长输管道储气调峰对管径选取的影响研究

针对天然气长输管道管径选取问题,开展了将管道储气调峰纳入管径比选的研究,总结了管道末段储气能力及调峰需求量计算方法。以某天然气长输管道工程为例,结合用气的不均匀性,采用稳态仿真模拟和动态仿真模拟相结合的方法,首先,对管道通过能力满足均月均日和高月高日工况时的管径进行水力计算,然后,对小时调峰、日调峰和月调峰的需求量进行分析,根据管道储气调峰能力和调峰需求量对比选取调峰工况下的适宜管径方案。在此基础上,对管道调峰和建设储气库调峰进行了详细经济性对比分析,获得了通过适当增大管径的方式不仅能满足小时调峰和部分日调峰需求、而且经济性更高的结论。研究结果表明,在管径选取时,应将管道调峰纳入管径比选的考虑因素,综合对比得出最优的管径方案。     

输气管道末段储气能力计算

输气管道末段储气是最经济的短期调峰方式,末段储气能力的计算能为天然气管道供气系统的规划、设计和运行管理提供理论指导。在合理的假设基础上,建立了较真实反映输气管内气体等温流动的方程组,并采用混合TVD方法求解该方程组,结合计算机编程,对输气管道末段的流量和压力等参数进行模拟。通过分析模拟数据,进而计算出输气管道末段储气能力,并通过算例加以说明。     

集中供热管网的非稳态水力建模与动态响应分析

建立了单个供热管段的非稳态水力模型,导出了该非稳态水力模型的解析解,分析了管道长度、管径、进出口压差变化时管道流体的动态响应特性.当单个管道的进出口压差变化相同,管道的长度越长、管径越大时,管道的流量响应时间越慢;对于相同规格的管道,当管道的进出口压差变化越大时,管道流体的动态响应速度越快.在单个管段的非稳态水力模型的基础上,结合图论的方法建立了集中供热管网的非稳态水力模型,并构建了该模型的数值求解方法.该模型考虑管网运行调节时阀门开度或水泵转速改变等影响动态响应时间的因素,提出的非稳态水力模型和求解方法为热网进行频繁、大范围水力工况调节过程中各热力站流量的动态响应分析提供了支持.对一个实际热网的动态水力进行了分析,结果表明:当热网中的阀门开度不变、热源泵转速发生变化时,距离热源越远的热力站的流量动态响应时间越长;同样地,当热网中热源泵的转速不变、改变某一热力站的阀门开度时,距离热源越远的热力站的流量动态响应时间越长.     

输气管末段长度和管径的计算

输气管末段贮气是用来解决天然气用户昼夜用气不均衡性的方法之一。由于末段终点用户用气昼夜波动,末段内气体处于不稳定流动,本文采用气体不稳定流动的方程计算末段的长度和管径,不稳定工况计算方法的结果和稳定工况计算方法的比较结果表明:按稳定工况计算方法确定的输气管末段长度有时并不能满足为消除昼夜用气不均衡所需的贮气能力。     

输气管道泄漏瞬态仿真分析

针对气体管道可能发生的泄漏工况,基于气体管道瞬变流动模型,结合泄漏边界条件,采用数值解法仿真得到泄漏后管道任一位置压力流量随时间的变化,并通过模型法对泄漏位置实时计算。结果表明：未泄漏稳态计算时,公式法和模型法的计算结果基本相同。管道泄漏后会产生负压波,导致全线压力降低,泄漏点上游流量增大,下游流量减小。压力波先后传播到管道首末端,在传播到管道首末端时会发生反射,随着压力波反射次数的增加,管内压力和流量会逐渐达到稳定状态。气体管道发生泄漏后,压力波向上下游传播,在各点产生的压力波幅呈指数规律衰减。利用管道泄漏后稳定状态时的起终点压力和流量结果计算得到的定位结果与真实值更接近。     

正常工况和泄漏工况下的管内天然气流动研究

依据物体运动普遍适用的守恒定律,建立了天然气流动基本控制方程.针对天然气管道正常工况,利用特征线法推导了基本控制方程对应的差分方程,给出正常工况瞬态下的天然气管道沿线压力和流量的计算方法.并且根据天然气流动的运动方程和能量方程,给出了正常工况稳态下的天然气管道沿线压力和温度分布;针对天然气管道泄漏工况,同样利用特征线法推导出相应的差分方程,给出泄漏工况瞬态下的天然气管道沿线压力和流量的计算方法.并且推导研究了在泄漏工况稳态下天然气管道泄漏量的计算方法.     

基于动态摩阻的大落差输油管道 不稳定流动模拟

大落差输油管道高程起伏大,压力波动大,易由停泵、关阀等工况引发不稳定流动,导致管道局部压力降低和油品气化,引发弥合水击等现象。为准确预测大落差管道不稳定中流动压力、流量的变化,基于连续性方程、动量方程和能量方程,建立了大落差管道不稳定流动分析模型;结合Brunone-Vitkovsky动态摩阻模型,描述不稳定流动过程中的液体惯性加速带来的附加摩阻损失;采用特征线法和有限差分法求解模型。以某大落差管道中间泵站停泵工况为例,分析基于稳态摩阻与动态摩阻仿真的管道不稳定流动特征。结果表明：在稳定流动工况下,基于稳态摩阻和动态摩阻计算的管道压力、流量参数是一致的,但是在不稳定流动条件下基于动态摩阻计算的压力、流量比稳态摩阻模型值偏低。因此,基于动态模拟方法分析大落差输油管道的不稳定流动,对于提高管道压力、流量等工艺参数的预测精度,制定更加有效的不稳定流动安全防护措施具有重要意义。     

混凝土辐射供冷RC简化传热模型的改进及实验验证

混凝土辐射供冷非稳态传热过程的研究,对系统的运行和控制具有重要意义．本文对以系统几何及热工参数来确定核心温度层热容热阻的RC简化模型进行研究,加入沿管道供水换热过程的模型,实现供水温度和流量联合变化工况下楼板动态热响应的模拟分析．搭建混凝土辐射供冷系统全尺寸标准测试舱,验证上述模型的准确性和适用性．结果表明,在供水温度和流量非连续变化的非稳态工况下,模型计算值与实测值变化趋势基本一致,热流密度模拟值与实测值偏差约为5W／m^2,内部温度模拟值与实测值偏差小于等于0．5℃,模拟误差小,适用性较高．     

基于特征线法的输气管道泄漏瞬态仿真与分析

针对气体管道可能发生的泄漏工况,基于气体管道瞬变流动模型,结合泄漏边界条件,计算得到泄漏后管道任一位置压力流量随时间的变化规律,并通过模型法实时计算泄漏位置。结果表明:未泄漏稳态计算时,公式法和模型法的计算结果基本相同。管道泄漏后会产生负压波,导致全线压力降低,泄漏点上游流量增大,下游流量减小。压力波先后传播到管道首末端,在传播到管道首末端时会发生反射,随着压力波反射次数的增加,管内压力和流量会逐渐达到稳定状态。气体管道发生泄漏后,压力波向上下游传播,在各点产生的压力波幅呈指数规律衰减。利用管道泄漏后稳定状态时的起终点压力和流量结果计算得到的定位结果与真实值更接近。     

某气田集输配气管网仿真分析

针对国内的某些老气田已经进入开发后期,产气规模小,产量田已满足不了市场的需求的实际,提出以管网仿真分析,实施地面管网规划和改造,进行邻区天然气的开发和利用。建立了包括管道和非管元件的复杂管网的数学模型,对稳态仿真采用节点压力法建立非线性方程,对瞬态仿真采用隐式法建立非线性差分方程,并应用广义阻尼牛顿—拉夫逊法求解非线性方程组,最后研制出管道仿真系统Pipeline Emulation System（PES）仿真软件包,对某片区的目前管网和规划管网进行仿真分析。结果表明：规划后管网中的管道压力没有超过允许压力,大部分管道可以增加流量,个别管道应该改换成较大管径的管道。     

输气管道稳态计算公式改进研究

输气管道工艺计算稳态公式在管道设计和管理过程中起着十分重要的作用。针对目前我国有关规范中常用稳态计算公式忽略了流速变化所带来的影响,适用范围受到限制的实际,根据天然气     

X80输气管线悬空状态下的安全评价

X80管线在我国西部恶劣复杂的环境中运行时,各类地质灾害经常造成管道悬空现象,严重影响管道的安全运营。在万能材料试验机上对X80管线进行拉伸试验,得其本构关系,为仿真计算提供依据。借助弹性地基理论、Winkler假定对悬空管道力学模型进行分析,应用基于应变准则的失效判据来判断管道的安全状态,并用有限元软件ABAQUS对X80悬空输气管道的安全状态进行模拟与分析。结果表明:最大应力、应变及挠度与悬空长度、管径比(D/t)呈正相关;悬空管道的危险点,位于埋设段与悬空段交汇处。这些结论为悬空管道的安全评估提供了一定的理论基础。     

多周期交变载荷工况下地下储气库密封性评价

随着我国引进天然气资源的高速增长,在中亚管道投运的基础上,中俄西线天然气管道建设加快提速,急需寻找建设特大规模型地下储气库保障进口天然气供需平稳安全运行。克拉2气田是西气东输一线的气源地,距离中亚、中俄西线管线中国口岸较近,改建储气库将在季节调峰、安全平稳保供和战略储备方面发挥重要作用。为了讨论克拉2改建储气库的密封性,从盖层、断层、裂缝、溢出点、储层底板和井的完整性等方面,通过考虑逆断层的活动情况,使用断面正应力的最小值评价断层的密封性,将储层底板密封性和井的完整性纳入储气库评价体系,形成了考虑原始圈闭、钻采工程和多周期交变载荷工况下的储气库密封性评价体系。认为克拉2气田通过调整开发政策在开发末期改建为地下储气库可行,为改建储气库提供依据。     

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。     

深水管道弃置回收非线性受力分析及其形态控制

采用弹性地基板理论和非线性梁理论分别建立弃置回收作业中深水管道触底段和悬跨段几何大变形管道模型。以悬链线理论对管道进行初始构形,将DnV规范与土样调查数据相结合处理触底段管道和海床地基的边界条件,得到垂向、侧向、轴向3个方向的土壤反力公式。以某深水气田管道为研究对象,采用有限元软件ABAQUS进行初选管道提升角的有限元分析,得到管道的应力分布。结果表明:提升角增大,管线提升端的轴向拉力减小、最大应力位置从提升点向触地点转移。当提升角处于合理范围时,管道应力水平较低,提升端轴向力相对于AR绞车能力比较合理。顺流时轴向拉力最大,AR绞车负载较大;逆流时管道轴向拉力最小。管线等效应力主要取决于弯曲应力。来流方向对管道触地点等效应力的影响非常大,应避免逆流环境作业。     

输配气管网稳态仿真问题的拓广

采用节点法建立了输配气管网稳态仿真的数学模型，并提出了求解模型的有效算法。文献中的输配气管网稳态仿真问题局限于每个节点必须给出一个已知参数，该文中将这类问题推广到更一般的情况，从而使输配气管网稳态仿真的适用性和灵活性更强。实例计算结果表明，该模型的计算稳定性和收敛性均较好，计算结果与预测结果相吻合。