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基于ARIMA-LEAP模型的中国钢铁行业二氧化碳排放特征和减排路径研究

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中国环境科学 2024年

作者：陈浩胡静茹王寿兵张挺峰方锴宝钢工程技术集团有限公司复旦大学环境科学与工程系

钢铁行业作为传统高污染、高耗能行业，其能源消耗占中国总能源消耗的15%以上。在中国实施碳达峰和碳中和战略目标背景下，研究钢铁行业二氧化碳(CO2)排放特征和减排路径意义重大。为了消除对于未来粗钢、钢材以及生铁产量预测主观性，... 详细信息

钢铁行业作为传统高污染、高耗能行业，其能源消耗占中国总能源消耗的15%以上。在中国实施碳达峰和碳中和战略目标背景下，研究钢铁行业二氧化碳(CO2)排放特征和减排路径意义重大。为了消除对于未来粗钢、钢材以及生铁产量预测主观性，基于时间序列中的ARIMA模型，对未来相关产量进行客观预测，构建了中国钢铁行业ARIMA-LEAP模型，并以2020年为基准年，每5年为时间节点，研究了2020-2030年中国钢铁行业不同情景下全流程及各工序的CO2排放情况。在技术进步中考虑了氢还原炼铁技术，在能源结构调整中考虑了发电方式调整，在此基础上分别设置了4种单一情景和4种组合情景来研究其减排潜力。结果表明，4种组合情景下的含有规模减排的3种组合情景CO2减排潜力均高于单一情景。单一情景中相较于基准情景CO2减排量由高到低依次为：规模减排情景(SUR)、结构减排情景(STR)、技术减排情景(TAR)。借助LEAP模型的能源核算以及CO2排放核算功能，研究了综合减排情景下2020-2030年不同工序，不同能源的CO2排量，确定了中国钢铁行业CO2排放特征。对技术减排以及结构减排成本进行简单比较，制定中国钢铁行业CO2减排路径。

关键词： LEAP模型钢铁行业 CO 排放特征减排路径情景分析

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不同老化方式下新旧沥青的扩散融合

建筑材料学报 2024年第2期27卷 121-131页

作者：李秀君董力铭孙悦张恒赵麟昊上海理工大学环境与建筑学院上海200093 上海力进铝制工程有限公司上海200030 浙江致欣检测技术有限公司浙江嘉兴314000

分别制备了热氧老化沥青和热氧-紫外老化沥青,构建了新、旧沥青双层扩散模型,并且通过相对浓度与扩散系数的模拟计算、拉拔试验与荧光显微镜试验研究了新、旧沥青扩散融合程度与温度、沥青四组分的关系.结果表明:热氧-紫外老化沥青更不... 详细信息

分别制备了热氧老化沥青和热氧-紫外老化沥青,构建了新、旧沥青双层扩散模型,并且通过相对浓度与扩散系数的模拟计算、拉拔试验与荧光显微镜试验研究了新、旧沥青扩散融合程度与温度、沥青四组分的关系.结果表明:热氧-紫外老化沥青更不易与基质沥青扩散融合,与基质沥青的黏附性较差;在10~40℃内,新、旧沥青能够快速扩散融合,超过40℃后,升高温度对扩散融合的促进作用逐渐减小,且对热氧-紫外老化沥青与基质沥青的扩散融合促进作用的减小速率更大;沥青四组分扩散系数的大小顺序依次为:饱和分>芳香分≥胶质>沥青质,经紫外老化后,四组分的扩散系数均有所下降,沥青质的降幅最大.

关键词：道路工程新旧沥青双层扩散模型分子动力学老化沥青相对浓度扩散系数拉拔试验

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铜箔衬底对化学气相沉积法制备石墨烯的影响

材料导报 2024年第13期38卷 173-177页

作者：王云鹏刘宇宁王同波张嘉凝莫永达娄花芬中国铜业工程技术研究院北京102209 昆明冶金研究院有限公司北京分公司北京102209 中铝科学技术研究院有限公司北京102209

化学气相沉积法(CVD)制备石墨烯用的铜箔往往要求其表面平整、具有较大晶粒、大面积的Cu(111)晶面取向。本研究采用不同厚度的商用压延铜箔与电解铜箔为衬底,对比分析了铜箔表面形貌、晶粒尺度与Cu(111)面的差异,并探讨了在相同条件下... 详细信息

化学气相沉积法(CVD)制备石墨烯用的铜箔往往要求其表面平整、具有较大晶粒、大面积的Cu(111)晶面取向。本研究采用不同厚度的商用压延铜箔与电解铜箔为衬底,对比分析了铜箔表面形貌、晶粒尺度与Cu(111)面的差异,并探讨了在相同条件下两类铜箔对生长石墨烯的影响。研究表明,电解铜箔的表面粗糙度在预处理与退火后均大于压延铜箔。压延铜箔由于经历变形,退火处理后晶粒尺寸为37μm,Cu(111)面比例约40%,电解铜箔退火后晶粒尺寸约为24μm,Cu(111)面比例约为28%,压延铜箔优于电解铜箔。CVD制备石墨烯后发现压延铜箔上生长的石墨烯岛的面积大于电解铜箔,石墨烯缺陷要少于电解铜箔,即相同制备条件与相同厚度下压延铜箔上制备的石墨烯质量优于电解铜箔上制备的石墨烯。

关键词：电解铜箔压延铜箔化学气相沉积法石墨烯

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天然气管道掺氢输送相容性研究现状

材料导报 2024年第12期38卷 128-134页

作者：赵茜邢云颖王修云杨芝乐张雷北京科技大学新材料技术研究院北京100083 安科工程技术研究院(北京)有限公司北京102200

氢能作为一种零碳排的清洁能源,是推动中国能源转型的重要力量。其中,管道输送既可以充分解决弃电消纳难题,促进低碳经济发展,还是氢能源长距离运输的最为经济的输送方式。目前国内的掺氢管道工程经验相对较少,且多为低压低钢级管道,在... 详细信息

氢能作为一种零碳排的清洁能源,是推动中国能源转型的重要力量。其中,管道输送既可以充分解决弃电消纳难题,促进低碳经济发展,还是氢能源长距离运输的最为经济的输送方式。目前国内的掺氢管道工程经验相对较少,且多为低压低钢级管道,在掺氢输送管道管材的设计和评价方面还没有形成统一的认识。本文系统总结了国内外关于天然气管道掺氢输送的研究进展,阐述了掺氢输送的可行性和面临的主要挑战,重点梳理了标准中提到的管材拉伸性能、断裂韧性、疲劳性能等几项关键性能指标,并根据掺氢管道的性能测试结果,讨论分析了掺氢对天然气管道相容性的影响,为天然气管道掺氢的发展研究提供参考。

关键词：气相氢环境天然气管道管材氢压氢脆敏感性相容性研究

四川盆地双鱼石区块特深井井身结构设计与适用性评价研究

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钻采工艺 2024年第2期47卷 83-92页

作者：许期聪付强周井红陈宽万夫磊中国石油川庆钻探工程技术有限公司钻采工程技术研究院国家能源高含硫开采研发中心中国石油川庆钻探工程技术有限公司工程技术部中国石油西南油气田分公司

四川盆地双鱼石区块震旦系特深井存在5个套管必封点和2个复杂风险点,井身结构设计存在较大难度。文章在调研国内外已钻特深井井身结构情况的基础上,分析认为双鱼石震旦系特深井所需套管层序多、强度高,现有国内外特深井井身结构方案无... 详细信息

四川盆地双鱼石区块震旦系特深井存在5个套管必封点和2个复杂风险点,井身结构设计存在较大难度。文章在调研国内外已钻特深井井身结构情况的基础上,分析认为双鱼石震旦系特深井所需套管层序多、强度高,现有国内外特深井井身结构方案无法在双鱼石区块震旦系特深井直接应用,需要自主研发。根据国内外现有钻井技术条件,文章建立了2套不使用膨胀管的适合特深井的套管和钻头尺寸匹配模型,并结合邻区钻探经验和本区块的地质特征,设计出适合双鱼石震旦系特深井的井身结构方案;然后对该井身结构开展了套管柱强度校核、水力学、钻柱力学及钻机作业能力的评价,对现有部分套管、钻杆等不满足安全钻井要求的情况,优化设计定制了专用套管、钻杆。研究结果表明,使用该套井身结构方案,作业过程中钻机负荷最大为6 856 kN,现有ZJ120型钻机及配套的70 MPa钻井泵可满足施工需求,配套设计的套管、钻柱、水力参数满足井下安全作业的需求,具有可实施性,可为国内相似区块的特深层勘探开发提供技术参考。

关键词：双鱼石区块特深井井身结构设计适用性评价

P-GMAW起弧过程特征分析及稳定性判别方法

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焊接学报 2024年第6期45卷 53-60,67页

作者：刘文吉张亚丰王克宽岳建锋孙勇天津工业大学机械工程学院天津300387 中国石油集团工程技术研究有限公司天津300451

脉冲熔化极气体保护焊(pulsed gas metal arc welding,P-GMAW)起弧过程易产生不稳定现象,会严重影响电弧传感焊缝跟踪精度.针对这一问题,对摆动电弧窄间隙P-GMAW不稳定起弧过程的成因进行了研究,发现送丝速度对起弧过程稳定性具有重要影... 详细信息

脉冲熔化极气体保护焊(pulsed gas metal arc welding,P-GMAW)起弧过程易产生不稳定现象,会严重影响电弧传感焊缝跟踪精度.针对这一问题,对摆动电弧窄间隙P-GMAW不稳定起弧过程的成因进行了研究,发现送丝速度对起弧过程稳定性具有重要影响.通过对电弧图像与电信号特征进行对比分析,提取了表征电弧稳定性的电信号特征变量;为减小变量冗余性和过拟合,采用最大似然估计法筛选并提取了8个变量,并通过主成分分析法(principal component analysis,PCA)对变量进行融合,提取了方差贡献率最高的前两个主成分;根据因子载荷发现,相比熔滴过渡阶段和基值阶段,脉冲峰值阶段是电弧更易发生不稳定现象的阶段.结合提取的主成分变量与二分类Logistic回归模型建立了起弧过程电弧稳定性判别模型.通过受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线得到了模型的最佳阈值.结果表明,该模型对脉冲稳定性判别准确率达到了80%以上,表明模型具有良好的判别性能.该模型对提高窄间隙高低跟踪精度、保证焊接质量具有一定应用价值.

关键词：窄间隙焊接起弧过程稳定性主成分分析二分类Logistic回归

共用地下连续墙的双侧基坑近接开挖对地铁车站位移变形的影响

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济南大学学报(自然科学版) 2024年

作者：刘挽群刘燕刘勇杨帆张树明颜波济南大学土木建筑学院山东尚邦建设集团有限公司济南鼎汇土木工程技术有限公司山东三箭建设工程股份有限公司

为了探讨与地铁车站共用地下连续墙的双侧基坑近接开挖的不同开挖工序对地铁车站产生的位移变形，以济南市某共用地铁车站地下连续墙的双侧基坑工程为例，利用该工程中双侧基坑的三维有限元模型与现场监测相结合的方法，设计4类共7种双... 详细信息

为了探讨与地铁车站共用地下连续墙的双侧基坑近接开挖的不同开挖工序对地铁车站产生的位移变形，以济南市某共用地铁车站地下连续墙的双侧基坑工程为例，利用该工程中双侧基坑的三维有限元模型与现场监测相结合的方法，设计4类共7种双侧基坑近接开挖工序，根据双侧基坑近接开挖导致的地铁车站的位移变形筛选最优开挖工序，并根据双侧基坑围护结构与地铁车站的位移变形验证最优开挖工序。结果表明：双侧基坑近接开挖工序对地铁车站的位移变形的影响显著，4类开挖工序按照导致地铁车站产生的位移变形由大到小的顺序为先后开挖、分层交替开挖、同步分层开挖、均衡开挖量交替开挖，相较于其他开挖工序，均衡开挖量交替开挖工序对地铁车站的位移变形影响显著减小；当近接开挖与地铁车站共用地下连续墙的双侧基坑且开挖面积差异较大时，在确保双侧基坑近接开挖导致地铁车站位移变形尽可能小的前提下，最优开挖工序为工序5，即同步开挖基坑A第1层和基坑B与开挖基坑A至坑底交替开挖。

关键词：近接开挖最优开挖工序数值模拟双侧基坑现场监测位移变形地铁车站共用地下连续墙

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柔性声学超材料及其低频消声特性

振动与冲击 2024年第12期43卷 65-71页

作者：陈桂涛李营陈创张晏晴吕海峰中北大学机械工程学院太原030051 山东英伟电子技术有限公司济南250101

为实现高速飞车舱内低频噪声控制,提出了一种基于Helmholtz共振效应的柔性声学超材料。通过理论分析Helmholtz腔的消声机理,利用COMSOL软件对比分析腔体单元、阵列结构的消声特性;通过声固耦合模块模拟柔性超材料的消声性能。参数化地... 详细信息

为实现高速飞车舱内低频噪声控制,提出了一种基于Helmholtz共振效应的柔性声学超材料。通过理论分析Helmholtz腔的消声机理,利用COMSOL软件对比分析腔体单元、阵列结构的消声特性;通过声固耦合模块模拟柔性超材料的消声性能。参数化地研究了柔性声学超材料共振频率的变化规律,并分析了柔性超材料在不同变形程度下的消声特性。提出分部拔模的浇注工艺制备了柔性声学超材料样件,利用四传感器的测试原理测量样件的传递损失。研究结果表明,柔性声学超材料的测试、仿真结果均在300 Hz处存在一个传递损失峰,表现出了低于理论模型的Helmholtz共振频率及良好的低频噪声控制效果,同时柔性材料可避免因惯性对安装环境造成冲击,适用于曲面环境,在工程领域具有较好的应用前景。

关键词：低频噪声柔性超材料 Helmholtz效应有限元分析传递损失

深井超深井大尺寸井眼钻具疲劳失效分析与防控

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天然气工业 2024年第6期44卷 74-86页

作者：马勇张佳伟范宇黄洪春邹灵战卓鲁斌邢星李洪刘斌中国石油西南油气田公司中国石油集团工程技术研究院有限公司中国石油西南油气田公司工程技术研究院中国石油青海油田公司钻采工艺研究院

地球深部蕴藏着丰富的油气资源,随着深井超深井钻井数量的递增,钻具失效(断钻具、钻具刺漏)事故呈现逐年递增趋势。为进一步明确深井超深井大尺寸井眼钻具失效原因、减少钻具失效事故,梳理了近年来中国石油西部三大油田钻具失效情况及特... 详细信息

地球深部蕴藏着丰富的油气资源,随着深井超深井钻井数量的递增,钻具失效(断钻具、钻具刺漏)事故呈现逐年递增趋势。为进一步明确深井超深井大尺寸井眼钻具失效原因、减少钻具失效事故,梳理了近年来中国石油西部三大油田钻具失效情况及特征,并以西部油田某口典型超深井?444.50 mm井眼连续5次断钻具事故为对象开展原因分析。首先基于弹性动力学密哈顿原理(Hamilton’s principle)和纽马克方法(Newmark-β)建立了钻具动力学模型,结合雨流法和Miner疲劳损伤累积理论实现对钻具运动、受力及疲劳寿命的定量评价,并验证了模型的准确性,最后提出了大尺寸井眼预防断钻具配套工艺措施。研究结果表明:(1)深井超深井中钻具失效主要发生在上部大尺寸井段,失效位置多集中在下部钻具接头或本体尺寸较小的薄弱位置;(2)因钻具横向振动诱发高频弯曲应力是导致钻具疲劳失效的主要因素,持续剧烈的横向振动在数小时内会导致钻具疲劳失效;(3)提高下部钻具组合刚度、使用“高钻压+低转速”参数钻进有助于降低钻具横振强度;(4)因钻具组合刚度偏小、钻井参数不合理导致下部钻具剧烈横向振动,叠加“中性点”在钻具接头及本体尺寸较小等薄弱位置反复交替,是典型案例井连续断钻具的直接原因。结论认为,建立的模型可以定量评估钻具疲劳失效情况,提出的预防措施可为深井超深井大尺寸井眼预防钻具失效提供技术参考。

关键词：深井超深井大尺寸井眼钻柱动力学横向振动高频弯曲应力疲劳失效防控措施