摘要：【目的】美国、欧洲是世界上最早建设纯氢管道也是目前纯氢管道建设较为集中的地区,现有纯氢管道分别达2600 km、1770 km,近年来欧洲更是规划了超过30000 km的纯氢管道网络,积累了较多成功经验,中国在构建新型能源体系过程中可借鉴其先进做法开展中国纯氢管网规划与建设。【方法】通过系统梳理欧洲纯氢管道路由、技术参数及建设计划,总结其规划特点及先进经验,同时对比分析中国纯氢管道建设与规划现状,讨论形成中国纯氢管网发展建议。【结果】欧洲纯氢管网规划呈现3个特点:①各管道公司通过组成组织机构或联合项目,共同开发地区纯氢管网,管网连通性、灵活性、协调性均较强;②管道最高设计压力10 MPa、最大管径1200 mm、最大设计输量200×10^(4)t/a,加速向大口径、高压力、大输量方向发展;③纯氢管网规划大量依托原有天然气管网基础设施,超过50%由现有管道改造而来,部分新建管道也计划沿现有管道路由敷设,从而降低管道建设投资,提高管道资产、土地资源利用效率。【结论】借鉴欧洲纯氢管网规划建设先进经验,对中国纯氢管道规划建设提出3个建议:①在国家层面推进纯氢管网顶层规划,全国一盘棋,避免重复建设,提高资产资源利用效率;②布局开展油气管道改输氢气的相关技术研究,形成必要的技术与标准体系;③新建天然气管道在设计阶段需考虑后期改输氢气的可行性。

摘要：水平定向钻穿越具有工期短、投资少、对周围环境影响小等优点,在油气管道工程中得到了广泛应用。随着定向钻设备能力、施工控向、破碎地层防漏浆等技术水平的提升,水平定向钻穿越技术逐渐应用于山体穿越。以某长距离大口径输气管道山体定向钻穿越工程为例,分析狭窄山谷地区定向钻穿越施工场地布置、定向钻“多接一”设计、大埋深山体定向钻控向措施、定向钻穿越破碎围岩处置等关键技术,以期为大埋深长距离山体定向钻穿越技术研究提供借鉴。

摘要：山体滑坡是威胁油气管道安全运行的常见地质灾害之一。横坡敷设的管道最易受到滑坡影响发生破坏,研究滑坡作用下埋地管道的力学响应极为重要。基于弹性地基梁理论,考虑管道变形非线性和土体抗力物理非线性,建立横坡敷设管道力学模型,推导管道挠度、轴向应力及Mises应力解析表达式,并对工程算例进行分析,得到管道的力学响应规律。通过ABAQUS软件建立山体和管道的三维有限元模型,对比分析仿真结果和理论结果,验证了理论模型的可靠性。在此基础上,考虑并分析了坡面凹凸程度对管道力学响应规律的影响。研究结果表明:滑坡区域内横坡敷设管道在主滑面处挠度最大,处在滑坡边界附近和主滑面的管道易发生破坏;坡面凹陷程度的增加会使管道挠度和Mises应力的峰值先减小再增大;凸起坡面内横坡敷设管道产生的最大挠度和受到的峰值Mises应力较平面坡体更小,敷设埋地管道时应尽可能避开凹陷区域。根据坡面凹凸程度对管道力学响应规律的影响,对所建立的理论模型引入形状修正公式,建立了考虑坡面形状的Mises应力计算表达式。研究结果可为管道安全运行和维护提供理论依据。

摘要：旋风分离器是可以长周期大规模应用的气-固分离设备,长输管道中对旋风分离器分离性能的要求也越来越高。以直筒型导叶式旋风管为研究对象,提出一种导叶结构设计方法,可自由改变叶片包角、出口角、叶片高度等参数;通过光学在线检测实验确定分离性能最优的导叶结构,最佳导叶个数为7~8叶、叶片包角为50°~55°;将直筒型导叶式旋风管内气流分为入口环形区(Ⅰ区)、下行流区(Ⅱ区)和上行流区(Ⅲ区)3个区域,经过一定的气流运动假设及简化计算,推导出了适用于该旋风管3个区域分离效率的计算模型,计算值与实验值绝对误差在5%以内。导叶结构设计方法的提出及对分离性能的验证和预测为旋风分离器的实际应用提供指导。

摘要：压气站中天然气管线球阀遍布且具有较大自重,极易引发管道应力集中、变形过大及埋地端沉降等问题,合理布置支墩是改善应力分布和减缓管道沉降的有效措施。本文以西北湿陷性黄土地区某压气站含球阀的天然气管道为对象,构建了全尺寸有限元模型。首先,深入分析无支墩时管道的应力与变形,探究埋地端沉降根源。发现因管道中部两球阀自重较大,导致埋地端产生较大弯矩,致使管道弯管区域应力和变形显著,靠近较重球阀一侧更甚,进而引发埋地端沉降。其次,全面探讨支墩位置、数量及沉降工况对管道应力和变形的影响,明确球阀底部是修建支墩的最佳位置;综合成本考量,只在质量最大的球阀端部设一个支墩即可。基于上述研究结果制定了支墩布置优化方案并应用于工程现场。采用X射线法进行现场应力测试,应力测试值与有限元计算值误差≤20%。依据JB 4732-1995(R2005)《钢制压力容器——分析设计标准》校核管道强度,现场工艺优化方案通过验证。本文所提优化方案为改善管道应力分布、保障天然气管道安全运行提供了有效参考,有望为天然气管道工程领域发展及后续研究实践提供参考价值。

摘要：为提高离心压缩机热力学模型的精度,提出了一种基于现场测试数据的离心压缩机热力学模型及特性曲线自适应建模方法。在建模的过程中,考虑了现场的安装误差及运行过程中产生的衰退,通过改进的相似换算方法提高热力计算的准确性。对不准确的通用特性曲线,建立了基于多层感知机神经网络的预测模型,用其生成新的特性曲线,利用粒子群优化算法调整特性,使得模型在设计点及变工况非设计点的输出与现场测试数据满足匹配精度。运用该方法对意大利GE公司PCL803型离心压缩机进行热力学建模,结果表明:通过设计点及变工况非设计点性能自适应后的计算误差比自适应前仅使用通用特性曲线时的计算误差显著减小,研究成果可为离心压缩机的状态监控、性能预测及故障诊断提供依据。(图6,表4,参21)

摘要：【目的】传统热挤压三通制造工艺复杂,组织性能与质量水平不稳定,容易出现三通本体强度或韧性不满足标准要求等问题,严重制约油气管道的安全平稳运行,因此亟需对三通的性能提升与质量控制方法开展研究。【方法】通过对油气管道工程用X80钢级、直径1219 mm等径三通的结构进行优化设计与安全性评价,改善局部应力集中的问题。采用京雷焊丝与电弧增材技术实现了等径三通的增材制造,对产品开展微观组织、力学性能、缺陷与残余应力测试,并对等径增材三通及其环焊缝进行耐压试验与往复循环压力波动试验。【结果】在控制总质量的前提下,优化改进三通结构后,设计压力下三通所受最大应力降低了38 MPa,三通主管连接区域应力降低约50%。增材制造的X80三通力学性能稳定,各部位、方向心部与表面的性能及组织均匀,强度、韧性各向异性小,无厚度效应。相控阵超声与常规超声适用于增材制造三通的缺陷检测,整体热处理可显著降低增材制造三通生产过程中的残余应力。【结论】X80增材制造三通及其连接环焊缝性能远高于同钢级热挤压三通,整体可承受的最大压力超过57.5 MPa,焊接短节爆破裂纹扩展至增材三通管件肩部后停止,具有良好的韧性与止裂能力。增材制造技术提高了三通的安全性与稳定性,为低温服役环境等特殊场景适用的三通设计与制造提供了新的思路与方法。

摘要：陆上高钢级大口径天然气管道采用等外径设计(内锥孔型坡口设计)有效改善了管道不等壁厚处的焊接质量问题,但对于管道内部不等壁厚处的错台及其对通球、管道损耗、管道最大输送能力等的影响并未根本解决。为彻底解决等外径设计的不等壁厚带来的不利影响,分别从国内外标准规范对比、管道环焊缝应力集中数值模拟、钢管生产和现场施工影响、建设成本与运维经济性分析4方面对陆上高钢级大口径天然气管道采用等内径设计方法的可行性进行探讨。结果表明:从设计、材料、施工方面来看,采用等内径设计在技术上是可行的;从建设成本与运维经济性方面来看,通过特定场景模型计算,采用等内径设计与等外径设计在建造成本、全生命周期费用方面基本持平。研究成果可为天然气管道工程采用等内径设计提供借鉴。

摘要：超声临界折射纵波(LCR波)法是无损检测工作状态下结构应力的有效方法。超声LCR波法是敏感测量方法,温度直接影响超声波的传播速度,也会引起超声换能器的尺寸变化。根据超声波测量应力的基础理论-声弹性理论,分析声弹性系数和零应力下飞行时间与温度的定量关系,得到超声波测量应力的温度补偿公式,通过试验测量不同温度下超声LCR波飞行时间。结果表明温度对超声LCR波测量应力的影响归结于温度对超声LCR波传播声程的影响,温度越高超声LCR波传播的有效声程越长;设计的一发两收超声换能器可有效地消除声楔块和耦合剂的影响,将温度的影响程度降低至10%,可显著提高测量精度和稳定性;试验测量与理论计算得到的飞行时间与温度关系有着良好的一致性,充分验证了补偿公式的准确性。

摘要：为研究交通荷载作用下埋地管道环向应力的分布规律和计算方法,通过对比现场试验实测结果与既有理论计算结果,发现因车辆左、右轮荷载的叠加效应,随着管道埋深的增加,管道环向应力沿管道轴向从马鞍形逐渐转变为驼峰形,但计算与实测所得的两种形式的转变深度不一致;由于荷载动力放大效应的存在,管道实际环向应力明显大于理论计算结果。因此,在进行管道受力计算时,应当对车轮下方和车辆行驶中线的管道截面进行计算,选择两者的较大值来进行管道设计,并应考虑荷载动力效应。该研究结果表明,引入动力影响系数K可对计算值进行修正。动力影响系数K的取值随管道埋深的增加而逐渐减小,为安全起见,在进行交通荷载作用下埋地管道环向应力计算时,动力影响系数K可取2.0。