风电螺栓超声导波检测技术仿真

采用有限元方法针对基于超声导波的风电螺栓在役检测技术进行分析。首先介绍了螺栓检测的技术研究难点、热点、超声导波检测以及相控阵延时聚焦的理论基础,然后使用COMSOL有限元分析软件以及MATLAB仿真程序对超声导波螺栓检测技术进行建模,在该模型的基础上分析了超声导波检测风电螺栓技术的实现过程与方法。在仿真过程中,笔者通过改变缺陷深度,研究其对于超声导波检测信号的影响。研究结果表明:(1)缺陷在较浅深度时,检测结果误差较小,缺陷信号之后会形成明显的二次波、三次波信号。(2)缺陷位于中部位置时,缺陷测量结果误差增大,位于缺陷之前的台阶反射信号波幅降低,二次、三次波不明显。且缺陷波附近可看到有较明显的多个小波峰信号。(3)由于波随着传播距离的增大,干涉叠加次数增加,波的模式越来越复杂。所以随着缺陷距离探头越远,检测结果误差越大。     

页岩气加砂压裂高压管汇失效爆裂风险 控制措施研究与实践

随着页岩气平台井工厂化压裂施工启动,在大排量、高压力、长时间施工条件下,高压管汇失效爆裂大幅增加。为减少高压管汇在压裂过程中失效爆裂风险,运用故障假设、因果分析法从人的因素、物的因素、技术工艺、生产管理、工作环境5个方面分析事故的原因,提出了提升采购产品质量、修订完善高压管汇使用技术规范和管理制度、实施专业化管理、应用大数据管理高压管汇、优化现场地面高压管汇流程分配布局设计与联接工艺等高压管汇失效爆裂风险预防控制措施和失效后应急安全防护措施,建立了生命周期全过程、专业化的高压管汇失效爆裂防控与应急防护体系,实现风险可防受控。为页岩气压裂作业的安全提供了参考。     

电磁法在埋地管道磁记忆检测中的应用研究

为提高埋地管道磁记忆检测的准确性,减少外界因素对磁记忆信号的干扰,基于强化磁记忆检测技术,研究电磁法对埋地管道磁记忆的影响。首先,通过管道磁化原理,分析管道磁化强度随外磁场的变化关系;然后,建立电磁法下管道磁感应强度梯度模量的计算模型,并分析电流大小对磁感应强度梯度模量的影响;最后,在某埋地管道磁记忆检测中应用电磁法,并与地磁场下的检测结果进行对比。结果表明:在地磁场下,管道磁化强度的增长率较大;应用电磁法能加强管道的磁化强度,增大缺陷处的磁感应强度梯度模量,起到凸显缺陷处磁记忆信号特征和抑制干扰因素影响的作用,从而提高埋地管道磁记忆检测的灵敏度。     

加砂压裂中固体支撑剂对压裂管道的冲蚀磨损研究

为研究压裂高压管汇在大排量携砂液输送过程中的管壁冲蚀磨损问题,应用CFD方法及Fluent软件,建立了高压管汇主要管件三通管的冲蚀模型,基于数值模拟计算研究了冲蚀发生机理及位置,探讨了高压管汇的冲蚀特点。结果表明:压裂液流动方向变化区域存在严重的冲蚀现象,如主管与支管连接处;三通主管下游段,内壁冲蚀主要是来自支管的固体支撑剂在运动方向改变时对内壁低角度切削;管汇里越靠近井口的三通因为压裂液流量增加,主管下游段两侧冲蚀越严重。该研究结果可为管汇设计制造、关键部位检测等提供技术参考。     

低频导波技术在炉管检测中的应用

炉管的两种主要失效形式是开裂和腐蚀减薄。本文通过人工缺陷样管检测实验和现场实验研究探索磁致伸缩超声导波技术在炉管检测中的可行性。结果表明:炉管结焦对导波传播影响很小,应用磁致伸缩超声导波技术检测时,无须对炉管内表面进行处理;磁致伸缩超声导波技术可以准确检出炉管开裂和腐蚀减薄类缺陷,并可进行轴向定位。磁致伸缩超声导波技术应用可使炉管检测更快速和有效。     

基于超声导波的有机热载体炉积碳检测技术

积碳是有机热载体炉火灾发生的关键因素,为预防有机热载体炉火灾事故,分析国内有机热载体炉积碳检测技术、相关控制原理及检测方法的局限性,提出一种基于超声导波的积碳层厚度检测方法。搭建一个有机热载体炉积碳检测系统,试验提取不同厚度对应的超声导波的截止频率、跃迁频率和群速度这3个表征参数,同时对比这3个参数随积碳层厚度变化时的关系。结果表明:可用超声导波的群速度与积碳厚度的单调性变化规律来检测积碳层厚度,并通过空管中的群速度频散曲线的拟合试验论证该检测方法的可行性,指出后续工作的关键是开发此检测系统软件。     

储罐壁板缺陷的漏磁场信号研究

为实现储罐壁板腐蚀缺陷检测,保障储罐安全运行,开展罐壁腐蚀缺陷漏磁检测技术研究。基于漏磁检测原理,利用ANSYS仿真分析在壁板外侧周向励磁与轴向励磁方式下,不同位置(内壁、外壁)不同形状(圆柱形、圆锥形、半球形)的罐壁腐蚀缺陷漏磁场信号;并在实验室条件下开展缺陷检测试验,对仿真结果进行验证。研究表明:试验与仿真结果相同,周向励磁和轴向励磁2种励磁方式下所产生的缺陷漏场信号无明显差异;缺陷均能被检出;外壁缺陷的漏磁场信号强于内壁缺陷;缺陷直径、深度相同时,体积越大漏磁场信号越强。     

搅拌摩擦焊焊缝未焊透缺陷的超声相控阵检测

采用A扫加S扫的超声相控阵检测模式对铝合金搅拌摩擦焊焊缝未焊透缺陷进行检测,研究了检测方向和未焊透长度对检测信号的影响,分析了不同未焊透长度超声相控阵检测图像的灰度共生矩阵纹理特性。结果表明,在返回边进行超声相控阵扫查其检测效果更佳;对于长度大于超声检测灵敏度的搅拌摩擦焊未焊透缺陷,随未焊透长度的增加,检测信号幅值相应增加;灰度共生矩阵的二阶矩参数可用来识别是否为未焊透缺陷,而对比度和相关性参数可有效判断未焊透缺陷长度。     

不同劳动强度下人体呼吸参数变化实验研究

人体呼吸参数对呼吸防护装备内部微环境的稳定性至关重要，为获得不同劳动强度下人体呼吸参数及变化规律，以相对心率指数表征劳动强度等级并设计构建呼吸参数采集系统。通过开展多人次不同劳动强度呼吸实验，记录实时瞬时心率、呼吸压力、呼吸频率数据并采集呼出气样本，进行气相色谱分析。研究结果表明:相对心率指数能够消除劳动强度表征中的个体差异及劳动形式差异，对劳动强度具有良好表征作用；呼吸压力及频率随劳动强度增加呈现增强和变大的趋势；心率及呼吸压力信号的样本熵显示，心率稳定性随劳动强度的增加而降低，呼吸模式稳定性则增强；呼出气中O2含量随劳动强度增加而降低，CO2与H2O含量呈现增长趋势，绝对变化量及变化比例随劳动强度不同呈现明显差异。     

基于磁记忆检测方法的连续油管刻伤试验研究

随着连续油管的大规模投入使用,油管损伤引起的安全事故与日俱增。为了及时对油管使用过程中产生的缺陷进行检测、识别及定位,基于磁记忆检测方法,对连续油管进行管壁刻伤试验,结合workbench有限元方法模拟刻伤处的应力分布,对比分析不同刻伤类型产生的典型信号特征及信号特征值变化趋势。结果表明:刻伤部位的磁记忆信号曲线与应力分布曲线的特征及峰值变化趋势一致,随着刻伤宽度的增加,磁记忆信号曲线及应力分布曲线由单峰向双峰过渡,磁记忆信号峰值及应力峰值呈降低趋势;随着刻伤深度的增加,磁记忆信号曲线及应力分布曲线峰峰值增加,磁记忆信号峰值及应力峰值呈升高趋势。     

Propagation and intensity of blast wave from hydrogen pipe rupture due to internal detonation

The coupled fluid-structure-rupture model was developed to study the propagation and intensity of blast wave from hydrogen pipe rupture due to internal detonation. The dynamic rupture of pipe and propagation of blast wave were well coupled together in every timestep during the simulation. The numerical model was validated with experiments in terms of both typical rupture profiles and blast overpressures. Results reveal that crack branching of pipe can dramatically increase the rupture opening rate which controls the intensity and shape of the resultant blast wave. Due to the process of crack initiation and extension, the blast wave out of the pipe first forms and then is strengthened by the subsequent compression waves. This makes the maximum peak overpressure appears at a certain standoff distance above the rupture. Despite consuming some percentages of energy, the dynamic rupture of pipe generally presents positive effects (up to 2–3 times) on the blast wave intensity along the jetting direction due to the convergence effect of rupture opening on the release of internal high-pressure gas. Finally, through defining normalized overpressure and impulse based on the same hydrogen detonation in open spaces, the quantitative influences of pipe rupture on the blast wave intensity in cases of different detonation pressures and standoff distances are clarified.     

Self-ignition and explosion during discharge of high-pressure hydrogen

The phenomenon of self-ignition and explosion during discharge of high-pressure hydrogen was investigated. To clarify the ignition conditions of high-pressure hydrogen jets, rapid discharge of the high-pressure hydrogen was examined experimentally. A diaphragm was used to allow rapid discharge of the high-pressure hydrogen. The burst pressure was varied from 4 to 30 MPa. The downstream geometry of the diaphragm was a flange and extension pipes, with the pipe length varying from 3 to 300 mm. The diameter of the nozzle was 5 or 10 mm. When short pipes were used, the hydrogen jet did not ignite. However, the hydrogen jet showed an increasing tendency to ignite in the pipe as the length of the pipe became longer. At higher burst pressures, a diffusion jet flame was formed from the pipe. The blast wave from the fireball formed on self-ignition of the hydrogen jet resulted in an extremely rapid pressure rise.     

障碍物压力反射特性对瓦斯爆炸传播影响的数值模拟研究*

为了研究不同形状障碍物对瓦斯爆炸传播的影响机理,对直径0.2 m、长6.5 m的密闭直管道内的瓦斯爆炸过程进行数值模拟。研究结果表明:在该实验条件下,对于火焰通过整个管道的时间,方形障碍物时间最长,球形障碍物与无障碍物时间接近,且用时最短;无障碍物时,在反射压力波作用下火焰传播速度存在明显的波动特性;有障碍物时,障碍物的诱导作用要大于反射压力波的作用,火焰传播的这种波动特性得到抑制,提升了火焰前锋向未燃区域传播的能力;压力波的波动频率与气流震荡、压力波反射叠加有关,波幅则主要与正向压力波和反射压力波的叠加效果有关。研究结果为煤矿瓦斯爆炸事故防治及隔抑爆技术应用提供技术支撑。     

基于磁场理论的矿岩加载损伤破坏表征研究

充填体与围岩的相互力学作用,除了接触带表壁附近可以通过贴置电阻应变片的方式进行应变值测量外,接触面及接触带附近的损伤破坏情况不易监测。基于此,应用磁场理论,将磁粉加入到配比试样中,充磁之后进行加载试验。通过特斯拉计测量试样表壁在加载过程中的磁感应强度变化,建立由表及里的损伤破坏联系规律。试验结果表明:加了磁粉的配比试样,在加载过程中各监测点处的磁感应强度值变化明显,特别是在内部裂纹扩展至临空面处的磁感应强度几乎减小至0.2 mT以下;而试样在加载过程中,各监测点的磁感应强度值随着压密破坏而变化;在未破坏时,不同区域有较一致的随试样内部压密相应磁感应强度增大的变化规律,而在试样加载破坏后,不同监测点磁感应强度变化起伏较大。     

超声导波技术在长输管道跨越段腐蚀检测中的应用

管道跨越段的检测一直是管道检验检测的难题之一,本文运用英国TWI集团Teletest Focus+MK4导波设备,对某在役的长输管道,综合选择了河流、沟壑、高速公路、水渠等多种不同服役环境管段,管径DN200至DN350不等6个跨越段进行检测,并进行案例分析.实践表明,导波检测技术对跨越段管道的单边检测距离在100m左...     

套管损伤磁记忆检测信号定量研究

在油气生产过程中,井下套管损伤会造成井况恶化,致使正常井转变为套损井。为了防止套损井的出现和安全事故的发生,有必要对套管进行早期损伤检测。采用金属磁记忆检测技术,开展了实验研究。实验中,通过对套管内壁环切,将套管壁厚设计为等值递增和不等值递增两种形式;根据实验数据,对磁记忆检测信号梯度值、信号梯度波峰值及信号梯度峰宽值等特征参量与壁厚、壁厚变化量的定量关系进行拟合。结果表明:磁记忆检测信号梯度值、信号梯度波峰值及信号梯度峰宽值等特征参量,可以很好的表征套管壁厚的变化情况;信号梯度值与套管壁厚呈线性递增关系;信号梯度波峰值和信号梯度峰宽值均与套管壁厚变化量呈线性递增关系。该试验结果有助于完善磁记忆检测技术的定量化研究和利用磁记忆原理检测套管损伤的评价体系。     

Integrated leakage detection and localization model for gas pipelines based on the acoustic wave method

With the development of natural gas transportation systems, major accidents can result from internal gas leaks in pipelines that transport high-pressure gases. Leaks in pipelines that carry natural gas result in enormous financial loss to the industry and affect public health. Hence, leak detection and localization is a major concern for researchers studying pipeline systems. To ensure the safety and improve the efficiency of pipeline emergency repair, a high-pressure and long-distance circular pipe leakage simulation platform is designed and established by similarity analysis with a field transmission pipeline, and an integrated leakage detection and localization model for gas pipelines is proposed. Given that the spread velocity of acoustic waves in pipelines is related to the properties of the medium, such as pressure, density, specific heat, and so on, this paper proposes a modified acoustic velocity and location formula. An improved wavelet double-threshold de-noising optimization method is also proposed to address the original acoustic wave signal collected by the test platform. Finally, the least squares support vector machine (LS-SVM) method is applied to determine the leakage degree and operation condition. Experimental results show that the integrated model can enhance the accuracy and precision of pipeline leakage detection and localization.     

三通管不同开口状态下爆炸气流湍流变化规律

为研究三通管不同开口状态下爆炸参数变化规律,基于数值模拟分析管内爆炸湍流动能大小、形态变化特征.研究结果表明:不同开口状态下三通管道内湍流动能峰值最大值均出现在垂直岔管内,垂直管道开口情况下管道内的最大湍动能峰值增大29.86％,水平管道开口情况下该数值降低10.12％,而两端均开口情况下,增大178.45％;管内与湍...     

基于有限元的含腐蚀缺陷P110油管失效分析与安全评价

含有腐蚀缺陷油管在复杂的工作荷载下容易发生失效。建立了在内压与轴向力共同作用的复杂工作载荷下,含椭球型蚀坑缺陷与轴向沟槽型缺陷两种腐蚀缺陷的油管有限元模型。基于该模型研究了不同载荷工况下缺陷宽度、深度与长度对油管安全性及失效模式的影响。研究结果表明:腐蚀位置深度较浅时,椭球型蚀坑缺陷更危险,油管主要发生由轴力引发的断裂失效;腐蚀位置深度较深时,轴向沟槽型缺陷更危险,主要发生由内压引发的破裂失效。研究成果可为含腐蚀缺陷油管的安全评估提供依据。     

连接结构尺寸对三通管冲蚀磨损影响的数值模拟

针对石油管道运输系统中三通管的冲蚀磨损问题,采用DPM冲蚀预测模型,模拟分析了油品中夹带的固体颗粒对连接结构尺寸不同的三通管的冲蚀磨损情况,得出了颗粒对三通管冲蚀的分布规律。结果表明:T型三通管的冲蚀主要集中在与竖直管道正对的水平管道底部及其附近的外侧管壁,有球体弯头的三通管的冲蚀主要集中在球体附近水平管道的外侧管壁,且冲蚀磨损程度相对较小;随着流体流入速度的增大,2种三通管的最大冲蚀率随之增大且呈指数增长;随着颗粒质量流量的增大,2种三通管的最大冲蚀率均随之增大;当流体在2种不同的三通管中流动时,管道系统的最大冲蚀率的曲线变化趋势基本一致,均为先减小再增大;当管道弯头处球体的直径为管道直径的2倍时,管道的冲蚀速率最小,颗粒对于管道的冲蚀磨损程度最轻。