输油管道积水驱除流动特性研究

为避免输油管道低点游离水积聚而恶化腐蚀环境,引起管道断裂造成潜在安全事故,采用实验与数值模拟相互验证的方法对管道积水驱除系统特性进行研究。基于FLUENT模拟管内油携水的动态过程,并结合实验验证分析不同工况下油水界面状态变化,在此基础上基于等效切应力原理,进一步揭示大管径管道积水驱除的流动特性。研究结果表明：管道底部积水形态与油相流速和含水量有关,其中,前者影响较大。实验系统监测积水在有机玻璃中的运动形态与数值模拟结果基本一致,互为验证结果的可靠性,为研究大管径管道积水驱除提供依据。基于等效切应力原理,可解释任何管径管道积水的流动特性,对积水驱除的实际应用提供参考。研究结果可为埋地管道低点积水流动驱除提供技术支持。     

不同边沿高度油池火燃烧行为的实验和数值模拟研究

采用实验和FDS数值模拟相结合的方法,探讨了边沿高度对油池火燃烧特性的影响。在实验部分,研究了燃烧速率和表观火焰高度随边沿高度的变化趋势,并分别分析了各个阶段的热反馈机制。在实验获得不同尺度、边沿高度正庚烷油池火燃烧速率的前提下,建立相应尺度的不同边沿高度油池火的Fire Dynamics Simulator(FDS)计算模型以针对火焰高度进行了数值模拟研究,分析了实际火焰高度、火焰下探高度随边沿高度的变化趋势,并提出了相关的无量纲拟合式。     

砂土地层倾斜地表直筒型塌陷机制研究

为探究偏压对土洞发育的影响机制，在极限平衡法和合理拱轴线的基础上，推导了砂土地层偏压地形下直筒型塌陷覆盖层临界厚度计算公式。通过开展以坡面倾角为主变量、结合填土高度和含水率变化的单因素试验，来论证公式的合理性以及揭示不同因素对倾斜地表下塌陷覆盖层临界厚度的影响机制。结果表明：偏压地形下砂土地层直筒型塌陷的覆盖层临界厚度与土体性质、坡度等参数有关；随坡度增大，覆盖层临界厚度减小，地表塌陷历时缩短；覆盖层临界厚度随含水率增大而减小；土体性质对砂性土覆盖层临界厚度的影响大于坡度等外部因素的影响。该研究成果可为解决平面应变条件下的砂土地层地形偏压工程问题提供试验依据。     

Y型合流分岔隧道临界风速计算模型

临界风速是Y型合流分岔隧道能否有效抑制烟气侵入分岔支路的重要参数。为确定Y型合流分岔隧道临界风速计算公式,对影响Y型合流分岔隧道临界风速的相关因素进行量纲分析,推导出临界风速与火源热释放率、主分隧道高度比、连拱长度及隧道分岔夹角这4个因素的无量纲函数关系式。通过数值模拟得到临界风速最大的火源位置,并对上述4个影响因素进行了量化分析。结果表明:火源距分岔段隧道洞口15～25 m时临界风速最大;当无量纲火源热释放速率小于0. 3时,隧道临界风速与火源热释放率呈现1/3次方关系,当无量纲火源热释放速率大于0. 3时,隧道临界风速不再随火源热释放速率增加而增加;临界风速与分岔隧道高度比近似成-3/10次方关系,与分岔夹角成-3/40次方关系,而与连拱长度无关。进而得到分岔隧道临界风速的无量纲计算模型,且与数值模拟结果吻合良好。     

不同倾角铜铟镓硒光伏组件燃烧行为的试验研究

为加强对于光伏组件火灾危险性的控制，进一步推动光伏建筑一体化技术的广泛应用，选择不同倾角布置的铜铟镓硒光伏组件为研究对象，改变倾斜角度，通过对引燃时间、火蔓延速度和质量损失速率等参数的测试和分析，研究铜铟镓硒光伏组件的燃烧行为及传热机制。结果表明，倾角的增大加剧了光伏组件火灾蔓延的危险性。光伏组件迎火面的引燃时间随倾角增大呈先减小后增大的变化趋势，倾角从0°增加到45°,引燃时间减少16.39%;倾角从45°增加到90°,引燃时间增加76.47%。背火面向上火蔓延速度随倾角增大而增大，倾角为90°时最大，为18.08 mm/s,横向火蔓延速度受倾角影响较小，均为1 mm/s左右；当光伏组件倾角增加，燃烧产生的熔融滴落物形成池火是造成光伏组件火灾危险性加剧的重要原因。     

不同形状受限空间内油气爆燃特性的实验研究

基于实验对4个不同形状的20L容器内的油气爆燃过程进行了研究,探讨了不同形状受限空间内爆炸压力荷载的变化和火焰行为的区别。结果表明:管道（短管和长管）的压力时序曲线较容积式受限空间（球形容器和立方体容器）的压力时序曲线更复杂,并且出现压力振荡;随着初始浓度的增加,超压值和平均升压速率均先增大后减小,在浓度为1.74%时达到最大值,此时,超压从大到小依次为:长管>短管>立方体>球形容器,平均升压速率从大到小依次为:短管>立方体>长管>球形容器;在爆燃初期,立方体中火焰行为为半球状层流火焰→扁平层流火焰,火焰速度先增大后减小,最大速度为12.5 m/s,长管中火焰行为为半球状层流火焰→拉伸指状火焰,火焰速度一直增大,最大速度为40 m/s。     

油池边沿高度对池火燃烧特性影响的实验研究

研究了油池边沿高度(h)对池火燃烧特性的影响,开展了内径(d)为10 cm的不同h和不同油盘材料(石英、不锈钢、铝和铜)的正庚烷池火实验。结果表明,正庚烷池火的燃烧速率、火焰高度和脉动频率均随着边沿高度的增大而减小,且随着油盘材料的热导率增大,边沿高度的影响逐渐减弱。基于量纲分析分别修正了火焰高度和脉动频率模型,结果能够较好地符合实验值。     

水幕稀释非水溶性重气影响因素的无量纲试验

以CO_2为对象,通过敞开空间水幕稀释阻挡CO_2扩散试验,分析了CO_2泄漏时的体积分数分布,对水幕稀释阻挡非水溶性重气扩散的影响因素进行了无量纲分析,主要针对泄漏源高度、泄漏源距水幕距离、水幕流量及泄漏流量进行研究,通过研究各影响因素推出了无量纲准数及水幕的稀释效率。定义了两个无量纲量:无量纲流量K=Q/q和无量纲距离Ω=H/L。结果表明:K不变时,随泄漏流量增大,水幕后CO_2的体积分数变大。泄漏流量相同时,测试点处CO_2体积分数随K增大而减小。泄漏流量每增加1 m3/h,为保持水幕后CO_2的体积分数不变,K需要增加0.25。当越接近0.6时,水幕后CO_2的体积分数越小,稀释效果越好。最后,基于无量纲分析结果,针对非水溶性重气泄漏扩散现场,提出了水幕设置建议。     

有障碍物半开口管道内氢气燃烧数值模拟研究

基于有障碍物氢气燃烧实验装置进行数值模拟研究,采用Fluent软件分析了半开口管道内障碍物对氢气/空气燃烧特性的影响。结果表明:障碍物会促进实验管段内氢气火焰加速,随着障碍物阻塞率和数量的增加,火焰加速更快且燃烧压力峰值更大;在相同阻塞率下,障碍物形状对氢气火焰速度和燃烧压力峰值的影响很小;燃烧压力随障碍物间距的增大先增大后减小,障碍物间距为3倍管道内径时产生的燃烧压力峰值最大。     

多因素下小尺度油罐火火焰倾角的研究

以柴油为研究对象,搭建了小尺度油罐火实验台,采用理论分析与实验研究相结合的方法,开展了有风条件下不同液位深度和罐顶开口宽度的小尺度油罐火火焰倾角的实验研究。结果表明,火焰倾角随风速的增加先迅速增加,然后趋于平稳。在相同的罐顶开口宽度和风速条件下,火焰倾角随着液位深度的增加呈现出减小的趋势。这是因为火焰微元在油罐开口处的速度随着液位深度的增加而增加,风速对火焰倾角的影响显著减小。当风速和液位深度一定时,质量损失速率随罐顶开口宽度的增大而增大,火焰倾角随着罐顶开口宽度的增大逐渐减小。     

大落差原油管道投产充水过程研究

为了探究大落差管道充水投产过程中存在的不满流及低点超压问题,以中缅原油管道怒江跨越段为例（其最大高差达1 480 m）,基于OLGA多相流瞬态模拟方法,对大落差原油管道充水过程进行仿真研究,重点分析到达管道不同低点位置的最大速度、压力及相应持液率,得到不同输量条件下不同低点位置的水流速度、压力及持液率随时间变化规律。结果表明:当输量为900~2 000 m3/h时该管道中存在的段塞流概率降低57%,同时减少了管压波动以及对管道和设备的破坏,提高了管道输送效率。     

大落差输油管道局部高点水击压力预测方程研究

为预测大落差管道局部高点水击压力,避免在关阀、停泵等应急操作过程中因高点低压而使油品气化,采用OLGA软件水击计算模块分析介质流速、高点稳态压力、关阀时间、阀门位置对高点水击压力的影响机制,并结合国内某原油管道现场SCADA系统数据进行验证;采用通用全局优化算法(UGO)和列文伯格-马夸尔特法(LM)建立局部高点压力预测方程,相对误差在5%以内。研究结果表明：本文方程可实现大落差输油管道水击过程中局部高点水击压力的预测。研究结果可为大落差输油管道安全运行与管理提供参考。     

大落差原油管道投产油顶水过程研究

为了探究隔离球在大落差原油管段投产过程中的影响作用,以某大落差“U”型起伏原油管线为实际案例（其最大高差达1 490 m）,基于OLGA多相流瞬态模拟方法,对大落差原油管段油顶水过程进行仿真研究。分析隔离球对原油顶水过程中的混油影响,同时对不同输量、管内积液量条件下隔离球在大落差管段中的运动特性进行研究,得到了清管器的平均运行速度、管中压力、持液率的变化趋势以及清管过程中的段塞行为等。结果表明:当输量为900~2 500 m3/h时,隔离球的加入能够降低混油量84.2%~93.7%;同时,还能减少投产过程中由于油品轻质组分汽化所产生的气体,并将更多管内气体带走,减少管中段塞流,提高原油投产效率,为工程实际投产过程提供有效依据。     

基于光电子能谱的高含水输油管道内壁腐蚀减薄试验分析

鄂尔多斯盆地高含水输油管道内壁腐蚀减薄现象普遍,腐蚀穿孔频次逐年上升,管道安全防护管理成为难题。为了识别输油管道内壁腐蚀减薄原因,作者在分析含水率、地层水水型、溶解氧对管道内腐蚀影响的基础上选择特征试验管段,基于X射线光电子能谱技术开展管道内壁厚度变化、金相组织、腐蚀产物特性、边缘腐蚀状态研究。结果表明:高含水输油管道内壁腐蚀减薄类型为Cl+O2+H2O环境下的垢下腐蚀,以溶解氧（O2）腐蚀为主,氯离子（Cl－）腐蚀为辅;内壁腐蚀减薄原因为原油含水率过高、水中氯离子含量过高、水中含有溶解氧和介质流速偏低。     

水平管分层流下微孔泄漏特性数值模拟和实验分析

在油气田开发过程中,通常采用气液相混输模式,管道受腐蚀等因素影响容易出现穿孔而发生两相流泄漏。为分析两相流泄漏特性,对管内常见流型分层流下的微孔泄漏特性进行数值和实验分析;采用VOF耦合Level set算法分析了不同影响因素下的气液两相泄漏特性,设计了1种管道泄漏收集装置,进行室内两相流泄漏实验,并验证了数值预测模型的准确性。研究结果表明:气液两相流经过管壁泄漏口时会发生相分离,泄漏特性受小孔方位、管路内外压差、气液相流速影响较大;泄漏口位于管路侧壁时的泄漏特性与其他角度下的泄漏特性有所不同,可用泄漏影响区内的气液分布进行解释;当泄漏口位于管路底部时,存在临界液相分流系数,当液相分流比小于此临界值时,泄漏流体为单相液体。VOF耦合Level set算法的数值方法可为管路泄漏量预测和相分离特性分析提供参考。     

国外石油天然气行业非金属管道检测技术*

为了解国外石油天然气非金属管道缺陷检测技术发展现状,在调研相关文献报告、企业信息、设备手册基础上,介绍国外先进非金属管道检测技术及其原理、优缺点、具体设备、应用范围和未来发展趋势。研究结果表明:先进的超声相控阵和低能辐射电磁波技术对非金属管道检测难点（如:分层和接头处等特殊位置检测）具有较好的检测能力;非金属管道检测技术正在向自动化、集成化和在线监测方向发展;塑料和纤维增强复合材料大量应用于给排水、船舶、航空航天、汽车和风电叶片行业,非金属管道检测可以借鉴该类领域相关技术。研究结果可为保障石油天然气非金属管道安全运行、拓展行业应用范围、降低管道全生命周期成本提供参考。     

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50Ω·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100Ω·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50Ω·m,线路与管道无安全间距要求,当土壤电阻率为100,200,500Ω·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。     

基于多维云模型的埋地并行油气管道风险评价研究*

为提高风险评价准确性以有效支撑管道完整性维护,保证油气管道在多管并行敷设下安全运行,提出1种基于博弈论-多维云模型的风险评价方法。首先,从并行间距、土壤压实度、土壤导热系数、介质流速、管径、埋深、应急响应时间、上下游截断阀间距等方面建立并行管道风险评价指标体系,为降低传统赋权方法的主观性,通过结合熵权法改进层次分析法（AHP）,从而确定主客观权重,再经博弈论组合赋权法综合计算指标权重;其次,运用多维云模型理论确定风险等级,通过修正各风险评分项的等级区间结合指标权重,计算出各级的综合确定度,并进行等级评判;最后,将该方法应用于工程实例。研究结果表明:所评价管段的指标风险处于中等风险水平,风险可接受,管段的整体风险评价结果良好,有利于并行管道安全管理;实例证明该评价方法具有较好的适用性。     

油气管道周边区域划分与距离设定研究

为合理评估并有效控制管道与周边区域的相互影响,提出1种油气管道周边区域划分与距离设定方法。通过数据统计与事故案例分析,归纳了油气管道安全运行面临的4项问题,结合管道与周边区域相互影响类型及范围,提出将周边区域沿管道中心线依次划分为管道通行区、规划控制区和应急响应区。根据法律规定、实际事故后果影响范围和典型事故后果数值计算结果,提出了上述3个区域的距离设定原则与计算方法,并针对当前油气管道周边区域管理存在的问题提出了分区域管控建议。研究结果表明:所提出的方法有助于控制管道与周边区域的相互影响,保障管道安全运行和周边区域公共安全。     

X80天然气管道在役焊接应力分析与调控

为了探究X80天然气管道在役焊接的应力分布和变化规律,在考虑天然气介质的作用下,采用有限元方法模拟了X80天然气管道在役焊接应力场分布规律,分析了天然气工况参数和环境温度对X80天然气管道在役焊接应力的影响,并根据应力变化规律提出了降低X80天然气管道在役焊接应力的措施。研究结果表明:X80天然气管道轴向焊接应力和环向应力主要呈对称分布形式,且管道外壁的应力大于管道内壁上的应力;随着天然气压力和流速逐渐增大,轴向应力先增加后降低,而环向应力逐渐增大;当环境温度增大后,管道轴向和环向应力均呈下降趋势;降低天然气压力和流速、采用焊前预热能够有效降低焊接应力。研究结果可为我国X80天然气管道在役焊接安全提供参考。