基于有限元法的天然气管道隧道清管冲击分析

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1、万方数据2014钲第6期管道技术PipelineTechnique5设各andEquipment2014No．6基于有限元法的天然气管道隧道清管冲击分析王文明，熊明皓，张行，张仕民(中国石油大学(北京)机械与储运工程学院，北京102249)摘要：川气东送管线隧道段众多，过大的冲击载荷将会破坏隧道固定墩的固定作用。为了研究清管器在隧道段中对管道的冲击和其运动规律，结合流体动力学理论，采用ABAQUS有限元分析软件建立了清管器在管道中的冲击模型，模拟分析了清管作业过程中清管器速度与管道输送压力对管道应力与加速度等参数的影响及变化规律。分析结果表明：管道输送压力对管道应力的

2、影响最大，清管器速度、清管器种类对隧道段管道的应力也有影响。关键词：川气东送管道；有限元；清管；冲击中图分类号：TE832文献标识码：A文章编号：1004—9614(2014)06—0001—04DroppingImpactAnalysisofTunnelPigginginGasPipelineBasedontheFiIliteElementMethodWANGWen—ming，XIONGMing-hao，ZHANGHang，ZHANGShi—min(SchoolofMechanicalandStorage＆TransmissionEngineering，ChinaU

3、niversityofPetroleum，Beijing102249，China)Abstract：TheSichuan—to—eastgaspipelinetunnelsectionisnumerous，excessiveimpactloadwilldamagethetunnelanchorfixation．Inordertoresearchtheimpactonthepipeinthetunnelsectionanditsmotionlaw，combiningthetheoryoffluiddy·namics，finiteelementanalysissoftwa

4、reABAQUSWasadoptedtoestablishthemodelofthepiginthepipeline．Thesimulationanalyzedtheeffectsandchangeruleofthepipestressandparameterssuchasaccelerationcausedbypigspeedandpipepressureduringthepiggingoperation．Theanalysisresultsshowthatthepipelinepressurehasthegreatesteffectforpipingstress；

5、thepigspeedandpigspeciesfortunnelsectionalsohaveaneffectonthestressofthepipe．Keywords：Sichuan—to-eastgaspipeline；finiteelement；pigging；impact0引言川气东送管道总长2206km，设计压力10MPa，管道外径l016mm．在川渝和鄂西地区的管线处于连绵起伏的山区，隧道多且转角大，对清管器磨损较大。隧道段管道固定在固定墩上，过大的清管冲击载荷将会破坏固定墩。因此，有必要对清管的动态特性进行分析，对清管器在隧道段中的运行过程及冲击影响进

6、行研究。国外从20世纪五六十年代就开始对多相流清管模型进行研究，其中最典型4种模型是McDonald—Baker模型⋯、Barua模型‘2J、Kohda模型∞o和Minami模型H-5]。McDonald—Baker模型将管路分为多相流再生区、干气区、清管器及液塞组成的液相流动区和未扰动多相流区4段，对各段采用稳态方程进行分析。Barua模型在实验的基础上对McDonald—Baker模型进行了修正，去掉了一些假设条件，但仍以稳态假设收稿日期：2014—02—26收修改稿日期：2014—10一23为前提。李汉勇联合中国石油大学(北京)宫敬、于达研究了从稳态角度出发的清

7、管模型，编写了长距离大管径管道清除试压水的稳态模拟软件Pigging，并通过实例分析指出，稳态软件计算出的管道人口压力和流量是实时变化的，在实际生产中很难控制∞·。西南石油大学张琳等对油田伴生气管线清管进行了模拟，计算了清管过程中的压降，确定了管道最大压差，能较好地估算清管时的始发输气压力，其计算结果与工程实际数据一致，具有较强的实用性，为清管方案的制定提供了可靠依据"]。徐孝轩和宫敬针对低液量天然气凝析管道，提出了一个简化的瞬态模型，该模型能够精确定位清管器位置，可用于工程设计旧。。国内外研究人员采用实验、数值模拟方法对清管作业进行了深入分析，但采