“管道”理论

关键词： 蒸汽

“管道”理论（精选八篇）

“管道”理论 篇1

1 理论依据

过热蒸汽在输送过程中, 随着管道外侧与周围环境的不断散热, 沿管道长度方向过热蒸汽温度逐渐降低。而过热蒸汽在管道中是否发生相变冷凝, 取决于管道内壁面温度是否低于过热蒸汽压力下的饱和温度。当过热蒸汽温度降低至其饱和温度时, 管道产生冷凝水。笔者认为若要计算冷凝水量, 须首先确定过热蒸汽沿管长方向的温度变化, 即过热蒸汽温度降低至饱和蒸汽时的管道长度。为了简化计算, 本文作以下假设:不考虑蒸汽温度沿管道径向的温度梯度, 即认为同一横截面内蒸汽温度均匀一致。

管道入口处蒸汽温度为t0, 蒸汽流量qm, 过热蒸汽比热C。如图1所示, 取距离管道入口l处一小段微元dl为研究对象, 列热平衡方程:

式中q为单位长度管道散热损失, w/m。

2 架空管道

管道传热热阻主要由四部分组成:内表面放热热阻、管壁导热热阻、保温层导热热阻、外表面放热热阻。对于保温管道, 由于内表面放热热阻与管壁导热热阻远小于保温层导热热阻, 因此工程计算中可忽略不计。单位长度管道散热损失:

式中, δ为保温层厚度;λ为保温层导热系数;α为外表面放热系数;d0为保温层外径;di为保温层外径。

在保温层经济厚度及热损失计算中, 一般取α=11.63W/ (m2·℃) , 可根据具体风速按下式校核:, 式中ω为风速, m/s。

将式 (2) 代入式 (1) 中得:

将上式沿管长方向积分如下:

假定过热蒸汽压力p, 温度t, 对应饱和蒸汽温度ts, 在管长L过热蒸汽全部变成饱和蒸汽, 则:

3 直埋管道

对于直埋管道, 单位长度散热损失:

式中, Tt为土壤温度, 一般取管道中心埋设深度的自然土壤温度;Tλ为土壤导热系数, 工程计算中无资料时可取1.75;h为土壤埋设深度。

将式 (3) 代入式 (1) , 计算过程同上, 得:

4 冷凝水量计算

由于过热蒸汽在管道内为无相变传热, 不考虑管道内壁热边界层情况下管道无冷凝水产生。

故过热蒸汽冷凝水量计算公式如下:

qs为饱和蒸汽温度ts对应的单位长度管道散热损失。

5 结语

压力管道作业人员理论试卷(A卷) 篇2

作业种类：压力管道试卷（A卷）考核班编号：

一、判断题（正确的涂A，错误的涂D，每题1分,共60分）

1、大多数的事故是由于操作人员缺乏必要压力管道安全技术基本知识造成的。

2、操作人员的巡回检查主要检查管道的表面状况是否良好。×

3、压力管道的操作人员要经常检查压力管道的防腐层，保证其完好无损，使得管道表明热量损失减少。×

4、压力管道操作人员发现管道系统存在“跑、冒、滴、漏”应及时消除。

5、管道运行中可根据具体情况确定是否带压紧固或拆卸螺栓。×

6、压力管道进行重大的技术改造时，其技术和管理要求应与新建的压力管道要求一致。

7、压力管道停车过程中，降压、降温的速度宜快些，特别是尽快使温度降下来。

8、真空管道的停车，必须先破真空，防止空气进入引起介质爆炸。

9、停车检修的管道应利用关闭阀门来隔离与设备或其他管道的联系。

10、置换后，以管道内的可燃气体的浓度小于等于0.2%为合格。

11、带压堵漏可由压力管道操作人员进行。

12、随着压力的升高，气体的重度会增大。

13、压力和压强是两个相同的物理概念。

14、表压力又称为绝对压力。

15、我国压力的法定计量单位用公斤/厘米2（kgf/Cm2）表示。

16、热物体放出的热量总是大于冷物体吸收的热量。

17、密度与比重没有区别。

18、在化工生产中，管道中的流体流动状况湍流比层流的传热效果要好。

19、液体必须在沸点以上温度才可以蒸发。43 20、介质的临界温度越高，就越容易液化。

21、如果可燃气体在空气中的浓度低于爆炸下限，即使遇到火源也不会发生爆炸。

22、闪点小于28℃的液体属于甲类可燃液体。

23、氧气与可燃气体按一定比例混合后，一旦有火源或产生引爆的条件，能引起爆炸。

24、氮气是一种惰性气体。×

25、高浓度的二氧化碳有毒。

26、韧性破坏的管道必然会出现宏观的大变形。

27、压力管道的脆性破坏一定会有碎片。×

28、管道在高温下热膨胀变形受到约束是高温管道发生蠕变弯曲或扭曲的主要原因。

29、压力管道材料长期在高温下运行，发生蠕变或者材质的劣化往往是不可避免的。30、管道材料的腐蚀缺陷属于制造缺陷。

31、采用公称直径的目的是为了标注管子的尺寸。

32、DN50表示管子的外径为50mm。

33、我国的钢管尺寸系列是统一的，同一公称直径的管子可以互换。×

34、管道常用的连接方式中，螺纹连接密封性能最好。

35、公称压力PN≥100MpA的阀门为高压阀。

36、隔膜阀特别适用于腐蚀性流体和要求清洁的流体。

37、球阀一般用于需要快速启闭或要求阻力较小的场合。

38、承重管的支架应安装在远离设备管嘴处。×

39、在压力管道上安装安全装置的目的是为了防止管道超压。×

40、安全阀是通过调节加载机构施加在阀瓣上的载荷，确定其开启压力。

41、安全阀与压力管道之间不得装设截止阀。

42、压力表与管道之间不得连接其他用途的配件或接管。

43、经调校合格的压力表应注明校验日期。

44、三通旋塞阀手柄与管线同向时为开启状态。

45、阻火器是通过阻止介质流动达到阻火的目的。

46、两个固定支座之间的管道中仅能布置一个波纹管膨胀节。

47、常温以下的压力管道进行保冷，可防止管道外表面凝露，确保管道保冷层外表面的温度高于环境的露点温度。

48、需要经常维护的压力管道必须进行保温。

49、蒸汽取用方便，适用范围广，易于调节。是最常用的伴热介质。50、凡属于GB13690所列的管道内的危险化学品介质应设置危险标志。

51、根据《特种设备安全监察条例》的定义，监察范围内的压力管道必须达到一定的压力和温度。×

52、国家质量技术监督部门负责对压力管道的设计、制造、安装施工、改造维修、使用管理等各个环节进行国家安全监察和管理。

53、按《压力管道安全管理与监察规定》分类，燃气管道和热力管道属于公用管道。

54、压力管道监察范围内的的低压管道均属于GC3级管道。

55、高压水管道不属于压力管道监察范围。√

56、当地的质量技术的监督部门应对管辖范围内的使用单位压力管道的安全管理工作负责。

57、安全状况等级达不到3级的在用压力管道必须判废。

58、我国压力管道的安全状况划分为四个等级。

59、在用工业管道定期检验分为宏观检验和全面检验。60、在用压力管道的全面检验周期最长不得超过6年。

二、单选题（每题0.5分，共20分）

1、使用单位应派遣（）的人员从事压力管道的管理、操作和维修工作。

A.具有安全资质

B.具有操作经验

C.具备相应的资质

2、压力管道的使用单位应根据压力管道的（），分别制定压力管道的安全操作规程。

A.重要性

B.作用原理

C.生产工艺和技术性能

3、压力管道操作人员必须严格控制（），按照操作规程进行操作。

A.工艺指标

B.介质

C.结构

4、真空管道的停车后，待管道内的介质温度降到（）以下，方可与大气相通，以防止空气进入引起介质爆炸。

A.冰点

B.闪点

C.自燃点

5、根据置换和被置换介质的密度不同，选择确定置换和被置换介质的进出口取样部位。若置换介质的密度大于被置换介质的密度，应选择（）。

A.由管道或设备的最低点进入置换介质，由最高点派排出被置换的介质。B.由管道或设备的最高点进入置换介质，由最低点排出被置换的介质。

6、随着压力的升高，气体的体积将（）

A.增大

B.缩小

C.不变

7、化工生产中常利用增加（）来强化化工反应。A.流速

B.压力

C.能量

8、压力管道中的设计压力、最高工作压力、最大允许工作压力及计算管道强度所用的压力都是指（）

A.工程大气压

B.绝对压力

C.表压力

9、在国际单位制中，压力的单位采用（）

A.kgf/cm2

B.kgf/mmC.MPa

10、不同的物质导热系数是（）的。

A.相同

B.不同

C.近似

11、物体的密度通常用符号（）表示。

A.γ

B.ν

C.ρ

12、物质从液态变成气态的汽化过程中，要（）大量的热。

A.吸收

B.放出

C.不吸收也不放出

13、临界温度是物质以液态形式出现的（43）

A.最低温度

B.最高温度

C.饱和温度

14、可燃气体、可燃液体的爆炸极限通常用其在空气中的（）表示。

A.浓度

B.体积百分比

C.温度

15、随着压力的升高，蒸汽的饱和温度会（）

A.降低

B.升高

C.不变

16、氮气无毒无味，是一种（）气体。

A.窒息性

B.可燃

C.惰性

17、压力管道长期在压力、温度交变荷载下运行容易发生的破坏形式是（）A.韧性破坏

B.脆性断裂破坏

C.疲劳破坏

D.腐蚀破坏

E.蠕变破坏

18、（）是压力管道最常见的焊接缺陷。

A.未焊透

B.腐蚀

C.裂纹

19、压力管道的均匀腐蚀主要与（）有关。

A.应力

B.介质

C.压力

20、压力管道的焊缝一般为环向对接焊缝，且为单面焊，最容易在内表面产生（缺陷。

A.未焊透

B.咬边

C.夹渣

D.气孔）

21、管子的公称直径是指管子的（）

A.内径

B.外径

C.既不是外径，也不一定是内径

22、管道采用法兰连接是因为其（）

A.密封性能好

B.接头强度高

C.为便于安装和检修

23、变形较大的压力管道应设置（）

A.杆式吊架

B.弹簧支吊架

C.固定支架

24、安全阀的开启压力不得超过管道的（）

A.工作压力

B.设计压力

C.公称压力

25、中压管道上装设的压力表精度应（）

A.不低于2.5级

B.不低于1.5级

C.低于2.5级

26、热电偶压力式温度计的测量范围为（）

A.-200~700℃

B.0~300℃

C.600~2000℃

27、（）补偿器结构简单、运行可靠、投资少，在石油化工管道中广泛采用。

A.波形

B.π形

C.套管式

D.球形

28、识别色应根据其（）涂刷不同的颜色。

A.重要程度

B.介质

C.类别

29、公称直径为100的管子的用（）表示。

A.Φ100

B.DN100

C.100 30、《石油化工企业设备和管道表面色和标志规定》规定氢气管道的表面色为（）色。

A.淡黄

B.中酞蓝

C.银

31、《国务院关于特大安全事故行政追究的规定》规定政府主要负责人和有关部门正职负责人对事故发生有失职、渎职情形或负有领导责任的应给予（）

A.追究刑事责任

B.行政处分

C.追究领导责任

32、《特种设备安全监察条例》规定最高工作压力（）的压力管道属于监察的范围。

A.高于0.1MpA

B.高于1 MpA

C.高于或者等于0.1 MpA

33、根据管道承受内压情况分类，压力为1.6MpA的压力管道属于（）

A.低压管道

B.中压管道

C.高压管道

34、《压力管道使用登记管理规则》规定压力管道使用登记的范围为（）规定范围内的压力管道。

A.《压力管道安全监察和管理规定》 B.《在用工业管道定期检验规程》 C.《特种设备安全监察条例》

35、新建、扩建、改建压力管道在投入使用前或者使用后（）内向安全监察机构申请办理使用登记。

A.15个工作日

B.15天

C.30个工作日

D.30天

36、《特种设备作业人员监督管理办法》规定，操作人员考试作弊的，（）内不得再次申请。

A.3年

B.1年

C.终身

37、压力管道在线检验（）检验一次。

A.1年

B.3年

C.至少每年

38、安全状况等级为3级的压力管道，其检验周期一般不超过（）年。

A.2

B.C.4 39、压力管道的压力试验一般应以（）为试验介质。

A.空气

B.液体

C.气体

40、压力管道介质的毒性程度分级遵循的规范是（）

A.HG20660《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类》 B.GB5044《职业性接触毒物危害程度分级》 C.TJ36《工业企业设计卫生标准》

三、多选题（每题1分，共20分）

1、使用单位对本单位的重大的事故隐患应以书面形式报告（）。

A.省级以上的主管部门

B.省级以上压力管道安全监察机构

C.劳动部门

2、压力管道操作人员必须做到的“四懂三会”是指懂原理、懂性能、懂结构、懂用途、（）。

A.会使用

B.会修理

C.会维护

d.会排除故障

3、操作人员操作中遇到（）情况时，应立即采取紧急措施。

A.压力、温度超过允许范围且采取措施后仍不见效。B.管道及组成件发生裂纹、鼓瘪变形、泄露。C.安全保护装置失效。

D.发生火灾事故且直接威胁正常安全运行。

4、压力管道停车前，应根据管道的特点和检修要求，制定停车方案，停车方案应包括（）。

A.停车时间、步骤、分工

B.吹扫流程

C.管线倒空及吹扫流程

D.抽堵盲板流程图

5、为了保证检修安全，检修前要对管道内的易燃易爆、有毒、腐蚀性气体进行（），并取样合格后方可进行检修。

A.置换

B.吹扫

C.冲洗

D.中和

6、《特种设备作业人员监督管理办法》规定，操作人员和管理人员有下列情况哪些应当吊销《特种设备作业人员证》（）。

A.违章操作或者管理造成特种设备事故的

B.发现是故隐患或者其他不安全因素未立即报告造成特种设备事故的 C.考试作弊

D.考试不合格的。

7、压力管道操作中造成压力管道超压的主要因素由（）。

A.操作人员操作失误

B.安全装置选用不当或失效 C.管道壁厚减薄

D.气候变化

8、防止韧性压力管道破坏的主要措施是（）。

A.不要在高温下运行

B.防止超载

C.防止交变荷载

D.防止壁厚减薄

9、对于低温管道，材料的（）是最重要的。

A.强度

B.低温韧性

C.可焊性

D.硬度

10、下列缺陷中哪些属于焊接缺陷。（）

A.未焊透

B.咬边

C.腐蚀

D.热裂纹

11、管道的标志应包括（）。

A.介质名称

B.管道类别

C.流向

D.主要工艺参数

12、钢管是按（）系列组织生产的。

A.内径

B.外径

C.壁厚

13、《压力管道使用登记管理规则》规定，下列管道中，（）为重要压力管道。

A.高压管道

B.有毒介质的管道

C.公称直径大于等于50mm的GC1级管道

D.安全状况等级为3级和经安全评定或风险评估应予监督使用的管道。

14、安全保护装置存在（）不准继续使用。

A.无产品合格证和铭牌的 B.性能不符合要求的C.超过校验期的D.生锈的

15、阀门驱动形式可以分为（）三大类。

A.手动

B.动力

C.半自动

D.自动驱动

16、安全阀的选用应根据压力管道的（）综合因素。

A.工作压力

B.工作温度

C.管道类别

D.介质特性

17、爆破片装置一般用于（）的泄压要求的场合。

A.泄压要求灵敏

B.化学反应导致快速升压

C.泄放量大

18、管道的热补偿形式有（）两种。

A.伴热形式

B.补偿器补偿

C.自然补偿

19、视镜应根据输送介质的（）对视镜功能的要求选用。

A.压力大小

B.化学性质

C.物理状态

D.温度

20、如发现压力表出现（）情况，应立即更换。

A.指示失灵、刻度不清

B.量程不匹配

C.超过检验有效期

D.铅封损坏

“管道”理论 篇3

由于我国广大中小城市镇由于缺乏建设资金而未建设污水厂。随着未来50年小城镇建设的快速发展, 生活污水和工业废水的排放量将会数倍、甚至十几倍的增加, 水污染控制非常迫切。因此, 研究开发基建投资省、效率高、能耗低、运行管理简便的实用型污水处理技术就成为我国水污染防治的当务之急。对于长时间在排水排水管道中输送的污水而言, 下水道犹如一个生化反应器, 污染物在其中可以发生一定的的生物降解。因此, 如果可以利用排水管道对城市污水进行部分降解处理, 将会减轻城市污水处理厂的工作负荷, 节约污水处理费用, 减少污水处理厂的建设占地。

2 排水管道处理污水理论基础

2.1 排水管道中氧的传递

管道中氧的传递分为两个过程, 即气液表面传质和水中的紊动扩散。气液表面传质是指氧分子从管道上部的气相运动到管道中的液相, 从液相运动到内壁的生物膜中或管内生物絮体内部为氧在水中的紊动扩散。氧的传递速率对所有有氧参与的反应过程速率造成影响[1]。

在实际的排水管道水体中存在大量的有机物质, 排水管道内的微生物进行着复杂的生化反应, 消耗着污水中的溶解氧。因此, 管道污水中的溶解氧浓度随着水深的增加呈降低的趋势, 越靠近汽水交界面的部分, 溶解氧浓度越高;越靠近排水管道底部的部分, 溶解氧浓度越低。排水管道中溶解氧浓度分布如图1所示。

从图1中可以看出, 在管道中靠近水面的污水中溶解氧浓度较高, 随着水深的增加, 溶解氧浓度迅速下降, 在到达一定的深度时溶解氧就接近于零。根据管道内的溶解氧浓度的分布曲线, 可以把管道内的流层划分为好氧流层和厌氧流层, 含有溶解氧的流层为好氧流层, 在该流层内进行好氧生化反应;几乎没有溶解氧的流层为厌氧流层, 在该层内进行厌氧生化反应。

2.2 排水管道管壁生物膜的形成

重力式下水道内的污水中有机物质的转化与自净过程与天然河流污水的自净过程比较相似, 但是又有明显的不同。下水道中的污染物质降解主要是通过沉积在下水道管底的淤泥和管壁上附着的下水道生物膜来完成。而在天然河流中, 受日照、水深、溶解氧及污染物传输等因素的影响, 污染物的降解主要通过悬浮性微生物来完成。

大量实验结果表明[2]:排水管道内壁存在着大量的细菌和微生物, 其生物群落组成与超高负荷曝气池中的生物群落组成类似。在有氧条件下, 细菌和微生物几乎可以附着到所有与污水接触的固体表面, 这些附着微生物往往被浓稠的细胞外化合物基质所包埋着, 并构成一个结构和功能的整体, 一般称之为下水道生物膜。这层生物膜不仅能够有效的降低污水中的有机物质, 而且具有很高的生物活性。

下水道生物膜是一个复杂的微生物系统。不同水质的下水道中生物膜微生物的种类和数量相差很大, 其表现出来的群落特征也不相同。下水道生物膜的出现和形成与时间密切相关, 根据时间的顺序, 将下水道生物膜的形成划分为五个连续的阶段:附生介质基质表面性质的改变, 微生物可逆性粘附, 微生物不可逆性粘附, 微生物群落形成和生物膜的出现、脱落和扩散。

受环境条件和生长时间的影响, 下水道生物膜系统的结构和组成处在不断的变化之中, 其所表现出来的生物和物理特征也随之改变。下水道生物膜的表面平整状况及厚度取决于污水的组成成分和污水量, 下水道内的通风情况、生长期及营养物、溶解氧的供应情况和污水流动的速率等因素有关[3], 其厚度可以从0.5毫米到数厘米的范围内波动, 表现出极强的异质性。水流流速较快, 下水道生物膜厚度不大结构致密且表面平整均匀性好;水流平缓、坡度较小, 下水道生物膜易积累增厚, 表面凹凸不平结构疏松, 这主要是各类丝状微生物伸入水流中获得氧气和营养物质, 而较大程度地向外垂直伸展以获得充分生长的结果。任何下水道排水管道中, 其管底都有淤泥的沉积, 侧壁表面都有生物膜的生长。在表层, 通常发生好氧生化反应, 淤泥与生物膜呈灰色;在深层, 由于厌氧条件下生成的FeS的存在, 其颜色呈黑色, 这种淤泥与生物膜的生物活性类似于污水处理厂曝气池内的高负荷污泥。

随着水流速度增大, 下水道生物膜的密度也会随着增加, 这可能与膜内水分被水流挤压出来以及强水流对附生物种的选择等因素有关。Ray和Hoehn等[4]发现, 不同深度处的膜的密度不一样, 此外, 在膜生长期生物膜的密度较大, 到达一定的厚度之后, 就会相对稳定在一个低值。这些都充分反映出生物膜空间结构的复杂性。

排水管道中微生物系统主要包括:异养微生物、电子供体 (颗粒态基质和溶解态基质) 和电子受体 (如溶解氧) 。异养微生物、颗粒态基质和溶解态基质都是有机物质, 它们不仅存在于污水中, 而且存在于沉淀物质和生物膜中。微生物系统中的主要微生物过程包括:异养菌的增长 (生物膜异养菌的增长和悬浮异养菌的增长) 、异养菌的衰减、溶解氧的消耗以及有机物质的去除。排水管道中的主要微生物过程见图2。

除刚排入管道污水中可能携带微量的溶解氧外, 污水中溶解氧的来源主要来自污水上部的空气。排水管道中的污水在流动的同时与污水上部的空气、管壁的生物膜以及管底的沉淀物质都进行着物质传递。而污水与管内壁生物膜以及与沉淀物的物质传递机理目前尚不清楚。微生物系统的物质传输和交换过程见图3。

2.3 排水管道内的污水自净

排水管道管壁内存在着大量类似于高负荷曝气池中的生物群落组成的生物膜, 无论在有氧条件下还是在无氧条件下, 污水在排水管道中输送流动的过程中, 其污水中的微生物的生化反应与有机物转化均会发生, 这种转化与管中沉淀物、水中的生物量和管壁生物膜等有关。而人类的排泄物中, 含有大量的细菌, 在这些细菌中大约有5～15%能在好氧、兼性及厌氧状态下存活并繁殖。在下水道这个良好的反应场所, 这些微生物群落均能不断发生适应、选择和增殖等生物化学过程, 从而不断诱导这些能够适应排水管道内污水水质环境的微生物群落进行旺盛的生命活动。尤其是在有氧条件下, 排水管道充当了好氧生物反应器的角色, 从而达到对污水中有机物降解的目的

参考文献

[1]Ozer A., Kasirga E.Substrate removal in long sewer lines.Wat.Sci&Tech.1995;Vol.31 No.7

[2]J.Vollertsen, T.Hvitved-Jacobsen etal.Aerobic microbialtransformationsof pipe and silt trap sediments from combined sewers.Wat.Sci&Tech, 1998, Vol 38 No.10

[3]Boon, A G Septicity in sewers:Causes, consequences and containment.1995, Wat.Sci.Tech., Vol.31 No.7.

“管道”理论 篇4

管道风险评价技术是近年来在国外发展起来的一项新型管理技术, 目前的基本方法有手工分类统计法, 故障树分析法, 路由定量风险评估和美国W.Kent Muhlbauer提出的管道风险评分法 (指数法) 。本文引入灰色绝对关联度法对指数法进行改进, 在对近岸输油管道进行风险评价的过程中, 提高了指数法的准确性和可靠性。

1 灰色绝对关联度分析法简介

灰色绝对关联度分析法是灰色系统理论的一个重要组成部分, 它是一种多因素统计分析方法, 以各因素的样本数据为依据, 用灰色绝对关联度来描述因素间关系的强弱、大小和次序, 反映了两个序列在几何上的相似程度。灰色绝对关联度分析具有数据要求较低, 计算量小的优点。其数学方法为:

长度相同的系统行为序列表示为Xi=[xi (1) , xi (2) , …, xi (n) ], i=1, 2, …, m;n=0, 1, 2…。

以i=0的序列为基准序列, 其余序列为参评序列, 有y0 (t+1) =[x0 (t+1) -x0 (t) ], t=1, 2, …, n-1;yi (t+1) =[xi (t+1) -xi (t) ], t=1, 2, …, n-1;i=1, 2, …, m。

计算相关变化率k:

$\begin{array}{l}k{}_0(t+1)=y{}_0(t+1)/{\displaystyle \sum _{t=1}^{n}x}{}_0(t)/n‚\\ k{}_i(t+1)=y{}_i(t+1)/{\displaystyle \sum _{t=1}^{n}x}{}_i(t)/n。\end{array}$

则xi与x0的关联度为:

$\epsilon {}_{0i}=r(x{}_0‚x{}_i)=\frac{1}{n-1}{\displaystyle \sum _{k=1}^{n-1}\frac{1}{1+|k{}_0(t+1)-k{}_i(t+1)|}}$。

这样以X0为基准序列, 可用其他系统行为序列对于基准序列的灰色绝对关联度确定其在系统中的权重$w{}_i=\epsilon {}_{0i}/{\displaystyle \sum _{i=1}^n\epsilon }{}_{0i}$。

2 灰色绝对关联度法确定风险因素权重

指数法是一种相对风险评定方法, 它是到目前为止, 各种方法中最为完整、最为系统的一种方法, 容易掌握, 便于推广, 可由工程技术人员、管理人员、操作人员共同参与评分, 从而集中多方面的意见。指数法对海底输油管道近岸段进行风险评价的基本模型见图1。

本文收集渤海湾某油气田的8条在役海底输油管道的近岸段作为样本, 收集了在1996年～2000年每年发生的事故频率, 以及造成的经济损失, 见表1。

由表1可得:x0= (12.95 18.25 14.49 27.91 25.40) , x1= (3 4 3 4 5) , x2= (32 33 29 36 41) , x3= (2 22 3 2) , x4= (2 1 1 2 2) 。

由此可得:y0= (5.30 3.67 13.42 2.51) , y1= (1 1 11) , y2= (1 4 7 5) , y3= (0 0 1 1) , y4= (1 0 1 0) 。

经计算, k0= (0.267 0.185 0.678 0.126) , k1= (0.2630.263 0.263 0.263) , k2= (0.029 0.118 0.206 0.147) , k3= (0 0 0.455 0.455) , k4= (0.625 0 0.625 0) 。

则有ε01=0.83, ε02=0.81, ε03=0.24, ε04=0.22, 归一化后可得腐蚀因素权重w1=0.395 2, 第三方破坏因素权重w2=0.385 7, 人员误操作因素权重w3=0.114 3, 设计失误因素权重w4=0.104 8。

由样本的计算结果可以看出, 海底输油管道近岸段由于服役时间长, 管道老化严重, 同时所在海域污染严重, 工作环境恶劣, 导致腐蚀破坏因素成为管道运营中最大的风险因素。又因为近岸海域航运, 渔业活动频度高, 波浪与海底地质状况复杂, 导致第三方破坏成为重大的风险因素。人员误操作与设计失误因素因为涉及到当事人的责任问题, 经常被隐瞒不报或转移成其他因素, 在样本中体现较低风险。综上所述, 灰色绝对关联度法确定的风险因素权重是比较精确可靠的。

3确定权重对指数法的改进

在指数法中, 造成管道事故的原因被分为第三方破坏、腐蚀、设计和操作4类因素, 这4类因素各占100分, 共计400分, 分值越高越安全。但在管道的实际运营中, 不同的因素对管道安全的影响程度不同, 相同的分值不能反映各因素的重要程度, 因而本文通过灰色绝对关联度对指数法作适当的修正与改进, 确定各因素在影响管道失效中所占的恰当比例, 使它能更真实地反映出管道所具有的风险。例如, 在上述样本中取两条管道A和B, 用指数法进行风险评价后, 得到的结果见表2。

应用指数法对管道A和管道B的评价总分相同, 说明具有相同的事故可能性。但是, 引入权重后, 管道A:72×0.395 2+67×0.385 7+62×0.114 3+65×0.104 8=68.194 9;管道B:64×0.395 2+67×0.385 7+68×0.114 3+67×0.104 8=64.880 7。可以看到, 管道B的风险度要大于管道A。

4结语

1) 灰色绝对关联度分析是一种多因素统计分析方法, 以各因素的样本数据为依据, 用灰色绝对关联度来描述因素间关系的强弱、大小和次序, 反映了两个序列在几何上的相似程度。灰色绝对关联度法与指数法结合, 使评价结果有较高的精确性和可靠性, 反映出一定的客观规律性和科学性, 能够为油田企业的运行维护和安全管理提供理论上的指导, 促进由安全管理向风险管理过渡。2) 本文应用模糊综合评价与指数法相结合的方法对海底输油管道近岸段进行风险评价, 取得了较好的效果。3) 应用灰色绝对关联度法确定权重时, 为克服小样本对风险评判结果的影响, 应在较多的检测数据和工作参数中筛选出有代表性的数据组。同时在文中可以看到, 该方法还有不尽如人意的地方, 可以尝试与专家打分法和模糊综合评价法相结合, 这是今后研究的目标。

参考文献

[1]赵卫国.灰色关联分析法在围岩分类中的应用[J].山西建筑, 2007, 33 (12) :100-101.

[2]潘家华.油气管道的风险分析[J].油气储运, 1995 (14) :3-5.

[3]余建星, 黄振广, 李建辉, 等.输油管道风险评估方法中风险分析因素权重调整研究[J].中国海上油气 (工程) , 2001, 13 (5) :41-44.

“管道”理论 篇5

1三焦的生理特点:气、血、谷、水、火之通道

首先从三焦的生理特点说起,三焦的生理特点首推为气、血、谷、水、火等的重要通道。

1.1三焦为水道,决渎水液

三焦是水液运行的通道,具有决渎水液的功用。如《素问·灵兰秘典论》曰: “三焦者,决渎之官,水道出焉。”《灵枢·本输》亦云: “少阳属肾,肾上连肺,故将两脏。三焦者,中渎之府也,水道出焉,属膀胱,是孤之府也,是六府之所与合者。”肺— 脾—肾之水液气化系统的正常运行,必须依赖于三焦这个水液运行的通道,肺主通调水道,为水之上源; 脾主运化水液,为水液运化之枢; 肾主水,为水之下源。通过水液代谢,三焦将肺、脾、肾三者紧密联系起来,共同主司水液代谢这个重要的生理过程。

1.2三焦为火道,通行相火

焦者,火也,三焦亦为火道。金代刘完素曰: “右肾属火,游行三焦,兴衰之道由于此,故七节之傍,中有小心,是言命门相火也。”张洁古亦云: “三焦为相火之用,分布命门元气,主升降出入。”《中西汇通医经精义》: “肾中有油膜一条,贯于脊骨,是为肾系,此系下连网膜……两肾属水,中间肾系属火, 即命门也。命门为三焦膜油发源之所。故命门相火,布于三焦。焦即油膜也。”心火分为君火和相火,主居上焦,肝藏相火居中焦,肾与命门之相火在下焦,相火由下焦命门发源,经由中焦肝蒸腾向上至上焦之心,正常生理状况下,相火归藏于心、肝、 肾而不致过亢,起着温煦机体、调控生长代谢的重要作用。故心—肝—肾形成一个相火系统[2],而三焦为该系统内相火敷布的渠道。

1.3三焦为谷道、血道,输布营卫

三焦也是营卫之气运行的通道,《素问·六节藏象论》曰: “三焦者……仓廪之本,营之居也,名曰器,能化糟粕,转味而入出者也。”《灵枢·营卫生会》亦云: “人受气于谷,谷入于胃,以传与肺,五脏六腑,皆以受气,其清者为营,浊者为卫,营在脉中,卫在脉外,营周不休,五十而复大会。阴阳相贯,如环无端”“营出于中焦,卫出于下焦。”中焦脾胃为气血生化之源,经由上焦心肺的宣发布散作用传输至全身,其中精微物质如营气和卫气濡养和防御机体,浊气即代谢废物则经过下焦排出体外,因此三焦亦是体内的谷道、血道,起输布营卫的重要作用。

1.4三焦为气道,通行元气

《难经》认为三焦是水谷之气及原气运行的通道,《难经·三十六难》: “三焦者,原气之别使也,主通行诸气,经历五脏六腑。”《难经·六十六难》: “脐下肾间动气者,人之生命也,十二经之根本也,名曰原。”说明原气是生命之根源,十二经气之根本。 《难经·八难》: “所谓生气之原者,谓十二经之根本也,谓肾间动气也。此五脏六腑之本,十二经脉之根,呼吸之门,三焦之原,一名守邪之神。”下焦肾脏元气是先天之气根本,而上焦肺吸入及中焦脾胃运化产生的清气是后天之气的根本,先天之气与后天之气合为一身之气,而气的循行又必须通过三焦这个通道,故三焦亦为气道,主产生和通行气机。

2三焦功用的基础:三焦气化

三焦气化过程主要体现在“上焦如雾”“中焦如沤”和“下焦如渎”上。“上焦如雾”体现为心肺功能,水谷精微经脾气升达至上焦后,通过肺主宣发作用,将水谷精微输布全身; 再由肺之肃降作用,将自然之清气与水谷之精微相合化生产生宗气,宗气又能推动肺之呼吸及心血运行,周而复始,循环往复,“上焦如雾”较好地概括了上焦宣发布散水谷精微的过程; “中焦如沤”体现为脾胃功能,水谷经胃之受纳、脾之运化后,其中的精微经脾气散精转输至上焦,而糟粕则随胃气降浊作用抟降至下焦,营卫气血为中焦水谷精微所化生,其清者为营,行于脉内,其性柔润,化而为血,濡养滋润,浊者为卫,其性剽悍,行于脉外,固表卫邪,营卫相合,周流不息, 五十而复大会。“中焦如沤”较好地概括了中焦腐熟运化水谷精微的过程; “下焦如渎”主要体现为肾与膀胱功能,经抟降至下焦的糟粕经过小肠的分清别浊和大肠主津作用,分别经前后二阴排出体内。 同时肾又主司气化,司膀胱开合,膀胱开合有度,则浊液得以顺利排出。“下焦如渎”较好地概括了下焦泌别糟粕的过程; 不容忽视的是,整个气化过程的顺利进行离不开肝气的疏泄和命门之火的温煦, 故三焦气化过程联系五脏六腑,是化生及输布营、 卫、气、血、津、液、相火等的主要途径,所以三焦气化过程是三焦功能的基础。

3三焦功用的关键:少阳为枢

胆和三焦同属六腑,均传化物而不藏。手少阳三焦经与足少阳胆经又同属少阳经,经气相通。共司少阳,而少阳是三焦功用的关键: “少阳为枢”。 笔者认为“少阳为枢”的含义至少应包括以下几个方面。

3.1表里之枢

从经脉的循行上看,太阳经走人身背部,主表; 阳明经走人身之胸腹部,主里: 而少阳经行于人身两侧之胁肋部,属于太阳、阳明之夹界,故主半表半里。“太阳为开,阳明为合,少阳为枢”: 太阳居于最外,为开,主向外发散阳气,护卫肌表; 阳明居里,为两阳相合,主温煦脏腑; 而少阳居于半表半里,起到枢转表里,通达内外的作用,故少阳为表里运转之枢。

3.2阴阳之枢

《素问·阴阳离合论》曰: “三阳之离合也: 太阳为开,阳明为合,少阳为枢。”张景岳解释道: “太阳为开,谓阳气发于外,为三阳之表也; 阳明为合,谓阳气蓄于内也,为三阳之里; 少阳为枢,谓阳气在表里之间,可出可入,如枢机也。”[3]由此可见少阳为阳经之枢。但由于厥阴与少阳互为表里。病至厥阴,为两阴交尽,阴尽阳生之时,是体内阴阳转化的关键,通过调节体表的少阳枢机可以影响体内的厥阴枢机,促进体内阴阳的转化,故从这个角度上看, 少阳亦为阴阳之枢。

3.3寒热之枢

由前面论述可知,机体通过三焦沟通两个系统[2]。一为肺—脾—肾水液气 化系统,一为心— 肝—肾三焦相火系统。若三焦水液气化系统异常,水湿痰饮相互滋生,机体表现为寒湿的征象,若三焦相火系统异常,表现为肝经相火亢旺,向上引动厥阴心包之相火,相火升腾弥漫,机体呈现发热的征象。由于三焦沟通寒热水火两个系统,故三焦受病,易出现寒热往来。另外由于少阳与厥阴互为表里,厥阴为厥热胜复,寒热错杂之状态,阴邪进则寒,阳气复则热, 邪正交争,故见寒热往来。故少阳为寒热之枢。

3.4虚实之枢

三焦为谷道,输布营卫。而营卫由脾胃所化生,“四肢皆秉气于胃也”。而少阳胆经与厥阴肝经同气,共主疏泄,可疏调脾胃,助其运化水谷,化生营卫之气。而三焦又为气道,通行元气。三焦虚则元气与营卫气俱虚,气血津液精化源亦不足,从而表现为虚证。三焦为气、血、水、火、谷等运行的通道,三焦不利则气、血、水、火、谷等运行不畅,滞气、 瘀血、水湿、痰饮、郁火等相继产生,从而表现为标实的症候,故少阳亦为虚实之枢。

3.5升降之枢

人体气机中,心肝之气上升,肺肾之气下降,全由脾胃之枢纽,脾升胃降,则人之中气存焉。肝为阴中之少阳,具有升举阳气,调畅气机的作用。肝脾同升和肺胃共降,能枢纽气机,转启条畅。“胆者,中精之府”,与肝相连,又有经脉络属,互为表里。胆为初春之木,是阳气升发之始。《素问·六节藏象论》曰: “凡十一脏皆取决于胆也。”李东垣也认为: “胆者少阳春升之气,春气升则万化安,故胆气春升,则余脏从之。”故从气机调节的方向来看, 少阳亦为升降之枢。

3.6气血津液精、五脏六腑之枢

肺主气、肝藏血、心主火、肾主水、脾主谷,而三焦为气、血、火、水、谷化生和输布的通道,三焦的通畅,有利于五脏功用的发挥。五脏与六腑相表里, 通过经脉相连。三焦通过肺—脾—肾三焦水液气化系统和心—肝—肾三焦相火系统紧密联系着五脏六腑。而手少阳三焦经与足少阳胆经经脉在表互相连接,连贯全身,在里则沟通五脏六腑。少阳通调,三焦顺畅,则五脏六腑调达,气血津液精化生、输布顺利,通体和调,故少阳亦为气血津液精、 五脏六腑之枢。

由于少阳三焦经联系表里,沟通内外,升降上下,平调虚实,调和阴阳、水火、寒热,联系五脏六腑、经脉血络,运行气、血、火、水、谷,化生敷布气血精液精,所以三焦是全身调节总枢纽,故曰少阳为枢,全身上下没有哪个脏腑的功用比三焦更重要、 更关键。故《中藏经》曰: “三焦者……总领五脏六腑、营卫经络、内外左右上下之气也; 三焦通,则内外左右上下皆通也,其于周身灌注,和内调外,荣左养右,导上宣下,莫大于此者也。”

4三焦病变的两个核心:气化系统和相火系统

三焦病变形式虽多种多样,但由于三焦气化和相火系统是维持着全身生命活动的根本,须臾不离,故三焦病变总以肺—脾—肾三焦水液气化系统和心—肝—肾三焦相火系统两大系统病变为核心。

4.1肺—脾—肾三焦水液气化系统病变

当外邪侵犯肺—脾—肾三焦水液气化系统,三焦气化功能受损,其司气道、谷道、水道功能受阻, 而出现气机失调,水谷不运,津液停聚,进一步导致水湿痰饮等的产生。水湿痰饮为阴邪,最易耗损人体阳气,导致脾肾阳气受损,温运乏力,又进一步导致水湿痰饮的产生,同时水湿痰饮等又为有形之邪,其性重浊,易干扰气机,导致气滞加重,又因其性粘腻,病程缠绵,病久入络,痰瘀互结,阻滞气机。 气机不利,容易产生水湿痰饮等邪,甚至郁久化热, 湿热蕴结,难分难舍。三焦因湿浊阻滞的部位而症状有别,阻于上焦可见咳嗽、咯痰、头重、昏蒙、嗜睡等症; 阻于中焦可见纳呆、腹胀、嗳气,呕吐、身目发黄、午间潮热等症; 阻于下焦可见小便不利、全身浮肿、肢体痿痹、腰膝酸胀等。总之,该系统病机总以气滞水停,湿邪阻滞为主要核心。

4.2心—肝—肾三焦相火系统病变

若邪犯少阳,心—肝—肾三焦相火系统受遏。 邪入少阳,或郁阻三焦通道,阻滞其相火输布,而致肝胆相火内蕴,或者邪气直接郁遏少阳胆腑,肝胆相火内燔,蒸腾上冲,循经上扰则见口苦、咽干、目眩。同时由于少阳枢机不利,气、水、火、血、谷等运行受阻,易产生痰、水、湿等病理产物,故可见寒热往来、胸胁苦满、不欲饮食、心烦喜呕、胁下痞硬、心悸、小便不利、微热咳渴等证。总之,心—肝—肾三焦相火系统病变病机总以少阳枢机不利,气机郁遏,相火内蕴为主要核心,同时可伴有水湿、停饮、 体虚等多种情况。

5治疗三焦病变的核心:畅达三焦,和解少阳,通利枢机

5.1畅达三焦,通调水道

针对肺—脾—肾三焦水液气化系统病变治疗总以畅达三焦,化水利湿为要。三焦得通,水道得畅,水湿得去。在上焦宜以开宣肺气,芳香宣化为法,在中焦宜以健脾化运,苦温燥湿为法,在下宜以温肾助化,淡渗利湿为法。以治疗三焦水湿停聚及湿蕴化热的经典方三仁汤为例。方中: 杏仁苦温宣畅上焦肺气,使气化则湿化,开通水之上源,使水湿从上焦宣散。薏苡仁甘 淡寒,利湿渗湿,清热健脾,使水湿从下焦而利,白蔻仁芳香辛散,理气调中,可以开通气滞,畅达气机,又其温燥化湿,调理中焦脾胃,以绝水湿生成之源,使水湿在中焦得化。半夏燥湿和胃,厚朴理气调中,二者相伍,辛开苦降,理气化湿,温化水饮。而滑石、竹叶、通草甘寒淡渗,利湿清热,使水湿之邪从下而去。纵观全方,药用辛开、苦降、淡渗,以宣上、畅中、渗下,使水湿之邪从三焦分消,使三焦气机得以顺畅。从而恢复三焦“上焦如雾,中焦如沤,下焦如渎”的三焦气化功能,故三仁汤为治疗三焦水液气化失司的经典效方。

5.2和解少阳,通利枢机

因心—肝—肾三焦相火系统病变以少阳枢机不利,气机郁遏,相火内蕴为主要核心,故其治疗应以和解少阳,通利枢机,清透郁热为要,小柴胡汤为针对此病机的首选之方。方中柴胡苦平,轻清宣降,能疏利肝胆,又能畅达气机,使三焦气机通畅, 同时能透邪出表,推陈致新; 黄芩苦寒,清解少阳郁火; 两药相合,一透一清,针对肝胆相火内蕴,枢机不利之主要病机尤为合拍。半夏辛温,以散停聚之水饮; 参、草味甘,以助偏衰之元气; 生姜、大枣资助营卫,以随气机外达而抵御外来之风寒。该方药物虽然不多,但是由于其全面考虑了手少阳三焦经病变的气滞、火郁、痰饮、体虚等多方面的病机,针对手少阳三焦经病变尤为合拍。由于三焦病变可遍及全身,涉及阴阳、表里、寒热、虚实、五脏六腑、气血津液精的各个方面,而小柴胡汤加减治疗可以实现疏利膜腠以和表里,分解水火以和寒热,扶正祛邪以和虚实的至和之治[4]。故小柴胡为治疗手少阳枢机不利引起的全身各种病变的千古名方。

6三焦理论的发展:“生物管道理论”

当代姜良铎教授曾提出“生物管道理论”[5],他认为人体在正常生理情况下有一套动态的、立体的、完善的排毒系统。这套排毒系统主要由脏腑、 排毒管道和气血组成。其中,脏腑器官本身的功能完善和彼此之间的功能协调,是排出各种毒素的物质基础之一。排毒管道包括五官九窍、腠理毛孔、经络血脉等体内所有管道系统,在管道通畅时,内生之毒可以通过自身的排毒系统排出,不致毒存体内,而损害脏腑器官。只有当毒邪过强、过盛或排毒系统功能发生紊乱时,管道欠通畅或不通畅,毒邪才会留而不去,导致疾病的发生。从这一角度上,所有疾病都是管道不通引起的,故其认为“通则不病,病则不通”。所以治疗疾病当以通调为主,畅通管道,排出毒素。

由前面对三焦的论述可知: 三焦病变或为气滞、湿阻、水停、火郁,或伴有体虚、痰饮、瘀血等,总之以三焦郁遏、枢机不利为核心,即三焦管道不通 ( 结构或功能) ,治疗以畅达三焦,和解少阳,通利枢机为要,即通调三焦管道为关键。三焦是体内气、 血、水、火、谷等的通道,是机体生命的支持管道。 体内所有生命过程几乎均以三焦气化为基础,三焦通畅则机体功能稳定,各项代谢正常进行。若三焦不通,则营养精微运营受阻,水湿、痰饮、瘀血等代谢产物相继产生,又进一步阻滞三焦,形成恶性循环,严重干扰危害机体的健康。从“生物管道理论” 的角度认识和把握三焦,有利于更好地认识和理解三焦的形态和功能,从而有效地指导临床实践。

“管道”理论 篇6

1基于流体网络理论的输油管网计算方程组

根据流体网络理论, 将输油管道系统分成两个部分。一是管网系统的拓扑关系, 即抛开管网分支的各种属性, 只考虑其拓扑关系, 如图1的输油管道系统的示例, 对应的网络图见图2, 其可以表示为G= (V, E) , V= (v1, v2, …, vm) , E= (e1, e2, …, en) ;二是各分支的水力特征, 包括管件、泵机组、调节设施等。

网络图预处理:管网中与储罐相连的节点, 在对应的网络图G= (V, E) 中, 一类是入度为0的节点, 称为网络的源点 (例如图2中的节点v1) ;另一类是出度为0的节点, 称为网络的汇点 (例如图2中的节点v8) 。对于具有多源汇的网络图, 源点、汇点的集合分别为V- (G) 和V+ (G) 。对于多源汇的网络图, 可通过增加虚拟节点 (图3中的v0) 和虚拟分支的方法 (图3中的e9、e10) 将有源汇的流体网络变成无源汇的流体网络[1,3], 如图3所示。通过该方法, 则将储罐转化为网络图的虚拟分支。

环状管网水力方程一般是以分支流量和压降作为变量。管网水力分析的依据是: (1) 节点流量平衡:每个节点进出流量的代数和为零; (2) 回路压降平衡:每个回路压降的代数和为零; (3) 各支路应该满足压降和流量的关系。对于共有 (m+1) 个节点及n个分支的输油系统, 节点流量平衡方程组、回路压降平衡方程组、分支压降方程组分别成式 (1) 、式 (2) 及式 (3) [3,4,5]:

式中, B、C——网络图的关联矩阵和基本回路矩阵, (m+1) ×n, (n-m) ×n阶;Q、H——输油管网分支流量和压降列向量, n×1, n×1阶;q——节点流量列向量, (m+1) ×1阶。

该输油管道水力计算需要求解出n个分支的流量Qi和压降Hi, 即有2n个未知量。而管网的关联矩阵B的秩为m, 即共有m个独立的节点流量平衡方程;管网的基本回路矩阵C的秩为n-m, 即共有n-m个独立的回路压降方程;还有n个分支的摩阻和流量关系方程, 组成了2n个线性无关的方程组, 所以管网稳态的水力方程组是封闭的。

2分支流量与迭代流量表达式

2.1分支流量表达式

从式 (6) 看出, 求解n个分支的流量向量实际可以转化为求解 (n-m) 个余支流量向量QL。

2.2迭代流量的表达式

2.3迭代结束条件

2.4节点压力的计算

3各类分支的水力特性

3.1管件

3.2截断阀

3.3可变转速的离心式输油泵

3.4储罐

储罐, 也就对应于网络图中的虚拟分支, 根据流入管网的流体是流量不变还是压力不变, 分为定流控制和定压控制分支。

3.4.1定压控制

固定压力的注入/分输 (与之相连的节点编号为vk) 对应的虚拟分支 (对应的分支为ei) 的压降计算公式和压降的一阶导数分别见式 (20) 和式 (21) 。

3.4.2定流控制

4环状管网水力计算迭代算法

环状管网水力迭代计算算法框图见图4。

5算例

选用分支e2、e10作为余支, 迭代初始流量分别选为0 m3/h和1 600 m3/h、50 m3/h和1 6 00m3/h、300 m3/h和1 600 m3/h、0 m3/h和1 600 m3/h, 经过5次、4次、4次、4次迭代计算, 确定出管网各分支流量和压降, 及各节点压力的计算结果见表2。

算例2:其它参数与算例1相同, 只将注入点 (v1) 和分输点 (v8) 的控制模式 (控制量) 分别为定压 (6MPa) 和定压 (0.2 MPa) , 选用分支e2、e10作为余支, 若迭代初始流量分别选为0 m3/h和0 m3/h、50 m3/h和50m3/h、300 m3/h和300 m3/h、500 m3/h和500 m3/h、800m3/h和800 m3/h, 分别需要迭代计算26次、18次、16次、14次、13次, 计算结果见表3。

6结论

(1) 通过增加虚拟节点和虚拟分支的方法将有源汇的管网转化为无源汇的管网, 并根据源汇的控制方式是定流量还是定压力, 分别考虑虚拟分支的水力计算方法, 计算程序可以实现不同控制边界的仿真计算, 如算例1和算例2。

(2) 基于流体网络理论输油管网的水力迭代计算的速度是比较快的, 对比几个算例可以看出若边界的定压控制模式偏多时, 迭代次数偏多些。

(3) 通过变换不同的网络图 (管网的拓扑关系) 和分支属性, 可对不同的管网进行水力计算, 如算例1和算例3。

参考文献

[1]刘剑, 贾进章, 郑丹.流体网络理论.北京:煤炭工业出版社, 2002:1~13, 106~129.

[2]王惠宾.矿井通风网络理论与算法.徐州:中国矿业大学出版社, 1996:1~2.

[3]曹慧哲, 贺志宏, 朱盟生, 何钟怡.基于图论的多定压节点管网水力计算方法的研究.计算机技术, 2008, 1 (34) :105~108.

[4]祁祖尧.基于图论的给水管网水力计算方法研究 (硕士学位论文) .哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2011.

[5]R.Houcine, A Co-tree Flows Formulation for Steady State in Water Distribution Networks.Advances in Engineering Software.1995, 22:169~178.

[6]Dejan Brkić.Iterative Methods for Looped Network Pipeline Calculation, Water Resour Manage (2011) 25:2951–2987.DOI10.1007/s 11269-011-9784-3.

“管道”理论 篇7

关键词：管道,高后果区,识别,管理

一、概述

根据Q/SY1180《管道完整性管理规范》, 管道完整性管理可分为六大步骤:数据收集与整理、高后果区识别、危害识别与风险评价、完整性评价、维修与维护、效能评价与改进。此六个步骤组成一个完整性管理循环, 不断实施, 持续提高。HCAs识别作为完整性管理的重要步骤, 是预测、防范事故的重要手段, 可以让管道管理者清楚的认识管道由于可能泄漏而产生严重后果的区域, 明确完整性管理重点。

永登支线起点为西部成品油管道46#阀室, 终点为永登计量站, 输送的油品为西部管道输送的成品油, 目前输送的油品是0#柴油, 输送方式为密闭顺序输送。油品经计量后进入永登油库, 永登支线设计压力为8.0MPa, 管径为φ273.1mm, 长度为46.21km。沿途靠近满秦公路穿越满秦公路10次, 穿越河渠8次、穿越渡槽2次、穿越引大入秦明渠5次, 沿线乡村公路较发育, 交通比较方便, 容易发生打孔盗油现象。

二、高后果区识别理论及方法

高后果区识别是根据中国石油天然气集团公司企业标准Q/SY1180.2《管道完整性管理规范:第2部分管道高后果区识别规程》中有关危险液体长输管道的高后果区识别准则的要求及SY/T 6648-2005《危险液体管道的完整性管理》相关要求进行。高后果区的识别, 首先可以明确造成管道高后果区的原因、可能的影响区域和可能造成的后果;其次可以使管理者明白管线哪些位置是高后果区和明确管线高后果区存在的威胁;最后识别高后果区是完整性管理的前期工作, 是建立完整性管理计划的必要前提。高后果区识别是管道完整性管理的第二个阶段, 是在数据采集之后进行的重要分析识别工作。

永登成品油分输支线高后区识别包括上线采集高后果区数据, 高后果区打分和撰写高后果区报告。HCAs评价采用站队收集资料和徒步巡线勘察相结合的方法来获取HCAs管段。HCAs评价评分标准依据的是中国石油天然气集团公司企业标准Q/SY1180.2《管道完整性管理规范:第2部分管道高后果区识别规程》。图2-1为是输油管道HCAs打分原理图。

三、永登成品油分输支线高后果区数据分析

为了全面了解管道的现状, 建立健全管线的基础档案资料, 预防由于管道泄漏造成对周边人口环境的损害, 并且确保管道的安全运行, 上线采集的管道两侧各200米范围 (根据高后区评分标准) 内的人口环境数据。

人口环境数据分析:永登成品油分输支线全线46.21公里, 所辖管道自东向西依次经过永登县上川镇、柳树乡、城关镇, 共3个乡镇。上川镇包括:五联村、达家梁村、古联村、涝池滩村、四泉村、上古山村;柳树乡包括:韩家井村、孙家井村、清水村、红砂川村、教场村;城关镇包括满城村。管道两侧的村庄、小学和卫生院也是形成高后果区的一个重要因素。对于这些地区, 一旦管道发生泄漏事故, 可能会造成人员的重大伤亡。

交通状况统计分析:永登支线地处永登县黄土湿陷性地带, 本次高后果区划分主要对已建和在建的公路及铁路的并行穿越等情况进行统计分析, 对已经开始勘探的但未正式修建的未进行统计。

公路统计分析:公路的统计主要是指高速公路、国道、省道及易发打孔盗油地段公路交叉点。西部原油成品油管道永登支线两侧公路纵横交错, 所经城区之处多为交通要道, 沿途穿越满秦公路7次, 沿线乡村公路较发育, 交通比较方便, 容易发生打孔盗油现象。

铁路统计分析:永登支线沿线目前无铁路交叉。

工厂仓库统计分析:永登支线两侧分布有仓库、工矿企业。

河流水源统计分析:永登支线45.2KM, 因为处于永登县黄土湿陷性地带, 没有经过大型河流。穿越河渠8次、穿越渡槽2次、穿越引大入秦明渠5次。

地上设施统计分析:地上设施类型主要指高压线、高架电话线。永登支线两侧地上设施, 主要为高架光缆等电力和通信设施。

埋地设施统计分析:埋地设施类型主要指埋地电线、埋地光缆、供水管道、废水管道。乌兰原油成品油管道永登支线埋地设施有要有:与供水管道交叉三次, 与埋地光缆交叉三次。

四、高后果区识别及结果

永登支线管道共划分出HCAs13段, 其中HCAs段分值最高为26分, 最低为9分。其中高后果区分值在20分以上5个, 20分以下8个。其中各HCAs段识别项及各项分值如下表4-1中:

五、HCAs管理建议

永登支线共划分出13个HCAs段。HCAs段分值都较小。其中成为HCAs段主要有四方面的因素:1.人口;2.铁路、国道、高速路、省道等交通设施;3.季节性河流、水库、湖泊、池塘等水体等。对各HCAs段的详细评价及建议如下表:

针对永登支线各HCAs段主要采取以下几个方面措施:

1.对人口为主要因素的HCAs段, 设立标示牌, 加强宣传, 提高群众紧急避险的意识。

2.对河流、水库等水体为主要因素的HCAs段, 采取切实措施, 增加对埋深的监测, 发现埋深不足, 尽快治理。

3.对铁路、国道、高速路、省道为主要因素的HCAs段, 加强穿越处套管的监测, 加强人工巡线的时间;时常检测套管处的阴保电位。

4.存在有由于临近外部输油气管道而造成的HCAs区, 对于这些HCAs段, 虽然其影响权重较低, 但如果管道泄漏爆炸, 会对临近的输油气管道带来重大安全隐患, 这些影响因素也应慎重考虑。

5.对HCAs段的管道缺陷, 应及时修复和治理。加强地质灾害处的监测, 群策群防, 尤其在降雨量较多时节, 更应提高警惕, 一旦发现发生地质灾害的迹象, 立即报告相关部门, 进行治理, 疏导群众, 以保证HCAs地区人员和环境的安全。

6.对易打孔盗油点, 人工巡线时间安排不应固定, 以免被不法分子摸清规律, 钻时间差的空隙作案, 建立或完善光纤预警系统和管道预警系统, 对易产生打孔盗油段道路交叉口安装全球眼监控系统进行监视。

7.采取措施降低人为因素对管道完整性的威胁程度。可采取以下具体措施:

8.实施动态管理。主要针对HCAs管段内, 诸如第三方破坏等不依赖于时间变化的威胁, 西部管道甘肃输油分公司应采取动态管理的方式, 如不定期的地面位置调查、对开挖活动的监控、进行土壤腐蚀性分析等。

9.泄漏检测措施。为保护高后果区, 西部管道甘肃输油分公司必须有评估泄漏检测的设备和能力, 以及能够及时对泄漏点进行修复。

10.对所有HCAs段, 无论分值大小, 都应进行有针对性的完整性评价与风险评价, 提出减缓措施。

六、结论及建议

HCAs识别作为完整性管理的重要步骤, 是预测、防范事故的重要手段, 可以让管道管理者清楚的认识管道由于可能泄漏而产生严重后果的区域, 明确完整性管理重点。深入领会HCAs识别标准, 全面细致进行数据采集, 科学的识别和评价是应用好HCAs识别原理的关键。

参考文献

“管道”理论 篇8

关键词：管道机器人,旋转磁轮,拖动系统,控制电路

0 引言

目前, 管道内检测技术是应用最为广泛的维护管道安全性与完整性的有效方法[1]。拖动系统是在各种机器人系统中非常重要的部分之一, 其性能好坏直接影响的到机器人的快速性、稳定性和可靠性[2]。为满足抽油泵泵筒内检测需要, 提出了旋转磁轮式拖动原理, 设计了一套旋转磁轮式拖动系统, 并通过搭建试验系统验证了该方案的可行性。

1 旋转磁轮式拖动系统原理

1.1 设计需求分析

该管道机器人技术要求如下:

(1) 管径范围:32mm~90mm;

(2) 管壁材质:碳钢;

(3) 管壁摩擦系数:0.1~0.8;

(4) 托动力要求:≥2.5kg;

(5) 行走角度:0~90°;

从上述参数要求可以看出, 该机器人运行管径范围较大, 且最小管径要求仅32mm, 对托动力要求较大, 应满足在水平、垂直管道中的行走需求。这不但为机器人的设计带来了较大的困难, 对电机的选型难度也较大。

1.2 旋转电磁铁拖动机构原理

目前管道机器人多采用电机拖动的方式, 它是将能量或信号进行转换或变换的电磁机械装置[3]。笔者经过大量调研、检索, 并询问国内外知名厂家, 目前主流电机无法满足该管道机器人的设计需求, 因此, 提出了一种旋转磁轮式的拖动原理。

拖动系统原理如图1-1所示, 在一滚轮上上均布若干块电磁铁, 当电磁铁1通电时, 滚轮位于“I”的位置。当电磁铁1断电, 电磁铁2通电, 在倾覆力矩的作用下, 滚轮向前滚动至“I I”的位置, 此时滚轮圆心向前移动了L距离。重复上述过程, 滚轮将不断向前滚动, 可以产生对负载的拖动力。

2 拖动特性分析

2.1 拖动力影响因素分析

将原理图中的临界转动情况进行分析, 其几何关系如图2-1所示。

在考虑滚轮的转动惯量时, 滚轮瞬时角加速度为ε, 若实现转轮从图1-1中位置“I”向位置“II”移动, 必须满足条件:

其中:

式中:

f——电磁铁磁力

F——拖动负载

J——磁轮转动惯量

α——相邻两电磁铁所呈圆周角

从公式5中可以看出, 驱动力与滚轮半径无关, 主要应考虑负载情况及滚轮的转动特性。在拖动负载、圆周电磁铁数量、设计加速度及转动惯量已知的情况下, 便可以确定电磁力的大小。另外, 为了使旋转磁轮能够转动, 应适当增加相邻两电磁铁之间的距离。

2.2 电磁力的产生及影响因素分析

电磁铁吸合力的计算公式为:

式中:

L——电感量

I——电流

N——线圈匝数

µ0——空气磁导率

S——电磁铁与磁轭相对极的截面积

由式 (6) 可以看出, 在电感恒定时, 吸合力F与电磁线圈中的电流有关。衔铁与磁轭的距离l是影响电磁线圈电感的关键因素。在运动中, L随着l的变小而变大[4]。通过对式 (6) 与式 (5) 的分析发现, 在其他条件不变的情况下, 相邻两电磁铁之间的夹角, 是影响旋转磁轮拖动能力的关键。通过建立数值模型, 并经计算机迭代计算知, 在工作条件允许的情况下, 适当增加旋转磁轮的直径可在一定程度上解决这一问题。

3 拖动系统的步进式控制电路

该拖动系统采用开环脉冲的方式控制方式。开环控制方式实现简单, 控制精度能满足大多数需求[5]。控制电路主控芯片采用AT89S51单片机, 驱动芯片采用ULN2003, 驱动电源采用+5V开关电源, 电路原理图如图3-1所示。

根据电路原理搭建了试验控制电路系统。系统由开关电源、在线调试模块、单片机调试板、环形电磁铁及其驱动电路组成。当单片机P1.0~P1.3端口依次输出控制信号时, U L N2003输出端依次输出高电平。从试验结果来看, 环形电磁铁成功地按照预定顺序依次导通, 并对铁磁基板产生了吸附力, 但拖动力较弱。在后续电路的改进过程中, 可以采用耐压等级更高的芯片作为驱动芯片, 并适当提高驱动电压的方式来提高磁轮的拖动能力。

4 结束语

本文创新地提出了一种旋转磁轮式拖动方式, 并对该拖动方式的原理、影响因素进行了定性分析。通过分析发现, 相邻两电磁铁之间的夹角是影响拖动能力的关键, 可通过计算机迭代或其它算法进行优化设计。笔者使用AT89S51单片机驱动ULN2003, 搭建了该拖动方式的控制系统, 利用步进电机转子进行了原理验证性试验。通过试验发现, 旋转磁轮式拖动方式具有一定的拖动能力, 可作为特殊工艺要求的管道机器人的拖动系统。但限于笔者的能力及水平, 其深入影响因素细致综合分析、控制方法优化等问题尚需广大读者继续研究, 提出批评指正意见。

参考文献

[1]孙吉业, 樊建春, 张来斌, 温东, 贾运行, 张兰.基于磁记忆效应的新型管道机器人[J].石油机械.2009, 39 (1) :51.

[2]韩军, 常瑞丽.轮式移动机器人电机驱动系统的研究与开发[J].机械设计与制造.2009, 9 (9) :115.

[3]胡幸鸣.电机及拖动基础[M].北京:机械工业出版社, 2002.6:1-2.

[4]李强, 胡景泰, 徐涛, 邵福山, 曾萍.一种基于PIC16F685微处理器的电磁铁控制方法[J].低压电气, 2010 (2) :27~28.