基于逆向工程技术的含凹陷管道极限强度分析

凹陷作为常见的管道几何缺陷形式,可能会引起管道局部应力集中,进而导致其承载能力下降,同时也为管道的正常运行带来巨大的安全隐患。基于变形检测技术和3D扫描技术分别获得含凹陷管道的真实内外表面轮廓,利用逆向工程技术构建凹陷管道的三维实体模型,导入ABAQUS有限元软件模拟运行状态下凹陷管道的应力分布特征,准确地判断含凹陷管体的最危险位置,最后依据Mises屈服准则进行含凹陷管道的安全评估。结果表明,通过上述2种方法获得的凹陷管道应力模拟结果基本吻合,从而有效地验证了基于变形检测技术开展凹陷管道极限强度分析的可行性和精确性,该方法可以有效地避免开展3D扫描前的管道开挖工作。     

局部腐蚀油气管道失效压力计算方法

利用管道应力集中理论,以数值模拟数据为基础,建立一种局部腐蚀油气管道失效压力的计算方法。验证非线性有限元法评价局部腐蚀的可靠性,用该方法分析局部腐蚀半径及局部腐蚀深度对管道失效压力的影响;并与其他评价规范计算结果进行对比。结果表明,拟合得到的局部腐蚀油气管道失效压力计算方法的误差小,误差分布均匀,可以满足局部腐蚀油气管道失效压力的预测要求。     

局部腐蚀油气管道失效压力计算方法

利用管道应力集中理论,以数值模拟数据为基础,建立一种局部腐蚀油气管道失效压力的计算方法。验证非线性有限元法评价局部腐蚀的可靠性,用该方法分析局部腐蚀半径及局部腐蚀深度对管道失效压力的影响;并与其他评价规范计算结果进行对比。结果表明,拟合得到的局部腐蚀油气管道失效压力计算方法的误差小,误差分布均匀,可以满足局部腐蚀油气管道失效压力的预测要求。     

磁记忆检测技术在湿蒸汽发生器炉管上的应用

本文利用TSC-1M-4型磁应力集中检测仪对油田采油专用设备——湿蒸汽发生器内部炉管进行现场检测,对检测结果进行磁记忆信号分析,并用超声波测厚技术进行验证。结果表明,磁记忆检测技术对炉管早期正在发展着的缺陷是一种行之有效的无损检测方法。     

金属磁记忆检测在高压注汽管道中的应用

高压注汽管道工作环境恶劣,易产生应力集中,最终导致爆裂失效,磁记忆检测技术是能够有效检测应力集中的无损检测方法。本文对高压注汽管道用15CrMo材料进行拉伸试验,并对不同阶段进行金属磁记忆检测,得到该材料在不同阶段的磁信号,分析磁记忆曲线并确定材料的磁记忆检测特征值。     

应用漏磁法进行铁磁材料的应力检测

用有限元方法从理论上计算了由于铁磁性材料内部应力集中的存在,从而导致空间漏磁场的变化 情况,并从这些结果中总结铁磁性材料内部应力大小与周围空间漏磁场大小之间对应关系的规律性,根据 这些规律提出一种用漏磁法检测应力的方法。数值模拟结果发现漏磁法检测应力是方便可行的。     

应用漏磁法进行铁磁材料的应力检测

用有限元方法从理论上计算了由于铁磁性材料内部应力集中的存在，从而导致空间漏磁场的变化情况，并从这些结果中总结铁磁性材料内部应力大小与周围空间漏磁场大小之间对应关系的规律性,根据这些规律提出一种用漏磁法检测应力的方法。数值模拟结果发现漏磁法检测应力是方便可行的。     

改进BP神经网络在管道泄漏检测中的应用

管道泄漏检测和定位在管道的安全生产中占有重要的位置.本文将用小波包分解技术提取的管道泄漏检测系统特征信号作为神经网络的输入,建立管道运行状态的神经网络分类器,根据输出对管道的运行状态进行识别.利用小波变换特性提取压力传感器的信号奇异点,根据负压力波定位法对管道泄漏点定位,仿真结果验证了该方法的有效性.     

带缺陷钢丝绳拉伸力-磁耦合数值模拟

金属磁记忆作为一种新兴的钢丝绳无损检测技术,可对钢丝绳应力集中及缺陷部位进行定位,但对其应力状态及损伤程度的量化关系研究不足。为探究带缺陷钢丝绳拉伸状态下应力与金属磁记忆信号之间的联系规律,将缺陷诱发的钢丝绳损伤判别视为钢丝绳应力变化导致磁记忆信号改变的问题。基于磁机械效应及力磁耦合理论,考虑弹性阶段及塑性阶段磁特性参数(磁导率、矫顽力)随铁磁构件应力变化的不同规律,创新性地提出考虑磁导率和矫顽力影响的力-磁耦合修正模型。采用ANSYS有限元模拟软件,对带缺陷的1×7型单股钢丝绳进行静力场计算和环境磁场共同作用下的三维静磁场计算,利用力-磁耦合修正模型对两种物理场进行力-磁耦合。通过与试验结果进行对比分析,发现改进的模型可以较好地分析钢丝绳的力-磁耦合模拟问题,为以数值模拟为手段的钢丝绳拉伸应力与损伤量化关系研究方法奠定了基础。     

基于K均值聚类的油气管道漏磁缺陷标记方法

为了提高漏磁数据缺陷区域标记能力,将聚类算法应用于漏磁检测数据分析中,提出了一种基于K均值聚类的管道漏磁缺陷信号标记方法,并进行了不同口径和不同壁厚管道检测试验验证。结果表明:该方法可有效识别出漏磁数据中的缺陷区域,识别准确度满足工程要求。由于该方法无需根据检测器和管道情况单独设置阈值,因此其具有较广泛的适应性。     

基于管土作用模型的极限滑坡位移预测

滑坡作为典型地质灾害之一，严重威胁埋地管道的安全运行。若能准确预测管道所能承受的极限滑坡位移，则可结合先进的滑坡监测技术对管道失效事故进行有效预判。有鉴于此，本文首先建立并验证了基于非线性接触的管土作用模型，之后对模型参数及边界条件设置进行了讨论，最后基于形成的模拟方法研究了应力/应变准则下极限滑坡位移预测方法。结果表明：两侧设置无限边界的非线性接触管土作用模型更适用于真实滑坡工况下管道力学响应分析，可实现土体与管道大变形及管土分离的有效模拟，并可用于基于应力及应变准则的极限滑坡位移预测。本文为山区管道的安全设计及滑坡事故的防控提供了有效的技术手段。     

基于DEM-FEM耦合的滑坡作用下输气管道动力响应分析

油气长输管道输送距离长,途径地形地貌复杂多样,沿途地质灾害频发对油气管道的安全输送造成严重威胁与破坏。本文以联络线输气管道横向滑坡为例,通过离散元与有限元单向耦合方式,对管道进行滑坡作用下的动力响应分析。首先通过EDEM离散元软件模拟滑坡过程中土体颗粒对管道的动态冲击过程,分析在滑坡过程中土体颗粒与管道的接触变化以及受力变化,然后将管道所受最大滑坡推力作为荷载导入ANSYS中,模拟得到在滑坡及内压协同作用下管道的应力和位移分布,最后将模拟结果与线上监测数据进行对比。结果表明：由离散元模拟得到滑坡作用下输气管道受力时程变化曲线,在第3秒管道受到的滑坡推力最大,将其导入有限元中模拟得到滑坡段管道等效应力、剪切应力与位移分布云图,将等效应力与实际监测数据进行对比,计算得到相对误差在7.30%以内,因此表明该模型具有一定的可靠性。     

非接触磁应力检测技术在提离高度检测中的应用

非接触磁应力检测已在各类型管道进行有效应用,但由于管道沿线埋深不同,管道沿线磁检测结果受提离高度影响不能准确反应管道应力异常情况。基于中缅长输管道4处开挖管段的非接触磁应力检测数据,确定了非接触磁应力检测的有效检测范围。在有效范围内,根据8组现场X80天然气管道磁感应强度随提离高度变化的检测数据,拟合得到了管道本体和环焊缝处磁梯度模量和检测高度的量化关系公式。采用量化关系公式,将某开挖管段0.8m处磁感应强度检测数据统一转化到1.0m高度下,转化后磁感应强度数据与实测数据进行对比,两者误差小于10%。后续非接触磁检测可采用拟合的定量关系公式统一不同检测高度的磁梯度模量数据,克服非接触磁应力检测沿线检测高度不一致导致检测结果有误差的难题。     

横向滑坡作用下埋地管道静力学与数值模拟对比分析

长距离输油管道周围环境复杂,灾害频发,其中滑坡地质灾害对埋地管道的长期安全运行构成了极大威胁.因此,研究滑坡作用下埋地管道的力学特性就极为重要.基于Winkler弹性地基梁模型和滑坡推力横向分布模型,考虑温差、内压及推力等因素引起的当量轴力的作用,建立横向滑坡作用下埋地管道受力变形的简化力学模型,根据对称条件、边界条件及滑坡体内管道与滑坡体外管道的变形协调性条件,求解管道变形的弯曲微分方程,推导得到管道挠度、转角、弯矩以及剪力的计算表达式.采用该算法对工程案例进行安全性评价,并基于ABAQUS软件对管道受力进行数值模拟研究,两者分析方法结果基本一致.结果均表明:在横向滑坡作用下,滑坡边界处的管道应力最大,最易发生破坏,滑坡体中部的管道变形最大.     

光纤光栅传感器旋转扭转时管道曲率的检测方法

在非开挖地下管线探测中，利用光纤光栅传感器测得地下管线的等距离离散点曲率信息，通过空间曲线重建方法重建出地下管线的空间位置形状，是一种探索中的新方法，在测量地下管线的离散点曲率时，光纤光栅传感器除了承受弯曲变形外，还会发生扭转的情况，该文提出了一种在光纤光栅传感器基材整体旋转或扭转情况下得到离散点曲率的算法，从而提高重建精度，通过模拟算例验证了曲线重建时算法的效果。     

基于LPV模型GRNN输气管道音波定位算法

针对输气管道泄漏检测及定位问题以及管道内气体可压缩、检测难等特点,建立了输气管道线性变参数(LPV)模型,并设计了广义回归神经网络(GRNN),以理论时间差为模型输入,以对应的管道各点位置为期望输出.采用音波法对输气管道进行泄漏故障诊断与定位.结合具体实例并采用现场数据进行仿真研究,结果表明:采用基于LPV模型的GRNN输气管道泄漏故障音波定位算法是一种有效的方法,可使预测值准确地跟踪真实值,实验结果为输气管道泄漏故障检测与定位的工业应用提供了可靠的依据.     

滑坡对纵向埋地管道的变形特征与减灾对策研究

纵向布置作为埋地管道跨越山区地形的主要方式之一,滑坡对其致灾模式与横向布置埋地管道存在显著差异,横向布置埋地管道的变形机制和减灾对策并不适用于纵向布置的埋地管道。本文采用ABAQUS有限元软件研究埋地管道承载纵向滑坡作用的变形破坏规律,分析滑坡几何形态对管道变形破坏规律的影响,探讨改变管道径厚比、埋深、内压值对减小埋地管道受滑坡作用变形破坏的效果。研究结果表明：①埋地管道遭受滑坡作用最大的应变发生在滑坡坡脚管段;②埋地管道应变随滑坡坡度、厚度、长度增大而增大,其中滑坡厚度对管道遭受滑坡作用变形破坏影响程度最大,其次是滑坡长度,最后是滑坡坡度;③减小管道径厚比、埋深、内压都能有效增强管道的抗灾能力,从管道施工难易程度、成本、减灾效果以及运营管理四个方面考虑,最佳方案是减小管道的径厚比,其次是改变管道内压,最后是改变管道的埋深。     

运用虚拟仪器实现输油管道泄漏监测和定位

为了有效地检测输油管道泄漏并准确定位,运用负压波和质量平衡原理,采用模糊算法和逻辑判断法,利用压力、流量和输差三重机制实现了对原油管道的泄漏监测及定位、原油渗漏监测和报警.系统集成了传感器技术、无线通信技术和虚拟仪器技术.系统在对小压力、小流量和温度波动较大的高凝稠输油管道的泄漏监测方面有所突破.利用数据库结构,再现泄漏记录,回放历史数据并具有对历史数据进行统计、查询和打印等功能.采用无线通讯网络传递现场工作站的数据,并实现局域网内对管道的监测.     

金属磁记忆定量化评价的三维仿真分析与实验

早期损伤是导致金属构件发生突发性断裂的主要因素.针对大多数常规无损检测方法都只能对已成形的宏观缺陷进行检测,不能检测尚未成形的微观缺陷或应力集中区,以及金属磁记忆检测技术目前只能对早期微观缺陷进行定位,无法定量的问题,利用仿真与实验相结合的方法,建立了三维力磁耦合模型,仿真计算了微观缺陷表面空间三维磁场的分布,研究了应力、微观缺陷长度及扫描路径对磁记忆信号的影响,在此基础上,构建了金属磁记忆检测系统,实验研究了外加载荷、扫描路径与金属磁记忆信号的关系.研究结果表明:利用金属磁记忆检测技术可以实现对早期微观缺陷进行定量检测.     

声学探测技术在海底管道外检测中的应用

在海底管道的外检测过程中,为明确海底管道的真实赋存状态,常使用工程物探和潜水摸探对其进行调查,其中声学探测技术的应用最为广泛。本文以SONIC 2024多波束测深系统、SES 2000参量阵浅地层剖面系统、KLEIN 3000侧扫声呐系统为例,系统介绍传统声学探测技术在北部湾某单点系泊(SPM)海底输油管道外检测中的应用。在此基础上,结合扫描声呐、合成孔径声呐等声学探测技术,探讨各类声学探测技术的优劣性及适用条件,指出海管外检测技术的发展方向。多种声学探测技术的综合运用是准确评价海底管道状态的基础,海底管道外探测方案的选择应综合考虑海域条件、设备优缺点、作业载体、工作成本等因素。海管外检测技术向着设备集成化、检测精细化、识别智能化的方向发展。