北京地区燃气调压站管道冻胀特性及优化设计研究
发布时间：2022-10-05 21:03
随着天然气输气量的大幅提高,管道全线压力不断提升,燃气输气管道的冻胀问题逐渐受到广泛关注。在燃气输气管道经过调压站节流后,地下埋地管道常会低于0℃运行,该低温造成管道周围土体水分冻结成冰,使土体体积膨胀,即出现冻胀现象。燃气调压站管道在冻胀现象的影响下会出现形变失效问题,极易危及管道运行安全,造成重大的经济损失。在工程设计阶段,应根据具体工程性质,采用合理方法对可能引起的土体冻胀现象及冻胀现象对管道的作用效果进行分析,以便于实际施工过程中采取适宜的实施方案和相应的冻胀预防措施,将管道运行风险降到最低。鉴于此,本文采用理论分析和数值模拟相结合的研究手段,对已有的管土结构冻胀理论进行了系统性的梳理,并结合实际工程及气候数据,对土体的冻胀规律及冻胀对管道的影响进行深入分析。此外,考虑了防治冻胀的管道外表面温度限定条件,给出了低温燃气埋地管道的冻胀治理方案,给冻胀的防治提供了一定的理论指导。主要研究内容及成果如下:（1）基于对气体绝热节流过程的理论研究,采取理论计算方法预测天然气经调压器绝热节流后的出口温度和绝热节流系数,并结合北京地区城市调压站调压范围,对不同调压压力下的天然气温降、节流规律...
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 冻胀对埋地燃气管道的主要影响形式
1.3 管土结构冻胀变形研究现状
1.3.1 国外研究状况
1.3.2 国内研究状况
1.4 管土结构冻胀治理方法
1.5 本文的主要研究方法与内容
第2章 调压器内天然气节流过程分析
2.1 调压器简介
2.1.1 调压器的基本构成元件
2.1.2 常用调压器的工作原理
2.1.3 调压器的气质来源
2.2 天然气绝热节流过程理论研究
2.2.1 天然气绝热节流过程的温度效应
2.2.2 天然气绝热节流系数的计算方法
2.3 压力调节对调压器内天然气绝热节流参数的影响
2.3.1 调节入口压力
2.3.2 调节出口压力
2.3.3 节流压差分析
2.4 计算的结果验证
2.5 本章小结
第3章 管土结构冻胀变形分析方法与建模
3.1 管土结构冻结的理论分析模型
3.2 管土结构冻结的水热耦合数学分析模型
3.2.1 土体冻结温度场的基本方程
3.2.2 水分迁移方程
3.2.3 水热耦合迁移方程
3.2.4 定解条件
3.2.5 水热耦合迁移方程的有限元求解
3.3 管土结构冻胀的水热力耦合数学分析模型
3.3.1 冻土的冻胀变形特征
3.3.2 管土结构冻胀的水热力耦合数学分析模型
3.4 管土结构冻胀变形的ABAQUS用户子程序实现
3.5 本章小结
第4章 调压后埋地燃气管道冻胀数值模拟分析
4.1 计算模型
4.2 模型材料及参数
4.3 定解条件
4.4 管道周围土体冻胀特性
4.4.1 温度场分析
4.4.2 水分场分析
4.4.3 应力场分析
4.4.4 位移场分析
4.5 管道位移场分析
4.6 数值模拟与理论分析方法结果的对比
4.7 本章小结
第5章 低温埋地燃气管道防冻胀优化设计研究
5.1 保温层法
5.1.1 保温材料选择
5.1.3 保温效果对比分析
5.2 电伴热法
5.2.1 电伴热方式选择
5.2.2 电伴热效果对比分析
5.3 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]季节冻土地区阴阳坡路基温度场及变形发育数值模拟[J]. 王威娜,秦煜,李小飞,陈辉强,王迪. 公路交通科技. 2017(02)
[2]干气密封的实际气体焦耳-汤姆逊效应分析[J]. 邓成香,宋鹏云,马爱琳. 化工学报. 2016(09)
[3]燃气高压场站典型管材的韧脆转变温度及其影响因素[J]. 吴波,高光艳,孙明烨,李夏喜,王修云. 理化检验(物理分册). 2016(06)
[4]燃气站点埋地管道变形的数值分析[J]. 苏文献,邓蕾,李旭,邬晓敏. 石油矿场机械. 2016(02)
[5]冻土水热耦合方程及数值模拟研究[J]. 白青波,李旭,田亚护,房建宏. 岩土工程学报. 2015(S2)
[6]基于冻土正交各向异性冻胀变形的隧道冻结期地层位移数值分析[J]. 蔡海兵,程桦,姚直书,王翰. 岩石力学与工程学报. 2015(08)
[7]寒冷地区铁路客运专线路基温度场数值模拟[J]. 韩铠屹,罗承平,刘源. 武汉大学学报(工学版). 2015(02)
[8]严寒地区村镇给水管道周围土壤温度场的数值模拟[J]. 白莉,王炎,刘晓龙. 吉林建筑工程学院学报. 2014(03)
[9]人工冻结法单管冻结引起周围土体温度场变化的研究[J]. 王志良,申林方,谢建斌. 现代隧道技术. 2014(01)
[10]修改的BWRS状态方程[J]. 苑伟民. 石油工程建设. 2012(06)
博士论文
[1]北京市浅层地温能开发利用地质环境影响评价参数研究[D]. 于湲.中国地质大学（北京） 2014
[2]地铁隧道水平冻结工程地层冻胀融沉的预测方法及工程应用[D]. 蔡海兵.中南大学 2012
硕士论文
[1]高海拔多年冻土区埋地式输气管道周围土体温度场及管—土热力耦合数值计算[D]. 吴亚飞.兰州交通大学 2017
[2]基于节流效应的天然气管道温降分析[D]. 吴欣雨.北京建筑大学 2016
[3]冻土膨胀对调压站管线应力变化影响分析[D]. 李世龙.首都经济贸易大学 2014
[4]膨胀土路堤长期稳定性数值分析[D]. 郭鹏.西安建筑科技大学 2013
[5]冻土水热力三场耦合的衬砌渠道冻胀数值模拟研究[D]. 王文杰.西北农林科技大学 2013
[6]地铁联络通道水平冻结土体冻胀和温度场的研究[D]. 张学臣.山东科技大学 2008
本文编号：3686503
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 冻胀对埋地燃气管道的主要影响形式
1.3 管土结构冻胀变形研究现状
1.3.1 国外研究状况
1.3.2 国内研究状况
1.4 管土结构冻胀治理方法
1.5 本文的主要研究方法与内容
第2章 调压器内天然气节流过程分析
2.1 调压器简介
2.1.1 调压器的基本构成元件
2.1.2 常用调压器的工作原理
2.1.3 调压器的气质来源
2.2 天然气绝热节流过程理论研究
2.2.1 天然气绝热节流过程的温度效应
2.2.2 天然气绝热节流系数的计算方法
2.3 压力调节对调压器内天然气绝热节流参数的影响
2.3.1 调节入口压力
2.3.2 调节出口压力
2.3.3 节流压差分析
2.4 计算的结果验证
2.5 本章小结
第3章 管土结构冻胀变形分析方法与建模
3.1 管土结构冻结的理论分析模型
3.2 管土结构冻结的水热耦合数学分析模型
3.2.1 土体冻结温度场的基本方程
3.2.2 水分迁移方程
3.2.3 水热耦合迁移方程
3.2.4 定解条件
3.2.5 水热耦合迁移方程的有限元求解
3.3 管土结构冻胀的水热力耦合数学分析模型
3.3.1 冻土的冻胀变形特征
3.3.2 管土结构冻胀的水热力耦合数学分析模型
3.4 管土结构冻胀变形的ABAQUS用户子程序实现
3.5 本章小结
第4章 调压后埋地燃气管道冻胀数值模拟分析
4.1 计算模型
4.2 模型材料及参数
4.3 定解条件
4.4 管道周围土体冻胀特性
4.4.1 温度场分析
4.4.2 水分场分析
4.4.3 应力场分析
4.4.4 位移场分析
4.5 管道位移场分析
4.6 数值模拟与理论分析方法结果的对比
4.7 本章小结
第5章 低温埋地燃气管道防冻胀优化设计研究
5.1 保温层法
5.1.1 保温材料选择
5.1.3 保温效果对比分析
5.2 电伴热法
5.2.1 电伴热方式选择
5.2.2 电伴热效果对比分析
5.3 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]季节冻土地区阴阳坡路基温度场及变形发育数值模拟[J]. 王威娜,秦煜,李小飞,陈辉强,王迪. 公路交通科技. 2017(02)
[2]干气密封的实际气体焦耳-汤姆逊效应分析[J]. 邓成香,宋鹏云,马爱琳. 化工学报. 2016(09)
[3]燃气高压场站典型管材的韧脆转变温度及其影响因素[J]. 吴波,高光艳,孙明烨,李夏喜,王修云. 理化检验(物理分册). 2016(06)
[4]燃气站点埋地管道变形的数值分析[J]. 苏文献,邓蕾,李旭,邬晓敏. 石油矿场机械. 2016(02)
[5]冻土水热耦合方程及数值模拟研究[J]. 白青波,李旭,田亚护,房建宏. 岩土工程学报. 2015(S2)
[6]基于冻土正交各向异性冻胀变形的隧道冻结期地层位移数值分析[J]. 蔡海兵,程桦,姚直书,王翰. 岩石力学与工程学报. 2015(08)
[7]寒冷地区铁路客运专线路基温度场数值模拟[J]. 韩铠屹,罗承平,刘源. 武汉大学学报(工学版). 2015(02)
[8]严寒地区村镇给水管道周围土壤温度场的数值模拟[J]. 白莉,王炎,刘晓龙. 吉林建筑工程学院学报. 2014(03)
[9]人工冻结法单管冻结引起周围土体温度场变化的研究[J]. 王志良,申林方,谢建斌. 现代隧道技术. 2014(01)
[10]修改的BWRS状态方程[J]. 苑伟民. 石油工程建设. 2012(06)
博士论文
[1]北京市浅层地温能开发利用地质环境影响评价参数研究[D]. 于湲.中国地质大学（北京） 2014
[2]地铁隧道水平冻结工程地层冻胀融沉的预测方法及工程应用[D]. 蔡海兵.中南大学 2012
硕士论文
[1]高海拔多年冻土区埋地式输气管道周围土体温度场及管—土热力耦合数值计算[D]. 吴亚飞.兰州交通大学 2017
[2]基于节流效应的天然气管道温降分析[D]. 吴欣雨.北京建筑大学 2016
[3]冻土膨胀对调压站管线应力变化影响分析[D]. 李世龙.首都经济贸易大学 2014
[4]膨胀土路堤长期稳定性数值分析[D]. 郭鹏.西安建筑科技大学 2013
[5]冻土水热力三场耦合的衬砌渠道冻胀数值模拟研究[D]. 王文杰.西北农林科技大学 2013
[6]地铁联络通道水平冻结土体冻胀和温度场的研究[D]. 张学臣.山东科技大学 2008
本文编号：3686503
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