【摘要】：管道運(yùn)輸作為一種可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的輸送工具,因其在液、氣能源運(yùn)輸上的優(yōu)勢而廣泛應(yīng)用于石油、天然氣的長距離運(yùn)輸。管道運(yùn)輸可省去水運(yùn)或陸運(yùn)的中轉(zhuǎn)壞節(jié),縮短運(yùn)輸周期,降低運(yùn)輸成本,提高運(yùn)輸效率。因運(yùn)輸?shù)奈锪咸幱谡郎貭顟B(tài),且大多數(shù)管道出于安全考慮而選擇埋設(shè)于地下,與土體直接接觸,當(dāng)管道穿越多年凍土地區(qū)時(shí),必然將與管道周圍土體發(fā)生熱量交換進(jìn)而影響凍土的形態(tài)變化:在暖季,正溫管道放熱融化凍土,在寒季,管周融土重新凍結(jié),這種凍融循環(huán)導(dǎo)致管道所受應(yīng)力不斷積累,管道變形過大,最終被破壞。因此研究管周土體溫度場及應(yīng)力場對于預(yù)防管道病害至關(guān)重要。本文基于實(shí)際埋地正溫輸氣管道工程位于多年凍土區(qū)的某段管段進(jìn)行了以下研究:(1)為了得到該管段位置處凍土溫度場的實(shí)際狀態(tài),設(shè)置了溫度監(jiān)測斷面,對其進(jìn)行了長期觀測,可知管道中心處的最大融化深度為6.5m左右,管道對周圍凍土在管道中心水平距離的最大影響范圍為2m左右。(2)利用顯式熱容法,建立了考慮相變的三維非穩(wěn)態(tài)溫度場控制方程,運(yùn)用ANSYS對不同管內(nèi)物料溫度下管道開始運(yùn)營及其后50年的土體溫度場進(jìn)行計(jì)算。在此基礎(chǔ)上分析了不同物料溫度時(shí)管道周圍土體溫度隨計(jì)算時(shí)間的變化規(guī)律、融化圈變化規(guī)律以及管底最大融深的變化情況,揭示多年凍土地區(qū)管道病害的發(fā)生機(jī)理。(3)針對管道沿線出現(xiàn)的凍土病害問題,為減少治理措施對管周凍土的擾動(dòng),考慮采用布置熱棒的措施對管道病害進(jìn)行治理。在現(xiàn)場條件下數(shù)值模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上,分析兩種熱棒布置方式對管周土體降溫效果以及不同物料溫度對熱棒降溫效果的影響規(guī)律。分析表明,熱棒對管周土體的降溫效果顯著,物料溫度與熱棒降溫效果呈正相關(guān)關(guān)系。(4)根據(jù)彈性力學(xué)原理,考慮輸氣管道工程的特點(diǎn),基于管道和土體的應(yīng)力及變形的有限元控制方程,結(jié)合溫度場的計(jì)算結(jié)果,建立間接耦合分析模型,對不同工況下某管道所受豎向應(yīng)力進(jìn)行分析,得到了管道最大豎向應(yīng)力發(fā)生在管道底部,并其得出了物料溫度對管道所受豎向應(yīng)力的影響規(guī)律以及熱棒對管道所受豎向應(yīng)力的影響。
【圖文】：

最大可產(chǎn)生 1m 的沉降[8]。研究，可以證明造成沿線凍土的融化深度明顯加深的主要原原因，管內(nèi)油溫上升至正溫，管道其對管周凍土放熱，從而期埋設(shè)管道至管道運(yùn)行這段時(shí)間內(nèi)，恰巧沿線氣溫持續(xù)升高融化，進(jìn)而加快后期凍土的融化速率。這些監(jiān)測數(shù)據(jù)等為羅護(hù)以及后期病害的處理提供了重要的依據(jù)，同時(shí)也為其他管的參考作用。格拉線成品油管道3 年的格拉管道坐落于平均海拔 4500m 的青藏高原，北起青薩，作為我過首條高海拔、長距離成品油管道，其全長 10道一半以上的管段鋪設(shè)于多年凍土區(qū)，，自 1977 年運(yùn)營以來管道已經(jīng)多次“露管”如圖 1.1，甚至破壞導(dǎo)致油品泄漏。生過 30 次油品泄漏，不僅造成極大的經(jīng)濟(jì)損失，對沿線的的破壞[10]。

（管內(nèi)物料年平均溫度小于 0℃）[5]。對于坐落于多溫將對周圍凍土產(chǎn)生極大的擾動(dòng)，因此，對凍土影響重的凍土病害。高溫段放出的熱量使管周凍土融化，邊坡滑移等。在寒冷段，由于溫度較低，不斷吸收管冰層變厚，產(chǎn)生凍脹。而對于溫暖段，當(dāng)管內(nèi)溫度為下沉，當(dāng)管內(nèi)溫度下降為負(fù)溫時(shí)，管周土體又開始凍管道凍脹，由于沿線土體參數(shù)的不同必然會造成管全運(yùn)營受到威脅。由此可知，凍土區(qū)管道病害主要是脹時(shí)，比如在凍土區(qū)地溫最低時(shí)，土體溫度必然低于凍著溫度的持續(xù)下降，土中含冰量越來越多，同時(shí)土體面，溫度較高的土體中的水分不斷向溫度較低的部分土體進(jìn)一步膨脹�？偠灾趦鼋Y(jié)過程中，在最低用下，水分發(fā)生遷移并且凍結(jié)成冰從而發(fā)生的體積增
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU996.7

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本文編號：2674295