雷击高压输电线路对临近埋地油气管道电磁干扰的案例分析

为研究雷击高压输电线路对临近埋地油气管道的电磁影响,利用SES CDEGS数值模拟软件建立了国内某现场案例的输电线路和临近埋地油气管道电磁干扰模型,计算预测了雷电流对管道造成的干扰情况。基于国内外相关标准和研究成果的调研,从人身安全、管道防腐蚀层击穿风险和管壁电弧熔伤风险三方面建立了雷电流对管道电磁影响的风险评价指标,对现场案例的干扰风险进行了评价,同时计算分析了土壤电阻率和杆塔接地网类型对管道过电压和接地网导体泄漏电流的影响。结果表明：现场案例中雷电流导致的管道安全风险低;土壤电阻率对管道过电压和接地网导体泄漏电流有明显影响,其随土壤电阻率升高而增大;采用水平接地网时,在接地网表面积相同的前提下,接地网结构对管道过电压和接地网导体泄漏电流的影响较小;垂直接地体的引入可缓解管道过电压,但其数量不宜过多。     

埋地管道与高压交流输电线之间的安全距离

建设在同一路由内的管道和高压交流输电线,管道不可避免地受到高压交流输电线的干扰,而管道与高压线之间的安全距离则是保证管道不必采取排流的重要指标。为探究埋地管道与高压交流输电线安全距离的问题,分别取4,6,8,10V作为管道上感应电压的限值,利用相关软件研究了高压线稳态运行电流、管道与高压线的平行长度和土壤电阻率对安全距离的影响规律。结果表明,把4V作为感应电压限值时,安全距离远大于其他三个限值对应的安全距离;随着平行长度、稳态运行电流和土壤电阻率的增大,安全距离也相应增大。     

酸性土壤中接地网牺牲阳极阴极保护法研究

目的提高牺牲阳极的阴极保护法在酸性土壤中对接地网的防腐能力,分析牺牲阳极阴极保护法在酸性土壤中应用的技术要点,总结保护效果优化措施。方法设计牺牲阳极模拟系统,模拟地网面积为3.52 m2,保护电流设计为35.2 m A,对Q235碳钢和镀锌钢两种常用接地材料的接地电阻、保护电位及保护电流进行研究。结果该方法对镀锌钢保护较好,保护电位均低于-0.95 V;对Q235碳钢保护较差,保护电位部分高于-750 m V,且波动较大,最大波幅可达201 m V。系统运行中,计算得出保护电流在降雨量较大时最高可达30.75 m A,降雨量较小时最低为11.89 m A,均低于设计值。结论由于阳极处砂石较多、土壤电阻率高,阳极不能完全释放电流。其次,土壤保水性差,电阻率波动大,系统运行不稳定也抑制了保护效果。酸性土壤盐基性离子大量淋失,土壤电阻率普遍较高,且受降雨扰动较大,牺牲阳极工作效率较低且稳定性差。需采用适当提高保护电流、降低阳极区土壤电阻率、优化阳极设计工艺参数等措施以达到良好的保护效果。     

埋地钢质管道交流杂散电流腐蚀规律研究

通过室内模拟实验建立了交流电流密度与破损面积、土壤电阻率、交流干扰电压以及防腐层电阻率之间的数学模型,从而间接获取交流电流密度,并研究了交流电流密度对腐蚀速率的影响。通过CDEGS软件模拟仿真,得到了并行长度、电流等级、距离、土壤电阻率等参数对交流干扰沿管道分布的作用。结果表明,破损面积、交流干扰电压、土壤电阻率、防腐层电阻率对交流杂散电流密度具有显著的影响。电流密度小于3 mA/cm²时,交流电流腐蚀危害性很小;在3~10 mA/cm²时,腐蚀危害性较大;大于10 mA/cm²时,交流腐蚀危害性很大。     

柔性石墨网与镀锌钢在模拟土壤环境中的电偶腐蚀行为

模拟了河南典型土壤介质环境,研究了典型“金属引下线(镀锌钢)-石墨接地网”之间的电偶腐蚀行为。结果表明：在模拟土壤介质工况条件下,金属引下线和石墨接地网之间的电位差约为700 mV,具有显著电偶腐蚀倾向,其中,引下线镀锌钢的自腐蚀电位更负,为电偶腐蚀阳极,腐蚀进程将被加速;电导率和含氧量对这两种材料间的电偶腐蚀行为均有显著影响;随着电导率和含氧量的升高,电偶电流密度均增大,在含氧量15%和电导率1 000μS/cm条件下,相比无偶接试样,其电偶腐蚀加速倍率分别达到13.36和5.18,电偶加速效应明显;面积比的升高对电偶腐蚀也具有明显的促进作用;本研究条件下上述两种材料间的电偶腐蚀敏感性等级均达到最高级E级。在新型石墨接地网装置中,镀锌钢引下线存在较高电偶腐蚀风险,在实际使用中应尽量避免上述两种材质的组合,在无法避免的情况下,应对其采取合理的防护措施。     

海浪冲击对Y形输液管道流固耦合振动的影响分析

为研究海浪的周期性冲击对深海中输液管道流固耦合振动的影响,采用FEA方法对内、外流体单独作用以及共同作用下Y形管道系统结构分支处的振动特性进行仿真分析。结果表明:海浪的周期性冲击载荷加剧了管道系统分支处内部流体的压力波动、增大了分支处结构振动的最大位移量和其所承受的最大等效应力;随着内流体压力波动的加剧,管道分支处振动的最大位移量和其所承受的最大等效应力均先减小到一定值再增大;海浪的冲击频率与内流体压力波动、管道分支处振动的最大位移量与其所承受的最大等效应力,均呈正比例关系。     

变电站接地网的焊缝腐蚀分析

为了给接地网焊缝的腐蚀防护提供基础,通过电化学噪声和埋片模拟方法,研究了接地网焊缝与母材腐蚀的差别.结果发现在陕西省孝义变电站土壤中,Q235钢接地网焊缝出现了较多暂态峰,母材的暂态峰较少,焊缝腐蚀对接地网泄流的电压更敏感;腐蚀过程中母材噪声阻值R_n=3.38×104Ω/cm2,焊缝噪声阻值R_n=1.44×104Ω/cm2;母材的腐蚀速率为0.067 mm/a,含有焊缝的焊接接头腐蚀速率为0.077 mm/a,母材为均匀腐蚀,焊缝主要为局部腐蚀.     

用带状牺牲阳极对埋地钢管实施阴极保护时的电位和电流分布

用带状牺牲阳极对埋地长输钢管实施阴极保护时,沿着轴线方向的电位分布一定是均匀的。本文通过有限元法计算,进一步研究沿着管道圆周上的电位和电流分布的规律。结果表明,在研究的参数范围以内,沿着管道圆周的电位分布也是相当均匀的。土壤电阻率越低,电位极化值越大,但所需的保护电流也增大。防护性能好的涂层总是有利于阴极保护。阳极距离和管道外径对电位和电流分布没有什么影响。这些结果可以供工程上参考,同时说明用带状牺牲阳极对埋地长输钢管实施阴极保护是十分理想的。     

交流排流设施对埋地管道阴极保护断电电位测试结果的影响

在埋地管道阴极保护断电电位测试过程中,固态去耦合器的电容放电会导致断电电位测试结果不准确。从固态去耦合器结构、电容放电特性及放电回路影响因素等方面,分析了固态去耦合器对管道断电电位的影响规律,并通过现场试验验证了交流排流设施会导致管道断电电位测量值负移,明确了固态去耦合器对管道断电电位的影响与电容值、接地极材料、接地极接地电阻、管道通电电位等因素有关,消除固态去耦合器干扰影响最有效的方式是断开固态去耦合器与管道的连接。     

TC4ELI钛合金低周疲劳性能研究

研究了具有网篮组织的TC4ELI钛合金材料在不同应变幅值下的低周疲劳性能,给出了TC4ELI钛合金在低周疲劳下的循环应力-应变曲线,拟合出循环应变硬化指数、循环强度系数以及应变-寿命特征系数,并通过光学显微镜进行金相分析,通过扫描电镜进行断口形貌分析。结果表明,TC4ELI钛合金呈现出循环软化的特性;距离疲劳断口1.5 mm处的组织形态与断口处无明显变化,疲劳裂纹以穿晶方式扩展直至断裂;随着应变幅值增大,韧窝变大变深,韧性断裂特征变得更加显著。     

氯离子和直流电流密度对X65钢的腐蚀研究

目的通过浸泡实验和腐蚀图像表征方法研究氯离子和直流杂散电流共同作用下X65钢的腐蚀特征。方法通过浸泡实验,在不同氯离子浓度和直流电流密度的共同作用下,通过失重法计算X65钢的均匀腐蚀速率。通过三维显微镜对浸泡后的腐蚀形貌进行观察,确定其主要腐蚀形态和发展规律。结果在不同的氯离子浓度下,X65钢的均匀腐蚀速率基本不变,误差主要来自于腐蚀产物清洗不彻底和环氧树脂吸水的差异性。而腐蚀速率与直流电流密度成正比,氯离子主要作用是使试片形成不同的局部腐蚀特征,破坏了试片表面的均匀腐蚀,而加剧了局部腐蚀,但对整体的腐蚀速率基本没有影响。结论引起管道腐蚀失重的主要因素为流出管道的直流电流密度,而与所处环境无关。低氯离子浓度是导致局部腐蚀的主要原因,随着氯离子浓度的增大,腐蚀逐渐向均匀腐蚀转变。直流电流密度造成的腐蚀以均匀腐蚀为主。     

漏磁场对鹰潭土壤模拟液中管线钢交流腐蚀行为的影响

目的 探究管体磁化产生的磁场对油气管道交流杂散电流腐蚀行为的影响。方法 采用自行设计试验装置模拟管道真实漏磁场,以开路电位、高频电位测量、动电位极化、电化学阻抗谱、表面分析技术及失重法,研究了鹰潭土壤模拟液中磁化和未磁化的X52管线钢试样交流腐蚀行为的差异。结果 磁化管体的磁场使交流腐蚀电位先负移后正移,交流幅值电位增大,极化电流增加,反应界面电容减小,法拉第电阻增大,交流平均腐蚀速率增大,对腐蚀产物形貌有一定影响,但对腐蚀形貌基本无影响。磁场作用机理分析表明,磁场产生的洛伦磁力驱动反应界面附近腐蚀介质运动而增加反应粒子的扩散速率及减小界面扩散层厚度,从而增大交流腐蚀速率。磁场梯度力在一定程度上抑制了阳极反应,促进了阴极反应。结论 漏磁场使管线钢交流杂散电流腐蚀速率大幅提升,但是不改变其均匀腐蚀的形貌,应提高开展过漏磁内检测的油气管道交流杂散电流评价标准。     

超期服役的X20耐热钢主蒸汽管道疲劳性能研究

本文的研究对象为在热电厂主蒸汽管道服役长达230,000h的X20马氏体耐热钢,对其和原始材料分别选取5个应力幅进行单轴常温疲劳试验,划分了高周疲劳区、低周疲劳区以及过渡区。通过对比试验了解了X20钢的疲劳特性,推算出两种试样的Basquin公式,用于预测X20耐热钢的疲劳寿命,并利用应力-应变曲线进行了循环应变分析。     

交流杂散电流对X70管线钢3PE防腐层下腐蚀及剥离行为的影响

目的 明确交流杂散电流对埋地管线防腐层剥离和破损处防腐层下腐蚀的影响规律及其导致防腐层剥离的作用机理。方法 通过基于COMSOL Multiphysics有限元仿真、交流阻抗谱分析及三维体式显微镜观测等方法,研究在格尔木土壤模拟溶液中,交流杂散电流干扰下,X70钢表面3PE防腐层剥离处的防腐层下腐蚀及剥离机理。结果 由于防腐层破损点和剥离区域的存在,使得防腐层的防护性能明显降低,交流杂散电流在初始预留剥离处的X70钢表面呈不均匀分布,破损点处所分布电流密度明显高于剥离区边缘处。杂散电流引起的腐蚀反应主要集中在防腐层破损点处,而处于预留剥离区域下方的X70钢表现出缝隙腐蚀的现象。防腐层破损点处的腐蚀坑深度随电流密度的增加而逐渐变深,而当交流电流密度由0 A/m2增加到100 A/m2时,防腐层剥离面积明显增大,此后,当电流密度继续增大,剥离面积基本保持不变。当施加的交流电流密度相同时,随着防腐层剥离面积的减小,杂散电流造成的防腐层剥离面积增大,X70钢试样上的最大腐蚀坑略微加深。结论 造成防腐层剥离的交流杂散电流存在临界电流密度值,使得防腐层剥离面积达到最大且之后保持不变。防腐层初始剥离面积较小时,交流电所造成的X70钢腐蚀及防腐层剥离行为更为严重。     

高速漏磁检测中钢轨磁i化强度的研究

对钢轨裂纹进行高速漏磁巡检时，钢轨的磁化强度直接影响缺陷漏磁场的产生及检测灵敏度。研究了巡检速度、励磁激励和磁轭磁极距被测钢轧的距离（提离）三个因素对钢轨材料磁化强度的影响。通过分析缺陷漏磁检测信号的幅值、检测磁路空气隙处的磁场强度、钢轨材料的磁导率变化得出：巡检速度在2～55m／s范围内时，巡检速度提高，有利于提高高速漏磁裂纹检测的灵敏度；同时，励磁激励电压增加和提离减小都将有利于钢轨材料的磁化强度，从而有利于提高高速漏磁裂纹检测的灵敏度。．     

双激励压电悬臂梁的力电响应分析

压电能量收集器因其结构简单、能量密度高、不受电磁干扰、能够在较低的频率收集振动能等优点,在机械、电子和航空航天等领域具有良好的应用前景。针对提高压电振动能量收集器发电效率的动力学设计,旨在研究双激励环境下压电悬臂梁的力电响应特性。根据Euler-Bernoulli梁理论、压电材料本构关系以及克希霍夫定律,建立双激励压电悬臂梁的机电耦合动力学模型。在此基础上,应用Galerkin法与模态叠加原理推导压电悬臂梁的力电响应表达式,建立根部应变与输出电压的关系模型。测试不同参数下单/双激励压电悬臂梁的力电响应特性,验证理论推导的合理性。最后,分析相位对双激励下压电悬臂梁输出电压的影响。结果表明：压电悬臂梁在双激励下的应变幅频响应变化规律与电压响应规律基本吻合;双激励下压电悬臂梁的力电响应曲线均呈现先增大,在接近共振频率达到极值时减小的变化趋势;激励幅值的增大导致压电悬臂梁的刚度和共振频率降低,试验测得的压电悬臂梁最大频率降为1.5 Hz;调节2种激励信号的相位,会影响输出电压响应,而且在一个周期内呈先减小后增大的趋势。     

基于有限元的20#钢冲蚀磨损行为模拟

目的研究固体颗粒对油气井管柱或地面油气输送管道材料的冲蚀磨损规律。方法通过对石英砂颗粒形状特征抽提了颗粒模型,采用有限元方法模拟了其对20~#钢的冲击磨损动力学行为。在不同冲击角度、不同颗粒粒径和不同冲击速度的条件下,分析材料表面冲击破坏应力特征和材料堆积形态。结果在给定的参数条件下,随着冲击角度的增大,最大等效应力先上升后下降,在40°时达到最大值1370 MPa。高角度冲蚀时,表现为凿坑和塑性挤出;低角度冲蚀时,以微切削和犁沟形唇为主,在冲蚀坑两侧及前端有材料堆积,冲蚀坑前端的变形唇高度逐渐增加,在40°时达到最大值0.019 85 mm。随着冲击速度的增大,最大等效应力单调增大,冲击坑深度变化不大,但冲击粒子前端的堆积材料明显增多,变形唇片高度增大。当粒径小于0.15 mm时,最大等效应力随粒径的增加而增大,粒径为0.15 mm时达到最大值1410 MPa。当粒径超过0.15 mm时,最大等效应力随粒径的增加而减小。随粒径的增加,冲蚀坑深度缓慢增加,粒子前端的变形唇片高度明显增加。结论采用有限元方法对石英砂冲击20~#钢的动力学行为进行了成功的模拟,获得了冲击角度、冲击速度以及颗粒粒径的变化对20~#钢冲击过程中应力分布、冲蚀形貌变化的影响规律。     

Cl-和Zn2 阴阳离子复合掺杂α-氢氧化镍的结构与电化学性能

采用化学共沉淀法,制备出Cl-和Zn2 阴阳离子复合掺杂α-Ni(OH)2粉体.样品材料利用XRD、EDS、SEM、IR、DSC-TG和粒度测试仪进行结构形态及物理特性表征分析.同时以其为活性物质合成镍正极材料并组装MH-Ni电池,测试其充放电、循环可逆特性和交流阻抗等电化学性能.实验结果表明,在掺杂物质摩尔比为Cl-:Zn2 =1:3时,Cl-和Zn2 复合掺杂α-Ni(OH)2为层状结构,结晶水含量较高,热分解温度低.其MH-Ni电池在以80 mA/g恒流充电5 h,40 mA/g恒流放电至终止电压为1.0 V的充放电制度下,电化学极化阻抗较小,放电比容量为354.08 mAh/g,放电平台平稳、中值电压高达1.313 V,且经过多次充放电循环后,其电极活性物质仍然保持α-Ni(OH)2状态,电极过程结构稳定,循环可逆性较好,具有较高的电化学活性.     

基于Corten-Dolan法则的低压训练舱疲劳寿命预测

训练舱舱体作为低压模拟设备的结构支撑，其主要破坏形式是由于舱体壁承受的压差载荷，加剧了应力集中部位的疲劳损伤，从而导致结构部分失效。针对负压大型舱体结构的疲劳损伤问题，以企业某型低压舱为原型，创建包括内加强筋、过渡舱在内的几何模型，进行了静力学和动力学分析，确保结构设计的合理性；同时，采用三点雨流法统计并获取对应的循环载荷谱；选择Goodman方程进行平均应力的修正，提高预测的准确性；最后，利用舱体材料的 S-N 曲线和Corten-Dolan法则，对其结构进行疲劳寿命预测分析，获取了危险单元部位在对应循环载荷作用下的循环次数、疲劳损伤和雨流矩形图。仿真结果表明：疲劳损伤严重部位的损伤值为1.018×10-5，局部可循环次数为9.822×104次，预计可使用寿命达15年左右；由雨流矩形图可知，平均应力主要集中在202.1~281.7 MPa之间，最大应力幅为211.8 MPa，平均应力以拉应力为主。     

放电沉积凸貌微织构表面动压润滑性能仿真研究

目的 提出一种表面凸貌微织构的快速制造方法,并对其表面动压润滑性能及减摩机制进行研究。方法 利用高低压复合放电沉积加工技术实现气体介质中金属或半导体材料表面凸貌微织构的制备。高压脉冲电压实现两极间介质的电离度,低压直流放电实现电极材料蚀除,并沉积在工件表现形成微织构。通过控制工具电极直径,可获得直径410 μm、高12 μm尺度的凸貌微织构。利用FLUENT软件,对该方法所获的凸貌微织构表面动压润滑性能进行仿真,研究了不同高度、直径、面积比下,表面微织构对润滑性能的影响规律。结果 织构面积比和动压润滑性能成正比关系：随着面积比增大,织构上表面平均压力增大。油膜上表面平均压力在高度为7 μm、直径为500 μm、面积比为60%、对摩速度0.5 m/s时,达到最大值1.21×104 Pa。动压润滑性能随单个凸貌微织构高度的增加,先增大后减小,并在7 μm时达到最大。织构直径对润滑性能影响明显,仿真结果表明,在一定条件下,加大织构直径可提高油膜上表面平均压力。结论 凸貌微织构采用增材制造方法,减小了传统去除材料的织构制造方法导致的对材料强度的影响。该方法工艺简单,成本低,不需辅助其他加工条件。表面凸貌微织构的存在使两接触表面的间距减小,形成收敛楔,从而形成动压,使润滑膜产生动压承载力,改善了摩擦学性能。对凸貌微织构的结构参数（面积比、微织构高度、直径）进行仿真分析,获得了织构结构参数对动压润滑特性的影响规律,为后续研究提供了理论支持。