油气管道附近电力线路杆塔接地优化策略研究

为解决电力线路与油气管道并行、交叉架设情况下电力线路遭受雷击使得附近油气管道产生过电压的问题,针对油气管道附近电力线路杆塔接地优化策略进行研究,以期为油气管道防护的设计施工提供参考.提出了基于塔基外敷换向散流的接地优化策略,通过COMSOL Multiphysics仿真软件分别对单桩和四桩式混凝土基础"笼"式外敷接地装置进行建模计算,分析了单桩式混凝土基础条件下土壤电阻率、桩基与管道间距、外敷面积对管道过电压的影响,对比了四桩式混凝土基础条件下外敷与铺设人工接地体在管道保护方面的优劣,进而提出采用柔性石墨复合接地材料的混凝土基础"笼"式外敷的优化策略.仿真结果表明:土壤电阻率增加会使管道过电压峰值增大;桩基与管道间距增加可减小管道过电压;混凝土基础"笼"式外敷比传统的混凝土基础加设人工接地体方案降低管道过电压效果更佳.     

水平接地极泄散雷电流对临近埋地管道危害影响分析

为分析水平接地极泄散雷电流对临近埋地管道产生的暂态电磁干扰危害,通过EMTP软件建立水平接地极和埋地管道模型,考虑水平接地极与管道间的感性耦合和阻性耦合,采用多元回归分析法讨论土壤电阻率、水平接地极与管道间距、管道埋深、雷电流幅值等因素对管道防腐层感应电压的影响,最后讨论感应电流对管道腐蚀的影响。结果表明:离雷电流注入点越远,管道防腐层感应电流和感应电压幅值越低;感应电压受土壤电阻率、水平接地极与管道水平间距、管道埋深、雷电流幅值等因素影响明显,与土壤电阻率和雷电流幅值呈正相关,与管道埋深和水平接地极与管道水平间距呈负相关;土壤电阻率对管道腐蚀程度影响较大,土壤电阻率越低,管道腐蚀越严重;为保护防腐层和管道安全,水平接地极与管道间需保持一定安全距离。     

沉降土体对管道跨越结构应力影响的分析

为了更好地保障长输管道的安全稳定运行,针对长输管道当中的跨越结构进行了应力分析与计算。基于管道跨越结构其结构的特殊性,极容易受到断层、土体塌陷等地质灾害的影响。因此建立了跨越段埋地管道与土壤相互作用的有限元力学模型,分析了30°、40°、50°、60°跨越结构和不同范围土体发生沉降时,管道的应力变化情况。结果显示,当跨越结构中斜管段的角度确定后,便可计算出相应的安全沉降长度;当斜管段角度为50°时,沉降长度控制在13.6m以内,可保证跨越结构不发生塑性变形。通过研究为管道跨越段的安全设计提供了理论依据,该方法可应用在类似的管道跨越结构的应力设计当中。     

长输油气管道并行敷设合理距离分析

文章介绍了国内、欧美及前苏联国家规范中管道并行间距的有关规定,在深入分析了影响管道并行间距的安全、施工、维抢修、阴极保护、爆破施工、管道爆炸等因素后,提出了长输油气管道并行敷设的合理间距:在采用机械化施工的一般地段其合理距离为施工间距,在无法采用机械化施工的地段其合理间距为维抢修间距,局部难点段在采取安全措施后可以采用同沟敷设。     

基于时序片段的油气管道运行工况识别方法*

为准确识别管道系统运行工况,提高对油气管道突发事故的响应速度,综合提升管网安全管理水平,提出1种基于时序片段的油气管道运行工况识别方法。首先,构建基于概率分布的状态变化识别模型,提取油气管道中不同运行状态点;其次,建立基于时间序列片段的工况识别模型,快速识别不同时间长度内油气管道运行工况;最后,以国内某成品油管道为例进行方法验证。研究结果表明:该方法可有效识别成品油管道阀门开关状态、泵异常停机和阀门内漏3种运行工况。对比传统的识别方法,该方法可降低状态变化点的漏报率,提升管道运行工况识别的准确率。研究结果可为油气管道系统运行工况识别提供新的借鉴方法。     

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。     

分岔隧道强羽流驱动的顶棚射流火焰特征

为探究分岔隧道强羽流驱动的顶棚射流横向长度、纵向长度及火焰面积分布特征,选取火源中线距侧壁0.1、0.3、0.5、0.7和0.9 m等5个火源位置,47.9、63.8、77.7和95.7 k W等4个热释放速率(HRR),分析和确定典型工况下间歇性火焰和连续火焰的横向长度和临界温度,临界温度值分别为325和620℃;以连续火焰的临界值为依据,进一步得到顶棚射流连续火焰的横向长度、纵向长度及火焰面积。结果表明:随着火源中线与侧壁间距从0.1～0.7 m变化,横向火焰长度呈现非单调的趋势,且当间距为0.3 m时,横向火焰长度最大;纵向火焰长度随火源中线与侧壁间距从0.1～0.9 m增加而逐渐减小,且相同工况下纵向火焰长度均长于横向火焰长度;火源中线与侧壁间距从0.1～0.3 m增加,火焰面积逐渐增大,当间距增加至0.7 m,火焰面积逐渐降低。     

静电的危害与安全防护

静电是由非金属物体之间的相互摩擦或感应而产生的。在化工、冶金、炼油、橡胶、塑料、制药、轻工、粮食加工等生产企业,当制造、输送或贮存低导电性物质或压缩空气和液化气体时,会因摩擦产生静电,这些静电聚集在加工设备、管道、容器和贮罐上,将形成高电位,危及人身和设备安全,当这些物质的电阻率大于10~6Ω·m时,即会产生危     

油气管道施工及储罐维修的有限空间作业安全管理分析

正目前我国长输油气管道总里程已超13万km,绝大部分在地下,根据地理位置大部分管道埋深在2 m左右,局部地区埋深3～5 m,个别地段由于特殊原因埋深超过5 m甚至10 m以上,在进行管线带压封堵维修作业时必须开挖,将其裸露出来才能进行后续作业,带压封堵作业以及储罐清洗均属有限空间作业,     

安全变道概率条件下高速公路立交最小净距研究

为探究安全变道概率条件下高速公路立交最小净距,将相邻立交净间距分为向内侧变道段、标志识别段和向外侧变道段3部分。结合动力学和速度一致性原理,分析安全变道时的临界车头间距;运用概率论和交通流理论研究车辆变道概率组合特性。综合考虑车道数、服务交通量、设计速度和限制速度等条件,建立高速公路立交净距与安全变道概率关系模型。研究表明,安全变道概率阈值为0.95时,一级服务水平下不同车道数和设计速度的高速公路立交最小安全净距分别为:1 800 m(2,3车道,100 km/h)、2 200 m(2,3车道,120 km/h)、2 350 m(4车道,120 km/h),安全变道概率随立交净距的增大而呈阶梯型增长。     

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。     

双线地铁隧道下穿管道安全性对比研究

地铁与燃气管道等高危管道均为线性工程,地铁隧道下穿管道的情况不可避免,一旦因地铁施工导致管道泄漏,后果难以承受,管道沉降值是考量其安全性的关键指标。为对双线盾构地铁隧道下穿管线安全性进行预测,采用修正的Peck公式理论方法进行计算,并与数值模拟结果相对比,研究结果表明:双线盾构地铁隧道下穿管道安全风险可控,修正Peck公式及数值模拟法均能较真实地描绘地表以下任意土层的沉降槽曲线,进而可以比较准确地计算土体竖向沉降,可作为一种用于计算隧道开挖所引起管道竖向位移的方法。     

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。     

软土沉降位移作用下大口径管道轴向应力状态研究*

为准确掌握大口径管道的轴向应力应变状态,保障管道的安全运行,通过假定4类不同形式的软土沉降位移,研究不同沉降形式对管道轴向应力状态的影响。采用非线性有限元方法建立管道轴向应力应变参数化数值计算模型,开展影响因素分析。结果表明:针对软土沉降位移作用下1 422 mm X80大口径管道,沉降量相同时,突变型位移载荷作用下管道受到的轴向应力最大,最大轴向应力位于两侧非沉降区距管道中心约53 m处;软土沉降量达到工程实际中可能的最大值1 m时,大口径X80管道内轴向应力小于0.9倍管材屈服强度,管道环焊缝可以采用基于应力的工程适用性评估方法开展ECA(Engineering Critical Assessment)评价。     

Numerical investigation of surface conduit parallel gas pipeline explosive based on the TNT equivalent weight method

With the rapid development of petroleum industry, the transport pipelines of oil and gas are increasingly constructed to minimize land use conflicts. Therefore, the parallel pipelines are unavoidable in order to save land resource, reduce the pipeline construction and maintenance costs. The economy and security of pipeline laying and running is the primary problem considered in pipeline construction, which the parallel spacing plays a decisive role to. The leakage of natural gas is very serious and dangerous due to its flammable and combustible. The explosive of leak gas causes impact failure to parallel pipeline. Specific to the surface conduit parallel gas pipeline, numerical simulation of leak natural gas explosive was carried out based on TNT equivalent weight method. Explosive damage degree of pipeline decreased with the pipeline distance increasing. Consulting with the pipeline ovalization strain design criteria and the combustion effect, the safety parallel natural gas pipeline space maybe at least 4 m to ensure the surface conduit parallel pipeline safely and steadily operation.     

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。     

基于有限元的局部突变位移载荷下埋地管道力学分析

冻土融沉、盐渍土溶陷等地质灾害会导致局部土壤产生一定位移,对埋地长输管道安全性构成威胁。为保障埋地管道的安全运行,建立了局部突变型位移载荷作用下埋地管道力学分析模型,采用非线性土弹簧描述管土相互作用,分析了局部突变区域长度及突变位移量对埋地管道受力的影响。研究结果表明:因局部突变区长度与突变位移量的不同,管道存在3种受力状态,当局部突变区域长度大于临界突变区长度时,管道轴心应变与弯曲应变在突变区域内不产生耦合,此时在突变区域两端可等效为2个垂直正断层,即为第一种受力状态;当突变区域长度小于临界突变区长度时,随着突变位移的增加,管道应变随之增加,管道轴心应变与弯曲应变在突变区域内不断叠加,即为第二种受力状态;在第二种受力状态基础上,当突变位移大于临界突变位移时,管道应变不再发生变化,管道等效为受到垂向均布荷载的作用,即为第三种受力状态。研究结果可为工程中管道穿越地质灾害区域的设计提供参考。     

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。