基于AHP-熵权法的城市燃气管道风险评价

为全面、客观地评价城市燃气管道风险,提出1种基于AHP-熵权法的城市燃气管道风险评价模型.该模型基于风险评价理论,结合管道失效可能性与后果严重性,构建包含105个评价底因素的城市燃气管道风险评价指标体系.针对城市燃气管道风险因素的复杂性和模糊性,引入模糊数学思想和方法,结合AHP和熵权法确定评价指标的综合权重,再运用模...     

TNT当量法预测某石化设备爆炸后果评价

以烃化反应器为模拟发生泄漏事故源,泄漏的物料形成爆炸性气体,发生爆炸事故,采用TNT当量法预测爆炸事故后果,通过公式,计算出因爆炸冲击波导致肺出血而引起死亡的概率为0.5的半径.     

天然气管道局部等效应力及塑性变形评估

为了研究腐蚀及地面运动对埋地天然气管线安全性的协同影响,以X80管道为研 究对象,模拟腐蚀缺陷及土壤力作用于管道之上,利用有限元方法对有腐蚀缺陷与预应 变情况下的管道局部等效应力及塑性变形进行评估,结果表明腐蚀缺陷的深度对局部应 力和应力分布影响非常明显,在失效压力预测中起着决定性作用。随着腐蚀深度的增加 ,应力集中增强,导致内表面和外表面的等效应力大小进一步分化,腐蚀深度的增加对 管道内表面的等效应力的影响很大,但对有效塑性应变的影响却不大。模拟管道上施加 有纵向应变的土壤力,不论拉伸与压缩的情况下,都会降低管道的失效压力,在施加拉 伸预应变下的管道失效压力小于压缩预应变下的。塑性变形首先发生在外表面处,并扩 展到腐蚀缺陷相邻区域,管道内表面也具有一定的塑性变形,但强度低。     

隧道并行输气管道爆炸对邻管的冲击效应分析

针对隧道内输气管道泄漏发生爆炸对相邻管道的潜在威胁,基于泄漏率的求解,得到爆炸气体的扩散分布规律,确定蒸气云爆炸的TNT当量;利用LS-DYNA有限元软件建立隧道并行输气管道爆炸模型,分析在不同的泄漏尺寸、爆心距和风速下,邻管对爆炸冲击的动力学响应。基于峰值振速的经验公式的验证,表明所采用的管隧模型的可行性。结果表明:在内压和爆炸荷载的共同作用下,隧道内管道的等效应力和速度会出现多个峰值,有别于开敞空间的爆炸规律;泄漏尺寸越小、爆心距和风速越大,管道的动力响应越小;相比爆心距和风速,管道的动力响应峰值对泄漏尺寸的变化更敏感。研究成果可为管隧结构在极端情况下的事故预防和维护抢修提供理论指导。     

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。     

Experimental study on leak detection and location for gas pipeline based on acoustic method

The leak of gas pipelines can be detected and located by the acoustic method. The technologies of recognizing and extracting wave characteristics are summarized in details in this paper, which is to distinguish leaking and disturbing signals from time and frequency domain. A high-pressure and long distance leak test loop is designed and established by similarity analysis with field transmission pipelines. The acoustic signals collected by sensors are de-noised by wavelet transform to eliminate the background noises, and time-frequency analysis is used to analyze the characteristics of frequency domain. The conclusion can be drawn that most acoustic signals are concentrated on the ranges of 0-100 Hz. The acoustic signal recognition and extraction methods are verified and compared with others and it proves that the disturbing signals can be efficiently removed by the analysis of time and frequency domain, while the new characteristics of the accumulative value difference, mean value difference and peak value difference of signals in adjacent intervals can detect the leak effectively and decrease the false alarm rate significantly. The formula for leak location is modified with consideration of the influences of temperature and pressure. The positioning accuracy can be significantly improved with relative error between 0.01% and 1.37%.     

基于SPH方法的埋地PE燃气管道挖掘破坏数值模拟研究

为弥补有限元法在埋地燃气管道挖掘破坏研究中的不足,基于光滑粒子流体动力学法(SPH),建立挖齿-土体-管道相互作用动力学模型,采用FORTRAN编程实现SPH计算程序,并结合算例分析挖齿挖掘过程挖齿-土体-管道实时状态及管道动态响应,最终得到椭圆度、应力应变分布等重要参数.结果表明:SPH方法可有效分析埋地管道挖掘破坏...     

The method for leakage detection of urban natural gas pipeline based on the improved ITA and ALO

To solve the problems of the difficulty in early leakage monitoring and larger positioning error for urban hazardous chemicals pipelines, the optimized method based on the improved Inverse Transient Analysis (ITA) and Ant Lion Optimizer (ALO) was proposed. Firstly, based on the obtained experiment's results of leakage of natural gas in the non-metallic pipeline, the segment classification method was incorporated into the pressure gradient calculation. The modified method can adapt to the multi-node characteristics of urban pipe networks and help to obtain the preliminary positioning calculation results after optimization. Then the calculation results were embedded in the ITA calculation model. The input parameters of the gas pipeline such as boundary conditions, leakage rate and friction coefficient were used to establish the characteristic linear equations. Then the objective function of the least-squares criterion was defined, and the improved ITA model suitable for leakage detection of urban natural gas pipeline networks was constructed. Finally, the ALO was used to optimize the calculation process of the improved ITA model, and iteratively optimize the optimal friction coefficient and its corresponding minimum objective function (OF) value. As a result, a more precise location of the leakage source was calculated. The validation of the modified method is conducted by comparing the calculated values with the experiment's results. The results show that the method can accurately predict the location where the pipeline leakage occurs. The minimum error is 3.17%. Compared with the traditional ITA, this method not only accelerates the convergence speed of the objective function, but also improves the accuracy of location calculation.     

陕京二线输气管道风险预评价

采用EST法对建设中的陕京二线输气管道进行了风险评价,得到了管道的高风险区段.通过对评价结果的分析,得出了造成各管段风险值较高的原因,并提出了相应控制措施.     

基于稳定风场的埋地天然气管道泄漏数值模拟

针对目前城镇埋地管道天然气泄漏研究模拟工况简单、可信性较低等问题,考虑障碍物对环境风场的影响,利用计算流体力学（CFD）软件建立天然气管道三维泄漏模型,将模拟过程分为环境风场的稳态模拟和管道泄漏扩散的瞬态模拟两步,分析天然气泄漏扩散规律。结果表明:在风场稳态模拟中,建筑物附近风场受干扰明显,上游形成小范围的低速滞留区,下游形成较长的尾迹。在天然气泄漏扩散瞬态模拟中,土壤层天然气受风速影响较小,气体在近地面及贴近建筑物侧积聚,扩散范围随时间逐渐趋于稳定,泄漏扩散达到稳定后表现出土壤层积聚、气云沉降、贴近建筑物积聚、气云扩散局限性的特征。风速主要影响天然气的扩散高度,对水平方向的扩散范围影响较小,风速与天然气扩散高度成反比。     

基于稳定风场的架空天然气管道泄漏数值模拟

针对架空管道天然气泄漏问题,考虑管道自身对泄漏扩散的影响,利用计算流体力学(CFD)软件建立天然气管道三维泄漏模型,为提高模拟可信性和合理性,先对计算流域风场进行稳态模拟,再对天然气泄漏扩散过程进行瞬态模拟,分析天然气泄漏扩散规律及风速对泄漏扩散的影响。结果表明:在稳态风场模拟中,管道附近风场受管道影响十分明显,管道上下侧面风速极高;在瞬态天然气泄漏扩散模拟中,天然气泄漏初期的扩散受风速影响明显,验证了先进行稳态风场模拟的必要性,泄漏扩散达到稳定状态后出现气云沉降、单侧分布、尾部分叉、风速影响扩散距离的特征;同等风速条件下,较小浓度边界扩散范围大,达到稳定所需时间短,同等浓度边界条件下,风速与扩散影响面积和浓度边界达到稳定所用时间成反比。     

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。     

架空及埋地天然气管道泄漏扩散数值研究

天然气在管道运输过程中,由于含硫等腐蚀性气体对管道内壁的腐蚀作用,在管内其他压力的作用下,会引起穿孔泄漏。泄漏后的天然气扩散后,可能会引发火灾、中毒或爆炸。因此,进行天然气管道泄漏扩散及数值模拟研究,对管道输送安全运营和保障人生财产安全意义重大。该文利用CFD软件对架空及埋地含硫天然气管道穿孔泄漏后的甲烷、硫化氢气体的扩散进行了数值模拟。结果表明,受土壤毛孔阻力的影响,埋地天然气管道泄漏爆炸范围比架空天然气管道泄漏要小,但其在地面的影响时间长,硫化氢的中毒范围比架空要低30m左右。为天然气的安全输送及环境保护提供了理论依据。     

油气管道剩余强度评价方法适用性研究

为了研究油气管道剩余强度评价方法的适用性,介绍了完整管道失效压力的计算方法以及NG-18,B31G,DNV RP-F101和PCORCC等4种计算含缺陷管道剩余强度的方法。对4种方法中的流变应力和膨胀系数进行了分析,同时采用4种计算方法计算了30组不同钢级管道的剩余强度。结果表明:流变应力的选取对中低强度钢管的影响较大,对中高强度钢管的影响较小,当管道钢级为X80及以上时,流变应力对剩余强度计算结果的影响可以忽略不计;各评价方法中,改进的B31G中的膨胀系数表达形式更加接近实际情况; NG-18和B31G适用于评价中低强度的钢管,其中,改进的B31G结果更为准确;DNV RP-F101和PCORCC适用于评价中高强度的钢管,其中,DNV RP-F101的计算结果优于PCORCC的计算结果;对于高钢级管道的评价方法还需要进一步研究和改进。     

海底悬跨管道表面双裂纹数值分析

为了研究海底油气管道多个裂纹间相互作用对管道产生的影响,针对海底悬跨管道表面双裂纹的相互作用,采用有限元方法建立双环向表面裂纹模型,采用围道积分法求解双裂纹下的应力强度因子,研究了不同边界条件下,不同尺寸裂纹间的相互影响规律,并对比了单裂纹下应力强度因子的变化情况。研究结果表明:不同尺寸的裂纹对双裂纹的相互影响规律有一定影响,且双裂纹应力强度因子最大值均出现在裂纹最深点处;弹簧边界下双裂纹相互影响规律与简单边界下相互影响规律明显不同;不同边界条件对悬跨管道双裂纹应力强度因子的影响较大。研究结果可为海底悬跨管道的失效分析提供参考依据。     

天然气管道非稳态泄漏扩散的数值模拟

针对长输天然气架空管道泄漏问题,综合考虑风速随海拔变化的边界条件、管道管形及泄漏方向等因素,建立非稳态泄漏模型,对不同管道泄漏压力和不同天然气浓度边界的天然气非稳态泄漏扩散进行了数值模拟。结果表明:在天然气向下泄漏的工况下,天然气气团主要在地面积聚,呈无规则的扩散;天然气管道泄漏压力与气体泄漏扩散速度成正比,与天然气浓度边界达到稳定所需时间成反比:不同泄漏压力下天然气扩散稳定后的扩散距离及泄漏影响面积大致相同;天然气浓度边界越小,达到稳定所需时间越长。     

城镇燃气管道第三方施工损伤风险评价方法研究

针对第三方施工对城镇燃气管道的不利影响,提出一种半定量风险评价方法。首先,基于“人—机—环境—管理”系统确定失效因素,利用G2赋权法对因素赋权,并引入物元模型分析失效可能性;然后,建立喷射火焰、闪火和蒸气云爆炸的数学模型计算管道泄漏的伤害面积,确定失效后果等级;最后,根据API 581中的风险矩阵得出燃气管道第三方施工破坏风险等级。实例分析表明,该方法兼具定性评价与定量评价的优点,能更加准确有效地进行风险分析,确定风险等级。     

城镇燃气管道动火作业安全评价

针对城镇燃气管道动火作业的高危险性,为保障生命财产安全,提出一种基于未确知测度的安全评价方法。首先,从动火施工作业的前、中、后3个阶段对整个作业过程进行安全分析,并基于作业的前阶段建立安全评价体系。然后,引入未确知测度模型,将因素的量化值与测度函数结合得出测度评价矩阵,采用变异系数法处理评价矩阵,确定各危害因素的客观权重。最后,根据测度评价矩阵与因素权重得出动火作业的安全等级,并对危害因素进行排序。实例结果表明:应用该方法能有效地确定出城镇燃气管道动火作业的安全等级,对于不安全的施工作业,可根据排序确定高危险因素,并采取措施降低其危险性,提高整个动火作业过程的安全性。     

水网地区漂浮输气管道安全评估方法研究

为防治水网地区河流穿越管道形成漂浮管段而发生事故,需要对漂浮管道进行安全评估。根据工程实例,建立水流作用下漂浮管道的力学模型,构建基于土弹簧法的有限元实体模型,采用有限元软件对漂浮输气管道进行仿真计算。然后,根据计算不同漂浮长度下的管道应力,分析管道最大应力比率在漂浮长度影响下的变化规律,建立漂浮管段安全评估模型。最后,结合实例对管道安全评估模型流程进行说明。实例分析结果简洁明了地反映出该漂浮输气管道处于安全运行状态,与实际情况相符,表明该安全评估方法是有效的。     

油气管道第三方施工损伤风险控制方法研究

针对当前油气管道运行的现状指出第三方施工损伤风险控制的紧迫性,根据第三方施工损伤风险辨识的内容,以及油气管道第三方施工损伤风险评估中人为因素分析理论,阐述第三方施工损伤风险的影响因素,通过计算各因素的灰色关联度辨识出了第三方损伤风险的主控因素,并提出了第三方施工损伤风险控制方法.