大落差天然气管道清管冲击分析.pdf

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1、第34卷第12期(2015．12)(集输处理)大落差天然气管道清管冲击分析啪李长俊刘浠尧贾文龙彭阳西南石油大学石油与天然气工程学院摘要：中缅天然气管道沿线地势复杂，形成了很多的大落差管段，最大处可达1000多米，给清管作业带来了相当大风险。针对某大落差管段，采用OLGA软件分析了清管器在管内的运行速度与持液率变化，得出管道承受的冲击载荷，再利用CAESAR『1软件分析了在此荷载作用下管道应力与位移变化。研究结果表明，清管器在作业时，管道内部的输送压力对大落差管段的冲击荷载影响明显；管道在土壤中的横向和纵向位移均较小；在积液量较少情况下，清管器速度与持液率的增加对冲击应力影

2、响较小。关键词：天然气管道；大落差管段；清管；冲击荷载；OLGA；CAESARIIdoi：10．3969／i．issn．1006-6896．2015．12．017从云南瑞丽市进人中国境内的天然气管道，在1．2清管器运行速度变化清管作业时，液体在清管器推动下经过大落差管段设定管道稳定运行1．5h后，从首站投入清管会产生较大的冲击荷载，极易导致管道失效。国内器，模拟清管过程中清管球的运动速度，跟踪清管【_趟至}学者多以实验与数值模拟相结合的方式研究清管器球的运动位置，结果如图2所示。在管道中的运行规律，以及沿坡敷设输气管道的2．5E5一篓譬船油嗍2．0E5”～应力。但关于大落

3、差管道在清管作业时液体对管油阀室道冲击影响的研究，国内却较少开展。根据中缅刚1．5E5毯l~：z1天然气管道落差较大、里程较长的特点，分析了某．OE5越大落差管段的应力与位移影响，以评估清管作业时5．0E4一．管道的安全性。0．0E0上／／悫⋯’⋯l0203O运行时间／h1基于OLGA大落差管道清管分析图2清管球运动速度与运行位置分析1．1大落差管段模型建立由图2可看出，清管器最大运行速度为8．0m／s，以云南省内某段中缅大落差埋地管道为例，利当清管器到达22阀室后，清管器的速度出现了较用OLGA软件建立了清管模型，沿线高程如图1大的波动，说明液体主要积聚在22阀室至末站

4、的所示大落差管段问；因此，对该管段持液率需进一步分析。1．3管内持液率变化置分别模拟了不同时间(25、26h)从22阀室稚枢至末站管内持液率变化情况，如图3～图4所示。爆密{鐾o．{l苎挺羹o．嚣i050100150200250瘿嘏O沿线里程／km．图1中缅天然气某大落差管段沿线里程与高程o根据该管线实际出口压力6470kPa、入口流量1420×10m。／d、总积液量500m。，可以得到清图3清管开始25h后22阀室至末站持液率情况沌：清管器已到达22阀室管器运行速度和管道内持液率的变化。基金论文：国家自然科学基金奖项目“天然气管道跨越结构清管动力响应实验及理论研究”(5

5、1174172)。46——油气田均面工程(http：／／www．yqtdmgc．corn)第34卷第12期(2015．12)(集输处理)400200巅0．求000囊0．耋800600^篓400篓0‘200缘O．000800200220240沿线里程／km图4清管开始26h后22阀室至末站持液率情况由图4可知，当清管进行26h后管内的持液率介于0．4~1．0之间；当清管进行31h后，管道持液率最大为1．0；当清管进行32h时，管线内的积液被清出，几乎无积液。1．4冲击荷载计算对液体通过弯头进行受力分析，如图5所示。由动量和能量方程得到液体对管道的冲击荷载为IR=pAy(卜c

6、os)×hL，1、IR，=pAysin×h，、图622阀室至末站某大落差段模型式中R、R为液柱对管道在轴向和纵向上的推力(N)；为清管球速度(m／s)；A为管道的过流面积(m)；oL为弯头与水平坐标轴之间的角度(。)；P为清管液柱的密度(kg／m。)；h，为管道坡底弯头处的持液率。Y▲图722阀室至末站某大落差段局部放大模型表1管道参数外褡，直管弯管腐蚀介质保温层安装操作材料m壁厚壁厚，裕量，密度，厚度，温度，温度，mmmmInmmkg；mr~mm。coc图5清管过程液体对管道的受力分析2基于CAESARII大落差管段冲击分析2．1大落差管段模型建立摩擦因数jKj}’mm

7、(l杀蠢强【最霍Z22阀室至末站管段全长12．08km，高程差0．60．0016861．6030为1016．36m，该管段清管工况分析模型如图6所．015示，管段局部放大模型如图7所示。沿线管段参数由表3可知，在不同工况下，管道最大应力随和土壤参数见表1和表2。着管道内压、持液率、清管器运行速度增大而增2．2清管应力与位移分析大，但持液率和清管器速度的增加对于管道最大应基于前述OLGA软件模拟，分析4种输送压力力影响较小，而管道内压力的压微小变化都将导致(6．78、6．57、6．55、6．47MPa)下管道的最大应力管道最大应