压力脉冲波法复杂天然气管道堵塞检测实验研究*

为了解决复杂天然气管道堵塞定位难题,快速定位出堵塞位置,提出利用压力脉冲波法检测复杂管道堵塞。改造搭建长18.1 m、包含17个三通结构的压力波堵塞检测实验台,进行不同堵塞率以及气液混输管道的堵塞定位实验。结果表明:管道三通会引起频率范围为150~200 Hz的高频反射波,利用FFT谐波变换方法可以有效地对原始信号进行滤波分析,更利于对堵塞定位分析。在堵塞率100%时,定位误差为1.07%;在堵塞率50%时,定位误差最大,达到1.93%;对于含液率8%的气液混输管道,100%堵塞时,定位误差为0.48%。研究结果有效地证实了压力脉冲法检测复杂输运管道堵塞的可行性,可为该方法的现场应用提供指导和数据支撑。     

基于LabVIEW的长输天然气管道泄漏检测与定位研究

为了研究长输天然气管道泄漏检测与定位技术,将管道泄漏检测技术中常用的负压波检测原理与Lab VIEW技术相结合,设计了一套基于Lab VIEW的长输天然气管道泄漏检测与定位分析程序,利用该程序对长输天然气管道泄漏的负压波信号进行滤波和数据处理。利用小波变换的多尺度功能,提取信号的突变或瞬态特征,计算奇异点位置,达到泄漏定位的目的;选取不同类型小波进行泄漏定位误差分析,找出该工况条件下最佳的小波类型。结果表明:该程序对泄漏点的定位误差在4%以内,具有较高的精确度和可行性;在该工况下,最佳的小波类型为db5,其定位误差精确到0.034%。     

负压波-声波耦合天然气管道泄漏检测与定位

天然气管道泄漏具有巨大的危害性,其准确的检测与定位是安全领域的重要课题。根据管道泄漏瞬间产生的局部流场畸变引起的脉冲负压波和泄漏口高速射流产生的持续巨大噪声,提出一种基于负压波-声波耦合的天然气管道泄漏检测方法,解决单一信号识别的准确性和时效性较差的问题。结果显示,通过负压波-声波的信息融合可有效提高泄漏判断的准确性,同时两种信号在同一测点的时间差可定位泄漏的位置。文末还推导了泄漏判别依据和定位原理的基本公式。     

管道内天然气爆炸火焰及压力波传播规律实验研究

天燃气安全不仅仅局限在企业内部,而是面向全社会,关系到社会稳定和市民生命财产安全。随着天然气市场开拓和广泛利用,庞大的管网系统和多样的用气环境给安全工作提出了更高的要求。采用理论分析、实验研究相结合的方法研究了管道内天然气爆炸火焰及压力波的传播规律。应用直径为700mm,长度为93m的管道进行了三次天然气爆炸传播实验。得出爆源点最大压力值并不是整个爆炸过程的最大值;压力波最大压力值在爆源点附近先降低,然后上升到某一峰值之后再逐渐衰减;最大压力值在衰减过程中不是单调衰减,有点起伏;随着天然气浓度的增大,其爆炸平均升压速率反而减小;随着天然气浓度的增大,其爆炸平均升压速率反而在减小;爆源附近火焰传播速度较小,上升到某一峰值后逐渐衰减。     

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。     

基于电磁超声技术的管道壁厚检测研究

将电磁超声技术应用于管道壁厚检测现场时,由于探头换能效率低而导致底面反射信号弱、测量结果精度低、数据稳定性差等问题出现。本研究采用试验验证的方法对电磁超声探头中,检测线圈的缠绕圈数和永磁铁的磁场强度进行了优化,并在外径100mm和300mm的碳钢管道上进行了壁厚检测试验。结果表明：随着检测线圈圈数和磁场强度的增大,底面反射信号的波形更加清晰、幅度更高,整个声程范围内的噪声干扰明显降低。优化后的电磁超声检测系统能够满足管道壁厚检测的技术要求。     

变截面管道内瓦斯爆炸火焰与压力耦合趋势

为研究变截面管道内瓦斯爆炸火焰传播与压力波的耦合趋势,在内部尺寸(长×宽×高)为50 mm×50 mm×250 mm的管道中进行甲烷体积分数为7.5%、8.5%和9.5%的甲烷/空气爆炸试验,在该管道距点火位置80 mm处有长50 mm的变截面管道,其截面(长×宽)为50 mm×17 mm,分别利用高频压力传感器、高速摄像仪采集爆炸超压及火焰结构的瞬态演变过程。结果表明：火焰穿越变截面通道经历了火焰加速、火焰降速到火焰再加速的过程,且火焰降速时间小于整体时间的1/5;变截面通道会诱导湍流的生成,爆炸火焰通过变截面通道后传播加速的主要原因是湍流对火焰传播速度的增强作用;火焰结构演变与超压的上升、下降趋势及最大超压密切相关,而压力波被壁面反射后使火焰阵面进一步出现褶皱和变形,火焰-湍流-超压之间形成多场耦合效应。     

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。     

应力波在预应力锚杆内传播特性分析与工程应用

针对煤矿锚杆支护的特点,首先从理论上研究应力波在托板处、锚固开始位置、锚固结束位置的反射和透射规律;然后模拟纵波在全长锚固锚杆内传播速度与树脂-围岩粘结刚度之间的关系;最后在锚杆支护实验室进行了预应力锚杆支护实测对比试验。研究结果表明,应力波反射法不仅可以检测锚杆的锚固位置和锚固长度,而且能由锚固体波速间接检测锚杆的锚固力大小。     

管道燃气爆炸特性实验研究

管道是化工及油气储运系统的重要组成部分,却时常受燃烧爆炸事故的威胁,因此对管道中燃气燃烧爆炸特性与规律的研究就十分必要。以甲烷作为研究对象,采用压力传感器以及火焰传感器等对水平封闭管道内甲烷-空气预混燃烧爆炸进行了实验研究,通过大量实验来研究可燃气体爆炸压力与火焰及其传播变化规律。根据实验结果将超压以及气体燃烧的变化情况,对前驱冲击波与火焰面的相对时间及相对位置关系进行了分析。结果显示,管道中会产生前驱压力波,并超前火焰阵面甲烷气体在管道传播过程中,出现冲击波反压射、波叠加及反冲现象,压力的持续时间较火焰光信号持续时间长。所做的工作为油气受限空间中燃气燃烧爆炸特性与规律的进一步研究及工业防爆抑爆技术及工艺的实施、系统设计以及关键参数计算提供了理论依据。     

A review on different pipeline fault detection methods

Pipeline faults like leakage and blockage always create problem for engineers. Detection of exact fault quantity and its location is necessary for smooth functioning of a plant or industry and safety of the environment. In this paper brief discussion is made on various pipeline fault detection methods viz. Vibration analysis, Pulse echo methodology, Acoustic techniques, Negative pressure wave based leak detection system, Support Vector Machine (SVM) based pipeline leakage detection, Interferometric fibre sensor based leak detection, Filter Diagonalization Method (FDM), etc. In this paper merit and demerits of all methods are discussed. It is found that these methods have been applied for specific fluids like oil, gas and water, for different layout patterns like straight and zigzag, for various lengths of pipeline like short and long and also depending on various operating conditions. Therefore, a comparison among all methods has been done based on their applicability. Among all fault detection methods, Acoustic reflectometry is found most suitable because of its proficiency to identify blockages and leakage in pipe as small as 1% of its diameter. Moreover this method is economical and applicable for straight, zigzag and long, short length pipes for low, medium and high density fluid.     

Research on flow assurance of deepwater submarine natural gas pipelines: Hydrate prediction and prevention

The formation of hydrate will lead to serious flow assurance problems in deepwater submarine natural gas transmission pipelines. However, the accurate evaluation model of the hydrate blocking risk for submarine natural gas transportation is still lacking. In this work, a novel model is established for evaluating the hydrate risk in deepwater submarine gas pipelines. Based on hydrate growth-deposition mechanism, the mathematical model mainly consists of mass, momentum and energy conservation equations. Meantime, the model results are obtained by finite difference method and iterative technique. Finally, the model has been applied in the production of deepwater gas field (L Gas Field) in China, and the sensitivity analysis of relevant parameters has been carried out. The results show that: (a). The mathematical model can well predict the hydrate blockage risk in deepwater natural gas pipelines after verification. (b). Hydrate is easily formed at the intersection of horizontal pipeline and vertical riser, and the maximum blocking position often occurs in middle of the riser. (c). The hydrate blockage degree and length of hydrate formation region (HFR) decrease with the increase of gas transport rate. (d). The hydrate blockage degree and length of HFR decrease with the increase of gas transport temperature. (e). The hydrate blockage degree and length of HFR increase with the extension of horizontal pipeline. (f). Injecting inhibitors can effectively inhibit hydrate formation and blockage, but the improvement of transmission measures can significantly reduce the dosage of inhibitor. It is concluded that measures such as increasing gas transportation rate and temperature, shortening horizontal pipeline length, optimizing inhibitor injection point and injection rate can play a safe, economic and efficient role in hydrate preventing and controlling.     

基于遗传-神经网络算法的含均匀腐蚀缺陷油气管线爆破压力预测研究*

为提高含均匀腐蚀缺陷油气管线爆破压力的预测精度，保障长输油气管线的安全运行，将遗传算法和BP神经网络相结合，建立含均匀腐蚀缺陷油气管线爆破压力预测的遗传-BP神经网络（GA-BPNNs）模型。采用已有文献实验数据，分析对比该模型与AGA NG-18，ASME B31G，修正B31G，PCORRC，DNV RP-F101和SHELL 92等方法用于X46，X52，X60，X65，X80等材质油气管线含均匀腐蚀缺陷时爆破压力的计算误差。结果表明:GA-BPNNs模型用于含均匀腐蚀缺陷油气管线爆破压力预测时，误差在-7.78%～6.06%之间，预测精度明显高于目前国内外通用规范的计算结果；该模型操作简单，适用范围广，工程实用性好，为含缺陷压力管道爆破压力的预测提供更好的思路和方案。     

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。     

基于超压值地铁上覆管道爆炸对隧道及人员安全影响研究

为分析地铁上覆管道爆炸对乘客安全影响,采用基于超压冲击波阀值数值模拟,通过将泄漏气体能量等效为TNT当量,分析不同泄漏模式爆炸冲击波对地铁隧道及人员安全影响.结果表明:爆炸产生的超压冲击波对隧道及人员影响小于限值,不会造成人员伤亡,研究结果可为地下工程下穿油气管线安全影响分析提供理论支撑.     

基于稳态模型的井下抽采主管道泄漏检测方法研究*

为准确检测煤矿井下瓦斯抽采主管道泄漏位置,提出基于稳态模型的管道泄漏检测与定位方法,采用Comsol数值模拟及地面相似实验研究压力梯度法对煤矿井下抽采管道泄漏检测与定位的可行性及准确性。研究结果表明:管道未泄漏时,管内沿线压力呈均匀分布,当管道突发泄漏时,管内压力分布呈现明显弯折现象,弯折处即为管道漏点位置,并对管道阻力计算公式进行修正,提高了检测准确性;随着管道泄漏程度的加大,湍流效应显著增强,漏点处速度、压力产生明显突变,且当其他条件恒定时,随着管道泄漏孔径的扩大,管道的漏入量越大,定位的相对误差越小;在宏岩矿开展地面相似实验,实验结果绝对误差为4.5 m,相对误差为6%;在阳煤五矿井下8421抽采巷进行现场应用,绝对误差134 m,相对误差约7.95%。     

高海拔矿井掘进巷道瓦斯爆炸火焰传播规律数值模拟*

为研究高海拔矿井瓦斯爆炸火焰传播规律,运用数值模拟方法,建立矿井掘进巷道瓦斯气体爆炸数学及物理模型,并对海拔高度为0,1 000,2 000,3 000,4 000 m时的爆炸火焰传播速度、温度和冲击波压力进行研究。结果表明:瓦斯浓度和聚集体积量一定的掘进巷道发生瓦斯爆炸时,随着海拔高度的升高,火焰传播速度增大,且海拔每升高1 000 m,瓦斯气体聚集区和非聚集区的平均火焰传播速度分别增大4.7%和1.9%,掘进巷道内同一位置受到的瓦斯爆炸火焰最高冲击波压力随着海拔高度增加而显著降低,且呈二次函数关系,达到最大冲击波压力和最高火焰温度的时间缩短,最高爆炸火焰温度受海拔高度的影响较小。     

连续起伏管道投产过程中的气相运移研究*

为应对山区液体管道在投产过程中可能出现的气阻、超压问题,从气相运移角度出发,建立液顶气模型,研究在1个U型单元内积气形成、压缩和破碎的全过程,在此基础上,提出连接各个U型单元的气相的传递函数,探讨背压累积因素下,连续起伏管道投产过程中各个U型管段的积气情况和压力的变化,进行动态的建模和计算。以国内某原油管道的现场投产数据与模型结果进行比对。结果表明:可以更加准确地预测山区液体管道投产过程中的气相传递和压力变化过程,能为未来连续起伏大落差液体管道投产的安全稳定运行提供理论指导和技术支持。