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。     

管道H_2/空气爆燃流场和动态响应的计算研究

针对反应堆热交换器安全问题,对管道H2/空气爆燃和结构动力学响应进行了数值研究.基于MPI模型和分块求解,利用迎风TVD格式求解多组元带化学反应N-S方程得到了H2/空气爆燃流场.化学源项采用点隐处理,数值点火模型是在指定空间和时间内注入能量CpΔT,用12组元/23反应描述H2/空气反应机理,得到了不同时刻压力、OH质量分数等云图和指定点压力时间分布.基于解耦计算思想,将不同时刻管内壁面压力作为输入载荷,采用FEM求解Lagrange坐标系下的虚功原理,得到不同时刻管道应力、应变云图和指定点等效应力时间曲线.结果表明：本文计算条件下,管道头部点火后,冲击波在慢化剂室和外管组成的空间内不断反射,冲击波经过狭缝（宽2mm）未被所诱导的边界层耗散,即爆燃未熄灭.在狭缝出口处,冲击波和高温燃气射流在内管表面反射并出现重点火.冲击波在下游演化为平面波并在管道端面反射.当管内冲击波产生和传播时,外管、慢化剂壳体和内管产生了以更快速度传播的应力波.应力波在管体内外壁面反射,冲击波在下游传播方向和管道轴线一致,管道受力较小.慢化剂室顶面和侧面交线、下底面和内管连接处均出现应力集中,成为结构易受破坏区域.基于自编计算程序,该文提供了管内气体爆炸引起的管道结构安全的一种分析方法,所得结果和定性物理分析相符,但需作进一步的实验验证.     

管道内障碍物扰动对煤气爆炸特性影响的数值模拟

结合实验研究,采用迎风型WENO格式和两阶段化学反应模型就管道内障碍物对煤气/空气预混气体爆炸火焰的影响规律进行了数值研究,探讨了自管道右端面反射产生的压缩波与火焰传播的相互作用规律,得出了该反射波是造成火焰速度下降的原因.在此基础上,分析了障碍物对火焰的作用机理以及由此诱发的流场变化规律.结果表明,由于障碍物的加入,爆燃波发生多次反射,使得可燃混合气体得到充分压缩,温度和压力增加,化学反应速率提高,火焰强度得到加强.同时,从障碍物中传播出去的爆燃波经壁面反射后形成三波点,使得该处火焰速度升高,随着三波点的向前传播,由于能量的耗散,火焰速度逐渐下降.这些结论为爆炸场预估、防火防爆和爆轰推进中有效控制可燃气体的燃烧速率和火焰传播速度提供了重要的理论依据.     

基于瞬变流和故障检测的管线泄漏监测试验分析

根据动态系统分布参数模型的故障检测与诊断技术思想,结合管道流动的水力瞬变模型与适用于时变非线性系统的故障检测滤波器——扩展卡尔曼滤波算法,探讨了海底管道泄漏监测与定位技术.增广的状态向量包含管段各点的压力、流量和泄漏尺寸,进出口压力和流量4个参数组合成系统输入和输出向量,以卡尔曼增益阵修正由特征线结合差分法求解瞬变流离散方程得到的状态预测值,从而利用"新息"得出更准确的状态估计.在泄漏发生伊始即探测出异常,并给出泄漏发生时刻.基于压力梯度线性的假设计算泄漏位置,对一段试验水管的进出口压力流量测量序列进行上述分析,得出了与实际相当吻合的结果,初步验证了方法的有效性.     

基于Flowmaster的舰船消防管路泄漏模拟研究

消防管路是舰船上重要的辅助系统,提供意外事故下的消防用水和船上设备的冷却用水.为了研究某舰船消防管路在发生泄漏时管路内水力特性,采用Flowmaster软件建立了某舰船的一维管路模型.研究发现,稳态仿真结果与实验参数基本吻合,说明搭建的管路模型是正确的.动态仿真结果表明,在管路发生泄漏时,水锤效应会使泄漏点力曲线发生波动;泄漏点破口增大会导致在管路发生泄漏时出现流量振荡和压力波动,在管路设计时应给管道承压留有足够裕度,防止管道因泄漏压力的波动引发主管道二次破裂;通过研究不同泄漏位置对管路的影响发现,靠近泵位置处的泄漏点,其最大泄漏流量会略大于其余泄漏点位置处,设计时应考虑在泵出口管道处添加防冲刷措施,避免管道发生意外破损.仿真结果可以为后续进行泄漏实验研究提供一定的指导作用.     

在Matlab中分析基于小波变换的管道泄漏定位方法

采用分布式控制系统、负压波检测法,根据泄漏产生的瞬态压力信息传播到上、下游的时间差,以及管内压力波的传播速度,即可计算出泄漏点的位置;但由于工业现场的电磁干扰、输油泵振动等因素,使采集到的压力波形序列夹杂着大量噪声.要实现负压波准确定位,关键在于捕捉压力波形的奇异点,为此采用小波变换技术.阐述了基于小波变换的测漏原理及定位方法,并在Matlab中利用db小波分析验证.经过处理,图形可以在开始时产生较大的差值,以便准确判断泄漏时刻.     

输油管道泄漏信号去噪的研究

由石油管道泄漏引发的负压波传播到泄露点上游和下游的监测点时,会使该点的压力信号产生一个幅度较大的震荡,伴随震荡曲线将会产生一些噪声干扰。针对这一现象,将管道监测点采集到的压力信号,采用小波变换和中值滤波相结合的方法,在MATLAB软件环境下进行去噪仿真实验,最后得出该方法可以很好的去除负压波信号中的干扰。     

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.     

管道系统泄漏检测的瞬变水击压力波法

管道系统的泄漏影响着瞬变水击波波形的畸变和衰减特性,比较研究了两种阀门关闭激励速度对管道泄漏瞬变检测精度的影响.在此基础上,基于阀门部分快速关闭,提出管道系统泄漏检测的瞬变水击压力波法,即利用第一个瞬变压力波波形上的间断点时刻定位泄漏位置,间断点衰减幅值辨识泄漏量,并通过不计算管道内部计算断面的特征线法理论推导出了泄漏量参数与该衰减幅值之间的关系式.给出了该方法的检测步骤,并对该法进行了数值验证.仿真结果表明该方法简单、有效.     

高压燃气管道破裂的定量风险分析

高压燃气管道破裂将会危及到破裂点附近的生命财产安全．管道泄漏率是分析和评价管道破裂事故的前提和基础，将复杂的泄漏率模型进行简化，由简化模型得到的计算值与复杂模型计算值之间的最大偏差为9．3％、基于该简化模型得到的气体喷射扩散模型，其计算值与复杂模型计算值之间的最大偏差为18％．管道发生火焰喷射时，其危险域的计算值与实际值之间的最大偏差只有4m．研究表明，管道破裂危险域是与气体泄漏率的1／2次方成正比，与输气压力的1／2次方成正比，与管径的5／4次方成正比，与破裂管长的1／4次方成反比．     

基于瞬态模型法的输气管道泄漏监测与定位技术

在天然气的输送过程中,管道的泄漏是影响安全生产的一个重要因素,因此泄漏的检测与定位技术研究意义深远.基于流体流动的机理,建立了输气管道的实时瞬态模型,得到了泄漏的检测方法和定位公式;通过大量的室内试验,验证了该方法的有效性.在此基础上,分析了泄漏量和泄漏点的位置对定位误差的影响.研究表明,随着泄漏量的增加,定位误差逐渐减小;当泄漏点距离管线首端较远时,在相同泄漏量的情况下,定位误差相对较小,响应时间短.研究结果对于天然气管道的泄漏检测和定位提供了理论支持.     

信息缺失条件下管道泄漏信号识别研究

在管道泄漏诊断过程中,负压波信息缺失会导致误判或漏判,采用改进奇异值降噪技术对负压波信号进行预处理,以提高定性评判泄漏的准确性。介绍了奇异值降噪技术的基本原理及其改进方法,并利用信号互相关技术对泄漏点位置进行了定量计算,实现了对液体输送管线的泄漏故障诊断。对室内液体管道在泄漏诊断过程中负压波特征明显和模糊情况下的奇异值降噪结果进行了对比。结果表明,相关分析方法对信息缺失条件下负压波信号拐点识别的准确率较高。该方法能突出强噪声背景下的负压波信号,并且使泄漏点的定位精度提高到1.52%。该研究结果也可用于液体管线小泄漏的诊断分析。     

油气开采过程的环境监测与管理

 当前随着石油、天然气等开发的不断深入,对地下水、土壤、大气等自然环境的监管和保护越来越重要。本文介绍了目前国内外套后窜漏监测、输油管线泄漏监测和大气污染监测的主要方法,其中套后窜流监测的包括测井法、试井法、机械法;输油管线泄漏监测包括输差检漏法、负压波法等常规方法和实时监测系统;大气污染监测包括生物监测法、光谱分析法等常规方法和综合性监测系统。简述了该领域国内外最新进展,其中套后窜流监测包括核监测技术和实时监测技术等;输油管线泄漏监测包括模型法、漏磁监测、腐蚀理论等;大气污染监测为综合性监测系统。分析表明,井下实时监测技术、管线泄漏实时监测系统、智能化气体集成监测系统将成为未来油田开采过程中主要的发展方向和热点。     

压力管道裂纹泄漏计算流体力学计算方法

针对压力管道裂纹泄漏的CFD（计算流体力学,Computational Fluid Dynamics）计算问题,提出了一种可考虑流体压降相变过程的CFD裂纹泄漏计算方法。在理论分析和数值模拟方法研究基础上,建立矩形窄缝裂纹模型,实现了裂纹泄漏过程的瞬态模拟,并进行了计算结果的验证和分析。结果表明,泄漏流体的流动特性符合相变泄漏过程的物理规律,计算结果与试验结果符合性良好,平均误差在15%以内;单位面积泄漏率随裂纹张开位移的增加而增加,随流体过冷度的增加呈现增幅趋缓的增加。所提出的计算方法和分析结果可为压力管道裂纹泄漏率研究提供直接的技术参考。     

基于干涉型分布式光纤技术的水下管道泄漏检测实验分析

为解决复杂水下管道的泄漏检测问题,以干涉光路为基础,构架面向水下管道应用的分布式光纤泄漏检测系统.在水下波导实验室,以直径为200 mm的铸铁沥青输气管道为对象,研究水流波动条件(流速为2～6 m/s)、气压0.5～1.4 MPa下,分析Sagnac原理中零点频率和泄漏点在宽频范围内的对应关系,建立零点频率分辨率和定位的关系,消除水下环境干扰信号的影响.实验结果表明:该系统可用于水下输气管道泄漏检测,对于6.5 km测试间距,可有效测定泄漏源位置,定位误差小于2.0％.     

平坦地区含硫化氢集输管道的泄漏扩散模拟

针对管道中天然气的泄漏,尤其是含硫集输管道的泄漏将对周围环境造成极大的威胁,对平坦地区含硫化氢天然气管道泄漏扩散进行了数值模拟。模拟分析发现：静风条件下,天然气在大气中自由扩散稳定后,压力、速度和浓度分布基本对称,喷口附近、喷口垂直向上区域以及接近地面区域的硫化氢浓度很高,属于高危险区域;有风条件下,气体扩散范围增大,风不仅对污染物起输送作用,还起稀释扩散作用,但在地面附近影响效果并不明显,而随高度的增加,其效果将不断增强;在无风情况下,喷射区域基本在泄漏口正上方,而有风时,喷射区域发生弯曲;危险区域随着风速的增大而减小,静风时,其范围最大。模拟得出天然气管道泄漏点外扩散的规律能够为实际安全生产和应急抢险提供较好的参考依据。     

土壤地下空间耦合下天然气泄漏扩散数值模拟

随着燃气管道数量和规模的增加,由于燃气泄漏至相邻地下空间导致燃气爆炸的事故日益突出。为了研究天然气管道泄漏后气体在土壤和地下空间耦合下的扩散过程及规律,本文采用COMSOL软件中建立燃气管道泄漏在土壤和阀门井中扩散的数学模型,分别研究不同管道压力、土壤孔隙率、泄漏口到阀门井水平距离对燃气泄漏扩散的影响,结果表明：随着管道压力和土壤孔隙率的增加,阀门井内甲烷摩尔分数到达爆炸下限的时间相应减小;不同孔隙率条件下阀门井内甲烷摩尔分数差值逐渐稳定在一个定值;泄漏位置距离地下空间小于12.5 m时,阀门井内甲烷摩尔分数到达爆炸下限的时间小于7天,距离大于12.5 m时阀门井内甲烷摩尔分数到达爆炸下限需要一周以上的时间。     

埋地管道泄漏数值模拟分析

针对不同因素对管道泄漏工况的影响进行了模拟研究。管道的铺设方式一般为埋地铺设,长时间埋地管道会因为外力破坏或管道自身老化、腐蚀穿孔等因素造成管道泄漏。管道泄漏时会造成重大压力损失和管道流体的损失,管道大孔泄漏后容易在地面上被检测出来,小孔泄漏不容易被检测出来。因此采用数值模拟方法,通过模型简化,同时考虑计算精度和计算成本,建立了埋地管道小孔泄漏扩散模型。分别研究泄漏压力、泄漏孔径、管道埋深、土壤性质、环境温度、泄漏孔形状和障碍物等因素对埋地管道泄漏扩散的影响。     

基于鲸鱼优化算法的变分模态分解和改进的自适应加权融合算法的管道泄漏检测与定位方法

针对管道泄漏检测与定位方法存在负压波传播衰减、噪声干扰大、数据融合率低等3种问题,提出了基于鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm, WOA)的变分模态分解(variational modal decomposition, VMD)和改进的自适应加权融合算法(improved adaptive weighted fusion, IAWF)的管道泄漏检测与定位方法。该方法提出了三传感器泄漏检测与定位模型,并利用抗干扰能力强的WOA-VMD算法对原始信号进行消噪处理;然后采用小波分析求消噪信号的奇异点,进一步求出压力变送器检测到负压波信号的时间差;在此基础上,利用改进的自适应加权融合算法对多传感器数据进行融合,最终得到泄漏点的实际位置。实验结果表明：该方法可以有效地滤除噪声分量,获得更精确的融合结果,定位精度高,相对定位误差可以控制在1%以内,为管道泄漏检测与定位提供了一种新方法。     

天然气管道站场泄漏扩散三维动态研究

针对天然气管道站场中天然气的泄漏扩散对安全生产造成的问题,开展了天然气管道站场中天然气泄漏扩散规律研究.采用专业软件模拟的方法,使用FLACS进行模拟,设置边界条件进行求解,研究不同风速、不同风向及不同泄漏速率对天然气泄漏扩散的影响,并结合天然气行业相关标准对天然气管道站场内可燃性气体位置进行优化.研究结果表明,泄漏速...