的10min内。所预测的长庆靖三-靖二联外输管线停输再启动特性,与现场数据相吻合。停输32h后,管道末端原油油温会降至其反常点附近,停输48h后,管道末端原油油温会降至其凝点附近。考虑管道运营的安全性,管道最大停输时间为32h,对应再启动压力为1.51MPa。     

交通荷载作用下埋地管道应力分析与现场测试

为研究交通荷载作用下管道结构的力学响应特性,应用线弹性力学理论,将车辆轴载下埋地管道的静力计算问题分解成3个部分依次求解：基于Boussinesq解答的管顶附加土压应力计算,基于Winkler弹性地基梁模型的管道纵向应力计算,基于Iowa公式的管道环向应力计算. 在此基础上探讨轮压、管道埋深、轮-管水平距离、管-土相对刚度、土壤阻力模数等参数对埋地管道力学性状的影响规律. 此外,应用光纤光栅传感器,对某供水管道在车载作用下的应变响应进行现场测试. 理论计算方法和测试结果对比分析表明：采用该传感器监测管道表面应变具有较高的精度和灵敏度;管顶轴向应变峰值对车速的不敏感;采用静力计算方法分析车辆荷载作用下埋地管道的应力问题具有合理性．     

车辆多轮荷载作用下埋地管道动应力仿真分析

为解决车辆多轮荷载作用下埋地管道动应力响应问题,本文以某重型车辆多轮荷载下的埋地管道为研究对象,建立了路-管-土系统结构的有限元模型。采用有限元分析软件ABAQUS,考虑沥青混凝土路面结构、土壤特性和管-土之间接触特性,分析车辆多轮荷载作用下埋地管道动应力响应特性,得到不同时刻管道中部管顶处内外壁的等效应力和各向应力变化情况。结果表明,随着车辆驶近埋地管道,管道内外壁的等效应力和各向应力的数值和分布范围逐渐增加,且呈椭圆分布;随着车辆驶离埋地管道,等效应力和各向应力的数值和分布范围逐渐减小。管道内外壁等效应力和各向应力均出现两个较大峰值,第一峰值为前轴车轮作用时,第二峰值为轴距较小的中、后轴车轮作用时。该研究结果为车辆荷载作用下埋地管道的性能研究提供了参考依据。     

输油管道热力计算及程序设计

评价埋地热油管道的的热工状况,首要的问题是计算管道周围土壤的非稳态温度场。针对埋地热油管道的一般形式,以二维非稳定传热方程来描述输油管道的传热过程,建立了计算温度场的计算模型,在边界条件中充分考虑了地面温度的变化以及管径等参数对管路温降的影响。采用有限差分数值理论对温度场进行了计算,并由此求得了热油管道的有关热工参数。通过实例分析表明了计算方法和计算程序具有一定的实际参考价值。     

湿陷性黄土地区埋地管道稳定性分析

湿陷性黄土浸水后易产生自重湿陷,黄土的强度会大大降低,并对沿途埋地管道的安全运行产生威胁.为了研究埋地管道在湿陷性黄土地区的稳定性,基于有限元方法,分析了外径和壁厚不同的管道在湿陷时产生的位移、应力和应变;采用特征值屈曲理论,研究了一定条件下埋地管道在黄土灾害中所能承受的极限长度.结果表明,增大管道外径和壁厚、减少管道...     

海洋立管系统严重段塞流研究进展

随着海洋石油工业的日益发展,出现了各种各样的立管。由于管道形状和海底复杂地形等因素,经常出现严重段塞流这种特殊的流型,这种特殊的流型会造成设备损坏和产量降低等诸多危害。因此,对海洋立管系统的严重段塞流进行研究有很重要的意义。总结了立管系统严重段塞流的国内外研究现状,包括研究方法、产生机理、特性参数和理论模型等,以期为进一步研究立管系统严重段塞流提供参考。     

汽车发动机连杆在拉压工况下的可靠性分析

利用ANSYS有限元软件对连杆结构进行应力分析,获得了连杆结构在拉压工况下的应力强度分布, 结果表明:该连杆在受拉压两种工况下最大等效应力出现在连杆小头孔的内表面上,拉压工况下其值分别为15.1 MPa和161.0MPa。然后利用ANSYS有限元软件中的蒙特卡罗法来分析连杆结构的可靠性,经过分析获得了连杆 结构在置信度为95%的情形下,初值极限状态Z<0(Z=σs-σmax,其中σmax为容器在使用过程中出现的最大应力, σs 为材料的屈服强度)的概率平均值为2.62% ,即说明连杆的可靠度为97.38%,以及获得了该连杆结构的载荷分布 柱状图和屈服极限抽样过程图,通过分析可知:该连杆结构是安全可靠的。     

管输过程中天然气水合物沉降规律计算研究

天然气水合物具有气含率高、污染低、储量大等优点,具有良好的发展前景,因此对天然气水合物进行研究很有必要。以海底输送管道为研究背景,在多相流模型的基础上,建立了基于有限体积法的天然气水合物气-固两相流问题的数学模型,并进行了数值计算与分析,得出了直径差(管径与通流直径之差)与距管道入口距离之间的关系。设定管道入口流速和管径规格为定值,通过直径差分析了管道中水合物的堆积位置。计算结果表明,在其他条件不变的情况下,随着距管道入口距离的增加,直径差的变化规律符合Gauss曲线函数,并对此进行了拟合,得到了Gauss函数方程,利用此方程在给定管道位置的情况下能计算直径差。最后,通过改变管径大小进行了模拟和分析,得知Gauss函数方程也适用于不同管径的管道,可为预测水合物在管道中的堆积位置以及提高天然气水合物输送效率提供理论依据。     

油水两相流体系下的CO2腐蚀行为研究

目前常采用注水方式开采石油,但是含水输油管道中常发生CO₂腐蚀现象,因此采用计算流体力学方法（Computational Fluid Dynamics,CFD）,研究了不同含水率、不同流速下的直管和弯管中油水分布情况,确定了输油管道CO₂腐蚀的发生条件,并分析了流速及含水率对壁面剪切力的影响。结果表明,CO₂腐蚀的发生取决于管道内的含水率和流速。当含水率升高时,油品浸润在管道内壁阻止腐蚀的发生;当含水率降低时,积水量增加,导致CO₂腐蚀严重。当流速增大时,管道内发生湍流,因此难以形成积水,降低腐蚀风险。但是,流速增大时会导致壁面剪切力增加,破坏腐蚀产物膜,进而进一步加快腐蚀速率。向下倾斜弯管在重力作用下往往不会发生积水,腐蚀风险低;向上倾斜弯管最容易发生积水,腐蚀风险高;受冲刷作用的影响,弯头端的腐蚀严重。弯头处容易受腐蚀和力学的交互作用,因此腐蚀严重。研究结果对油田集输管道的安全运行具有一定的指导意义。     

应力波法在输油管道检漏系统中的应用

介绍了应力波法在输油管道泄漏检测系统中的应用。在不法分子凿击输油管道的过程中或输油管道由于自然原因突然发生泄漏时,产生的应力波会沿着管道向两端传播,利用管道两端的传感器采集应力波信号,并进行小波去噪,然后根据应力波到达两个传感器的时间差对冲击激励点进行定位。实验测试与实际运行结果表明,本检测系统定位平均误差小于0．22m,判断准确率高达90％以上,能够较准确检测输油管道的泄源点。     

三催气压机入口过滤器短接开裂失效原因分析

三催气压机入口过滤器短接在很短的时间内会产生裂纹。对裂纹部位进行了宏观检验、化学成分分析、显像组织分析、扫描电镜分析、力学性能分析。分析结果得知,裂纹产生的主要原因如下:工件在含有H₂S的腐蚀介质中,法兰与接管在加工制造过程中产生焊接残余应力,在腐蚀介质与残余应力的共同作用下导致应力腐蚀,从而产生沿晶脆性开裂。针对断裂原因提出了改进方案。