一種天然氣管道跨越結(jié)構(gòu)的清管安全評價方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于天然氣輸送管道的設(shè)計與安全保障領(lǐng)域，尤其涉及一種天然氣管道跨 越結(jié)構(gòu)的清管安全評價方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 管道跨越結(jié)構(gòu)是一種將輸送管道從天然或人工障礙物上部架空通過的建設(shè)工程， 我國自上世紀七十年代起開始修建天然氣管道跨越結(jié)構(gòu)，至今已有超過30座在役大中型管 道跨越結(jié)構(gòu)。天然氣管道在新建投產(chǎn)后和正常的運行周期中，都需要進行清管以去除管內(nèi) 雜物和積水，保證其輸送能力。然而對于天然氣管道跨越結(jié)構(gòu)，其清管時的動態(tài)載荷卻可能 造成極為嚴重的后果和損失。因為跨越結(jié)構(gòu)的主要承力部件為鋼制纜索，對管道屬于柔性 約束。而清管過程中，清管器推動管內(nèi)積水形成的局部段塞流，在經(jīng)過跨越結(jié)構(gòu)上橋時的彎 頭和起伏地形時，還會發(fā)生流態(tài)變化，極易使跨越結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動和位移;而管道振動又會影 響管內(nèi)兩相流的流動狀態(tài)，形成兩相流條件下的流固耦合振動，進一步加劇跨越結(jié)構(gòu)的振 動和位移。例如四川南廣河斜拉索管道跨越結(jié)構(gòu)在清管時，管道的最大位移就達到了 2m。大 幅的位移和振動不僅會造成跨越結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)，還易使其應力超限，從而導致整體結(jié)構(gòu)的破 壞。破壞后泄漏的天然氣，可能引發(fā)火災和燃爆事故，嚴重威脅跨越結(jié)構(gòu)周邊居民的生命和 財產(chǎn)安全。因此，在跨越結(jié)構(gòu)實施清管之前，對清管預案進行安全評估，對于保障跨越結(jié)構(gòu) 安全性和清管過程的穩(wěn)定性是極為必要的。
[0003] 國內(nèi)外諸多學者都對清管過程中天然氣管道跨越結(jié)構(gòu)的位移和應力計算方法進 行了研究，然而并沒有形成完整的清管安全評價流程。而天然氣管道跨越結(jié)構(gòu)的相關(guān)標準， GB 50459-2009《油氣輸送管道跨越工程設(shè)計規(guī)范》中僅規(guī)定了跨越結(jié)構(gòu)在所有承力條件下 的許用應力和許用位移，并沒有針對清管過程提出專門的安全校核指標和校核流程，也難 以對跨越結(jié)構(gòu)的清管安全性進行評估。
[0004]綜上所述，天然氣管道跨越結(jié)構(gòu)在清管過程中的大位移和強振動是其面臨的重大 安全威脅。然而目前，尚沒有形成對天然氣管道跨越結(jié)構(gòu)清管過程安全性的評價方法和評 價流程，在管道的生產(chǎn)運行中存在缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種天然氣管道跨越結(jié)構(gòu)的清管安全評價方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中 的各種缺陷和不足，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：提供一種天然氣管道跨越結(jié)構(gòu)的清管安 全評價方法，該方法包括以下步驟：
[0006] 步驟一，根據(jù)天然氣管道跨越結(jié)構(gòu)的設(shè)計資料、現(xiàn)場踏勘以及擬定的清管運行方 案，收集天然氣管道跨越結(jié)構(gòu)的長度、管道用鋼的屈服強度，并根據(jù)表1收集跨越結(jié)構(gòu)在不 同清管速度下的位移和應力值；
[0007]表1天然氣管道跨越結(jié)構(gòu)在不同清管速度下的位移和應力值
[0008]
[0009]步驟二，根據(jù)收集到的基礎(chǔ)參數(shù)，結(jié)合表2計算跨越結(jié)構(gòu)的最大容許位移和最大許 用應力，稱為該管道跨越結(jié)構(gòu)的位移及應力許用值；
[0010]表2天然氣管道跨越結(jié)構(gòu)的最大容許位移和最大許用應力
[0011]
[0012] 步驟三，對比跨越結(jié)構(gòu)在不同清管速度下的位移、應力及其許用值，整理形成天然 氣管道跨越結(jié)構(gòu)清管安全校核表，并根據(jù)校核結(jié)果決定是否清管以及合理的清管速率，具 體實現(xiàn)步驟為：
[0013] (1)將不同清管速度下的位移和應力值與許用值進行對比，如果位移值或應力值 小于對比的許用值，則稱為"安全狀態(tài)"；如果位移值或應力值大于對比的許用值，則稱為 "超限狀態(tài)"，將所有校核結(jié)果總結(jié)后形成表3;
[0014] 表3天然氣管道跨越結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)校核表
[0015]
L〇〇16j (2)如采在表3中，仔在一個猜営運度條仵卜，位移校核、訐用強度校核以及極|很訐 用強度校核都為"安全狀態(tài)"，則稱該跨越結(jié)構(gòu)"通過清管安全校核，可以實施清管"；如果在 表3中，存在一個清管速度使得位移校核和極限許用強度校核為"安全狀態(tài)"，但是所有的清 管速度下許用強度校核均為"超限狀態(tài)"，則稱該跨越結(jié)構(gòu)"通過清管安全校核，但需謹慎的 選擇清管速度以保證跨越結(jié)構(gòu)安全"；如果在表3中，所有的清管速度條件下，位移校核、許 用強度校核以及極限許用強度校核都為"超限狀態(tài)"，則稱該跨越結(jié)構(gòu)"未能通過清管安全 校核，現(xiàn)有條件下不能實施清管"；
[0017] (3)如果跨越結(jié)構(gòu)被判定為"通過清管安全校核，可以實施清管"，則可選擇位移校 核、許用強度校核以及極限許用強度校核都為"安全狀態(tài)"的清管速度實施清管;如果跨越 結(jié)構(gòu)被判定為"通過清管安全校核，但需謹慎的選擇清管速度以保證跨越結(jié)構(gòu)安全"，則選 擇3m/s的清管速度實施清管。
[0018]本發(fā)明提供的天然氣管道跨越結(jié)構(gòu)的清管安全評價方法，是基于天然氣管道跨越 結(jié)構(gòu)的設(shè)計參數(shù)和清管方案，結(jié)合材料力學原理和跨越結(jié)構(gòu)的安全校核標準，研究建立的 管道跨越結(jié)構(gòu)的安全清管評價流程新方法。評價流程簡單，評價指標清晰，使用評價方法得 到的最終結(jié)果，能夠輔助決策是否對天然氣管道跨越結(jié)構(gòu)實施清管，并可確定合理的清管 速率，為天然氣管道跨越結(jié)構(gòu)的清管安全提供了管治依據(jù)。
【附圖說明】
[0019] 圖1天然氣管道跨越結(jié)構(gòu)的清管安全評價方法流程圖。
【具體實施方式】
[0020] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明 進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。
[0021] 本發(fā)明提供一種天然氣管道跨越結(jié)構(gòu)清管過程中最大位移和彎曲應力的計算方 法，該方法包括以下步驟：
[0022] 步驟一，根據(jù)天然氣管道跨越結(jié)構(gòu)的設(shè)計資料、現(xiàn)場踏勘以及擬定的清管運行方 案，收集天然氣管道跨越結(jié)構(gòu)的長度、管道用鋼的屈服強度、跨越結(jié)構(gòu)在不同清管速度下的 位移和應力值等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；
[0023] 步驟二，根據(jù)收集到的基礎(chǔ)參數(shù)，計算跨越結(jié)構(gòu)的最大容許位移和最大許用應力； [0024]步驟三，對比跨越結(jié)構(gòu)在不同清管速度下的位移、應力及其許用值，整理形成天然 氣管道跨越結(jié)構(gòu)清管安全校核表，并根據(jù)校核結(jié)果決定是否清管以及合理的清管速率。
[0025] 在步驟一中，需要收集的基礎(chǔ)參數(shù)包括天然氣管道跨越結(jié)構(gòu)的長度、管道用鋼的 屈服強度，并根據(jù)表1收集跨越結(jié)構(gòu)在不同清管速度下的位移和應力值；
[0026] 表1天然氣管道跨越結(jié)構(gòu)在不同清管速度下的位移和應力值
[0027]
[0028] 在步驟二中，根據(jù)收集到的基礎(chǔ)參數(shù)，結(jié)合表2計算跨越結(jié)構(gòu)的最大容許位移和最 大許用應力，稱為該管道跨越結(jié)構(gòu)的位移及應力許用值；
[0029] 表2天然氣管道跨越結(jié)構(gòu)的最大容許位移和最大許用應力
[0030]
[0031]在步驟三中，對比跨越結(jié)構(gòu)在不同清管速度下的位移、應力及其許用值，整理形成 天然氣管道跨越結(jié)構(gòu)清管安全校核表，并根據(jù)校核結(jié)果決定是否清管以及合理的清管速 率，具體實現(xiàn)步驟為：
[0032] (1)將不同清管速度下的位移和應力值與許用值進行對比，如果位