输气管道泄漏流场特性分析

输气管道泄漏流场特性对输气管道泄漏检测与定位研究具有重要的意义。根据实际流速和管内压力,建立了圆口泄漏和缝隙泄漏的计算流体动力学模型。在此基础上,研究了不同泄露口的泄漏速率与管内压力的关系以及泄露口形状对泄漏口附近流场的影响,并进行了实验验证。结果表明:泄漏速率和管内压力呈线性关系,圆形泄漏口的口径越大,泄漏速率越高;而矩形泄漏口的泄漏速率明显高于圆形泄漏口,泄漏口方位对泄漏速率的影响不大;在泄漏口附近压力和速度梯度均比较大,但泄漏口对管内气流的影响范围比较小;仿真结果与实验结果具有良好的一致性,说明基于计算流体动力学模型的方法研究气体管道泄漏流场特性是可行的。     

海底输气管道泄漏扩散可视化仿真软件开发

为实现海底输气管道泄漏扩散结果的实时可视化仿真,对海底输气管道泄漏扩散可视化仿真软件进行了结构分析与功能模块划分,以数值模拟实验为基础建立了海底输气管道泄漏扩散模型数据库,编写Matlab程序读取数据库信息并进行简化处理,生成了泄漏气体扩散影响范围数据点矩阵。使用统计学方法,并引入边界曲线拟合系数对泄漏影响范围边界进行曲线拟合,实现了对泄漏气体影响范围的实时判断。在此基础上,使用Matlab/C++混合编程方法,完成了海底输气管道泄漏扩散可视化仿真软件设计及开发。     

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.     

基于“数列灰预测”的输气管道腐蚀预测

输气管道腐独涉及因素较多,关系错综复杂,且随着条件的不同而变化较大,对于这些因素的确定也存在不确定性和模栩性。利用“数列灰预测”建立了管道腐性预测的新模型,介绍了三种常用的数据处理方式。将预测模型应用于四川气田某输气管道的腐蚀速度和腐蚀深度的预测结果表明:所建模型预测的误差小,可以用于现场实际工作中,为管道的腐蚀预测提供了一种新的方法。     

埋地输气管道腐蚀故障树模糊分析

腐蚀是引起埋地输气管道泄漏和破裂的主要因素。对引起埋地输气管道腐蚀失效的各个因素进行系统分析,建立以埋地输气管道腐蚀失效为顶事件的埋地输气管道腐蚀失效故障树,结合管道腐蚀破坏机理和故障树模糊分析原理,分析导致管道腐蚀产生的因素,得到模糊故障树的各阶最小割集和引起埋地输气管道发生腐蚀失效的主要因素。通过算例分析表明该方法具有较大的灵活性和适应性,更加符合工程实际,是对传统故障树分析方法的进一步完善。     

埋地输气管道腐蚀故障树模糊分析

腐蚀是引起埋地输气管道泄漏和破裂的主要因素。对引起埋地输气管道腐蚀失效的各个因素进行系统分析,建立以埋地输气管道腐蚀失效为顶事件的埋地输气管道腐蚀失效故障树,结合管道腐蚀破坏机理和故障树模糊分析原理,分析导致管道腐蚀产生的因素,得到模糊故障树的各阶最小割集和引起埋地输气管道发生腐蚀失效的主要因素。通过算例分析表明该方法具有较大的灵活性和适应性,更加符合工程实际,是对传统故障树分析方法的进一步完善。     

气体扩散CFD建模敏感性分析

 提出气体扩散计算流体力学建模敏感性分析的概念,即从众多影响模拟结果的不确定性因素中找出对建模有重要影响的方面,并监测、分析其对模拟结果的影响程度,进而选定最佳建模参数的一种不确定性分析方法。建议敏感性分析顺序应为网格依赖、边界条件、湍流模型及求解控制参数分析。重点对网格依赖和湍流模型敏感性分析的原理和方法进行了论证,并结合某高含硫集气站气体泄漏扩散建模进行了算例研究。研究结果表明,网格依赖分析可在模型预测精度和计算成本间获取平衡点;通过将各湍流模型预测结果与经验公式模型对比,可选取最适合的湍流描述方法。敏感性分析对构建合适的计算模型,提高计算精度,降低计算成本具有重要意义,是气体泄漏扩散建模中不可或缺的重要环节。     

输气管道泄漏音波信号传播特性及预测模型

输气管道泄漏音波在管内传播过程中发生衰减,在安装音波传感器前必须明确管内音波信号的传播距离。综合考虑介质黏滞吸收和热传导作用及特殊管件(弯管、分支及变径管)的吸收作用,建立泄漏音波在管内传播模型。利用改进的小波分析法对泄漏音波信号时频域特征进行分析,模拟分析不同特殊管件对音波传播的影响,并利用高压泄漏试验装置对建立的传播模型进行验证。结果表明:泄漏音波在管内以平面波形式传播,泄漏信号幅值能量占优的频带主要集中在0～0.366 Hz及2.93～46.88 Hz内,直管和弯管对音波衰减影响较小,只有分支和变径(变径流量计、阀门)对音波传播影响较大;得到的拟合音波吸收系数与理论吸收系数吻合较好,模型计算结果较为准确,可提高音波泄漏检测的准确性。     

输气管道滑坡灾害影响因素敏感性分析

为保证输气管道在滑坡灾害下能够安全运行,需对输气管道滑坡灾害进行影响因素敏感性分析,以识别出管道应力与影响因素之间的敏感状况.利用ABAQUS有限元软件建立输气管道滑坡灾害数值分析模型,计算出管道的最大Mises应力值;应用敏感性系数分析法分析了输气管道滑坡灾害的主要影响因素,得出主要影响因素与管道应力之间的变化规律.计算结果表明,管道在横穿滑坡区域时,除管道壁厚与管道应力呈反向变化关系外,滑坡宽度、内摩擦角度、土体黏聚力、管道埋深和管内压力都与管道应力呈正向变化关系;管道壁厚为影响管道应力的关键因素,其余各因素敏感性从强到弱的排列顺序为,滑坡宽度土体黏聚力内摩擦角管内压力管道埋深.     

利用Eaton法计算地层孔隙压力的不确定性分析

鉴于地层孔隙压力不确定性给钻井工程设计与施工带来的诸多困难,提出孔隙压力不确定度的概念,并对其不确定性进行定量表征。以目前应用最为广泛的Eaton法为例,推导了孔隙压力不确定度的理论计算模型,模型考虑了数据测量误差、压实趋势线方程、Eaton指数、上覆岩层压力以及静水压力等因素,并利用中国石化PG地区综合矿场数据进行了算例分析。结果表明,该方法给出了孔隙压力不确定度的范围、影响主因素以及相关因素对不确定度的影响规律,且计算结果与录井钻井液密度、试气实测结果相符,证明提出的孔隙压力不确定性评价方法可行,计算结果真实、可靠。     

非等温长输管线稳态泄漏计算模型

为了客观准确地计算燃气管道泄漏时的泄漏率、泄漏孔口内外温度和压力分布,通过对长输管线微元段燃气压缩因子、摩擦系数、泄漏系数、压力修正系数以及温度修正系数的分析讨论,结合现有泄漏模型,建立了非等温条件下的稳态管道泄漏小孔、管道及大孔模型．对大孔模型泄漏过程,提出了综合三状态模式及具体两状态模式．通过对非等温条件下3种泄漏模型计算结果的比较,得出小孔模型适用于孔径比约为0．15的泄漏,管道模型适用于孔径比约为0．9的泄漏,而大孔模型在各种泄漏孔径下均比较适用,所得计算结果均合理可靠．     

基于管道爆炸数值模拟的架空天然气管道并行间距研究

从天然气管道失效泄漏引发爆炸现象出发,通过理论分析建立架空管道泄露模型,应用Matlab计算出管道泄露总量中参与爆炸的体积,通过TNT当量法将体积值转化为管道爆炸模型的初始当量。利用Autodyn软件建立管道爆炸物理模型,计算不同并行间距下管道受并行管线爆炸冲击超压及变形量。依据管道椭圆应变准则评定不同并行间距下管道受冲击变形风险。结果表明:架空管线受并行天然气管线爆炸冲击产生的变形破坏为超压破坏和冲量破坏两种形式。架空管道大变形位置为正对爆炸源最近点和背对爆炸源最远点。架空天然气管道安全并行间距:一级和二级风险距离分别为0~2和2~5 m,三级风险距离为5 m以上。将数值模拟结果与理论计算结果对比,验证了该数值计算方法的可行性。     

埋地天然气管道泄漏量计算与分析

为计算埋地天然气管道泄漏量,获得合理的埋地管道泄漏计算模型与埋地管道土中天然气吸收量,通过分析燃气管道泄漏的模型划分标准,建立等温与等熵模型计算小孔泄漏量。结合天然气管线泄漏强度的实验数据进行对比分析,得出了等熵与等温模型分别为实际小孔泄漏量的上下限;利用菲克定律推导埋地管道泄漏扩散浓度方程,并分析扩散范围,结合工程实例对泄漏量进行计算分析。研究结果表明,小孔泄漏孔径越小,处于爆炸浓度极限的时间越长,危险性越高。根据埋地管道周围土中各点天然气浓度分布规律,提出了土壤吸收量计算方法,改进了地面蒸气云泄漏质量计算方法,结合工程实例定量地给出了土壤的天然气吸收率。     

The Technical Specification and Physical Performance Level of Line Pipes for West-East Gas Pipeline

The west-east gas transmission engineering is an important project attracting domestic and foreign attention. The gas pipeline used in this project is a gas pipeline with the longest distance, largest pipe diameter and highest transmission pressure in the history of petroleum pipeline construction of China. For the construction of top-rank gas pipeline in the world with high standard, high speed and high benefit, the key of specifying production of metallurgical and pipe-making enterprises and ensuring quality performance of the steel and steel pipe is to research and formulate a feasible and satisfactory technical Specification for engineering steel and steel pipe with international level. In this paper the author introduces the establishment of the technical specification for West-East gas pipeline project, and lays emphasis on the analysis and discussion of principle and method determining major technical indexes related to line pipes for West-East gas pipeline. The author also introduces actual material selection of gas pipeline home and abroad, and presents examination and application of the technical specification for West-East gas pipeline.     

考虑双重不确定性的天然气压力能出力特性分析

天然气管网余压资源利用是实现双碳目标的关键技术路径之一,压力能出力特性分析是支撑其高效利用的基础,为提高能源利用率和改善天然气管网运行经济性,提出考虑双重不确定性的天然气压力能出力特性分析方法。首先,提出一种并联式天然气管网压力能发电系统架构,并对其出力影响因素进行分析。然后,建立天然气网络模型及其各类负荷需求模型,并基于不确定性理论,构建考虑天然气流量与压力的双重不确定性模型;在此基础上,构建压力能出力?分析数学模型,并提出波动性指标对压力能出力特性进行分析。结果表明：①天然气压力能发电功率随膨胀机入口天然气流量、温度与压力增大而增大;②天然气压力能发电具有典型的时空特性与不确定性;③压力能发电波动性受时间尺度影响,时间尺度越大,波动性越强。     

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。     

矿井地面固定式液态CO2防灭火工艺流程模拟

根据采空区煤自然发火的实际情况,在分析CO2相态的基础上,为了防止液态CO2在长距离输送过程产生干冰堵管,确定了液态CO2汽化输送的防灭火工艺流程,建立了液态CO2汽化管道输送的热力学模型.利用Aspen HYSYS V7.3软件模拟了液态CO2汽化管道输送过程及影响因素,通过对液态CO2汽化管道输送过程模拟与分析,得出了液态CO2汽化时摩尔流量与加热量、有效输送管长、管道出口温度等之间的关系,确定了加热器功率与管道入口温度、压力和管道出口温度、压力及管道长度之间的关系;根据不同矿井的实际情况,确定合理的加热功率,提高防灭火的效率,优化液态CO2防灭火系统的工艺技术参数,确保系统能够安全稳定地运行,研究成果对促进CO2防治煤层自燃技术体系的完善具有重要的意义.     

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。     

基于双流体模型的人工煤气管道腐蚀预测

人工煤气管网中广泛存在的多相流动腐蚀是造成人工煤气管道减薄的主要原因。针对现有检测技术难以检测输送复杂介质管道的剩余壁厚的问题,以昆明市燃气管网为例,基于双流体模型进行人工煤气管网的多相流动分析,采用实验与理论研究相结合的方法,确定了人工煤气管道的腐蚀特征,计算得到管道的腐蚀情况,结果表明：管道腐蚀程度主要与持液率和CO₂分压相关;采用多相流动仿真模型平均腐蚀速率为0.054 3 mm/a,全动态多相流模拟的腐蚀预测结果存在明显误差;建立的人工煤气管网腐蚀速率预测模型误差平均值为8.9%,优于全动态多相流模拟多相流腐蚀预测结果。