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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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气云爆炸驱动下并行管道动力响应分析

安全与环境学报 2024年

作者：陈利琼赖欣胡洪宣马如飞刘思汉彭川西南石油大学石油与天然气工程学院国家管网集团西南管道有限责任公司

为研究输气管道泄漏爆炸对并行管道动力响应的影响，基于气云爆炸过程，利用ANSYS软件建立了三硝基甲苯（trinitrotoluene，TNT）–空气–土体–管道有限元模型，分析了并行间距、壁厚、管径三个参数对并行管道动力响应的影响，并进行... 详细信息

为研究输气管道泄漏爆炸对并行管道动力响应的影响，基于气云爆炸过程，利用ANSYS软件建立了三硝基甲苯（trinitrotoluene，TNT）–空气–土体–管道有限元模型，分析了并行间距、壁厚、管径三个参数对并行管道动力响应的影响，并进行了敏感性分析。结果表明：目标管道的最大等效应力随管径增加而增加，随并行间距、壁厚的增加而减小；输气管道泄漏爆炸时，并行间距对管道动力响应的影响最大，其次是管径和壁厚；在相应模拟工况下，原油管道的安全并行间距为6.18 m，安全管径为742 mm，安全壁厚为26.4 mm。从安全生产的角度考虑，埋地管道并行敷设时，应首先考虑增大管道并行间距以保证管道安全运行，其次为减小管道管径、增大管道壁厚。研究结果可为并行长输管道的安全评估提供参考。

关键词：安全工程并行管道管道失效气云爆炸 ANSYS软件

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输气管道气电混合动力漏磁检测器研制与应用

油气储运 2024年第4期43卷 432-438页

作者：殷存志王佳良刘冬羊张超王路胡艳春国家管网集团联合管道有限责任公司北方哈尔滨输油气分公司

【目的】针对传统空压机动力源漏磁检测器在新建及低流量、零输量等长输天然气管道中难以适用的问题,研制一种气电混合动力漏磁检测器,并对其技术优势进行分析与验证。【方法】根据检测器在气体管道中行进的普遍原理,基于传统空压机动... 详细信息

【目的】针对传统空压机动力源漏磁检测器在新建及低流量、零输量等长输天然气管道中难以适用的问题,研制一种气电混合动力漏磁检测器,并对其技术优势进行分析与验证。【方法】根据检测器在气体管道中行进的普遍原理,基于传统空压机动力源漏磁检测器实施管道内检测时的运行状态分析,提出气电混合动力内检测器在管道中行进的动力学模型,在漏磁检测器中额外增加电机主动驱动功能,使检测器在鼓风机和自有动力下行进,若遇阻力突变区,电机介入工作,规避了检测器卡堵憋压、发生气爆而高速行进等问题,同时保证其在管道中的通行性。【结果】气电混合动力漏磁检测器在中俄东线天然气管道工程大庆—哈尔滨(大哈)支线实施投产前内检测,在全长52 km的管道中共检测出各类特征6930处,并对其中1处金属损失进行开挖验证,缺陷里程、类型、地面定位信息、长度、宽度、深度、时钟位置等各项检测数据均符合相关标准要求。【结论】气电混合动力漏磁检测器采用鼓风机和自有动力作为行进动力具有明显优势,在实际工程应用中表现出较好的安全性、动力性及数据稳定性:低压低流鼓风机避免了空压机产生高压气体带来的安全隐患;速度可控使检测器可以匀速前进,保障了采集数据质量和检测精度;气动和电动双重动力作用下,检测器更快速通过穿跨越、弯头等较易卡堵位置,降低了检测器卡堵风险;若能在降低制造成本及系统复杂性、提高电池电量续航能力等方面有所改进,则其应用前景更加广阔。(图6,表2,参21)

关键词：长输天然气管道管道漏磁检测气电混合动力驱动

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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

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

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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

西南山区并行油气管道阴极保护系统之间的干扰因素与规律

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腐蚀与防护 2024年第2期45卷 97-102页

作者：王爱玲国家管网集团西南管道有限责任公司成都610000 中国石油大学(华东) 青岛266580

以西南山区并行油气管道阴极保护系统之间干扰为研究对象,采用BEASY软件模拟计算了多种因素对管道阴极保护系统之间干扰的影响,并通过现场跨接缓解管道干扰。结果表明:并行管道阴极保护系统间的干扰随管道并行间距的增大呈逐渐减小的趋... 详细信息

以西南山区并行油气管道阴极保护系统之间干扰为研究对象,采用BEASY软件模拟计算了多种因素对管道阴极保护系统之间干扰的影响,并通过现场跨接缓解管道干扰。结果表明:并行管道阴极保护系统间的干扰随管道并行间距的增大呈逐渐减小的趋势;当受干扰管道的涂层破损率较大时,管道电位负向偏移明显;并行管道阴极保护系统间的干扰程度随土壤电阻率的增大而增大,且电位偏移呈边界递减趋势;跨接能有效提升阴极保护水平较差管线的保护效果,降低并行管道之间的干扰程度。

关键词：并行管道数值模拟干扰程度跨接

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含表面双裂纹的钻杆管体断裂性能研究

应用力学学报 2024年第3期41卷 516-523页

作者：张智亮林莹莹钱光阳李文军李安军西南石油大学机电工程学院成都610500 四川中利源建设工程有限公司成都610044 国家管网集团西南管道有限责任公司成都610213 中国石油乌鲁木齐石化分公司乌鲁木齐831400 国家管网集团西部管道有限责任公司乌鲁木齐831400

钻杆刺漏是钻杆在服役过程中最常见的失效形式,而钻杆表面裂纹的扩展是钻杆发生刺漏的直接原因。为更有效地评估钻杆表面含有多条裂纹时的安全性能,以某超深直井G105钻杆井口段为研究对象,建立管体外表面双裂纹有限元模型,分析了拉扭载... 详细信息

钻杆刺漏是钻杆在服役过程中最常见的失效形式,而钻杆表面裂纹的扩展是钻杆发生刺漏的直接原因。为更有效地评估钻杆表面含有多条裂纹时的安全性能,以某超深直井G105钻杆井口段为研究对象,建立管体外表面双裂纹有限元模型,分析了拉扭载荷下裂纹间距、次裂纹尺寸以及走向对环向主裂纹前缘J积分的影响。结果表明:轴向排列的环向次裂纹是相对最安全的,可大幅消减钻杆主裂纹前缘的J积分;环向排列的环向次裂纹相对最危险,可大幅增大钻杆主裂纹前缘的J积分;轴向次裂纹可增大钻杆主裂纹前缘或部分前缘的J积分,但增幅相对环向排列的环向次裂纹来说要微弱得多。次裂纹对主裂纹前缘J积分的影响强度随两裂纹间距的增大或次裂纹尺寸的减小而减小。因此在对含表面双裂纹的钻杆进行分析时,在次裂纹尺寸较大且距离较近的情况下应考虑次裂纹的影响;在次裂纹尺寸较小或距离较远时则可忽略次裂纹,将模型简化为单裂纹钻杆模型进行分析。

关键词：钻杆双裂纹 J积分安全评估

单条通用性天然气管线能耗计算软件的开发与应用

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石油天然气学报 2024年第2期46卷 141-149页

作者：赵蔚蓝顾为李天俊国家管网集团西南管道有限责任公司重庆输油气分公司重庆

近年来,有许多长输天然气管道建成并投运,这使得单条天然气管道的研究具有一定的价值,而最低能耗一直是管道企业追求的目标。本文研究了单条天然气管道的最优能耗问题,主要是在稳态的基础上进行优化,优化目标就是使得压气站的总能耗最... 详细信息

近年来,有许多长输天然气管道建成并投运,这使得单条天然气管道的研究具有一定的价值,而最低能耗一直是管道企业追求的目标。本文研究了单条天然气管道的最优能耗问题,主要是在稳态的基础上进行优化,优化目标就是使得压气站的总能耗最低。优化方案通过两级优化完成,即管道级优化和站场级优化。本文采用改进的动态规划方法和枚举算法结合完成优化工作,并用Visual ***开发了软件。本文以陕京二线管道为例,利用软件对各种工况进行了优化。研究发现:该软件能够较准确地计算出最优结果;输出量越接近设计输入,与实际相比节省的空间越小;需要考虑运输成本和能源消耗,选择合适的价值,才能实现最大效益。

关键词：天然气管道能耗开发应用