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基于FCE-SPH的海上溢油扩散模拟方法

计算机辅助设计与图形学学报 2024年

作者：连远锋高浛钊魏昊天纪连恩董绍华石油数据挖掘北京市重点实验室中国石油大学(北京)计算机科学与技术系中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院应急管理部油气生产安全与应急技术重点实验室

针对现有的海面原油泄漏模拟方法无法呈现符合物理过程的溢油风化扩散效果及模拟速度过慢问题，首先给出一种不混溶Cahn-Hilliard两相流乳化光滑粒子流体动力学扩散模拟方法FCE-SPH，结合脉动风场描述海上溢油的混合和乳化分解过程; ... 详细信息

针对现有的海面原油泄漏模拟方法无法呈现符合物理过程的溢油风化扩散效果及模拟速度过慢问题，首先给出一种不混溶Cahn-Hilliard两相流乳化光滑粒子流体动力学扩散模拟方法FCE-SPH，结合脉动风场描述海上溢油的混合和乳化分解过程; 然后设计一个两相流物理感知深度强化学习偏置图注意力网络OTF-DRL，以加速流体模拟仿真，通过异构偏置图注意力模块，增强网络获取粒子特征的表达能力. 在不同的工况条件下，分别对原油在海上泄漏扩散物理过程和油品风化过程进行分析，实验结果表明，所提方法可以真实反映海上溢油扩散现象， OTF-DRL模拟计算时间缩短49.63%.

关键词：油水两相流深度强化学习光滑粒子流体动力学原油泄漏模拟偏置注意力

基于KNN和随机森林算法的腐蚀泄漏风险软检测模型

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油气储运 2024年

作者：杨阳李成志杜选于晓董绍华昆仑数智科技有限责任公司华北电力大学能源动力与机械工程学院中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院

【目的】城镇燃气管网完整性管理需要有效的风险评价方法，腐蚀泄漏风险评价需要将风险评价因子充分与各项检测业务进行结合，然而当前检测数据繁杂且缺失严重，亟需一种可预测与评价腐蚀泄漏风险的方法。【方法】通过相关性分析，筛选... 详细信息

【目的】城镇燃气管网完整性管理需要有效的风险评价方法，腐蚀泄漏风险评价需要将风险评价因子充分与各项检测业务进行结合，然而当前检测数据繁杂且缺失严重，亟需一种可预测与评价腐蚀泄漏风险的方法。【方法】通过相关性分析，筛选出与腐蚀泄漏风险相关的关键指标，结合管道本体数据和周围环境数据，采用KNN和随机森林算法，建立智能软检测模型。【结果】该模型能够对缺失检测数据进行预测，实现关键指标的间接测量，模型预测值与真实测量值的相对误差小于25%，达到合格水平。该模型可在数据缺失情况下有效预测管道腐蚀泄漏风险，为定量评价奠定基础。与前人研究相比，模型在多因素耦合关系提取与算法选择上进行创新，提高了预测的准确性与可靠性。然而，部分异常数据表明该模型在某些条件下的预测能力有限，且模型依赖于数据完整性和准确性。设法提高检测数据数量和质量，优化关键风险指标特征提取方法，可以进一步提高模型精度。【结论】本研究丰富了燃气管道腐蚀泄漏风险预测理论，在提高管道运行安全性和可靠性方面具有实用价值，未来应着重改进数据采集和分析技术，进一步优化模型结构，提升其在不同应用场景下的适应性和准确性。

关键词：城镇燃气管网 KNN 随机森林泄漏风险软检测定量风险评价

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气象灾害下的油气站场设备脆弱节点辨识方法

石油科学通报 2024年第2期9卷 297-306页

作者：胡瑾秋韩子从董绍华中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院

油气站场是保障我国石油与天然气等能源运输、储存体系的重要组成部分，油气站场的安全稳定运行是油气系统，乃至国家经济发展的重要一环。我国面积较大，包含多种气候地区，不同地域易发暴雨、雷电、台风等气象灾害。气象灾害发生在油... 详细信息

油气站场是保障我国石油与天然气等能源运输、储存体系的重要组成部分，油气站场的安全稳定运行是油气系统，乃至国家经济发展的重要一环。我国面积较大，包含多种气候地区，不同地域易发暴雨、雷电、台风等气象灾害。气象灾害发生在油气站场及其附近时可能会对相关设施造成破坏，导致站场处于异常工况中运行，甚至引发事故。常见的石油及相关液态加工产品的储运站场，介质除本身具有易燃易爆特性外，一般还具有一定的挥发性，易形成可燃气体云团。天然气站场常伴随高压运行条件，站场一旦出现异常工况或事故会使厂区内部工作人员的生命安全及周边环境都承受较大风险。气象灾害往往难以避免，但可以通过有针对性地增加安全措施加强站场在气象灾害条件下的稳定性，降低气象灾害带来的风险。为了达到上述目的，综合考虑油气站场的设备在遇到暴雨、雷暴等气象灾害时，更容易发生油气泄漏、爆炸等事故的情况，本文根据气象灾害发生场景，及相关场景下可能发生的灾害演化路径提出了一种定量的脆弱节点辨识方法。面对不同的环境风险，现有方法对于站场设备脆弱节点辨识缺乏精细度与准确度，错误辨识脆弱节节点不仅会导致防护过程中人力物力的浪费，更可能导致储罐管道的泄漏，甚至引发爆炸。本文对重力模型进行改进，结合鲁汶算法，提出基于社团分析模型的设备脆弱节点辨识方法。通过实验分析，得到暴雨天气、雷暴天气下的脆弱节点，并利用提出模型对历史案例进行分析，得到结果与实际调查情况较为吻合。相较于其他分析方法，社团分析模型精细度提高了10%以上，分析结果准确率提高了10%以上，召回率提高了14%以上。实验结果表明，本文所提方法可以实现多种极端天气下的脆弱节点辨识，且能对节点进行更精准的定位。

关键词：油气站场风险辨识脆弱节点辨识气象灾害复杂网络社团分析

来源：博看期刊

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地质沉降作用下埋地玻璃钢管道的力学行为

油气储运 2024年

作者：张笑影马晓红王聪李振林张行董绍华中国石油大学(北京)机械与储运工程学院中国石油吉林油田分公司中国石油大学（北京）安全与海洋工程学院

【目的】相比于常规金属管道，玻璃钢管道具有强度高、质量轻等优点，目前已在油气田站场集输领域逐渐投入应用。作为埋地管道面临的常见地质灾害，地质沉降对埋地玻璃钢管道的安全运行具有较大威胁，分析地质沉降作用下玻璃钢管道力学... 详细信息

【目的】相比于常规金属管道，玻璃钢管道具有强度高、质量轻等优点，目前已在油气田站场集输领域逐渐投入应用。作为埋地管道面临的常见地质灾害，地质沉降对埋地玻璃钢管道的安全运行具有较大威胁，分析地质沉降作用下玻璃钢管道力学性能变化规律及其影响因素，有助于对保障其安全服役提供理论指导。【方法】使用有限元软件ABAQUS，考虑玻璃钢管道管材的多层非线性各向异性，建立埋地玻璃钢管道模型。基于Hashin失效准则研究不同缠绕角度、沉降量、土壤环境下玻璃钢管道基材及纤维压缩、拉伸初始化准则最大值的分布规律。【结果】地质沉降作用下，基材的压缩、拉伸初始化准则最大值相应大于纤维的压缩、拉伸初始化准则最大值，基材破坏模式对管道整体性能的影响更大；不同铺层缠绕角度工况下，隔层角度为±30°时管道失效系数最低，更有利于管道安全服役；管道各项失效系数的峰值均主要位于沉降过渡区中部位置附近及过渡区与沉降区交界处；土壤环境的改变对管道中间层失效系数影响最大。【结论】利用ABAQUS复合铺层模块能够较好地模拟玻璃钢复合管材的特性，相关结果能够为玻璃钢管道铺层缠绕选型及地质沉降工况管道安全情况分析提供理论依据。

关键词：玻璃钢管道地质沉降复合材料有限元

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含双腐蚀缺陷管道的氢浓度分布模拟

中国腐蚀与防护学报 2024年第2期44卷 335-344页

作者：郭诗雯吴浩志董绍华陈林程玉峰中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102249 中国石油大学(北京)应急管理部油气生产安全与应急技术重点实验室北京102249 Schulich School of Engineering University of CalgaryCalgary T2N 1N4

为了研究含双腐蚀缺陷管道上的氢浓度分布规律,本文建立了应力场和氢扩散场耦合的有限元模型,针对双腐蚀缺陷间的应力耦合行为,探究了腐蚀缺陷长度、缺陷间距以及管道所受拉伸应变对管材中氢扩散富集行为的影响机制。结果表明,腐蚀缺陷... 详细信息

为了研究含双腐蚀缺陷管道上的氢浓度分布规律,本文建立了应力场和氢扩散场耦合的有限元模型,针对双腐蚀缺陷间的应力耦合行为,探究了腐蚀缺陷长度、缺陷间距以及管道所受拉伸应变对管材中氢扩散富集行为的影响机制。结果表明,腐蚀缺陷的存在导致氢原子在管道内发生局部富集,富集区最大氢浓度数值随拉伸应变的增大和缺陷长度的减小而升高,同时,最大氢浓度位置发生改变。而双缺陷在间距足够大时不再对氢扩散和富集产生叠加影响,可看作两个独立的缺陷。研究成果为含双腐蚀缺陷管道在输氢环境中的安全评价提供了理论支撑。

关键词：双腐蚀缺陷氢分布有限元模拟 X52 管线钢

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交通载荷作用下埋地含缺陷玻璃钢管道力学行为研究

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力学与实践 2024年第1期46卷 64-76页

作者：李振林张笑影刘彤于晓张行董绍华中国石油大学(北京)机械与储运工程学院北京102200 中国石油大学(北京)管道技术与安全研究中心北京102200 国家管网集团北京管道有限公司北京输油气分公司北京100101 中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京102200

为分析含缺陷玻璃钢管道在交通载荷作用下的力学行为,基于ABAQUS有限元软件建立了含不同形状缺陷管道模型和不同埋深管土模型,研究了不同埋深、不同载荷及缺陷深度对管道不同层中截面沿环向应力分布规律的影响。结果表明,无缺陷管道各... 详细信息

为分析含缺陷玻璃钢管道在交通载荷作用下的力学行为,基于ABAQUS有限元软件建立了含不同形状缺陷管道模型和不同埋深管土模型,研究了不同埋深、不同载荷及缺陷深度对管道不同层中截面沿环向应力分布规律的影响。结果表明,无缺陷管道各层应力分布均匀,含缺陷管道内区域层应力沿管材缠绕方向集中于缺陷对称角处;管道仅含轴向缺陷时管体应力峰值与应力突变幅度最大;缺陷相对深度对管道应力峰值影响较大。

关键词：玻璃钢管道复合材料缺陷埋地有限元

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基于改进DS-CBR的社区燃气管道抢修资源预测

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工业安全与环保 2024年

作者：杨三锋胡瑾秋董绍华刘慧中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院北京市燃气集团研究院油气生产安全与应急技术应急管理部重点实验室

针对社区燃气管道泄漏后应急抢修设备可能出现缺乏或冗余的问题。提出基于改进DS-CBR的抢修设备预测模型。首先通过DEA效率评价模型，找出资源配置方案的不足，后将模糊集理论与DS证据理论结合，代入CBR中的特征属性权重打分中，将带有... 详细信息

针对社区燃气管道泄漏后应急抢修设备可能出现缺乏或冗余的问题。提出基于改进DS-CBR的抢修设备预测模型。首先通过DEA效率评价模型，找出资源配置方案的不足，后将模糊集理论与DS证据理论结合，代入CBR中的特征属性权重打分中，将带有主观性的专家评价值进行融合，减少案例推理过程中指标权重受专家打分的主观影响，完成对资源配置方案的预测。结果表明，结合DEA、改进DS与CBR结合的资源预测模型，能很好地完成燃气管道泄漏后抢修设备预测。在案例分析中可看出，老社区燃气管道泄漏后抢修在资源配置方面需以钢质管道抢修设备为主，而新社区应以PE管道抢修设备为主。

关键词：社区燃气管道应急资源 DEA效率评价案例推理

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管道泄漏声波信号特征提取方法及实验研究

油气田地面工程 2024年第5期43卷 34-42页

作者：朱梓文徐晴晴马云栋董绍华中国石油大学(北京)安全与海洋工程学院应急管理部油气生产安全与应急技术重点实验室

为探究管道泄漏检测中信号的特征及变化规律,开展了理论研究与实验分析。采集不同工况下管道泄漏声波信号,利用变分模态分解对管道泄漏声波信号进行分解重构,并提取相应特征值,处理并对比分析不同运行压力、不同泄漏孔径、不同位置等工... 详细信息

为探究管道泄漏检测中信号的特征及变化规律,开展了理论研究与实验分析。采集不同工况下管道泄漏声波信号,利用变分模态分解对管道泄漏声波信号进行分解重构,并提取相应特征值,处理并对比分析不同运行压力、不同泄漏孔径、不同位置等工况的管道泄漏声波信号特征值。结果表明:管道运行压力与泄漏孔径与泄漏声波信号幅值呈正相关,管道泄漏位置与泄漏声波信号幅值呈负相关。因此,今后在对管道泄漏进行分析时需结合不同的工况进行对应的具体分析。此研究为基于声波法的管道泄漏检测提供了理论和数据支撑。

关键词：管道泄漏声波检测实验声波信号特征提取变分模态分解

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基于物联网的滑坡下管道应力监测及预警方法研究

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油气田地面工程 2024年第5期43卷 43-50页

作者：李凌波张晨宋凯徐晴晴董绍华国家石油天然气管网集团有限公司华南分公司国家管网集团北京管道有限公司中国石油大学(北京)

我国地质环境复杂,长输管道在敷设过程中不可避免地穿越滑坡等地质灾害频发区域,在滑坡的推拉作用下埋地管道易发生大位移变形,导致管道变形失效,甚至引发泄漏、爆炸等事故。以滑坡为研究背景,研究了地质灾害引发管道破坏失效的影响规律... 详细信息

我国地质环境复杂,长输管道在敷设过程中不可避免地穿越滑坡等地质灾害频发区域,在滑坡的推拉作用下埋地管道易发生大位移变形,导致管道变形失效,甚至引发泄漏、爆炸等事故。以滑坡为研究背景,研究了地质灾害引发管道破坏失效的影响规律,以滑坡体内、外段对滑坡区管道划分不同区段,通过迭代计算完成整体应变力学分析,基于极限应变准则对管道可能发生的不同尺度滑坡位移进行模拟计算和风险评估,开发了基于物联网的地质灾害下管道应力应变及周围土压力、地层变形等监测技术及相关硬件设备,建立地质灾害下管道本体安全监测软件系统,实现了现场监测数据的自动采集、上传、数据分析和报警等功能。开发的硬件设备及软件系统在某输油管道开展现场应用,实现了滑坡灾害易发区管道本体安全性的在线实时分析与评价预警。

关键词：管道本体安全物联网监测系统应力应变监测技术滑坡

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