陆上油气管道受高压直流接地极干扰的腐蚀与防护实例分析

高压直流接地极放电时会对附近的管道产生强烈的电干扰,导致管道腐蚀加速,为了预测高压直流接地极对埋地管道的干扰程度并及时筛选合适腐蚀防护措施,利用数值模拟技术计算高压直流干扰下管道的干扰电位以及管体腐蚀速率,并结合相关标准对干扰水平进行评估。在此基础上,研究“单独管道方采取措施”、“管道方和电力方均采取措施”、“电力接地极更换极址”3种方案下的腐蚀防护效果。研究结果表明:对当前极址来说,需要管道方安装大量措施同时电力方对放电电流进行控制才能达到目标;而高压直流接地极极址土壤电阻率较低的情况下可以大幅降低对附近管道的干扰水平;就本文所列工程案例来说,更换极址是比较经济的方案。     

雷击时地下空间电磁场与负载感应电磁场的仿真计算

随着高新电子技术的迅猛发展,雷电电磁辐射给人们的生产生活造成的危害越来越大。为了分析雷电电磁辐射的危害,基于MTLE雷电回击模型,以及北京地区实测雷电流波形,采用三维时域有限差分(FDTD)方法,计算了雷击时地下空间中的电磁场,并对线缆终端负载进行了雷电电磁耦合,计算了负载上的雷电感应电压和感应电流。计算结果表明,土壤对雷电电磁场的屏蔽并不彻底,地下空间仍需要进行防雷设计;线缆终端负载上感应的电压和电流峰值可达数百千伏和数百安培,并且其数值随雷电波波头时间的减小而增大,对当前大多数自动化系统危害严重。     

输电线路临近处油气管道雷电过电压防护措施

为明确接地网外延射线结构对其引流作用的影响,提出降低由雷电自然灾害所引起的输电杆塔临近处的油气管道过电压防护措施,采用防雷计算软件CDEGS建立电力杆塔接地网与其临近管道的结构模型,研究在不同电流幅值、土壤电阻率和杆塔与管道间距条件下,接地网外延射线迫近、背离和平行等3种结构对管道电位的影响,以及采取续接方案后管道过电压的变化情况。研究结果表明:外延射线的引流能力在迫近、平行和背离状态下对管道雷电过电压的影响呈现出不同的趋势;采取续接方案后,管道过电压出现明显降低趋势;外延射线续接方案可作为管道雷电过电压的防护措施。     

成都市土壤腐蚀性评价与公用埋地管道防腐措施分析

本文以成都市为例,基于土壤腐蚀性指标(电阻率、p H值、含水量、含盐量和Cl-含量)的调查,采用评分法对土壤腐蚀性进行分析和评价。结果表明:成都市土壤采样点的电阻率、p H值、含水量、含盐量、Cl-含量分别介于52~270Ω·m、4.50~7.73、9.70%~22.49%、0.05%~0.61%、0.0036%~0.0089%之间。根据单因素方差分析,各指标在城市不同方位和不同圈层无显著性差异;此外,成都市土壤采样点腐蚀性评分为9.5,属于中等腐蚀水平;其腐蚀性评分在不同圈层上无显著性差异,但是在方位上,具有显著性差异,尤其是在成都西面,土壤腐蚀性相对更高。综上所述,在成都市公用埋地管道建设和运行过程中,需从质量控制、防腐技术、防腐检验与检测等方面做好相应的防腐措施。     

500 kV单回线路与油气管道安全相对位置研究*

为解决交流输电线路对油气管道电磁日益突出的干扰问题,减少电磁干扰带来的危害,针对500 kV单回线路,在电磁暂态仿真软件中建立线路与油气管道模型,综合我国现行关于管道受电磁干扰的安全标准,计算得到线路稳态和暂态时,不同土壤电阻率下线路与管道的安全相对位置。研究结果表明:线路稳态时,随着管道长度增加需增大两者交叉跨越角度或并行安全间距,当管道交叉跨越段长度超过20 km或并行段长度超过25 km时,所需交叉跨越角度或并行安全间距趋于稳定;线路单相短路故障时,不可忽略感性耦合影响。当土壤电阻率不超过50 Ω·m,该工况并行安全间距要求小于线路稳态工况,当土壤电阻率大于等于100 Ω·m,该工况并行安全间距要求更高;线路雷击工况时,当土壤电阻率不超过50 Ω·m,线路与管道无安全间距要求,当土壤电阻率为100,200,500 Ω·m时,安全间距分别为8.9,19.8,50.9 m,且管道并行段长度对安全间距几乎无影响。研究结果可为拟建管道工程设计提供参考。     

在用燃气管道中含缺陷斜接弯管安全性分析

随着埋地管道服役龄期的增加,埋地时间的增长,管道内外腐蚀、外力的作用以及环境等各种因素的影响,原有的埋地管道缺陷与存在的问题将逐渐显露出来,埋地管道的安全状况逐渐发生变化。燃气埋地管道因防腐层破损或防腐措施失效,管道腐蚀引起泄漏酿成事故的情况时有发生。因此,在对城市埋地燃气管道开展必要的检验检测的基础上,采用有限元及风险评估方法对埋地管道进行安全性分析与评定,以确保城市埋地燃气管道的安全、经济、有效的运行显得十分必要。现针对某城市燃气公司工作人员在对一条公称直径400mm的城区埋地燃气输送主管道进行巡线检查…     

腐蚀防护综合评价在输油管道检测中的应用

在详细分析埋地钢质管道腐蚀影响因素的基础上,采用层次分析法,确定影响管体腐蚀的外防腐层状况、阴极保护有效性、土壤腐蚀性、杂散电流干扰和排流效果的五个关键因素权重指标,构建科学合理的腐蚀防护系统综合评价体系,预测分析管体腐蚀状况,指导埋地钢质管道开挖坑管体腐蚀检测。本文介绍了一个成功的应用案例,该案例应用腐蚀防护综合评价成果,有效检测出管体腐蚀严重缺陷,说明在开展输油管道完整性检测时,通过层次分析法构建的腐蚀防护系统综合评价体系,有助于检验人员准确分析腐蚀缺陷的严重程度,提高检验的有效性和针对性,并为生产单位提供科学合理的维修计划。     

阴极保护技术在埋地液化气管道上的应用

埋地液化气管道一般选用的是20#无缝钢管，尽管已采用石油沥青或环氧煤沥青、3层PE外防腐，但由于以下原因导致的腐蚀仍然存在：（1）原始（补口质量、防腐层与回填工艺等）缺陷是管道外部腐蚀的诱发因素：（2）天然震动和频繁的周期性外力机械振动（如道路交叉口）使应力不均匀的管件结合部位疲劳损伤，继而产生电偶腐蚀；（3）防腐层自然老化，阴极（牺牲阳极）保护能力减弱、排流条件发生变化而未及时调整，都会导致腐蚀速率趋高：（4）复杂分布而又方向多变的游散电流以及工业废液渗漏等因素的影响；（5）其它行业埋设地下构、建筑物时难以避免的开挖影响等。     

金属埋地管道腐蚀泄漏及大气扩散过程推理模型研究

为了定量评估埋地金属管道腐蚀泄漏的风险,将贝叶斯网络和蒙特卡罗模拟方法用于计算管道腐蚀泄漏及扩散范围概率。建立了埋地金属管道腐蚀泄漏贝叶斯网络,量化了各事件之间的关联。在已知先验概率的基础上,运用贝叶斯概率计算得到管道腐蚀泄漏的后验概率值。利用蒙特卡罗模拟方法对泄漏后气体扩散范围进行了数值模拟,给出了主要模型变量的概率密度函数,得到了扩散区域范围概率分布特征。研究结果表明,管道腐蚀泄漏过程受输送介质和土壤腐蚀性、防腐措施有效性和大气扩散条件的影响,具有较大的不确定性。分析方法考虑了模型参数随机性对计算结果的影响,评估结果可以用于比较不同条件下埋地金属管道腐蚀泄漏扩散的风险。     

基于数理统计和文本挖掘的埋地钢制燃气管道失效分析

近年来燃气管道事故频发,严重威胁周边人民群众生命财产安全。为准确认识埋地钢制燃气管道失效特征及致因,针对性开展风险管控,以某管道燃气公司2018—2021年共计1 338条埋地钢制燃气管道失效记录为分析蓝本,采用数理统计方法分析失效总体趋势及管道敷设位置、压力等级、外防腐层类型、失效原因、管龄对应的失效特征;采用文本挖掘技术共计提取26项埋地钢制燃气管道潜在失效致因,通过词云可视化方式分析高频失效致因;构建失效致因共现网络探索不同致因之间的耦合关系,并根据特征向量中心性辨识主要失效致因。结果表明：中压庭院管道是风险管理的重点;腐蚀失效频次与管龄总体呈正相关,且从第4 a开始失效频次快速增长,在第19 a左右达到峰值;土壤腐蚀、防腐层破损、杂散电流、未安装阴极保护系统、管道服役年限较长、管体缺陷、防腐层老化和敷设环境发生变化是埋地钢制燃气管道失效主要致因,是风险管控的关键点。     

电力线路与燃气管道交叉跨越点雷击事故防护研究

针对临近杆塔接地网的管道过电压及防护问题，采用CDEGS仿真计算软件建立电力杆塔接地网及临近燃气管道结构模型，研究杆塔与管道间距、土壤电阻率和接地排流线等因素对管道过电压的影响；并提出通过优化电力杆塔接地网外延射线结构降低管道过电压的改造方案。研究结果表明:管道上的雷击过电压受散流间距、土质条件等因素的影响，并基本呈现线性关系；管道增设排流设施后，过电压减小；接地网外延射线结构改造后管道过电压抑制作用明显。研究结果可为实际燃气管道安全防护及电力设计施工提供理论参考。     

录井系统雷击危害分析及模拟试验研究

针对雷击电磁辐射对录井系统的危害问题，建立了录井系统线路雷击危害模拟试验模型，采用8/20 μs冲击电流发生器，开展了录井系统的雷击耦合试验，定量分析了雷击电磁辐射对录井系统的影响。研究结果表明:随着电流的增大和距离电流通道的减小，耦合的电压随之增大；线缆长度越长耦合的电压越大，最大耦合电压达到了2 720 V；屏蔽层接地可以有效地减小电磁辐射对线缆的耦合作用。     

堆载作用下埋地管道应力影响因素及失效荷载研究*

为探究地面堆载导致埋地油气管道失效的事故影响因素,通过对管道在堆载作用下的工程案例进行概化,以X70管道为研究对象,采用有限元软件建立管道在堆载作用下的三维模型,采用理论计算验证模型的可行性,开展管道应力与变形分析,探讨不同的堆载强度、管道埋设深度、下卧层土体杨氏模量、管道内压与堆载偏移距离对管道应力的影响,同时开展多因素耦合研究。研究结果表明:深埋管道会促进附加应力向两端扩散,管道中心部位以外的应力值呈现为深埋＞浅埋;当下卧层杨氏模量大于20 MPa后,管道偏于安全;内压在0~2 MPa时,可以抵消部分堆载对管道的影响,内压大于2 MPa后,管道应力整体增大,此时管道应力由内压主导;得到不同管道埋深与不同下卧层土体杨氏模量耦合工况下X70管道失效时的堆载强度。研究结果可为埋地管道在堆载作用下的安全防护问题提供参考。     

基于SPH-FEM耦合法的含缺陷输气管道爆炸冲击响应研究

针对大口径埋地输气管道发生物理爆炸对并行含体积缺陷邻管的冲击行为，利用LS-DYNA和LS-PREPOST有限元软件建立基于光滑粒子流体动力学-有限单元法的管-土-炸药耦合模型，分析不同缺陷深度、不同缺陷表面积、不同缺陷位置和不同爆心距下邻管的动力响应；基于爆腔预估公式和峰值振速经验公式，验证了所建耦合模型的可靠性，并通过设计算例开展多工况分析。研究结果表明:迎爆面上的缺陷处为动力响应的热点区域，最大响应特征值（应力、位移与振速）位于缺陷中心处，随缺陷深度的增加或管间距的减小特征值增速由平缓到急剧；相比缺陷位置和表面尺寸对管道的扰动程度，缺陷深度和爆心距对管道的动力响应影响较大；在本研究的条件下，建议埋地并行输气管道的安全间距不应小于5.16 m，且腐蚀深度不大于管道壁厚的0.633 6倍。研究结果可为埋地输气管道极端灾害下的风险评估提供技术支撑，为并行管道可能的抗爆隔爆设计提供模拟数据支持。     

防雷接地装置腐蚀影响因素的层次分析法

防雷接地装置是保证防雷系统正常运行的基础,然而,它不可避免会受到土壤的腐蚀。首先对防雷接地装置腐蚀机理进行了论述;其次通过整理、分析文献资料,合理选取影响防雷接地装置腐蚀的主要因素;然后根据腐蚀因素参与腐蚀的程度,构建层次分析模型,利用模型对腐蚀因素进行定量分析,界定出影响因素对防雷接地装置腐蚀影响的权重值;最后对腐蚀因素进行综合排序。研究表明,影响防雷接地装置腐蚀的最主要因素为pH值、土壤电阻率和含水量,这为制定经济合理、安全可靠的防雷接地装置腐蚀防护措施提供了科学依据,具有实际工程应用价值。     

大气土壤耦合的埋地燃气管道泄漏扩散数值分析

为了研究埋地燃气管道泄漏燃气在非稳态泄漏条件下的扩散行为，基于燃气管道非稳态泄漏大孔模型，应用CFD分别求解土壤和大气扩散方程，通过丙烷地面扩散通量耦合了土壤和大气环境，进行了泄漏扩散的数值模拟，所得模拟计算结果与地上泄漏扩散数值模拟结果进行了对比分析。研究结果表明:耦合模拟条件下，风速仍是影响丙烷扩散距离和高度的主要因素；温度和相对湿度对丙烷扩散有相对较小的影响；与埋地泄漏相比，不同条件下地上泄漏的扩散距离和扩散高度均有误差，水平扩散距离误差普遍较大，扩散高度个别情况下误差较大；地上泄漏条件下的模拟结果数值偏大，对事故的预测和评估准确性会产生显著影响。     

加载条件下不同埋深原水管道受力特征模型试验*

为探究不同埋置深度对原水管道影响,利用缩尺模型对不同埋深条件下原水管道受力特征进行分析,综合研究管道外径、管道埋深、加载值和加载方式等因素对管道受力影响。结果表明:中心加载条件下,随管道埋深增加,管道应力呈先增大后减小趋势,当埋深厚度与管径比值为3时,管道应力达到最大,土拱效应开始显现;偏心加载条件下,埋深厚度增大使管道应力不断增加,但后期管道应力增长率小于前期;相同埋深厚度条件下,中心加载与偏心加载条件下,同截面管底处应力值相对最大。研究结果可为不同埋深区域内原水管道维护运营提供指导。     

不同穿越角度对采空区埋地管道力学行为的影响

为解决采空区煤矿工作面逐渐开采引起的埋地管道力学行为变化问题，以实际地质参数为基础，运用有限元软件建立管-土三维有限元模型，模拟水平煤层工作面推进方向与管道走向之间不同夹角以及不同煤层倾角时工作面逐步开采引起的埋地管道力学行为变化，得出在2种情况下埋地管道的力学行为时变性规律。结果表明:水平煤层不同夹角开采时，在开采中后期，随着开采时间的不断增加，大夹角工况下的管道最大应力位移增长速度比小夹角工况快；开采完成后，水平夹角越大管道越危险；不同煤层倾角时，埋地管道最大位移变化随开采时间的增加基本呈线性趋势，且煤层倾角越大，管道的最大位移越小，管道越安全。