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油气储运 2024年

作者：付雅茹张东闫锋王熠凡白芳张宏刘啸奔中国石油大学(北京)·油气管道输送安全国家工程研究中心·石油工程教育部重点实验室·城市油气输配技术北京市重点实验室国家管网集团科学技术研究总院分公司中国石油天然气管道工程有限公司

【目的】碳捕集、利用与封存技术是减少二氧化碳排放的重要战略储备技术，超临界二氧化碳管道运输是连接碳捕集和碳封存最经济有效的方式。由于超临界二氧化碳的减压波特性与二氧化碳的焦耳-汤姆逊效应，管道发生断裂后容易长程裂纹扩... 详细信息

【目的】碳捕集、利用与封存技术是减少二氧化碳排放的重要战略储备技术，超临界二氧化碳管道运输是连接碳捕集和碳封存最经济有效的方式。由于超临界二氧化碳的减压波特性与二氧化碳的焦耳-汤姆逊效应，管道发生断裂后容易长程裂纹扩展，使得管道运行安全受到威胁。【方法】为探究超临界二氧化碳管道的裂纹扩展机理，对L360M管道的母材横向试样开展了示波冲击试验，建立数值仿真模型并应用内聚力模型描述材料的损伤，通过对比试验曲线与模拟曲线，对内聚力模型参数进行标定，建立超临界二氧化碳管道裂纹扩展有限元模型，将校准的内聚力模型参数输入有限元模型中开展管道裂纹扩展模拟，探明了内压、壁厚、管径等因素对管道裂纹扩展速度的影响。【结果】内聚力模型可以较好地模拟裂纹动态扩展过程，所得模拟结果总体趋势与试验结果一致，通过试验校准及验证的内聚力模型参数可用于管道模型中裂纹扩展的数值模拟；对于超临界二氧化碳管道而言，增大内压、增大管径、减小壁厚都会增加管道裂纹扩展速度。【结论】基于上述结果，计算得到了超临界二氧化碳管道在不同管径及壁厚下对应的止裂压力与适用于直径323 mm管道的最小壁厚。研究结果可为超临界二氧化碳管道裂纹扩展提供理论基础，具有一定实际工程参考意义。

关键词：超临界二氧化碳管道裂纹扩展内聚力模型止裂压力

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基于SBAS-InSAR与有限元的滑坡段管道应力计算方法

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油气储运 2024年第2期43卷 163-170页

作者：刘啸奔胡汇霖费凡张东孙鹏垒余博尧张宏中国石油大学(北京)·油气管道输送安全国家工程研究中心·石油工程教育部重点实验室·城市油气输配技术北京市重点实验室北京市102249 国家管网集团北京管道公司北京讯腾智慧科技股份有限公司

【目的】滑坡是目前造成管道失效事故的主要地质灾害类型之一,滑坡区管道运行状态监测是亟需解决的难题。【方法】提出了一种基于SBAS-In SAR遥感技术的管道上方地表位移测量方法,实现了公里级范围管道地表位移毫米级高精度监测。基于... 详细信息

【目的】滑坡是目前造成管道失效事故的主要地质灾害类型之一,滑坡区管道运行状态监测是亟需解决的难题。【方法】提出了一种基于SBAS-In SAR遥感技术的管道上方地表位移测量方法,实现了公里级范围管道地表位移毫米级高精度监测。基于管道中心线空间坐标数据以及管道几何特征数据,结合三次样条插值算法,提出了管道三维空间路由的重构方法。考虑管道真实路由与温度、压力等工艺载荷条件,采用空间管单元与非线性管土单元建立管道应力分析有限元模型,以遥感感知滑坡位移为准确边界条件,提出了滑坡段管道应力状态计算方法。【结果】通过陕京三线良乡—西沙屯某高风险滑坡区管段2021—2022年的应用实践表明,该计算方法得到的管道应力结果与分布式应变片监测结果最大相对误差不超过16%,经评估,该段管道目前处于安全状态。【结论】该方法结合了SBAS-In SAR技术与有限元分析方法,能够准确计算滑坡段管道的应力分布情况,可以有效实现滑坡段管道应力状态的空间重构与安全评价,对于提高滑坡段管道的安全性和可靠性具有指导意义,对于其他类似工程的监测和设计也具有参考价值,同时为未来地质灾害段管道安全状态的数字孪生体构建提供了技术基础。

关键词： SBAS-InSAR技术滑坡位移管道应力有限元分析

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CO_(2)管道裂纹韧性扩展速度数值模拟

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油气储运 2024年第4期43卷 395-403页

【目的】碳捕集、利用与封存技术是减少CO_(2)排放的重要战略储备技术,超临界CO_(2)管道运输是连接碳捕集与碳封存最经济有效的方式。受超临界CO_(2)的减压波特性与CO_(2)的焦耳-汤姆逊效应影响,管道断裂后容易发生长程裂纹扩展,使得管... 详细信息

【目的】碳捕集、利用与封存技术是减少CO_(2)排放的重要战略储备技术,超临界CO_(2)管道运输是连接碳捕集与碳封存最经济有效的方式。受超临界CO_(2)的减压波特性与CO_(2)的焦耳-汤姆逊效应影响,管道断裂后容易发生长程裂纹扩展,使得管道运行安全受到威胁。【方法】为探究超临界CO_(2)管道的裂纹扩展机理,选取L360M管道的母材横向试样开展了示波冲击试验,建立数值仿真模型并应用内聚力模型描述材料损伤,通过对比试验曲线与模拟曲线,对内聚力模型参数进行标定;建立超临界CO_(2)管道裂纹扩展有限元模型,将校准的内聚力模型参数输入有限元模型中开展管道裂纹扩展模拟,探讨内压、壁厚、管径等因素对管道裂纹扩展速度的影响。【结果】内聚力模型可以较好地模拟裂纹动态扩展过程,所得模拟结果与试验结果总体趋势一致,经过试验校准及验证的内聚力模型参数可用于管道模型裂纹扩展的数值模拟;对于超临界CO_(2)管道而言,增大内压与管径、减小壁厚都会增加管道裂纹扩展速度。【结论】计算得到了超临界CO_(2)管道在不同管径及壁厚下对应的止裂压力与适用于直径323 mm管道的最小壁厚,研究结果可为超临界CO_(2)管道裂纹止裂提供理论基础,具有一定实际工程参考意义。(图17,参27)

关键词：超临界CO_(2)管道裂纹扩展内聚力模型止裂压力

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水网地区大口径X80管道环焊缝安全评价

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油气储运 2023年第10期42卷 1128-1136页

作者：刘玉卿张振永吴圣思季蓓蕾张宏刘啸奔中国石油天然气管道工程有限公司中国石油大学(北京)·油气管道输送安全国家工程研究中心·石油工程教育部重点实验室·城市油气输配技术北京市重点实验室

水网地区土壤含水量大、土质松软,极易发生沉降,管道在沉降作用下受到轴向载荷的作用,受拉伸载荷作用的环焊缝具有较高的失效风险。为保障管道的本质安全,针对水网地区直径1422 mm的X80管道,采用非线性有限元方法建立了突变型软土沉降... 详细信息

水网地区土壤含水量大、土质松软,极易发生沉降,管道在沉降作用下受到轴向载荷的作用,受拉伸载荷作用的环焊缝具有较高的失效风险。为保障管道的本质安全,针对水网地区直径1422 mm的X80管道,采用非线性有限元方法建立了突变型软土沉降下管道轴向应力-应变数值计算模型,得到了最危险的突变型沉降工况下不同软土沉降位移对管道轴向载荷大小与分布的影响。在此基础上,采用BS 7910-2019《金属结构中缺陷可接受性评定方法导则》对软土沉降区不同位置管道焊缝的安全性进行评价,分析外部载荷条件及焊缝错边的影响,发现错边量增加将导致评估所用载荷比与韧性比增大,管道安全保守性降低。在临界裂纹尖端张开位移(Crack Tip Opening Displacement,CTOD)值取现有准则0.25 mm的条件下,采用一级评估曲线,水网地区X80管道焊缝始终处于安全状态。若采用二级评估曲线,当临界CTOD值减小至0.08mm、沉降位移取最大值1 m时,X80管道焊缝处于安全临界状态。

关键词： X80管道水网地区环焊缝有限元分析失效评估图适用性评价

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管道IMU弯曲应变解算算法优化与全尺寸试验验证

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油气储运 2024年第11期43卷 1269-1276页

作者：石彤刘啸奔张琳王军李睿谢婷冯庆善黄启玉中国石油大学(北京)·油气管道输送安全国家工程研究中心·石油工程教育部重点实验室·城市油气输配技术北京市重点实验室国家石油天然气管网集团有限公司湖南湘投天然气投资有限公司

【目的】基于惯性导航(Inertial Mapping Unit,IMU)内检测器的管道弯曲应变识别技术目前已被国内外广泛应用。IMU内检测器通过陀螺仪获取的俯仰角、航向角等进行解算并获取管道全线弯曲应变,由于内检测器实际运行时存在因自身尺寸等原... 详细信息

【目的】基于惯性导航(Inertial Mapping Unit,IMU)内检测器的管道弯曲应变识别技术目前已被国内外广泛应用。IMU内检测器通过陀螺仪获取的俯仰角、航向角等进行解算并获取管道全线弯曲应变,由于内检测器实际运行时存在因自身尺寸等原因造成的检测轨迹线偏移,导致IMU检测弯曲应变与管道真实弯曲应变之间存在一定误差。【方法】基于实际内检测器尺寸建立无异常振动等干扰的IMU内检测器仿真模型,构建管径508 mm管道不同弯曲应变条件下的仿真数据库,提出基于神经网络-决策树深度学习模型的解算优化算法,开展了误差分析与弯曲应变解算算法研究。开展全尺寸管道弯曲应变牵拉试验,验证解算优化算法的可行性与准确性。【结果】随着管道弯曲应变增大,IMU内检测器检测弯曲应变与管道真实弯曲应变之间的误差随之增大。解算后弯曲应变数据的均方误差、误差协方差、误差标准差分别由0.0070、0.0049、0.0702降低至0.0012、0.0016、0.0126,而表示相关性的决定系数由0.443增至0.981。采用全尺寸牵拉试验验证该算法,弯曲应变与应变片检测真弯曲应变之间误差分别降低了79.6%、79.4%、76.0%。【结论】通过有限元模拟与全尺寸牵拉试验数据验证了所提出解算优化算法的可行性与准确性,可为基于IMU内检测的管道真弯曲应变获取提供技术支撑与指导。(图9,表2,参25)

关键词：惯性导航真实弯曲应变仿真重构全尺寸试验误差分析解算算法

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一种天然气管道管存计算方法及其应用

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油气田地面工程 2025年第1期44卷 35-43页

作者：黄慧杰孙旭迪娜尔·波拉提刘巍俊郭珍中国石油大学(北京)油气管道输送安全国家工程实验室·石油工程教育部重点实验室·城市油气输配技术北京市重点实验室国家管网集团西部管道有限责任公司

天然气管道在日常运行中存在管道输差问题,而管存量的计算误差是影响输差的主要原因之一。为准确计算天然气管道管存量,以西气东输乌石化支线天然气管道为例,应用管存计算基本公式及天然气管道流动水力、热力方程对稳态管存量进行微元... 详细信息

天然气管道在日常运行中存在管道输差问题,而管存量的计算误差是影响输差的主要原因之一。为准确计算天然气管道管存量,以西气东输乌石化支线天然气管道为例,应用管存计算基本公式及天然气管道流动水力、热力方程对稳态管存量进行微元段优化计算,提出一种分段稳态管存计算方法,通过SPS和TGNET两款仿真软件进行解法验证,并考察上游压力、温度变化对输气管道管存、稳态恢复时间的影响规律。研究结果表明:温度的变化范围小,不会对管存产生显著影响,而压力对管存影响较大,压力变化幅度为23.2%,对应的管存变化幅度为28.72%;恢复时间随首站温度和压力的瞬态变化幅度增大而增加,不利于现场进行稳态管存值计算采样,最大恢复时间为112.3 h。设定恢复时间为2 h和3 h后进行管存计算,首站压力变化下与稳态管存计算结果误差最大为6.8%,首站温度变化下的误差最大为1.5%。该研究结果可为管存计算方法研究和现场管存采样提供实际参考。

关键词：输气管道管存分段稳态计算 SPS TGNET

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分枝定界法与内点法耦合的含环路输气管网运行优化

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油气储运 2023年第3期42卷 343-351页

作者：左丽丽戴材炜赵思睿张福坤周美领王武昌中国石油大学(北京)机械与储运工程学院·油气管道输送安全国家工程实验室·石油工程教育部重点实验室·城市油气输配技术北京市重点实验室国家管网集团西气东输分公司中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院·山东省油气储运安全重点实验室

含环路输气管网的运行方案优化问题的求解难度远大于枝状管网。在已知含环路输气管网拓扑结构、基础参数、天然气输入点和输出点的流量、压缩机组的配置及特性曲线等参数的前提下,以环路上的管段流量、压气站开机台数、压气站出站压力... 详细信息

含环路输气管网的运行方案优化问题的求解难度远大于枝状管网。在已知含环路输气管网拓扑结构、基础参数、天然气输入点和输出点的流量、压缩机组的配置及特性曲线等参数的前提下,以环路上的管段流量、压气站开机台数、压气站出站压力等参数为决策变量,以单位时间内管网运行能耗最低为目标函数,综合考虑管段水力热力特性、管网节点流量平衡及节点压力允许变化范围、压缩机运行特性及允许运行范围等约束条件,建立含环路输气管网稳态运行方案优化的非线性混合整数规划模型,采用分枝定界法与原始对偶内点法耦合的算法求解该模型。以XQDS管网为例应用TGNET软件对管网优化运行方案进行了稳态仿真,验证该模型与算法的有效性。该优化模型与算法适用于任意拓扑结构的输气管网,可为大型复杂输气管网的集中调度提供新的思路。

关键词：输气管网运行方案最优化非线性混合整数规划

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一种线状纳米降凝剂与磁场协同对高含蜡原油的改性研究

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工程热物理学报 2021年第3期42卷 657-662页

作者：彭泽恒喻伟婕阎涛黄辉荣甘东英王玮宫敬中国石油大学(北京)油气管道输送安全国家工程实验室/石油工程教育部重点实验室/城市油气输配技术北京市重点实验室北京102249 中国石油管道科技中心河北065000

本文研究了一种线状纳米降凝剂对高含蜡原油屈服应力的影响,采用偏光显微镜获得了加剂对原油中蜡晶形貌的影响。在此基础上引入磁场作用,分析了线状纳米降凝剂与磁场协同对屈服应力的影响。结果表明,相比传统乙烯/醋酸乙烯酯降凝剂,线... 详细信息

本文研究了一种线状纳米降凝剂对高含蜡原油屈服应力的影响,采用偏光显微镜获得了加剂对原油中蜡晶形貌的影响。在此基础上引入磁场作用,分析了线状纳米降凝剂与磁场协同对屈服应力的影响。结果表明,相比传统乙烯/醋酸乙烯酯降凝剂,线状纳米降凝剂能够更明显的降低原油屈服应力。当施加本文所研究的恒定磁场时,磁场的引入削弱了线状纳米降凝剂对原油屈服应力的影响;而当施加本文所研究的交变磁场时,磁场能够起到增强线状纳米降凝剂对原油屈服应力的改善效果。

关键词：高含蜡原油线状纳米降凝剂磁场协同作用

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掺氢天然气管道完整性评价技术的进展与挑战

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力学与实践 2023年第2期45卷 245-259页

作者：刘啸奔张东武学健艾红倪陈朋超闫锋欧阳欣王昊张宏中国石油大学(北京) 油气管道输送安全国家工程研究中心石油工程教育部重点实验室城市油气输配技术北京市重点实验室北京102249 国家石油天然气管网集团有限公司科学技术研究总院分公司河北廊坊065000

“双碳目标”背景下,我国积极推进掺氢天然气管道发展,本文总结了国内外掺氢天然气管道完整性评价方面的研究进展与挑战,得到主要结论如下。(1)现有金属材料相容性试验结论不明确,亟需制定国际统一的金属材料掺氢相容性试验标准;掺氢后... 详细信息

“双碳目标”背景下,我国积极推进掺氢天然气管道发展,本文总结了国内外掺氢天然气管道完整性评价方面的研究进展与挑战,得到主要结论如下。(1)现有金属材料相容性试验结论不明确,亟需制定国际统一的金属材料掺氢相容性试验标准;掺氢后管材、焊缝性能劣化规律不清晰,需系统地开展相关试验,揭示其氢损伤机理。(2)天然气管道非金属密封材料在氢环境中的密封性能及力学性能尚不明确,亟需开展相关试验以探索其性能规律;工程上缺乏高性能的非金属输氢管道,需研发低渗透耐侵蚀的输氢管材。(3)现有无损检测技术对掺氢后天然气管道的适用性研究不足,需改进或研发更高精度的无损检测工具以满足掺氢条件下对缺陷检测精度的要求。(4)掺氢天然气管道缺陷适用性评价方法研究仍处于初级阶段,需要以丰富的试验数据为基础开展耦合考虑氢介质与应力状态的管材微观损伤本构研究,完善掺氢天然气管道缺陷适用性评价方法。本文可为掺氢天然气管道安全保障相关研究提供参考。

关键词：掺氢天然气管道相容性非金属材料缺陷检测适用性评价

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LNG储罐进液管道应力状态计算及潜在失效风险识别

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油气储运 2025年

作者：王炎兵张宏夏梦莹周泓宇李柏松黄启玉刘啸奔中国石油大学(北京)机械与储运工程学院油气管道输送安全国家工程研究中心石油工程教育部重点实验室城市油气输配技术北京市重点实验室中海石油气电集团有限责任公司国家管网集团液化天然气接收站管理公司

【目的】进液管道作为LNG储罐的重要附属设施，在运行过程中管道的压力与温度变化大、分布不均匀，且进液管道受力状态复杂，预先识别管道潜在的失效风险有利于保障LNG储罐的安全运行。【方法】以某LNG接收站储罐进液管道为例，建立管... 详细信息

【目的】进液管道作为LNG储罐的重要附属设施，在运行过程中管道的压力与温度变化大、分布不均匀，且进液管道受力状态复杂，预先识别管道潜在的失效风险有利于保障LNG储罐的安全运行。【方法】以某LNG接收站储罐进液管道为例，建立管道温度场数值计算模型，将管道的真实运行参数作为输入，计算管道在预冷、进液工况下的温度变化，获得LNG储罐罐顶进液管道环向及壁厚方向的温度分布。选取LNG储罐进液管道用304/304L不锈钢，对管材在常温与超低温环境下的拉伸性能、疲劳性能进行力学性能测试。结合管材特性测试结果，建立进液管道应力计算模型，将温度场模拟结果作为边界载荷条件，计算进液管道在不同运行工况下的应力状态。【结果】进液管道在预冷过程中环向存在不均匀的温度分布，管顶与管底的温差达到40 ℃，管道内外壁温差达到23 ℃；在进液初始时刻，管道环向温度均匀分布，内壁温度快速降至－160 ℃，内外壁温差超过50 ℃；在超低温环境下，管材的屈服强度、抗拉强度分别达到454 MPa、1 463 MPa；在0.8%的应变下，管材的失效循环次数在4 500次以下，低于LNG储罐设计寿命内预计进液次数。进液管道在正常服役工况下，因内压、温度等会导致管道结构发生变化，但产生的应力较小；若罐顶进液管道阀门存在内漏、较高的保冷温度，再叠加管道不满流运行产生的环向不均匀温度分布，会在管道底部内表面不等壁厚焊接位置产生超过材料屈服强度的轴向及环向应力，管道易发生裂纹失效风险。【结论】对于LNG储罐进液管道，运行过程中管道内外的巨大温差是影响管道应力的最主要因素之一，今后应从降低温差的角度优化运行工艺，排查安全风险，保障管道稳定、可靠运行。

关键词： LNG接收站储罐进液管道温度场力学性能应力计算失效风险

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