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基于深度极限学习机的燃气轮机气路故障诊断技术研究

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北京化工大学学报（自然科学版） 2024年第4期51卷 89-98页

作者：宋文强沈登海国家管网集团西部管道有限责任公司乌鲁木齐830013

为提高输气管道设备中燃气轮机的可靠性和可用性,在稳态仿真模型的基础上,形成包含现场可测量参数、健康状态参数和故障类型的故障数据库。从参数动态调整和空气质点混沌初始化两个方面对风驱动(wind driven optimization, WDO)算法进... 详细信息

为提高输气管道设备中燃气轮机的可靠性和可用性,在稳态仿真模型的基础上,形成包含现场可测量参数、健康状态参数和故障类型的故障数据库。从参数动态调整和空气质点混沌初始化两个方面对风驱动(wind driven optimization, WDO)算法进行改进,再利用改进算法(improved wind driven optimization, IWDO)对深度极限学习机(deep extreme learning machine, DELM)的超参数进行寻优,并试算不同模型结构对分类效果的影响,最终形成最优IWDO-DELM组合模型。结果表明,仿真模型的热力和水力参数准确,可以为故障数据库的生成提供基础;最优DELM的模型结构为9-81-44-1,激活函数均为Sine;IWDO-DELM模型在训练集和测试集上的故障分类准确率分别为99.12%、98.83%,优于支持向量机(support vector machine, SVM)、反向传播神经网络(back propagation, BP)、相关向量机(relevance vector machine, RVM)和极限学习机(extreme learning machine, ELM)等模型的计算结果。通过现场验证,证明了IWDO-DELM模型可有效识别燃气轮机气路上的单故障和多故障类型。研究结果可为输气管道的安全平稳运行提供实际参考。

关键词：深度极限学习机风驱动算法燃气轮机气路故障分类准确率

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基于改进鸡群算法和相关向量机的燃气轮机气路故障诊断技术研究

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北京化工大学学报（自然科学版） 2022年第6期49卷 73-82页

作者：张平罗易洲王子聪李亚民国家管网集团联合管道有限责任公司西部分公司乌鲁木齐830011 辽宁沃尔德沃克科技有限公司沈阳110121

在管道输送过程中,燃气轮机的健康状态与管道的安全平稳运行密切相关。为提高燃驱压缩机组燃气轮机气路故障诊断的准确率,以双轴燃气轮机为对象,通过建模获得不同气路故障类型的数据集,引入相关向量机(RVM)模型对典型气路故障进行分类诊... 详细信息

在管道输送过程中,燃气轮机的健康状态与管道的安全平稳运行密切相关。为提高燃驱压缩机组燃气轮机气路故障诊断的准确率,以双轴燃气轮机为对象,通过建模获得不同气路故障类型的数据集,引入相关向量机(RVM)模型对典型气路故障进行分类诊断,并采用改进鸡群算法(ECSO)对RVM模型的超参数进行寻优。结果表明,ECSO-RVM模型的分类精度为95.55%,明显优于支持向量机(SVM)、径向基核函数(RBF)神经网络、反向传播(BP)神经网络、改进蜂群算法-自适应模糊推理系统(IABC-ANFIS)和深度置信网络(DBN)等模型;在添加不同程度高斯白噪声的条件下,ECSO-RVM模型的分类精度始终保持在80%以上,说明该模型的分类精度、抗噪声能力和泛化能力较好,可用于燃气轮机气路故障的快速识别和诊断。

关键词：改进鸡群算法(ECSO) 相关向量机(RVM) 燃气轮机气路故障分类精度

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一种基于绝对单向技术的数据湖设计方法

西安石油大学学报（自然科学版） 2022年第2期37卷 138-142页

作者：梁怿李佳鹏王洪钧赵恺锋姚东秦华国家管网集团联合管道有限责任公司西气东输分公司上海200122

为了解决目前天然气管道领域中各系统互相独立、数据一维片面化造成的难以进行智能化分析的问题,提出了基于绝对单向技术的数据湖设计方案。方案在物理层采用了单向载体,对链路层和网络层协议的工作方式进行了调整,设计了基于UDP的单向... 详细信息

为了解决目前天然气管道领域中各系统互相独立、数据一维片面化造成的难以进行智能化分析的问题,提出了基于绝对单向技术的数据湖设计方案。方案在物理层采用了单向载体,对链路层和网络层协议的工作方式进行了调整,设计了基于UDP的单向传输协议,基于改良的Reed-Solomon算法增强了传输的可靠性,基于服务器安全策略提升了传输的安全性。测试和应用结果显示:(1)方案可靠性高,数据刷新率在大于1.8 s时的丢包率低于10^(-5);(2)方案安全性强,2次渗透测试均未发现框架层面的安全性问题;(3)基于单向技术传输而来的数据稳定性强,可以满足数据湖运行的需要。结论认为:基于绝对单向技术的数据传输方案解决了智慧管网数据湖建设时对不同来源数据进行汇总过程中的安全性问题,方案值得推广应用。

关键词：智慧管道绝对单向西气东输数据湖网络互联网络安全

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区域阴极保护对外管道干扰的案例

腐蚀与防护 2022年第7期43卷 117-121页

作者：吴翔国家管网集团西部管道有限责任公司库尔勒841000

为保障埋地钢质管道的安全运行,针对区域阴极保护对站外管道的直流阴极干扰问题进行了专项测试与研究。通过通断电位测试确定了对外部管道造成干扰的区域阴极保护电源,通过站外管道的电位测试明确了受干扰段的长度。针对区域阴极保护的... 详细信息

为保障埋地钢质管道的安全运行,针对区域阴极保护对站外管道的直流阴极干扰问题进行了专项测试与研究。通过通断电位测试确定了对外部管道造成干扰的区域阴极保护电源,通过站外管道的电位测试明确了受干扰段的长度。针对区域阴极保护的特点分析了造成外管道阴极干扰的原因。

关键词：区域阴极保护直流干扰阴极干扰

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基于管道应变的应力弱磁检测模型

油气储运 2024年第1期43卷 67-74页

作者：田野国家管网集团西部管道有限责任公司

【目的】金属磁记忆(Metal Magnetic Memory,MMM)应力检测技术支持非接触、在线检测,在以钢制油气管道为代表对象的铁磁性材料应力损伤检测领域具有很好的应用潜力,现有研究缺乏对磁力学关系的全面分析,需要建立一套完整的磁力学关系体... 详细信息

【目的】金属磁记忆(Metal Magnetic Memory,MMM)应力检测技术支持非接触、在线检测,在以钢制油气管道为代表对象的铁磁性材料应力损伤检测领域具有很好的应用潜力,现有研究缺乏对磁力学关系的全面分析,需要建立一套完整的磁力学关系体系,明确MMM检测信号与弹塑性阶段应力集中的对应关系。【方法】基于J-A理论,建立管道磁化强度与应变关系数值模型,计算分析管道变形过程中MMM检测信号特征,研究了应力影响下的无磁滞磁化曲线形状参数、钉扎系数对MMM信号的影响规律,并对应变与磁信号的关系开展全尺寸水压试验验证。【结果】管道在受力过程中,应变逐渐增大,磁化强度曲线在弹性变形阶段发生第1次翻转,翻转位置位于近屈服处,且随无磁滞磁化曲线形状参数的增大而提前;当管体发生塑性变形时,位错引起材料磁学特性改变,磁化强度曲线出现第2次翻转,翻转位置位于屈服点附近,且受钉扎系数影响较大,随着钉扎系数增大,翻转位置延后,翻转处应变呈2次函数减小趋势,第1次翻转与第2次翻转方向相反。【结论】利用该特征,根据磁记忆信号翻转规律与被检管道相同材料标定试验结果的相位对比分析,可判断钢制油气管道应力集中处是否发生塑性应变,实现对管道应力集中区域的快速定性检测。(图8,参30)

关键词：管道应变应力检测磁记忆磁-力学关系

变频器低电压穿越引起的压缩机喘振及改进措施

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油气储运 2024年第4期43卷 439-448页

作者：蒲斌李星星杨福超孙义伟国家管网集团西部管道有限责任公司

【目的】变频器低电压穿越功能是供电波动时保持变频器连续运行的一种方式,但电驱离心式压缩机在变频器低电压穿越过程中会造成压缩机喘振。喘振对离心式压缩机的平稳运行有较大危害,需分析低电压穿越引起喘振的原因、制定改进措施,以... 详细信息

【目的】变频器低电压穿越功能是供电波动时保持变频器连续运行的一种方式,但电驱离心式压缩机在变频器低电压穿越过程中会造成压缩机喘振。喘振对离心式压缩机的平稳运行有较大危害,需分析低电压穿越引起喘振的原因、制定改进措施,以防止压缩机再次发生喘振。【方法】选取西气东输二线吐鲁番联络压气站电驱离心式压缩机为例,对变频器低电压穿越过程中压缩机转速、压力、流量、防喘振工作裕度等参数的变化情况进行分析。由于变频器低电压穿越过程中压缩机转速快速下降造成防喘振控制响应不及时,从而导致压缩机发生喘振;压缩机喘振后压力、流量剧烈波动使防喘振裕度控制失效,引起压缩机持续喘振。制定防喘振控制改进措施:增加低电压穿越时预防喘振控制措施及低电压穿越的状态判断,根据变频器低电压穿越过程中压缩机工作裕度、出口压力变化情况制定预防性打开防喘阀到指定开度的条件;增加压缩机喘振检测及保护措施,通过压缩机喘振后明显变化的出口压力、振动变化检测压缩机是否发生喘振,喘振后快速打开防喘阀摆脱喘振状态。【结果】通过改进措施的应用,解决了低电压穿越过程中的喘振问题;通过设定工作点裕度、出口压力变化阈值的方式,减少了提前打开防喘阀干预的频次,较短时间内恢复了压缩机正常运行。【结论】研究成果可有效减轻喘振危害,提升电驱离心式压缩机的运行平稳性,为电驱离心式压缩机优化防喘振控制、增加喘振检测提供参考。(图9,表1,参23)

关键词：压缩机低电压穿越喘振裕度出口压力

油气管道工程用X80三通优化设计及增材制造技术

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油气储运 2024年第7期43卷 787-795页

作者：田野国家管网集团西部管道有限责任公司

【目的】传统热挤压三通制造工艺复杂,组织性能与质量水平不稳定,容易出现三通本体强度或韧性不满足标准要求等问题,严重制约油气管道的安全平稳运行,因此亟需对三通的性能提升与质量控制方法开展研究。【方法】通过对油气管道工程用X8... 详细信息

【目的】传统热挤压三通制造工艺复杂,组织性能与质量水平不稳定,容易出现三通本体强度或韧性不满足标准要求等问题,严重制约油气管道的安全平稳运行,因此亟需对三通的性能提升与质量控制方法开展研究。【方法】通过对油气管道工程用X80钢级、直径1219 mm等径三通的结构进行优化设计与安全性评价,改善局部应力集中的问题。采用京雷焊丝与电弧增材技术实现了等径三通的增材制造,对产品开展微观组织、力学性能、缺陷与残余应力测试,并对等径增材三通及其环焊缝进行耐压试验与往复循环压力波动试验。【结果】在控制总质量的前提下,优化改进三通结构后,设计压力下三通所受最大应力降低了38 MPa,三通主管连接区域应力降低约50%。增材制造的X80三通力学性能稳定,各部位、方向心部与表面的性能及组织均匀,强度、韧性各向异性小,无厚度效应。相控阵超声与常规超声适用于增材制造三通的缺陷检测,整体热处理可显著降低增材制造三通生产过程中的残余应力。【结论】X80增材制造三通及其连接环焊缝性能远高于同钢级热挤压三通,整体可承受的最大压力超过57.5 MPa,焊接短节爆破裂纹扩展至增材三通管件肩部后停止,具有良好的韧性与止裂能力。增材制造技术提高了三通的安全性与稳定性,为低温服役环境等特殊场景适用的三通设计与制造提供了新的思路与方法。

关键词：油气管道高强度三通增材制造 X80钢

燃驱压缩机组气路故障预测诊断与健康管理技术

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油气储运 2021年第6期40卷 699-707页

作者：肖旺陈成杨坤程遥遥国家管网集团西部管道有限责任公司

在管道行业中,燃驱压缩机组的健康状态不仅有利于企业稳定、科学、高效地运营,而且可保证管道输送安全、减少运行成本。参考并借鉴国内外相似平台的优点与成功经验,采取科学有效的手段,为建立燃驱压缩机组气路故障预测诊断与健康管理(P... 详细信息

在管道行业中,燃驱压缩机组的健康状态不仅有利于企业稳定、科学、高效地运营,而且可保证管道输送安全、减少运行成本。参考并借鉴国内外相似平台的优点与成功经验,采取科学有效的手段,为建立燃驱压缩机组气路故障预测诊断与健康管理(PHM)系统,开展了以下研究:使用模块化建模的方法建立气路性能分析模块,基于准确非线性机组模型的气路故障诊断算法进行气路故障诊断;提出一种模拟退火-粒子群优化(SA-PSO)混合算法进行故障诊断,该方法兼顾快速性、准确性;建立故障特征降级参数识别库,基于故障特征识别方法建立故障概率分析模型,得出量化的概率指标衡量气路部件的状态。实例应用结果表明:建立的燃驱压缩机组气路分析程序,实现了对燃气轮机运行状况的实时掌握,能够及时发现并诊断运行中出现的故障,具有较高的应用价值。

关键词：燃驱压缩机组 SA-PSO 气路故障诊断健康管理

基于现场测试数据的离心压缩机自适应建模方法

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油气储运 2021年第10期40卷 1105-1114页

作者：肖旺国家管网集团西部管道有限责任公司

为提高离心压缩机热力学模型的精度,提出了一种基于现场测试数据的离心压缩机热力学模型及特性曲线自适应建模方法。在建模的过程中,考虑了现场的安装误差及运行过程中产生的衰退,通过改进的相似换算方法提高热力计算的准确性。对不准... 详细信息

为提高离心压缩机热力学模型的精度,提出了一种基于现场测试数据的离心压缩机热力学模型及特性曲线自适应建模方法。在建模的过程中,考虑了现场的安装误差及运行过程中产生的衰退,通过改进的相似换算方法提高热力计算的准确性。对不准确的通用特性曲线,建立了基于多层感知机神经网络的预测模型,用其生成新的特性曲线,利用粒子群优化算法调整特性,使得模型在设计点及变工况非设计点的输出与现场测试数据满足匹配精度。运用该方法对意大利GE公司PCL803型离心压缩机进行热力学建模,结果表明:通过设计点及变工况非设计点性能自适应后的计算误差比自适应前仅使用通用特性曲线时的计算误差显著减小,研究成果可为离心压缩机的状态监控、性能预测及故障诊断提供依据。(图6,表4,参21)

关键词：离心压缩机特性曲线自适应建模粒子群优化算法