悬跨海底管道疲劳寿命分析研究

海底管道在服役期间由于各种原因会在某些管段形成悬跨。这些悬跨在海流力作用下,将产生涡激振动。这种涡激振动最终可能导致管道疲劳失效。管道在海流力作用下发生的涡激振动是管道振动和漩涡尾流振动耦合的结果。在建立管道振动模型和Matteoluca尾流振子模型基础上,对管道涡激振动动力响应特性进行分析。依据Miner线性损伤累积理论,采用S-N曲线法分析计算管道疲劳寿命。最后,针对海洋油气开发与生产,提出延长海底管道疲劳寿命的方法和措施。     

往复式机泵配管设计初探

1.往复式机泵管系振动的原因 (1)流体脉动。往复式机泵的工作特点是:吸、排流体呈间歇性和周期性,因此不可避免地要激发进、出口管道内的流体呈脉动状态。当脉动流体沿管道输送时,遇到弯头、异径管、分支管、阀门、盲板等管道元件,便会产生随时间变化的激振力,受该激振力作用,管系便产生一定的机械振动响应。     

新氢压缩机管路系统气流脉动及管道振动分析

对柴油加氢装置新氢压缩机管路系统进行了气流脉动和管道振动响应计算与分析,找出气流脉动、机械共振、工艺介质纯度降低、支架及支撑平台刚性不足、管道弯头过多及走向不合理等是引起振动增大的主要原因。对技术改造后的管路系统进行气流脉动和振动比较计算分析,实测结果表明:改造后相同工况下,管道MV11901处法兰、一级进气切断球阀处、一级进气缓冲器、一级进气注氮气管道等振动严重处,振动频率调整到12,9,7,12 Hz,避开了机组前三阶激发频率,振动速度分别由8.9,2.8,4.9,15.3 mm/s减少到1.6,2.3,2.6,3.2 mm/s,振动位移分别由0.360,0.540,0.509,0.408 mm降低至0.064,0.085,0.050,0.073 mm,证明了改造措施的有效性。     

天然气管线压力脉动激振分析

动力机械对管线内的流体提供一定的激发，使管流处于脉动状态。脉动状态的流体遇到弯头、异径管、控制阀、盲板等管线元件，会产生一定的、随时间而变化的激振力，在这种激振力作用下管线和附属设备就要产生振动。为此，对一段包含复杂约束、管道附件的天然气管线进行了动态分析，计算出了作为外加激励的气流压力脉动激发的管线动力响应。计算结果表明，压力脉动能激发相当大的管线振动，在管线设计时，必须考虑压力脉动的影响，并提出了控制管线振动的措施。这些措施包括调整管线模态频率，模态形状，减小弯头转角，在最大管线位移位置处添加减振器、或阻尼器、或支撑等。     

埋地天然气管道泄漏振动信号传播特性研究

埋地天然气管道泄漏引起的气流会推动周边土壤产生振动。通过测量加速度可对振动信号在土壤中的衰减进行测量,从而判断有无泄漏。通过模拟埋地管道气体泄漏,使用加速度传感器测量泄漏孔径2、4、6 mm,泄漏压力1.5、2.5、3.5 MPa工况下的加速度信号,分析了不同泄漏压力条件下的加速度信号在不同土壤介质的传播特性。结合ABAQUS软件对不同土壤介质的加速度衰减规律进行了仿真。研究结果表明,峰值加速度信号在土壤中呈指数衰减特性,试验结果与仿真结果符合较好。研究结果可指导埋地天然气管道泄漏监测传感器的选型敷设和天然气管道的施工,防止事故的发生。     

海底管道悬空锤击内检测方法及振动信号分析

敷设在海床的油气管道可能会在洋流冲刷、地质运移等多种因素的影响下出现管道局部悬空现象，海底管道悬空会严重威胁油气输送安全。为有效检测管道悬空状态，提出了一种基于锤击检测法的海底管道悬空内检测器设计方案；结合MSC/Adams动力学仿真软件，采集经内检测器主动锤击激励管道内壁后不同敷设状况管段的振动响应信号，对采集的振动响应信号分别进行基于短时傅里叶变换(STFT)、频率切片小波变换(FSWT)和改进希尔伯特黄变换(HHT)时频分析，结合3种时频分析结果建立了管道悬空内检测效果评价指标。研究结果表明：经力锤激励后，管道振动响应信号整体幅值主要集中在50～120 Hz范围内，峰值频率主要集中在80 Hz左右；不同悬空状态下的管段振动响应信号幅值存在明显差别，越接近悬空管段中心位置，振动响应信号峰值频率对应的幅值越大；基于锤击法的管道悬空内检测器在仿真模拟环境中可有效辨别管道悬空状态。研究结果可为锤击内检测法应用于海底管道悬空状态内检测提供指导。     

往复式压缩机管系振动与控制措施

1 往复式压缩机管系振动的产生往复式压缩机工作特点是吸、排气流呈间歇性和周期性 ,因此不可避免的要激发进、出口管道内的流体呈脉动状态 ,使管内流体参数随位置及时间作周期性变化 ,这种现象称为气流脉动。脉动流体沿管道输送时 ,遇到弯头、异径管、分支管、阀门、盲板等元件将产生随时间变化的激振力 ,受该激振力作用 ,管系便产生一定的机械振动响应。压力脉动越大 ,管道振动的振幅和动应力越大 ,强烈的脉动气流会严重地影响气阀的正常开闭 ,减小工作效率。此外 ,还会引起管系的机械振动 ,造成管件疲劳破坏 ,发生泄漏 ,甚至造成火灾爆炸…     

油气管道流-固耦合振动响应实现方法

为了准确描述油气管道服役时管体结构本身振动与其内部流体产生流-固耦合的振动响应模型,通过分析油气管道流-固耦合的分类、流-固耦合振动的基本理论以及耦合交界面上的数据传递等问题,建立了一种准确高效的耦合数据界面传递方法。该方法可以实现油气管道流-固耦合振动全流程的计算,为油气管道的流-固耦合振动响应的快速分析与计算、保障管道服役系统的安全性提供一定的理论基础。     

管道金属摩擦阻尼减振器性能的实验研究

设计了一种新型的管道金属摩擦阻尼减振器,并对带金属摩擦阻尼减振器的管道系统进行了振动响应的实验研究。通过测量管道径向、轴向和激振器支撑架的振动响应,研究了金属摩擦阻尼减振器的减振性能和减振机理。实验结果表明,金属摩擦阻尼减振器能够有效控制管道系统的振动,管道径向和轴向振动降幅分别达到76%和83%,激振器支撑架径向振动降幅达92%;管道振动能量没有被转移至激振器支撑架,而是通过金属摩擦阻尼减振器与管道外壁的微摩擦作用将振动能量转化为热能耗散。     

应用离散余弦变换的去谐波扫描技术

通常在处理环节消除可控震源产生的谐波干扰会对有效信号产生不良影响;而去谐波扫描技术将这一过程提前到激发阶段,即通过改造原设计信号,实现在激发过程中使输出的谐波噪声最小,从而提高输出信号的精度和信噪比。现有去谐波扫描技术中,硬件方面主要通过对重锤信号与平板信号非线性二次拟合求取改正量实时控制伺服阀,以提高响应精度减少畸变,此方式存在改造复杂、地面响应与振子系统之间畸变改进不明显的缺陷;软件方面是通过利用平板信号与重锤信号的差异拟合校正扫描信号,但也难以精确估计地面耦合产生的畸变。为此,提出一种基于力信号与预设扫描信号在谐波域的差异实现去谐波的新方法（AHS）,即先将输出目标设定为设计扫描信号;校正差异函数由力信号和预设扫描信号的离散余弦变换（DCT）谐波分量得到,因此该算法更直接地反映了谐波畸变带来的变化。所提方法是通过软件校正实现的,方便快捷,初步应用即取得良好效果。     

基于经验模态分解的管道预警系统信号多尺度混沌特性分析方法

提出了一种用于油气管道安全预警系统的检测信号多尺度混沌特性分析的新方法。该预警系统基于Mach-Zehnder光纤干涉仪原理,沿管道同沟敷设一条光缆,利用其中的三条单膜光纤构成分布式微振动测试传感器,实时检测管道沿途发生的泄漏及其他异常事件。多尺度混沌特性分析方法是利用经验模态分解(EMD)方法对典型的异常事件振动信号进行分解,再分别对分解得到的固有模态(IMF)分量进行混沌特性分析,计算出不同尺度下的关联维数。该方法可更清晰地描述检测信号在不同尺度下的混沌特性。利用现场试验得到的信号对该方法进行验证的结果表明,利用多尺度混沌特性分析方法更容易有效地区分几种典型异常事件。     

海底管道内部流动引起的流致振动问题研究进展

随着深海油气开发进度的加快,管内压力和流速逐渐增加,由管道内部流动引起的流致振动问题越来越受到海洋工程界的重视。本文围绕海底管道内流激振力引发的流致振动问题,从海底管道内流流致振动的理论模型、数值模拟和实验研究等方面对两相流管道系统中的流致振动研究进展进行综述,总结了多相流流致振动的成因和适用不同管道对象的理论模型;并指出采用流固耦合模拟方法可以更好地考虑实际情况,但段塞流和管道本身非线性影响的叠加增加了模拟的复杂性,建议可采用海底管道系统与管道局部仿真相结合的方法来提高模拟的准确性;同时指出目前的实验研究尽管可以给出短时间内的振动响应特性,但管道疲劳破坏演化过程及规律还有待进一步研究。     

基于有限体积法的城市燃气管网运行分析

在大力发展燃气用户的同时,要确保燃气输配管网运行的可靠性,就需要对燃气输配管网进行工程计算。目前对燃气管网工程计算的研究多集中在天然气长输管线,而与之相比,城市燃气管网结构更复杂、计算数据量更庞大。为此,建立了采用有限体积法对管网模拟方程组进行求解的燃气管网分析系统,并据此对某次高压管线进行了动态工程计算,各站点压力的计算结果与实际监控信息平均相对误差为0.02%～4.13%（与采用美国SPS软件验证计算结果基本一致）;采用燃气管网分析系统还对某城市中压管网进行了稳态工程计算,得到管网压力最低点及“瓶颈”管段,这将有助于管网改造与运行方案的制订;同时结合运营经验、监控信息对计算结果进行了综合分析。结论认为：①如果对城市燃气输配管网进行动态模拟,必须研究各燃气用户的用气规律,找出不同工况下燃气用户的小时流量估算方法;②监控点信息值选取城市全年最大小时流量发生日对应的时段值,并结合日常运营工作的经验判断计算结果的合理性。     

输气站场支管盲端振动问题解决方案

在输气站场工程中,输气站场支管盲端引起的振动常被忽视,但在压力和流量波动较大的输气站场,支管盲端引起振动非常明显,一般通过事后调整管道布置来避免运行中出现的振动问题。设计人员常根据经验筛选出易出现振动的工艺管道做动态模拟和防振动设计,一般工艺管道仅做静态设计。采用英国能源研究所指南提出的支管盲端振动失效概率计算方法,对国内某输气站场内管道系统中的支管盲端进行分析计算,调整不合理的管道布置,有效规避了生产运营阶段出现的盲端振动。计算结果表明,该方法是支管盲端振动问题的有效解决方案,可用来检验管道布置中支管盲端的合理性,并进行优化设计。     

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沙漠油气田集输管线、海底油气输送管线和地面长输管线中，常遇到起伏的油气水多相管路出现段塞流，加大沿线压降、加大管壁腐蚀，甚至使管路出现不稳定的振动现象。因此如何预测沿线段塞流的流动特性参数具有重要的现实意义。文章介绍一种新开发出的具有较好用户界面具可在Windows平台下操作的段塞流软件；该软件可以从始端开始计算，也可以从终端开始计算；提供了三个可供选择的计算模型；提供了油气水多相管路沿线的压降、温降和持液率曲线图；可以计算所有的段塞流特性参数值；软件具有较高的计算精度。     

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将天然气管道输送理论、灰色系统理论、最优化理论和决策支持系统理论相结合，开发研究出“天然气长输管道设计方案优选系统”(简称GPDOS)，实现了沿线地形起伏，沿线有若干进、分气点的长距离输气管道设计方案优选。章详细介绍了GPDOS设计的基本过程：概念设计、功能设计和结构设计。算例在GPDOS上的运行表明，该系统的独到之处在于：实现了天然气长输管道工艺计算和方案优选的自动化，实现了多方案计算的任意组舍；对优化投资费和运营管理费，缩短管道设计方案优选周期，快速获取输气管道沿线各段直径、壁厚和沿线压气站位置、数目、压气机型号及其组合方式以及输送压力等一系列最优参数，提高设计质量取得了明显的效果；对更新设计观念，按系统论的思想方法考虑工程设计问题起到了促进作用。     

天然气管输调节控制仿真模型

天然气管输系统由于安全和工艺的要求，经常需要调节和控制管道内天然气的流量和压力，系统的调节质量直接影响着管输系统的正常运行。通过分析调节系统的调节方法，建立了天然气管输调节系统仿真模型，该数学模型由管道压力降方程、PID算法方程、调节阀方程以及调节阀特性方程、控制器方程组成。仿真算例结果表明，该模型可以模拟简单管输调节系统的调节过程；采用在调解过程中整定PID参数的调节方案可以降低系统的超调，加快调节系统的调解过程。     

FCCU旋风分离器壳体断裂失效的原因分析

针对目前FCC装置旋风分离器壳体和拉杆出现的断裂问题,依据气固两相流会诱发振动引起金属材料疲劳破坏的观点进行了分析.被分离的气固两相流进入旋风分离器后,在旋风分离器内形成的不稳定旋转和不稳定下料会产生低频脉动压力.这种脉动压力施加在旋风分离器壳体上形成了旋风分离器系统振动的激振力,诱发了旋风分离器系统发生共振响应,形成较大的交变应力,最后导致壳体和拉杆的高应力部位和高变形部位的疲劳断裂.预防这种断裂失效的措施应该是对旋风分离器系统进行结构改进,使其结构的固有频率远离激振力的频率,避免共振发生,不需要对旋风分离器壳体材料进行更换.     

积液量预测方法在海底天然气管道中的应用

天然气输送过程中,在一定的温度和压力条件下会有凝析液析出造成管内积液,积液量的准确预测是确定合理清管方案的前提。为此,建立了积液量预测模型,认为管路积液量大小是由液相析出量和气体携液能力综合作用的结果,液相析出量主要取决于管线内的温度和压力,而气体携液能力主要与气相流速、管道结构以及管内流型等参数有关。对“友谊号”外输管线积液量及其分布进行了预测,获得了持液率和积液量沿线分布曲线。该预测方法对于清管作业时管路末端液体收集容器的确定、清管器的选择等具有参考意义。     

四川输气南干线管网优化运行

四川输气南干线凭借发达的管输系统为四川、云南、贵州、重庆的以四川天然气化工厂、四川泸天化集团、云南云天化集团有限责任公司、贵州赤天化集团有限责任公司等为代表的重点工业用户供气，目前最大日输气量达1000×10⁴m³。为此，针对四川输气南干线管网扩建形成复线输送后管网运行的复杂状况，通过对南干线总厂至纳溪段管网组成特点及用户用气特点的分析，在比较不同的运行方式的基础上，选择了不同工况下的最优运行方式，最大限度地利用了现有天然气储运设施的能力，提高了管输效率，有效地克服了管网运行中的矛盾，同时对即将建设的北二环的运行也有一定的借鉴的意义。