中缅天然气管道大落差管段清管过程仿真研究.pdf

石 油工 程建设 研究探讨 l 中缅 天然气 管道大 落差 管段 清管过程仿真研 究 贾彦杰 ，许娟 ，周彬 ，陈崎奇 ，陈鹏，郑强，付海龙 中国石油集团西南管道有限公司，四川成都 6 1 0 0 0 0 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． is s n ． 1 0 0 1 - 2 2 0 6 ． 2 0 1 6 ． 0 1 ． 0 0 6 摘要为掌握中缅天然气管道大落差管段清管器的运行规律，以龙陵输气站至弥渡输气站间总长度为 2 5 0 k m、 最大相对高差为 1 6 5 4 m的管段为研究对象 ，采用 S P T OL G A软件建立了管道的清管过程仿真模型。分析了不 同输量下清管器的运行速度。结果表明，清管器最大速度与平均速度之间的最大相对偏差可达 3 6 ． 8 4 ％；当管 道输量超过 3 0 0 0万 m3 ／ d时，清管器的平均速度会超过 5 m／ s ，超过了标准中推荐的最大清管速度。 关键词 天然气管道；大落差；清管；仿真 P i g g i n g S i mu l a t i o n f o r P i p e l i n e S e c t i o n s wit h L a r g e E l e v a t i o n D if f e r e n c e i n Ch i n a - My a n ma r Na t u r a I Ga s P i p e li n e J IAY a n j i e ，X U J u a n ，Z H OU B i n ，C HE N Qiq i ，CH E N P e n g ，Z HE N G Qia n g ，F U H a i l o n g CNP C S ou t h we s t Pip e l i n e Co ． ，L t d ． ，Ch e n g d u 6 1 05 0 0，Ch i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o p r e d i c t t h e p ig mo v i n g i n t h e p i p e l i n e s e c t i o n s wit h la r g e e l e v a t ion d if f e r e n c e i n Ch i n a My a n ma r Na t u r a l Ga s Pi p e l i n e， t h e SP T OL GA s o f t wa r e p a c k a g e is u t i li z e d t o b u i ld t h e p i p e l i n e p i g g i n g s i mu l a t i o n mo d e 1 ．T h e t a r g e t p i p e l i n e s e c t io n iS I o c a t e d f r O m L 0 n gl i n g s t a t i o n t o Mi d u s t a t ion ． I t s t o t a I l e n g t h i S 2 5 0 k m ，a n d t h e la r g e s t r e l a t iv e e l e v a t io n d i f f e r e n c e i S 1 6 5 4 m． T h e n．t h e mo d e I i S a p p l i e d t o a n a ly z e t h e v a r ia t i o n o f p ig v e l o c i t y wit h d if f e r e n t g a s t r a n s mi s s ion a mou n t s ． T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e ma x i mu m r e l a t iv e d if f e r e n c e b e t we e n t h e a v e r a g e p i g v e l o c it y a n d t h e ma x I mu m p ig v e lo c i t y c a n e v e n r e a c h 3 6l 8 4％ ． E s p e c ia l l y， if t h e t r a n s mi s s i o n a mo u n t b e y o n d 3 0 0 0 X 1 0 m3 ／ d，t h e a v e r a g e p i g v e l o c i t y wi l I b e b e y o n d 5 m／ s t h a t e x c e e d s t h e ma x i mu m p i g g i n g v e l o c it y r e c o mme n d e d b y t h e s t a n d a r d ． 中缅天然气管道是我国西南部的战略能源通道 ， 设计承压能力为 1 0 MP a 、输量为 1 2 O 亿 m3 ／ a 。管道 起自缅甸西海岸马德岛，从云南省进入中国境内。在 云南省境内途经瑞丽市、保山市、大理市、楚雄市 、 昆明市等地，沿线高黎贡山等山脉连绵起伏 ，管道依 地势而建，形成了很多大落差 ，在部分地区，相对高 差甚至超过了 1 0 0 0 m。 清管是天然气管道在日常运行管理中提高天然气 管道输送效率的重要措施。清管过程中 ，清管器的运 行速度是影响清管效果的关键因素n 。我国石油行 业标准13 规定，天然气管道中清管器的运行速度一般 宜控制为 3～5 m／ S 。然而，在大落差地区，受地形 起伏影响，清管器的运行速度会不断地发生变化。因 此，准确地掌握清管器的运行速度及其变化规律是进 行天然气管道安全清管的基础和前提。 为此，以中缅天然气管道龙陵输气站至弥渡输气 站间的大落差管段为研究对象 ，采用 S P T OL G A软 件建立管道清管过程仿真模型 ，分析不同输量下清管 器运行速度的变化规律 ，为制订合理的清管技术方案 提供依据。 1 大落差管道清管仿真模型 中缅天然气管道龙陵站至弥渡站间的管道总长为 2 5 0 k m，管材采用X 8 0钢，管道规格为D1 0 1 6 mm 1 7 ．5 mm。管道沿线高程如图 1 所示，从图 1 可以看出， 在 2 8 ． 1 ～ 4 2 _ 3 k m处，管道的相对高差达到了 1 6 5 4 m。 里程 ／ k m 图 1 大 落差管段沿线高程 曹文冉等中砂动力学参数的共振柱试验研究 3 ． 3 阻尼比 一 般情况下 ，土体振动时存在逸散阻尼和材料阻 尼 ，前者由波的扩散引起，后者由土体特性引起 I。 本文分析以材料阻尼为主。 从图 5可以看出，试样的阻尼比比较小 ，在小剪 应变幅值 y1 0 时变化不明显 ，但是随着剪应 变的增大 ，阻尼比的非线性快速增加。在同一剪应变 幅值下 ，围压越大，阻尼比越小。但是 ，当围压进一 步增大时，阻尼比渐渐趋于一致。 4 结论 本文采用 N G Z型自由振动式共振柱试验系统研 究了不同围压下中砂动剪切模量和阻尼比随剪应变的 变化规律。通过分析共振柱试验成果，得到了如下主 要结论 1 不论围压大小如何 ，中砂的动剪切模量都 随着剪应变的增大而衰减 ，阻尼比都随着剪应变的增 大而增大。在小剪应变 1 0 条件下 ，两者的变 化比较缓慢；随着剪应变的增大，动剪切模量的衰减 梯度迅速变大 ，阻尼比非线性迅速增加。 2 在相同剪应变条件下 ，随着围压增大 ，中 砂的动剪切模量提高，阻尼比 氏。当剪应变足够大 接近 1 O 时，动剪切模量接近最大动剪切模量的 1 O ％，阻尼比开始趋于稳定。此时，通过提高围压来 影响动剪切模量和阻尼比变得不再明显。 3 当剪应变在 1 0 一～1 0 时，中砂处于弹塑 性阶段 ，但不可恢复变形开始显现。随着剪应变的进 一 步增加 ，中砂快速进入了塑性破坏状态。 由此可见，中砂动力学参数随剪应变的变化具有 研究探讨 _ 非线性与滞后性，为所述海底管道工程的地震响应分 析提供了参数依据。 参考文献 ⋯ 许东禹， 刘锡清 中国近海地质[ M】 ． 北京 地震出版社， 1 9 9 7 ． 【 2 1 李剑， 陈善雄， 姜领发 ， 等． 重塑红黏土动剪切模量与阻尼比的 共振柱试验【J 】 l 四川大学学报 工程科学版 ， 2 0 1 3 ， 4 5 4 6 2-6 8 【 3 】 吴世明． 土动力学【 M] ． 北京 中国建筑工业出版社， 2 0 0 0 ． 【 4 】 张克绪． 土动力学【 M】 ． 北京 地震出版社， 1 9 8 9 ． 【 5 】王炳辉， 陈志强， 张婷 南京细砂动剪切模量和阻尼比的试验研 究[J 】 ． 世界地震工程， 2 0 1 0 ， 2 6 3 8 - 1 5 ． [ 6 ] E S T E L L E D，l R l Nl D M ，R I CH AR D C，e t a l S h e a r Mo d u lu s a n d D a mp i n g R a t io o f G r o u t e d S a n d 【 J ] S o i l D y n a mic s a n d E a r t h q u a k e E n g i n e e r in g， 2 0 0 4 ， 2 4 4 6 1 4 7 1 [ 7 ]张亚军， 兰宏亮， 崔永高． 上海地区土动剪切模量比和阻尼比的 统计研究[J 】 ． 世界地震工程， 2 0 1 0 ， 2 6 3 1 7 1 1 7 5 ． 【 8 1 G B ／ T 5 0 2 6 9 9 7 ， 地基动力特性 测试规范【 S 1 ． 【 9 】 S L 2 3 7 1 9 9 9 ， 土工试验规程【S ] 基 金项目 中国石油天然气集团公 司科学研究与技术开发项 目 B K 一 1 4 一 O 5 一 H 2 。 作者简介 曹文冉 1 9 8 4 _ ，男，山东滨州人 ，工程师，2 0 0 9 年毕业于哈尔 滨工业大学防灾减灾及防护工程专业 ，硕士，现从事海洋平台和 海底管道研究工作。E m a il c a o we n r a n c n p c c o m c n 收稿日期 2 0 1 5 - 0 4 1 0 ；修回日期 2 0 1 5 -1 1 一 O 8 上接第 2 8页 研究对象 ，采用 S P T OL G A软件建立了清管过程仿 真模型。根据管道的实际运行参数和设计工况，分析 了不同输量下清管器运行速度。结果表明，在中缅天 然气管道的大落差管段中 ，清管器最大速度与平均速 度之间的最大相对偏差可达 3 6 ． 8 4 ％。 当管道输量超 过 3 0 0 0万 m3 ／ d时，清管器平均速度会超过 5 m／ s ， 超过了标准中推荐的最大清管速度。在此情况下清管 时 ，可考虑适当 氏清管器的过盈量，以达到增大清 管器的泄漏因数， 氏清管器速度的目的。 参考文献 3 1 2 1 6 ． [ 2 ] 麻建军， 谢煜， 许明飞， 等． 清管工艺在天然气管道工程中的应用 [ J 】 ． 油气田地面工程， 2 0 1 3 ， 3 2 1 2 9 2 9 3 [ 3 ] s 、 6 3 8 3 1 9 9 9 ， 长输天然气管道清管作业规程[ s 】 f 4 】李国华， 蒲家亍， 杨玉利． 柔轴组合式清管器的结构研究与设计 【J ] 油气储运， 1 9 9 5 ， 1 4 4 3 7 4 O 作者简介 贾彦杰 1 9 8 3 一 ，男，河北石家庄人 ，工程师， 2 0 1 2年毕业于 西南石油大学机械工程专业 ，博士 ， 现主要从事天然气管道运行 和管理方面的工作。E m a il j ia y j 0 0 7 f o x ma i l c o m 1 】 朱喜平． 天然气长输管道清管技术【 J 】 ． 石油工程建设 ， 2 0 0 5 ， 3 1 收稿日期2 0 1 5 - 0 7 0 7 ；修回日期 2 0 1 5 - 1 1 0 8