城市天然气埋地管道在线检测技术研究

分析了城市天然气埋地管道在线检测的项目和方法。介绍常用的PCM法检测原理,以及通过A字架确定防腐层破损点的检测方法,并结合实际检验项目,详细分析了如何利用这些方法进行城市天然气埋地管道在线检测,以及分析了这些项目检测的可行性和存在的不足。     

特殊地质条件下埋地油气管道安全评估研究

通过极限状态分析,确定采空、洪水、滑坡和占压特殊地质条件下油气管道的安全评估准则,提出了地质灾害管道安全评估方法,并对案例管道进行安全评估。为不良地质区域管道的设计、施工和维护提供了理论依据和技术参考。     

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。     

交通荷载作用下埋地含缺陷PE管道力学行为研究

为分析埋地含缺陷PE管道在交通荷载作用下的力学行为,选用Prony级数模拟管道,并采用ABAQUS有限元软件建立不同缺陷PE80管道模型和不同埋深的管土模型。通过对管道轴向与环向应力的研究,确定不同条件下管道的应力大小与分布。结果表明:当管道存在缺陷时,缺陷处会出现应力突变;不同位置的缺陷对管道的应力分布影响不同;缺陷相对深度改变会使缺陷处应力变化明显,通过建立多元回归方程得出对缺陷管道最大Von Mises应力影响程度为,缺陷相对深度（Q）>管道埋深（H）>车辆荷载（P）。     

埋地管道泄漏天然气在分层填筑土壤扩散数值模拟研究

城市埋地天然气管道发生泄漏不易被发现,并易产生爆炸、火灾、中毒等次生事故,针对低压埋地天然气管道施工分层填筑与不分层填筑的两种情况建立模型,依据多孔介质模型修正后的基本控制方程,采用FLUENT组分运输模型、RNG k-ε湍流模型,对管道沟渠分层填筑与不分层填筑气体泄漏扩散情况进行数值模拟。根据仿真土壤含气摩尔量划分三个浓度区域进行分析,分层填筑土壤分界处砂土含气量达到低浓度的时间较快约为60 s,12 min可以达到高浓度区域。两种材质交界面处,高浓度气体扩散存在延迟,中浓度和低浓度气体扩散在交界面处扩散曲线有明显拐点,进入到上层土壤材料后扩散速率加快,不分层填筑模型扩散速率没有明显改变。     

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。     

近海埋地管道泄漏气体扩散安全评估研究

为评估近海埋地管道泄漏气体扩散风险,基于流体体积与多孔介质方法,建立水下埋地管道泄漏气体扩散预测模型,模拟气体在海底土壤及海水中的运移扩散过程。研究结果表明:泄漏气体在海底土壤中扩散时间较短,扩散直径变化经历快速增长期、缓慢增长期和平稳期3个阶段,海水中羽流直径与羽流高度均随时间增加,且相比羽流高度,羽流直径的增长速度呈现先大后小的态势;增加泄漏孔径与泄漏压力,气体在海底土壤中扩散直径增大,海水中气泡体积明显增加,上浮时间减少,水平偏移量和海面处羽流直径减小。该模型可实现对近海埋地管道气体泄漏的准确预测,得出扩散轨迹等关键羽流数据,为后续的安全评估提供数据支撑和理论支持。     

地面堆载对埋地管道的安全影响分析

为了分析地面堆载对埋地管道安全性的影响,以非线性接触模型为基础,应用ANSYS有限元软件,建立了地面堆载作用下的三维管土相互 作用模型。通过求解模型,探讨了地面堆载的大小、作用位置以及作用尺寸对埋地管道位移、应力和椭圆度的影响。结果表明:管道的应力和 椭圆度随着堆载大小的增大呈线性增大;垂直作用于管道正上方的堆载对管道的强度和稳定性影响较大;当作用应力不变时,与长度相比,堆 载宽度的变化对管道的影响更显著,而当总作用力不变时,增大堆载长度和宽度均可有效降低其对管道安全性的影响。预期研究结果可以为解 决油气管道建设中的安全防护问题提供一定的技术支持。     

滑坡灾害中埋地管道稳定性分析

滑坡灾害导致的管道局部失稳是油气管道面临的严重威胁之一。为了探讨滑坡灾害中工程管道位移、应力随参数的变化规律,研究管道结构稳定性,采用有限元方法,以管道外径、径厚比、滑坡宽度为研究变量,计算并分析了在滑坡灾害中管道位移、应力和稳定性。研究结果表明:增大管道外径可以有效抑制滑坡灾害中管道位移,同时随着管道外径的增加,管道最大位移呈现二次曲线降低,并且径厚比越小管道位移增量越小;滑坡灾害中管道的最大应力发生在滑坡中心和两端位置;以外径为0.965 m管道为例,屈曲特征值分析结果显示,随着管道径厚比的增大,屈曲特征值呈二次曲线减小;随着管道外径的增加,屈曲特征值呈线性增大,并且屈曲位置发生在滑坡段中间位置,管道所能承受的极限滑坡宽度约为70 m。     

水毁灾害中埋地管道稳定性研究

水毁灾害是长输油气埋地管道灾害中造成经济损失最严重、对环境危害最深远的自然灾害之一。为了分析埋地管道在水毁灾害中的稳定性,探讨了埋地管道在水毁灾害中的载荷分布情况;采用特征值屈曲理论,分析了埋地管道在水毁灾害中悬跨和漂浮2种主要形式下,不同管道外径和管道壁厚对埋地管道在水毁灾害中稳定性的影响,计算得到特定条件下埋地管道水毁的极限长度;建立了埋地管道在水毁灾害中的有限元模型。结果表明:管道在水毁灾害悬跨和漂浮情况下极限长度和屈曲位置不同,随着管道壁厚的增加,埋地管道在水毁灾害中的稳定性近似呈缓慢的线性增长;增大管道外径能够有效降低埋地管道在水毁灾害中的位移,并显著提高管道在水毁灾害中的抗屈曲能力。     

滚石冲击作用下埋地高压输气管道的可靠性分析

地质灾害往往会对高压输气管线造成安全隐患,岩体崩塌引起的滚石冲击是导致埋地输气管道第三方破坏的主要破坏形式之一。通过概率分布求出滚石产生的偶然性载荷对管道的冲击频率,根据可靠性理论,用管线钢自身的强度和撞击产生的工作应力,建立强度应力的安全裕度方程。然后利用LS-DYNA有限元软件,建立滚石冲击管道模型,计算不同条件下埋地输气管道的最大应力Sm,确定Sm的分布规律。最后,根据应力和强度的分布求得管道可靠度指标和失效概率。本研究提供的方法和结论对埋地输气管道的风险评估、管道的设计及施工具有重要的参考价值。     

Corrosion failure probability analysis of buried gas pipelines based on subset simulation

Corrosion is the main reason for the failure of buried gas pipelines. For effective corrosion failure probability analysis, the structural reliability theory was adopted in this study to establish two calculation models for pipeline corrosion failure: the pressure failure model and von Mises stress failure model. Then, two calculation models for the corrosion failure probability were established based on a corrosion depth growth model obtained from actual survey data of soil corrosion characteristics. In an example, Monte Carlo simulation (MCS) and subset simulation (SS) were used to analyze the corrosion failure probability of pipelines, and the results were compared. SS can compensate for the shortcomings of MCS as it has higher computational efficiency and accuracy. Therefore, SS was adopted to simulate variations in the corrosion failure probability of buried pipelines with the service time for the two failure probability calculation models, which were applied to a natural gas pipeline located in a chemical industry park in Zhuhai, China. A sensitivity analysis was carried out on the relevant parameters that affect the failure probability. The results showed that multiple loads caused by the covering soil, residual stress, temperature differential, and bending stress have a non-negligible effect on the pipeline reliability. The corrosion coefficients gradually become the most important factors that affect the failure probability with increased service time. The proposed methodology considers the actual operating conditions of pipelines to provide a reliable theoretical basis for integrity management.     

Gas leakage consequence modeling for buried gas pipelines

One of conservation transfer methods for such widely-used gases as natural gas and hydrogen is buried pipelines. Safety of these pipelines is of great importance due to potential risks posed by inefficiencies of the pipelines. Therefore, an accurate understanding of release and movement characteristics of the leaked gas, i.e. distribution and speed within soil, the release to the ground surface, the movement of hydrogen gas through the ground, gas underground diffusion, gas dispersion in atmosphere, and following consequences, are very important in order to determine underground dispersion risks. In the present study, consequences of gas leakage within soil were evaluated in two sub-models, i.e. near-field and far-field, and a comprehensive model was proposed in order to ensure safety of buried gas supply pipelines. Near-field model which is related to soil and ground and its output is the gas released at different points and times from ground surface and it was adopted as input of far-field sub-model which is dispersion model in atmosphere or an open space under the surface. Validation of near-field sub-model was performed by the experimental data obtained by Okamoto et al. (2014) on full-scale hydrogen leakage and then, possible scenarios for far-field sub-model were determined.     

地表夯击载荷作用下埋地管道力学分析

为研究地基强夯作业中夯击载荷对埋地管道力学性能的影响,基于有限元原理建立了夯锤-管道-围土耦合三维模型,分析了夯击过程中管道截面变形及所受冲击力变化规律,研究了管道壁厚、夯击速度、夯锤体积对管道应力、应变及变形的影响规律。结果表明:夯击载荷下的管道所受冲击力为脉冲型,且随时间推移逐渐降低为0,最大冲击力随管道壁厚、夯击速度、夯锤体积增大而增大;管道最大等效应力、高应力范围及最大等效塑性应变随壁厚增加而减小,但随夯击速度或夯锤体积增大而增大;随着夯击速度、夯锤体积增大,管道截面变形率（椭圆度或凹陷率）逐渐增大,但其随壁厚增加而减小。     

天然气管道完整性管理探析

通过对国内外天然气管道事故的统计和分析,指出了对天然气管道进行完整性管理的重要性;在此基础上,简要介绍了管道完整性管理方法,着重探讨了天然气管道完整性管理的流程和环节,包括管道潜在危害辨识、管道数据信息搜集与分析、管道风险评价、管道完整性评价、完整性评价响应和减缓措施,并进一步说明了天然气管道完整性管理的实施方法;最后,给出了在我国开展天然气管道完整性管理的必要性和建议.     

城市埋地天然气管道系统脆弱性评估指标研究

脆弱性作为安全领域研究的新兴名词,用来表示系统承受外界扰动的敏感性和易损性以及面对灾害后果的承受力和应对能力,是联系灾害与风险研究的重要桥梁,是系统安全状况的重要综合指标。文章在引用以及重新界定＂脆弱性＂概念的基础上,将其引入城市天然气管道系统的安全研究,结合城市天然气管道系统的灾害事故特点,分析影响城市埋地天然气管道系统脆弱性的主要因素,根据因素间的相互关系,建立包括致灾因子、灾害后果和应对措施等3个方面2、2项指标的多因素多级评价指标体系。运用层次分析法（AHP）的原理和计算过程确定各评价指标的权重,根据指标权重的大小比较,分析各指标对城市天然气管道系统安全脆弱性的影响程度,从而确定安全治理的主要方向。     

基于ABAQUS的穿越公路输气管道力学性状分析

为研究穿越公路埋地天然气管道在车辆载荷下的力学性状,运用ABAQUS有限元软件建立了输气管道-覆盖土壤的三维接触模型,模拟了不同管径、管道壁厚、管道内压、管道埋深以及交通载荷工况下,管道的应力应变情况,得到了不同变量条件下埋地天然气管道的应力应变规律。研究结果表明:交通载荷下输气管道穿越公路时,从经济性考虑,其埋深应控制在2m范围内;结合管道内压,对不同超载程度下重载车辆对埋地管道的力学性能影响进行分析,从安全性考虑,管道宜采用套管敷设穿越形式。所得结论可为输气管道穿越公路段的设计提供参考。     

Individual risk analysis of high-pressure natural gas pipelines

Transmission pipelines carrying natural gas are not typically within secure industrial sites, but are routed across land out of the ownership of the pipeline company. If the natural gas is accidentally released and ignited, the hazard distance associated with these pipelines to people and property is known to range from under 20 m for a smaller pipeline at lower pressure to up to over 300 m for a larger pipeline at higher pressure. Therefore, pipeline operators and regulators must address the associated public safety issues.This paper focuses on a method to explicitly calculate the individual risk of a transmission pipeline carrying natural gas. The method is based on reasonable accident scenarios for route planning related to the pipeline's proximity to the surrounding buildings. The minimum proximity distances between the pipeline and buildings are based on the rupture of the pipeline, with the distances chosen to correspond to a radiation level of approximately 32 kW/m². In the design criteria for steel pipelines for high-pressure gas transmission (IGE/TD/1), the minimum building proximity distances for rural areas are located between individual risk values of 10⁻⁵ and 10⁻⁶. Therefore, the risk from a natural gas transmission pipeline is low compared with risk at the building separated minimum distance from chemical industries.