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长呼复线管道第三方破坏安全评价及风险防控研究

杨建功  
【摘要】:针对长呼复线长输管道损伤失效及其泄漏扩散过程开展研究,建立更准确的管道凹坑缺陷是否更换标准,制定长呼复线长输管道高后果区天然气泄漏扩散风险控制方案及应急预案,提出管道第三方破坏管道安全保障措施,是长呼复线长输管线急需要解决的课题之一。在国内外大量文献资料调研、收集、阅读以及国内现场资料收集的基础上,提出了本文研究内容和完整的研究思路,其主要研究内容和研究成果如下:(1)在大量调研国内外第三方破坏管道研究成果的基础上,基于长输管道高后果区识别的相关理论,根据评分标准对长呼复线打分得到了15处高风险后果区,为长呼复线管道的安全评价及风险防控研究提供了依据。(2)针对高后果区管道材料开展了其化学成分分析、拉伸性能测试、夏比冲击试验、硬度测试及金相分析的实验研究,实验结果表明:直管母材拉伸性能和环焊缝冲击性能均满足标准要求,但是补焊焊缝存在腐蚀,是管道运行的危险部位。实验结果为本文的第三方破坏管道损伤力学的有限元仿真分析提供了实验数据。(3)基于非线性弹塑性动力学理论、管道第三方破坏的力学边界条件,建立了长呼复线挖掘机斗齿冲击管道的有限元数学-力学模型,在该模型的基础上,通过对管道正常输气、斗齿冲击管道瞬间、斗齿卸载和管道内压卸载四个工况的计算机仿真模拟研究。揭示了斗齿冲击角度、斗齿吃入管道深度对管道应力、应变、外表面凹坑最大深度等参数的影响规律及其管道损伤程度。(4)基于管道应变临界值为6%以及管道第三方破坏后外表面凹坑最大深度为参数,建立了管道不同壁厚、不同凹坑深度与管道最大应力、应变、冲击力和吃入深度关系,提出了长呼复线管道第三方破坏更换建议,为现场人员科学、快速决策是否更换管道提供了依据,确保管道能安全长期服役。(5)针对第三方破坏造成管道宏观裂纹或孔眼现象,开展了管道破坏后天然气泄漏扩散理论及天然气爆炸理论研究。以长呼复线管道在伊利二什家牧场高后果区为研究对象,采用大涡紊流建立了天然气泄漏扩散过程的CFD计算机仿真模型。通过该模型的计算机仿真模拟研究,揭示了管道出现小孔眼和大孔眼两种工况下的泄漏扩散规律。(6)考虑风速对泄漏扩散影响,通过CFD仿真模拟研究,定量地得出了天然气泄漏随孔眼增大而射流速度降低,天然气泄漏量增加,扩散范围和近地面扩散速度增大的变化规律,研究结果表明:天然气扩散到建筑物时,会出现爆炸风险。基于此,建立了天然气管道第三方破坏泄漏的预警系统及安全预案。(7)在第三方破坏后管道更换建议和天然气泄漏扩散规律研究的基础上,分析了管道第三方破坏预防和监测技术,提出了长呼复线管道高后果区发生第三方破坏后管道的修复技术和更换管道技术及其流程。


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