输油管道漏失动态监测系统应用

输油管道漏失动态监测技术依据管道两端参数值变化的大小,与管道参数变化响应模型的设定值相比,通过计算机对超出设定值的异常点进行声光报警提示;并根据压力波的传播特性,确定泄漏点的位置,从而实现输油管道漏失动态监测。     

流体管道瞬态流动模型研究

管道输送是一个复杂的工艺过程,为了更加真实地反映输油管道实际运行规律,有必要采用瞬态仿真来模拟输油管道的运行。利用显式差分、隐式差分、特征线法分别模拟关阀条件下的管道瞬态压力、流量变化。模拟结果显示,显式差分对于较大的时间步长不能得到正确结果;隐式差分对于时间步长没有限制,适合模拟慢瞬变流动;特征线法可以实现对管道的瞬态流动仿真,减小时间步长,提高计算精度。管道中各点对压力波的响应时间不同,末站在10 s内关阀,输油管道在1.24×104s后才趋于稳态。根据计算结果,可以采取措施降低水击对管道的影响,为流体管道的运行管理提供依据。     

海底高压输油管道泄漏事故后果研究

为探究海底高压输油管道油品泄漏后在水体中的扩散规律,对水深为20 m的管道,建立二维泄漏扩散模型,采用流体体积法,模拟不同运行工况下的海底输油管道泄漏扩散过程。对比分析运行压力、水流速度以及泄漏孔位置对油品扩散范围的影响,结果表明：运行压力<3 MPa的输油管道正上方发生小孔泄漏时,溢油到达水体表面的时间随管道运行压力的上升而缩短;如果管道运行压力>3 MPa,随着管道运行压力的上升,油品到达水体表面所需的时间基本不再变化;不同管道运行压力下的输油管道侧方发生小孔泄漏时,泄漏油品到达水体表面所需时间相近,均为30～34 s,且泄漏后的相同时间内管道运行压力越大,油品向下游的迁移距离越远。本研究对海底高压管道泄漏的应急抢险具有一定指导意义。     

内压和侧压作用下管道的屈曲分析

压力管道是薄壳结构，会发生屈曲失稳破坏。采用侧压和内压力联合作用下的力学模型模拟了管道受到滑坡、洪水等自然环境的作用情况，用有限元方法计算管道的屈曲失稳情况。分析了管道的屈曲载荷和屈曲形态，给出了典型的管道屈曲变形模式，并绘出了厚度、内压、缺陷对管道屈曲载荷影响的关系图。     

负压波法在液体管道上的可检测泄漏率分析

由于管道泄漏引发的负压波大小及其沿管道的衰减程度都与管道工况、长度、口径和介质物性等管道特性有关,因此管道特性决定了负压波法在管道上的可检测性。依据特征线理论,对管道的泄漏发生机理和压力波传播机理进行了研究,建立了管道内产生负压波及其传播中衰减程度的计算模型,并利用实际输油管道的操作数据验证了所建立的计算模型的准确性。以该计算模型为基础,进一步分析了管道特性与负压波法的可检测泄漏率等指标的关系,为管道的设计和布局提供参考,并可对基于负压波法的管道泄漏检测系统进行正确的评价。     

基于聚光太阳能的油品管道减阻与节能研究

针对输油管道阻力大的问题,提出了一种利用太阳能聚光加热输油管道的新型减阻集热方式。采用Fluent软件,对物理模型、网格、湍流方程、初始条件及边界条件等进行了合理的设置,对输油管路进行了数值模拟;研究了管长与聚光比对输油管段出口温度的影响,并与理论计算结果进行了对比分析。结果表明:出口温度随着管长的增加而增加,同时也随着聚光比的增大而增加;该管路在聚光比为5,入口温度为20℃,流速为1 m/s的条件下,对管道前8 km铺设复合抛物面聚光器(CPC)进行聚光加热可使油品温度提高到60℃,使摩阻系数大幅度降低,从而达到了减阻的目的。在输油管道的末端利用换热器可将油品得到的热量进行回收,达到能源的高效利用。     

输油管道盗孔结构修复应力分析及结构优化设计

为了有效快速地修复输油管道盗油孔,建立了长距离油气管道有限元模型,利用ANSYS有限元分析软件对盗孔修复整体结构进行优化设计、耦合场分析及修复等系统化的仿真模拟。结果显示,盗孔及焊帽修复主要对盗油孔局部存在影响,结构改变造成应力集中,最大应力发生在孔的内边缘;补板修复方法最大应力发生管体开孔边缘处。研究结果表明,对于单一的盗孔,在相同压力下,补板修复方式产生的焊接残余应力最小,危险区数量最少,结构最为安全,是相对较好的盗孔缺陷修复方法。     

管道盗油孔缺陷焊接应力分析及修复方法优化

经济利益驱动下频繁发生的不法分子打孔盗油现象,已严重威胁到输油管道的正常运营,盗油孔缺陷焊接修复产生的应力及缺陷修复方法的选用对输油管道长期平稳运行产生重要影响。为掌握管道盗油孔焊接修复后应力变化情况,并合理地选择缺陷修复方法,通过模拟盗油孔管道应力分布,分析焊接以及应力集中对管道强度造成的影响,采用有限元方法计算出不同缺陷修复方法下管道的应力变化,得出相对最优的盗油孔缺陷修复方法,为管道的安全运行提供了依据。     

非金属环保地下输油管道系统在加油站中的应用

针对地下金属输油管路系统的腐蚀、穿孔、漏油问题，介绍了可替代加油站地下金属输油管道的非金属环保管道材料KYNAR(聚偏氟乙烯的商品名)的特性及其他非金属配件。     

输油管道实时监测系统在辽河油田的应用

针对辽河油田原油的特性和输油管道经常发生泄漏的状况,研制了一种输油管道泄漏实时监测系统。该系统采用了瞬态负压波法对管道进行实时监测,用小波分析信号处理方法实现了从噪声中准确提取泄漏信号,提高了泄漏点的定位精度。该系统具有动态泄漏检测能力,通过对数据进行实时采集、传输和处理,实现了对输油管道在线泄漏点的检测和定位。将泄漏实时监测系统应用在辽河油田盘锦输油管道上,结果表明,该系统运行稳定,检测效果良好。     

输气管道断裂过程中减压波传播特性研究

天然气管道一旦发生断裂,容易引起一系列重大事故,尤其是在高压富气管道断裂过程中,管道中的流体可能由单相变为两相,增大了管道裂纹扩展的风险。为此,结合经典的气体单相流和气液两相流声速统一计算模型,建立了新的输气管道减压波模型,研究了在减压过程中发生相变时的减压波特性,并开发了相应的计算程序Decomwave,分析了气质、压力、温度对减压波特性的影响,指出随着重组分的增加、压力的升高和温度的降低,减压波特性逐渐从单相中减压波特性变为气液两相中的减压波特性。实例验证表明,该模型不仅能够准确描述干气输送管道断裂过程中的减压波传播特性,而且能够较好地描述富气管道减压波传播过程中出现的相变过程及进入两相区后的减压波特性,可用于输气管道断裂过程中减压波传播特性的研究。     

气量增加段塞流场中压力波传播特性分析

利用改进后的段塞流跟踪模型,对水平管气量瞬变空气-水段塞流场中的压力波传播特性进行了模拟研究,主要分析了压力波沿管线的变化规律以及入口初始液相流量和气相流量的变化对压力波速的影响,并将模型模拟结果与长380m、内径80mm的大型多相流试验环道上的试验结果进行了比较。结果表明,该模型能够有效地模拟气量瞬变段塞流场中压力波的传播特性;压力波速沿管线具有衰减特性;在气量增加过程中,增压波速沿管线的衰减速率逐渐降低。     

水平及倾斜圆管中油水两相分层流界面波对摩擦压降的影响

油水两相流在重力和界面张力共同作用下发生分层,由于剪切应力的作用,在管道流动中产生摩擦压降,油水两相分层流在流动参数改变时产生界面波,其对摩擦压降产生影响。实验研究水平和倾斜管道油水两相波状分层流界面波特性及其对摩擦压降的影响,并改进一维双流体模型预测摩擦压降。研究结果表明,管道倾角增加时,油水两相分层流界面波振幅增大,其对摩擦压降的影响也随之增强,改进的考虑界面波振幅的模型在不同管道倾角中的摩擦压降预测结果与实验数据吻合好。     

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根据天然气管网的系统特征，阐述了天然气管网中的基本关系式和在天然气管网仿真中的应用方法；讨论了天然气管网静态仿真节点压力法和动态仿真特征线法的原理和仿真系统模型的建立方法。根据这些方法和长期的科研实践，研制了天然气管网静动态仿真软件ＧＡＳ－ＦＬＯＷ。该对管网结构不作，达用于由管道，调压阀，压缩机，气田及众多气源和用户组成的任意环状和枝状管网，实现天然气集，输，配管网的静动态仿真。还介绍了ＧＡＳＦＬ     

基于压力波法的管道堵塞检测技

在油气输送管道中，由于低温、高速流动、搅动等因素的影响，天然气在管道中易形成水合物堵塞管道，而油品则易发生凝结堵塞管道。为此，提出了利用管道堵塞前后两端压差的剧烈变化来检测管道的堵塞，并首次提出了利用管道水击过程中的正压波确定油气管道堵塞位置的原理和方法。其原理为：当管道堵塞时，在管道首端发出一个脉冲正压波，正压波沿管道向下游传播遇堵塞物后反弹向首端传播，在管道首端可以获得两次正压波信息；通过采集管道首端压力信号，并利用小波变换法提取压力信号突变信息，获得正压波两次通过传感器的时间差，最后结合正压波波速便可以确定管道堵塞的位置。该方法具有所需设备少、操作费用低、操作简单等优点，优于现有的管道堵塞位置确定方法。     

基于动态压力信号的管道泄漏特征提取方法研究

动态压力变送器能直接测量管道压力的动态变化,因而比基于普通压力变送器的管道泄漏检测具有更高的灵敏度。研制了一种应用于长输油气管道泄漏检测的动态压力变送器,并介绍了其结构组成和工作原理。用动态压力变送器获取了管道的动态压力信号,利用经验模态分解的方法将信号分解为多个固有模态函数（IMF）之和,选择主要的IMF分量进行归一化峭度分析,从而提取信号的特征向量。现场应用实例表明,该方法能够有效地对管道泄漏和调泵调阀等事件进行特征信号提取。     

胶凝原油管道恒流量启动过程中的启动波速

胶凝原油管道在恒流量启动的过程中同时存在着启动波速和水击波速,其中启动波速是主导管道再启动时压力推进过程的关键因素,对管道启动压力的计算有直接影响。在阐述启动波速与水击波速之间区别的基础上,推导出了胶凝原油管道恒流量启动波速的数值计算公式,并通过管流实验验证了其可靠性。在胶凝原油管道恒流量启动过程中,启动波速明显小于水击波速,且随着传播距离或传播时间的增长而呈衰减规律,但由于衰减速率会逐渐降低,因而启动波速有趋于稳定的趋势。此外,启动波速还随胶凝结构强度的增加而减小,随启动流量和凝油体积弹性系数的增加而增加。     

基于CEL方法的管道内检测器动力学数值分析

为了研究管道内检测器运行时的非线性动力学特性,基于耦合欧拉-拉格朗日（CEL）方法,建立了管道内检测器运行的流-固耦合模型,采用Mooney-Rivlin模型描述橡胶皮碗超弹性、非线性行为。对内检测器在管内运行经过管道局部变形时的复杂行为进行求解和分析,获取了管道内检测器的速度、加速度、压力差、接触面积、摩擦力曲线以及最大应力和真实应变图,对内检测器皮碗非线性动力学特性进行分析。在计算中考虑了检测器的惯性影响以及摩擦力的作用,使得该流-固耦合模型更加接近现实工况,可对优化内检测器结构设计和使用提供理论依据和参考。     

基于数据挖掘的负压波特征参数优化方法

用压力波分析管道泄漏必须对泄漏、停泵、调泵、调阀等引起的压力波动信号加以准确区别,以降低误报警。因此,泄漏诊断的确诊率和可靠性很大程度上取决于对泄漏波形特征参数的选择。利用模糊聚类的基本思想,提出了一种基于模糊聚类的数据挖掘算法,从描述管道压力波动众多的特征参数中,挖掘出平均幅值、均方根、方根幅值、裕度因子、峭度和峭度因子等最能区别不同管道环境下波动特征的最优特征指标,为提高泄漏识别正确率奠定了坚实的基础。