液化区埋地天然气管道上浮反应及抗震措施研究

发布时间：2020-09-10 09:20

　　 砂土液化是强震区危害管道的主要现象之一,常发生在地下水位高的松散砂质沉积地层内,位于液化区的埋地天然气管道会出现上浮现象,严重时管道因发生的弯曲变形较大而失效,对国民经济和人民生命财产的安全造成威胁。因此,建立正确的液化区埋地天然气管道上浮反应模型,分析管道上浮反应规律,提出抗震措施,对液化区埋地输气管线的治理和抗震设计具有重要意义。本文主要研究内容如下:(1)调研国内外地震液化区埋地管线上浮反应分析方法,总结前人在理论分析和试验研究方面取得的成果与不足。分析地震灾害对管道的危害,对砂土液化机理进行研究,确定砂土液化判别方式,分析液化影响因素,建立液化区埋地天然气管道失效判断准则。(2)基于非线性有限元理论和壳体理论,考虑管道内压作用和非完全液化区影响,利用ANSYS Workbench建立液化区埋地天然气管道上浮反应有限元模型。管道选用4节点三维壳单元,非液化土体采用三维实体单元,液化区管土作用采用土弹簧模型,并利用前人研究成果对所建有限元模型进行验证。通过实例计算分析,研究液化区埋地天然气管道上浮反应过程中位移、轴向应变和von Mises应力的变化。(3)以液化区埋地天然气管道为研究对象,分析液化区长度、非完全液化区长度、管径、管道壁厚、材质、管道埋深、管道所受轴力、管输天然气压力等参数对埋地管道力学行为的影响,根据所得规律,提出工程改造议建。(4)针对《油气输送管道线路工程抗震技术规范》(GB50407-2008)中提供的液化区埋地管道上浮位移和轴向应变计算公式仅适用于热油管道,本文通过多元回归理论和归一化方法,拟合出适用于大管径、高压天然气管道的液化区埋地管道最大上浮位移和最大轴向应变的简化计算公式,并进行了验证。(5)从防止土体液化和阻止液化区管道上浮两个方面,分析液化区埋地天然气管道抗震措施方法,提出适用于长输天然气管线的抗震设计流程。模拟含有混凝土支墩的埋地管道上浮反应,分析支墩间距和支墩沿管道轴向长度对抗上浮效果的影响;针对液化区埋地管道传统改造方法存在成本高、周期长的问题,提出“局部压块法”改造措施,比较压块个数、压块重量对管道上浮抑制效果的影响。(6)设计出液化区埋地天然气管道监测方案,该方案包括监测传感子系统、数据采集与传输子系统、数据分析与处理子系统以及预警子系统,可实现对管道应变、运行温度、土体强震动、管土作用力、土体孔压等进行监测预警,并设计出一种新型的孔隙水压力监测器,可以同时测量不同深度土壤的空隙水压力。
【学位单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TE973
【部分图文】：

图１－１道上

图３－２基于ＦＬＵＥＮＴ的流固耦合求解模型逡逑

图３－３邋Ｓｈｅｌｌｌ８１单元几何模型逡逑沿管道周向和轴向方向进行网格划分，管道周向划分为２０个单元，轴向０．２ｍ划分逡逑

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 张思琦;张逸美;;地震液化区输气管道的应力反应分析研究[J];科技视界;2014年23期

2 周燕国;李永刚;丁海军;陈云敏;凌道盛;石川明;社本康^

本文编号：2815655