ST-2000安全阀在线调校仪整定技术与应用

<正>1在线调校仪的简述1.1设计原理弹簧安全阀的开启、关闭动作是依靠其进口端的介质压力变化和弹簧预紧力来使阀芯自动开启及关闭。当介质压力(内压)升高到提升力比弹簧预紧力大时,阀芯克服弹簧预紧力自动开启,泄放多余的介质,使内压下降;又由于弹簧力的作用。当内压降至安全值时,阀芯自动关闭,泄放停止。根据这个原理,可以设想,在线(又称热态)测量或调整安全阀时,如果由外部提供一个向上的附加力。则当介质压力与这个附加力的总和刚刚克服弹簧预紧力时,阀芯同样也会开启(微启),甚至在没有介质作用的离线(又称冷态)条件下,单独由外附加力克服弹簧预紧力时,阀芯也可开启。显然,如果能够准确在测定附加外力,就可以根据已知的阀芯面积和     

热-水-力耦合作用下岩石损伤力学模型与验证

为了探讨高温、高孔隙水压、高围压对岩石损伤破坏的影响,基于损伤力学基本理论,并结合应变等价性原理,建立热-水-力耦合作用下的损伤力学模型,构建表征岩石损伤演化的表达式,通过水-力耦合作用下热损伤花岗岩室内试验验证了该模型的合理性,并根据室内试验确定了模型参数。试验结果表明:提出的模型能较好地反映热-水-力耦合作用下岩石应力-应变过程,且能表征上述作用下岩石损伤演化规律;高温损伤会导致岩石由脆性逐渐向延性转变,而孔隙水压会进一步加剧岩石损伤演化。     

对安全阀存在问题de改进

安全阀是一种自开式阀门,阀瓣的动作是靠上下压差来实现的。在工作状态下,作用在阀瓣上的力包括背压力、弹簧力及自身的重力。合力为W1,W1将阀瓣压向阀座,即为关闭力。另一方面,由于工作介质压力作用于阀瓣的下部,产生一个向上推动的力W2,W2即为阀瓣的开启力。安全阀受力情况见图1。 安全阀是锅炉、压力容器必备的安全装置,安全阀在达到开启压力时,应能迅速地打开阀瓣,排汽卸压;在压力低于开启压力时,能及时关闭,具有良好的密封性。 在安全检查中,我们发现一些安全阀存在着问题。现分别对不同问题作一介绍,同时提出改进建议。 1.在几何尺…     

水平管道泄爆面开启压力对甲烷爆燃压力的影响*

为了研究泄爆面不同开启压力对甲烷爆燃压力的影响,针对受限空间内甲烷/空气混合物爆燃传播过程,建立由水平管道构成的数值模型。研究结果表明:水平管道内存在爆燃压力积聚和泄放的双重效应,随着泄爆面开启压力的增加,测点爆燃压力峰值增大而且测点间爆燃压力峰值差异逐渐减小;在泄爆面不同开启压力条件下,泄压效应造成泄爆面及外部空气域爆燃压力衰减,随着泄爆面开启压力的增加,泄爆面开启时间近似呈线性增大;与水平管道内和泄爆面附近测点相比,水平管道外侧测点的爆燃压力峰值和振荡幅值均显著衰减,而且随着泄爆面开启压力的增加,测点爆燃压力峰值及测点间爆燃压力峰值差异均逐渐增大。     

氢气爆燃作用下核电站安全壳力学响应数值模拟分析

在核电站严重事故中,由氢气爆燃产生的压力载荷会危及安全壳完整性致其失效,进而造成放射性物质泄漏的严重危害。通过ANSYS/Fluent有限元数值模拟软件,建立了安全壳有限元模型,并对安全壳内氢气爆燃过程以及其力学特性进行了数值模拟研究,获得了氢气爆炸过程中的超压值、升压速率、安全壳变形以及压应力分布。结果表明:爆燃波传递引起压强升高,火焰阵面处压强最高,爆燃波所经区域超压疾速上升随后快速下降;爆燃作用下,顶部壳体和下部筒体连接区域混凝土位移最大,最大压应力也集中分布在该区域,最易受到破坏。获得的结论可为安全壳结构抗爆设计和安全性研究提供理论参考。     

基于AMESim的水压单体液压支柱建模与仿真

为研究水压单体液压支柱在负载作用下的特性,建立了单体支柱的物理模型和元件级仿真键合模型,通过模拟支柱工作过程分析了不同参数对支柱升降特性及水压三用阀的压力流量特性的影响。分析结果表明:增大进液口与排液孔直径、减小阀口重叠量与等效阻尼可提高系统响应速度、增大溢流流量和支柱回缩量,但过大进液口直径会影响阀口的关闭性能,同时减小等效阻尼会使安全阀阀芯的稳定性降低。     

基于氮气诱导的深水井喷插入式隔水管应急收油优化

以插入式隔水管应急技术为研究对象,依据现场工艺及Beggs-Brill计算模型,构建其工艺流程分析模型。通过与深水地平线事故数据对比,该模型预测油气回收量平均误差为5.85%,可较为准确地描述现场情况。考虑注入抑制剂甲醇降低水合物形成风险,从提高收油效率角度开展氮气对油气回收诱导作用的研究,进而提出油气回收量单位改变率指标,以优化氮气注入量。鉴于该技术存在密封失效风险,探究回收油气含水量对氮气最优注入量及最大油气回收量的影响。结果表明:在收油管道出口压力一定、注入甲醇抑制水合物形成的情况下,注入氮气能够显著提高收油效率,以深水地平线事故为例,最大可使油气回收量增大18%;从预防水合物形成和便于现场作业的角度,推荐以油气回收量最大时的甲醇注入量为插入式隔水管作业时的甲醇用量;回收油气含水量增大时,氮气最优注入量以近似线性趋势增大,最大油气回收量则线性减小。     

非均质煤样细观力学特性的双轴压缩数值模拟

煤的微观结构特征对煤的力学特性起着重要作用。为了更加真实准确地研究非均质煤样的细观力学特性,首先通过扫描电镜(SEM)获取煤样放大8 000倍的微观结构图像;然后采用数字图像处理技术对SEM图像进行处理,构建能反映煤样较为真实结构特征的CAD矢量结构模型,并将其导入颗粒流离散元软件(PFC)建立符合煤样结构特征的数值模型;最后开展了煤样细观力学特性的双轴压缩颗粒流数值模拟。结果表明:煤作为一种混合物,它所包含的矿物质和微孔裂隙对其力学性能有重要作用;应力应变曲线有明显的峰值转折点,可以分为弹性阶段、应变软化阶段和残余阶段;煤样在双轴压缩条件下产生的宏观裂纹主要受拉伸力影响,其破裂形态不规则;在应力峰值位置附近,裂纹的增长速率最快,此时的颗粒体间平均接触力也最大,能够达到3.25×10⁸N;另外随围压和加载速率增大,应力-应变曲线形式基本保持不变,但轴向应力峰值及裂纹数逐渐增加;应力峰值对应的轴向应变与围压无确定的规律,而与加载速率呈正比关系。     

落石冲击作用下架设油气管道响应分析

针对影响油气管道安全运营的落石冲击问题,基于弹塑性力学、Cowper-Symonds本构模型和有限元方法,建立了球形落石冲击油气管道的计算模型,对管道动态响应过程进行了数值模拟。对冲击速度、落石半径、管道内压力和落石冲击位置进行了参数敏感性分析,研究了各参数对管道冲击变形的影响规律。结果表明:落石的冲击能量主要用于管道塑性变形;冲击过程中,落石与管道的接触区域由初始的椭圆斑逐渐变成了椭圆环;管道塑性变形随着冲击速度和落石半径的增大而增大,随内压和落石偏移度的增大而减小。该研究工作为油气管道的安全评价及防护工程的设计提供了参考依据,对保障油气安全运输具有重要的工程意义。     

松软煤层水不耦合装药预裂爆破的力学特性数值分析

针对低透气性松软煤层瓦斯难以抽采的现实问题,进行了松软煤层水介质不耦合装药预裂爆破增透的研究。理论上,分析了水不耦合装药爆破在孔壁上形成的初始冲击波压力,并结合断裂力学计算得出煤体中形成的粉碎区和裂隙区范围。同时,利用ANSYS/LS-DYNA三维数值模拟软件,建立了水和空气不耦合装药的松软煤体爆破模型,进行了数值模拟对比分析。研究结果表明:水不耦合爆破后,松软煤体中形成的裂纹数量以及裂隙区范围明显较优,采集到的应力曲线,水不耦合装药爆破后形成的压、拉应力峰值分别是空气不耦合装药爆破的3.71倍和2.58倍;水不耦合装药爆破改善了爆破效果,应用于低透气性松软煤层的预裂爆破增透中,能够有效提高煤层的透气性,抑制瓦斯动力灾害事故。     

基于CFD-DEM模拟物料流在转运点处的流动特性

转运点处产生的大量粉尘严重危害生产人员健康及设备安全,为了减少物料颗粒流在该处的产尘量,对颗粒流在输送带转运点处的运动过程进行了数值模拟。模拟依据流体力学基本控制方程和颗粒运动方程的基础理论,其中湍流模型选用RNG k-ε两方程模型,方法采用CFD-DEM双向耦合。经颗粒运动分析和压力流场分析,结果表明:物料颗粒流在转运点处的运动过程呈现出3个运动阶段:弧形下落、碰撞反射、稳定运输。根据这3个阶段的颗粒流运动规律及流场变化情况,改进了一种符合气固两相流流动规律的弧形防尘罩及溜槽,维持物料稳定流动,降低了下落时的动能和产尘量。     

内外流作用下海底悬跨管线的动力特性分析

当海底管线受到复杂载荷作用时，有必要对其进行动力响应分析．首先，建立了管跨段在横向涡激振动下的力学模型，在假设管道系统承受外界均匀流作用的同时，考虑管内流体流动的影响，导出了悬跨段横向运动的方程．采用Herrnite插值函数和Galerkin法离散得到了其有限元形式．最后，给出了两个具体算倒，讨论了轴向力和压强对悬跨管道允许极限长度的影响和内流流速对固有频率的影响。     

瓦斯气体劣化-荷载作用下煤岩损伤本构模型

为有效预防煤矿瓦斯动力灾害,研究瓦斯气体对煤岩力学性质的劣化机制及煤岩损伤演化特征,以原煤试样为研究对象,利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流试验装置,开展不同瓦斯压力下煤岩三轴压缩试验;建立瓦斯气体劣化-荷载作用下煤岩损伤本构模型,通过试验结果验证该模型的合理性。结果表明:煤岩在塑性变形阶段前累计损伤几乎为0,峰后损伤程度迅速增大;随着瓦斯压力升高,煤岩峰值强度与弹性模量均降低,瓦斯气体作用后煤岩初始损伤量显著增加;煤岩黏聚力随瓦斯压力升高而呈线性降低,通过黏聚力与瓦斯压力的关系修正Mohr-Coulomb准则,可量化考虑瓦斯气体劣化后的煤岩应力应变关系;所建模型与试验结果吻合度较高,可反映不同瓦斯压力作用下煤岩损伤演化过程。     

石化压力管道冲蚀失效数值模拟及影响因素分析

以镇海REAC出口压力管道系统碳钢弯管为例,结合冲蚀失效机理,建立冲蚀失效流固耦合数理模型。利用数值模拟技术分析腐蚀产物保护膜与多相流动之间的交互作用,揭示弯管内壁剪切应力分布及保护膜主位移、应力、应变的分布规律,研究石化压力管道系统冲蚀失效过程;结合现场测厚数据验证有限元分析软件流固耦合数值模拟方法的可靠性;并进一步对比分析了流体流动特性、管件结构特性等特性参数对冲蚀的影响。为石化压力管道输送系统的冲蚀失效分析、结构优化设计、RBI和定期检验测厚定位、寿命预测、风险评估等安全保障研究提供理论依据和分析手段。     

考虑水力耦合作用的降雨诱发土质滑坡过程数值模拟研究

为探究水力耦合作用对降雨诱发土质滑坡过程的影响机理,从边坡失稳和滑坡运动2个方面进行综合分析。结合Richards模型和无限边坡模型描述降雨入渗条件下土质边坡含水率、基质吸力及稳定安全系数演化,采用Iverson-George模型描述土质滑坡运动过程中内部孔压、速度及厚度演化,通过模拟土体非饱和入渗实验及深圳光明新区滑坡验证了模型的适用性;以含水率为衔接因子将降雨诱发土质边坡渐进失稳到滑坡运动相耦合,搭建可考虑水力耦合作用下降雨诱发土质滑坡全过程的数值模拟流程。结果表明：同一初始条件下,土体渗透系数越小,滑坡运动能力越强,土体趋于饱和时含水率越大,滑坡运动能力越强,相比于渗透系数而言土体含水率对滑坡运动影响程度较大。为描述水力耦合作用下降雨诱发土质滑坡过程提供了一种定量化的数值方法。     

随钻压力波在用于早期气侵检测时的扰动传播特性研究*

为了研究随钻测量装置（Measurement While Drilling,MWD）压力波信号在用于早期气侵检测时的扰动传播特性,基于油气井多相流流动理论,建立随钻压力波在环空气液两相流中的扰动传播模型,对多参数影响下的压力波传播与衰减特性进行模拟,并对压力波检测技术的现场应用效果进行分析。结果表明:含气率、角频率、系统压力、虚拟质量力、拖曳力和壁面剪切力的变化都会对压力波在环空气液两相流中的传播与衰减特性造成不同程度的影响;相比于常规的全烃量检测技术,压力波检测技术可以更早地检测到气侵的发生,可进一步提高油气井建井的安全性。     

基于谐波沉降的管道力学分析*

为避免地面沉降引发的油气管道事故，研究沉降管道的力学特性，提出基于谐波沉降的管道力学评估方法。以中国石化某沉降管道为研究对象，通过现场测量的方法获得沉降区管道高程，利用傅里叶级数展开对不均匀沉降数据进行处理分析，获得管道谐波沉降的拟合函数。建立ANSYS有限元模型，采用土弹簧模型模拟非沉降区管道与土体相互作用关系，将谐波沉降作为位移载荷施加到沉降区管道，对含内压管道的沉降进行数值模拟，分析其应力、应变分布规律。结果表明:沉降与非沉降交界处管道应变及应力最大，基于应变的评估准则，管道运行状态为安全，为应急响应提供支撑。     

综放开采覆岩破坏模型及导水裂隙带高度研究

为保障水体下采煤安全,提出一种新的导水裂隙带高度预测方法。通过构建岩层悬空完整力学模型、岩层悬伸破断模型和破断岩块力学模型,分析煤层上方岩层初次垮落机制、岩层悬伸破断机制和岩块结构失稳机制,进而提出一种综放开采导水裂隙带高度理论预测方法;用此方法预测沙坪矿某综放工作面的导水裂隙带高度,并将该理论预测结果与回归分析法和数值模拟方法综合预测的结果进行比较。结果表明:理论预测结果与回归分析、数值模拟预测结果基本吻合。     

多因素耦合作用下的气井持续环空压力预测模型

为了明确油管泄漏、温度效应及多环空相互作用等多重因素耦合作用对气井持续环空压力的影响，首先，基于传热学、工程流体力学及渗流力学理论，充分考虑油管泄漏、温度和压力对环空流体与管柱的影响及多环空相互作用等因素，建立多因素耦合作用下的气井持续环空压力预测模型；然后，基于某气井现场数据验证预测模型的准确性；最后，对比分析考虑多因素耦合作用与仅考虑油管泄漏2种情况的环空压力变化特征及参数敏感性。结果表明：所建立的预测模型具有更高的精度，与仅考虑油管泄漏因素的模型相比，其预测精度提高了3.87%;多因素耦合作用下环空压力出现压力拐点，且恢复过程可分为A高速增长、B缓慢下降和C压力平稳等3个阶段。油管漏点小、初始环空压力下、油管内壁压力小及漏点深度浅的情况下，更加需要考虑多因素耦合作用对环空压力的影响。     

基于蠕变效应的穿层钻孔封孔参数优化与试验研究

为解决穿层钻孔封孔难度大、瓦斯抽采效率低的问题,视煤岩体为弹塑性介质,在考虑蠕变效应下建立巷道围岩力学模型;根据Dracy定律,推导浆液流动控制方程,以渗透率变化为桥梁,构建巷道围岩变形与浆液流动的耦合模型;利用COMSOL软件解算该理论模型。数值模拟结果表明:巷道围岩塑性软化区范围由初始时刻4.69 m不断扩大,在100天时稳定于15.19 m;浆液扩展半径随注浆压力的增加而持续增大,当注浆压力高于2.8 MPa后,浆液扩展半径变化较小,逐渐趋于稳定。试验钻孔平均瓦斯体积分数为56.49%,是传统工艺下钻孔平均瓦斯体积分数的3.46倍,在抽采后期仍能维持较高的抽采水平。