油气管道悬空检测仿真模拟与实验分析

发布时间：2020-05-24 03:36

【摘要】：管道输送是目前长距离输送气体和液体物资最经济、有效的方式,广泛地应用于石油、天然气资源的跨区域输送。为了避免管道受到伤害,一般将其以一定深度埋于地下。但是由于地壳运动、自然侵蚀、人工作业等原因,会导致管道出现悬空的情况,这会给管道带来巨大的安全隐患。目前多采用管道外检测方法辨识管道悬空情况,其检测结果容易受到管外复杂环境的影响,并且常常存在着效率低、成本高、作业周期长等特点。本文针对敷设管道悬空检测问题研究了一种管内检测方法,该方法通过管内主动激励方式对管道内壁进行激振,通过分析管道敷设段和悬空段的振动响应差异对管道悬空情况进行辨识。由于是管道内检测作业、激励信号可控且管内一次作业即可检测管道悬空情况,因此可以有效规避管道外检测作业所存在的问题,检测优势明显。本文基于弹性地基梁理论分析了管道与土壤的耦合特性,根据管道在不同敷设环境下可能出现的悬空情况进行了仿真模拟,用ADAMS软件进行了频响函数分析和模态分析,分析了管道在不同状态下的动力学响应,对管道是否出现悬空段进行了定性判断,总结了管道悬空段的长度和支撑介质的硬度对频率响应函数的影响规律,得出了内检测管道悬空的辨识特征并进行了实验验证。
【图文】：

海床管道完全淹埋 局部掩埋 在海床表面图 1.2 管道与土壤的三种接触状态Fig. 1.2 Thre e contact s tate s be twe e n pipe line and s e abe d一般埋地管道的三种状态，正常敷设段管道为完全掩埋状态，如图 1.2 所示。但是，地形不规则所形成的管跨现象普遍存在，管跨形式和管跨长度多种多样，这些主要与管道铺设的路径、土体参数、环境参数等因素密切相关[9]，常见的几种管道敷设地形示意图如图 1.3 所示。

管道悬空外检测不会对管道造成任何损伤，可靠性较高，，但受到地理环境的影响，存在效率低、检测成本高的缺点，成熟的管道外检测技术包括：（1）人工巡线人工巡线的方法是通过专人巡线排查来进行检测，海底管道是通过潜水员进行水下作业，对海底管道进行探查，这种方法可以直观的发现管道裸露情况，但由于受到潜水深度的影响，该方法只适用于浅海，且存在劳动强度大、效率低的缺点。（2）水下 ROV 检测ROV 检测类似于人工巡线摸查，只是把潜水员换成 ROV，如图 1.4 所示。ROV上搭载有高清摄像头，通过水面人员远程操控机器人进行水下探查作业，把探查到的水下情况通过影像实时地呈现在屏幕上，其作业方式一般是巡线航行检测，遇到可疑故障地点会悬停进行仔细排查。水下机器人受水压约束较小，在设备搭载能力和安全性方面优于人工摸查，其缺点是受海底环境制约，对海况要求较高、成本较高。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE973.6

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本文编号：2678396