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国家管网智慧管网标准体系三维业务框架设计

油气储运 2024年第4期43卷 473-479页

作者：杨旸王海洋彭睿贾文龙朱浩宇李长俊国家管网集团西南管道公司中国石油天然气股份有限公司昆仑能源有限公司西南石油大学石油与天然气工程学院

【目的】智慧管网标准体系是指导管网企业智慧化发展的重要技术文件和技术标准化管理的基础,但现有油气管网标准体系不能满足智慧化建设需求,迫切需要建立一套适用于智慧管网建设的标准体系框架。【方法】基于油气管网的“智慧化特征”... 详细信息

【目的】智慧管网标准体系是指导管网企业智慧化发展的重要技术文件和技术标准化管理的基础,但现有油气管网标准体系不能满足智慧化建设需求,迫切需要建立一套适用于智慧管网建设的标准体系框架。【方法】基于油气管网的“智慧化特征”,分析其在可研与设计、施工验收、运行维护及废弃封存4个阶段的内涵与功能。选用国家管网集团标准系统架构作为智慧管网标准体系架构的基础,参考智慧电网的标准体系框架,提出了由对象、全生命周期、互操作3个维度构成的智慧管网标准体系业务框架模型。【结果】对象维度包括线路、站场、储气库、LNG接收站;全生命周期维度包括可研与设计、施工与验收、运行维护、废弃封存;互操作维度包括应用层、交互层及感知层。基于智慧管网全生命周期各项业务的关键技术和标准化对象,并结合标准化要素在互操作层级中相互作用的二维映射关系,构建了智慧管网标准体系架构。以二维互操作维度的应用层为例,分析了在建立标准体系时需填充缺失和新建的标准。【结论】研究成果可为智慧管网标准体系建设提供指导。(图6,表3,参20)

关键词：智慧管网内涵标准体系三维架构模型

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基于小冲杆试验的管道钢断后伸长率研究

机械强度 2024年第5期46卷 1062-1070页

作者：任辰一曹宇光甄莹祖毅真张玉中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院青岛266580

断后伸长率是表征管材塑性的典型指标,管道局部如焊接接头处受尺寸限制无法开展单轴拉伸试验,需要借助微试样试验方法完成取样及测试。小冲杆试验作为一种微试样试验方法,能够用于获取多种力学性能参数。当前研究中,主要通过经验关联方... 详细信息

断后伸长率是表征管材塑性的典型指标,管道局部如焊接接头处受尺寸限制无法开展单轴拉伸试验,需要借助微试样试验方法完成取样及测试。小冲杆试验作为一种微试样试验方法,能够用于获取多种力学性能参数。当前研究中,主要通过经验关联方法将载荷-位移曲线中最大位移、最大载荷对应位移及试样断后弧长等关键参量关联至材料断后伸长率。然而,上述方法对管道钢的适用性不明确,使其对管道钢材料无法直接应用。针对这一问题,首先讨论了上述基于不同特征参量的经验关联方法对管道钢的适用性,之后提供了一种断后弧长简化计算方法,并形成了适用于管道钢的基于断后弧长的经验关联公式。在此基础上,进行厚度效应修正,建立了基于小厚度试样确定管道钢材料断后伸长率的经验公式并进行可靠性验证。结果表明,基于断后弧长简化计算方法的经验关联公式确定的断后伸长率最大误差为5.08%,厚度效应修正公式对小厚度试样计算结果的最大误差为5.53%,证明建立的经验关联公式拟合效果良好且对管道钢具有良好的适用性,可为其他钢级管道局部区域断后伸长率的计算提供理论基础。

关键词：小冲杆试验单轴拉伸试验断后伸长率管道钢断后弧长厚度效应

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基于稳定性分析的含酸/醇烃水体系相平衡计算

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化工学报 2024年第3期75卷 789-800页

作者：陈好奇史博会彭琪康琦宋尚飞姚海元陈海宏吴海浩宫敬中国石油大学(北京)油气管道输送安全国家工程实验室石油工程教育部重点实验室城市油气输配技术北京市重点实验室北京102249 中国石油大学(北京)碳中和示范性能源学院北京102249 清华大学深圳清华大学研究院广东深圳518057 中海油研究总院有限责任公司北京100028

油气开发的井流物多以油气水混相形式存在。对于酸性油气田,还常伴有硫化氢或二氧化碳等酸性气体。为了避免水合物生成堵塞管道,加注醇类防冻剂是常用的方法。因而油气田井流物易于呈现含酸、含醇的多相烃水混输状态。含酸/醇烃水体系... 详细信息

油气开发的井流物多以油气水混相形式存在。对于酸性油气田,还常伴有硫化氢或二氧化碳等酸性气体。为了避免水合物生成堵塞管道,加注醇类防冻剂是常用的方法。因而油气田井流物易于呈现含酸、含醇的多相烃水混输状态。含酸/醇烃水体系相平衡的准确计算,是预测其物性特征的基础,也是支持该复杂体系多相混输流动仿真的关键。但目前被广泛应用的基于经典立方型状态方程计算油气水体系相平衡的方法,存在对液烃及水相分布预测准确性不高的问题。为此,引入稳定性分析的方法,构建适用于含酸/醇烃水体系的稳定性检验方式,结合SRK-HV状态方程,建立了耦合稳定性分析的含酸/醇烃水多相多组分相平衡计算模型及算法。经多角度验证,本研究所提模型具有较高的准确性与稳定性。

关键词：相平衡热力学状态方程稳定性分析闪蒸计算

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压差式多节串联管道机器人越障时动力学演化规律及减振分析

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机械工程学报 2024年第8期60卷 348-359页

作者：张行富宽陈铭浩李睿石新娜中国石油大学(北京)机械与储运工程学院北京102249 中国石油大学(北京)高端油气装备智能设计与制造研究中心北京102249 国家石油天然气管网集团有限公司科学技术研究总院分公司廊坊065099

压差式管道内检测机器人作为保障油气管道安全运输的重要装备,逐渐向着集成化、智能化、高精度的方向发展。管内介质的复杂流动状态与管内的随机不平顺激励均会引起管道机器人动力学行为的突变,进而影响其内检测作业精度和服役性能。建... 详细信息

压差式管道内检测机器人作为保障油气管道安全运输的重要装备,逐渐向着集成化、智能化、高精度的方向发展。管内介质的复杂流动状态与管内的随机不平顺激励均会引起管道机器人动力学行为的突变,进而影响其内检测作业精度和服役性能。建立串联管道机器人多体动力学模型和Adams与Matlab/Simulink双向流固耦合联合仿真求解模型,研究受管内环焊缝激励时不同舱体节数下多节串联式管道机器人的动力学响应情况、振动叠加情况和动力演化规律;建立管道内检测机器人振动综合评价指标,结合仿真数据和神经网络算法建立管道内检测机器人的结构优化模型并采用遗传算法进行参数寻优。研究结果表明:多节舱体压差式管道机器人受管内环焊缝激励时,每节舱体的轴向振动趋势类似,轴向加速度极值变化不大,且每节舱体过环焊缝时存在振动传递情况。优化后的管道机器人结构参数将轴向、垂向、俯仰加速度极值分别降低74.7%,38.1%,37.27%。

关键词：管道机器人流固耦合动力学响应减振优化多体动力学模型

用于油气井RFID扶正器激活的阅读器共形天线设计

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中国石油大学学报（自然科学版） 2024年第1期48卷 150-158页

作者：尹宜勇朱文佳曲从锋王岩王立琰龚振崔明轩王国强中国农业大学工学院北京100083 中国石油集团工程技术研究院有限公司北京102206

基于油气井井下环境的特点,为实现井下扶正器的远程控制,同时改正射频识别(RFID)阅读器天线电磁波强度衰减过大、辐射性能差等缺陷,设计一种共形于井下管道的RFID扶正器阅读器偶极子天线。依据天线设计的基本理论,利用天线弯折技术,将... 详细信息

基于油气井井下环境的特点,为实现井下扶正器的远程控制,同时改正射频识别(RFID)阅读器天线电磁波强度衰减过大、辐射性能差等缺陷,设计一种共形于井下管道的RFID扶正器阅读器偶极子天线。依据天线设计的基本理论,利用天线弯折技术,将该天线结构设计为倒“U”型,实现与套管相共形;通过仿真扫频分析优化天线参数,分析天线主要结构对性能的影响。结果表明,设计的天线最终的中心频率为860 MHz,在该频率下天线输入端口反射系数为-21.05 dB,增益为2.2 dB,天线尺寸为11 mm×148.44 mm,天线的性能满足设计需求,可用于套管扶正器等井下工具的无线控制。

关键词：油气井扶正器射频识别共形偶极子天线增益

基于微波谐振原理的天然气管道内液滴浓度测量方法

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化工进展 2024年第2期43卷 734-742页

作者：陈俊先刘震焦文磊张天钰吕家孟姬忠礼中国石油大学(北京)机械与储运工程学院过程流体过滤与分离技术北京市重点实验室北京102249

针对天然气管道内液滴杂质难以直接检测,常规离线检测方法滞后性严重的问题。本文研究了基于微波谐振原理的液滴浓度双参数在线测量方法,利用COMSOL数值模拟建立了微波谐振测量传感器模型,通过参数化扫描确定了当谐振探针直径R_(C)=6mm... 详细信息

针对天然气管道内液滴杂质难以直接检测,常规离线检测方法滞后性严重的问题。本文研究了基于微波谐振原理的液滴浓度双参数在线测量方法,利用COMSOL数值模拟建立了微波谐振测量传感器模型,通过参数化扫描确定了当谐振探针直径R_(C)=6mm时,传感器测量管道中心区域的电场强度最大值可达14100V/m,电流密度平均值j_(avg(x))为1015.48,电流密度最大偏差I_(max(x))为0.95,表明微波谐振测量传感器达到最优结构参数。开展了液滴浓度变化对微波谐振测量传感器影响的实验。实验结果表明,该方法与离线称重法具有良好的一致性。传感器谐振频率偏移变化量和响应幅值有效增量对液滴浓度变化敏感,并呈线性相关趋势。传感器重复率在0.25%左右波动,展现了微波谐振方法良好的稳定性。这将为高压天然气管道内液滴浓度在线测量提供一种新的指导和研究思路。

关键词：液滴微波测量多相流天然气优化设计模拟

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成品油管道泄漏次声波监测及信号处理方法

油气储运 2024年第8期43卷 905-915页

作者：尹渊博李玉星杨文芦澍张晨刘翠伟杨凯王武昌中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院·山东省油气储运安全重点实验室国家管网集团华南分公司中国石油天然气管道局有限公司

【目的】随着油气输送管道总里程不断增加,泄漏监测已成为保证管道安全平稳运行的关键技术之一。次声波监测因其灵敏度高、定位精度高、维护费用低等诸多优点备受关注,但其在成品油管道中的工程应用有待探讨。【方法】基于次声波监测基... 详细信息

【目的】随着油气输送管道总里程不断增加,泄漏监测已成为保证管道安全平稳运行的关键技术之一。次声波监测因其灵敏度高、定位精度高、维护费用低等诸多优点备受关注,但其在成品油管道中的工程应用有待探讨。【方法】基于次声波监测基本原理,自主搭建了液体管道泄漏监测实验装置,分析了不同的泄漏孔尺寸、管道压力以及泄漏点距离工况下,次声波传感器采集信号的特征。分析了db系小波基与sym系小波基1~9层小波变换的信号处理效果;利用信号的15个时域特征与4个频域特征参与随机森林分类模型建模,以ROC(Receiver Operating Characteristic)曲线下的面积(Area Under Curve,AUC)作为目标函数对模型参数进行优化,并采用基于WT-RF(Wavelet Transform-Random Forest)的方法对实验数据进行信号处理与分类。【结果】将新建方法应用于国家管网集团华南分公司某成品油输送管道发现,经过sym2小波基8层分解处理后的次声波信号在时频域具有明显可识别特征,随机森林识别模型结合定位信息可实现生产管道中泄漏工况的误报率、漏报率均为0;在91 km的成品油管道监测区间,定位误差800 m左右,稳定泄漏速率0.0016 m^(3)/s,最小可检测泄漏速率为0.00046 m^(3)/s。【结论】次声波泄漏监测技术在成品油管道测试中获得了较好的效果,其误报率、漏报率均极低,且定位误差小,相关研究成果可为该技术在成品油管道的应用提供技术支持与参考。

关键词：成品油管道泄漏次声波监测小波分析随机森林最小可检测泄漏量

基于UWB的天然气站场室内三维定位系统研究

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传感器与微系统 2024年第6期43卷 46-50页

作者：刘凯书顾继俊黄腾徐宏剑窦君意中国石油大学(北京)机械与储运工程学院北京102249

为解决天然气站场室内定位中因非视距(NLOS)现象导致人员和设备定位精度低的问题,设计了一种基于超宽带(UWB)与***的天然气站场室内人员与设备三维定位系统。通过B/S三层架构,以Django框架和VUE框架为基础,利用Python、HTML5、CSS3和***... 详细信息

为解决天然气站场室内定位中因非视距(NLOS)现象导致人员和设备定位精度低的问题,设计了一种基于超宽带(UWB)与***的天然气站场室内人员与设备三维定位系统。通过B/S三层架构,以Django框架和VUE框架为基础,利用Python、HTML5、CSS3和***,实现定位信息在网页客户端的三维可视化。通过对UWB技术的研究,为保证定位精度,基于到达时间差(TDOA)测量值,采用卡尔曼滤波算法对其进行NLOS滤波,并结合Chan算法融合多基站数据,最终得到目标点的计算位置。通过搭建实验环境,对三维定位系统进行定位标签静态和动态定位实验。实验结果表明,对于NLOS现象严重的复杂室内环境,该系统定位精度高、运行平稳,能为天然气站场室内定位提供一种切实可行的技术。

关键词：超宽带三维可视化卡尔曼滤波算法 Chan算法

运销分离下的天然气管网运输能力分配优化研究

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中国石油大学学报（自然科学版） 2024年第4期48卷 181-189页

作者：赵伟徐宁陆凯凯张博廖绮梁永图中国石油大学(北京)城市油气输配技术北京市重点实验室北京102249 国家管网集团工程技术创新有限公司天津300450 中国石油大学(北京)克拉玛依校区工学院新疆克拉玛依834000 中国石油长庆油田分公司陕西西安710018

基于中国天然气管网当前采用的合同路径法,即“点对点”交易模式,提出一种适应于多气源多用户的管网基础设施容量分配优化方法,采用分布式优化策略对托运商子模型与管网公司子模型进行迭代求解,最终实现各托运商输气计划与天然气管网调... 详细信息

基于中国天然气管网当前采用的合同路径法,即“点对点”交易模式,提出一种适应于多气源多用户的管网基础设施容量分配优化方法,采用分布式优化策略对托运商子模型与管网公司子模型进行迭代求解,最终实现各托运商输气计划与天然气管网调度能力的匹配。结果表明:提出的分布式优化策略能够协调多方利益,托运商单位天然气成本仅与气源及用户位置分布相关,能够一定程度上保证分配结果的公平性;中国天然气管网区域间仍存在输送瓶颈,运销分离将导致管输路径及容量的激烈竞争,引发天然气管输合同拥塞问题,造成局部管道负荷率较高;在实际案例中管道基础设施容量的市场化分配导致托运商购气成本增加6.94%,管输服务费用增加10.18%,总体运营成本增加了6.80%,提高了管网公司收益,但不利于降低终端用户成本。

关键词：天然气市场运销分离容量分配运行优化点对点交易