中俄原油管线所穿越的欧亚大陆冻土区稳定性较差，差异性地质构造普遍存在，管道正常运行极易引发融沉灾害，造成管沟积水，影响管道安全运行。利用Abaqus软件建立管—土三维有限元模型，基于应变设计准则考虑管线钢的材料非线性特性，研究分析管道穿越冻土融化区域时管道的应变变化规律及融化段长度、融化深度、管道内压3种参数对管道应变的影响。研究结果表明，管道处于冻融区域时会产生3个应变集中区，最大等效应变值出现在管道顶部即融化段中部。融化段长度对管道应变影响最大，内压次之，融化深度影响最小。研究结果可为今后冻土地区埋地管道工程的运行维护提供理论参考，以保证管道在服役期内安全运行。
重点介绍了俄罗斯标准在管道清管、试压、投产交接和试运行监控等方面的先进理念,主要表现在一是应用凝胶清管器保障新建管道清管质量;二是高寒冻土区的管道试验技术,包括高强度水压试验、零度以下试压技术、管道延迟投产重复试压等;三是管道投产需要具备的条件;四是管道投产需要重视的关键设备试验;五是管道延迟投产运行管理的要求,研究成果对保障中俄输油管道安全运行具有指导意义。
为了研究漠河到大庆输油管沿线冻土的变化情况,根据东北地区及周边117个气象站50 a(1965—2014年)的观测资料,从中选取47个具有地温观测项的站分析气温与地温间的关系。建立气温模型、地—气关系模型,结合有限元数值计算方法,得出了目前、10 a后和30 a后漠大输油管沿线冻土的分布情况。研究结果表明,目前年平均地表温度在1.5℃的地区可能存在有多年冻土(1.5 m);当气温以0.048℃/a的速率递增,10 a后,现在年平均地表温度在0.5℃的地区可能存在有多年冻土(11.5 m);30 a后,现在年平均地表温度低于0.5℃的地区将残留大量的多年冻土。
我国作为世界第三大冻土国,输油管道的建设应充分考虑冻土对管道造成的冻胀和融沉危害的影响,而大地温度场得研究就是其中非常重要的内容。广泛调研国内相关分析方法,总结各种方法的应用现状和发展方向,对于指导相关设计研究工作,具有一定的指导意义。
以冻土区埋地输油管道泄漏污染物为研究对象,考虑冻土环境对泄漏污染物在土壤中迁移的影响,建立了埋地输油管道泄漏污染物多相传热传质过程的迁移数理模型,采用有限体积法对该模型进行离散和求解,分析了冻土对其迁移过程的影响。研究结果表明:冻土对温度场的影响(分流头区域、发展区域、稳定区域三个阶段);冻土对多相流分布的影响。
中俄输油管道漠河—乌尔其段长约441km,南北向纵贯整个大兴安岭多年冻土区,该区处于欧亚大陆冻土区东南边缘,冻土总体厚度较薄、温度较高、稳定性较低,易受外界因素干扰。本文根据多年冻土的区域分布规律及分布的连续程度,并考虑地温、冻土厚度、植被变化等特征将管道沿线分成4个冻土亚区。在此基础上分析了多年冻土类别特征、多年冻土在地形地貌上的分布规律、冻土工程性质、地表植被、冷生现象等标识性指标之间的相互依存关系,提出了适应于中俄管道沿线多年冻土区的地表稳定型多年冻土环境评价方法。并利用此方法对沿线各个冻土亚区不同地表稳定型的冻土区段进行了统计分析。
在建立埋地输油管道周围土壤温度场的物理模型时,大多数人认为温度分布是关于管道中心对称的,因此只考虑对称的一侧,且都为二维计算,简化了很多方面,这是不精确的。结合横向、纵向建立了三维运算模型,使土壤温度场的模拟更接近现实,所以模拟的结果将会更加精确,对现实生产也具有指导意义。
针对冻土区埋地输油管道将遇到受土体冻胀和融沉破坏等一系列特殊问题,综述了管道周围土壤水分场、温度场、应力场及三场耦合的研究现状,介绍了冻土区埋地输油管道与水热力三场的关系,分析了目前与冻土区埋地输油管道三场研究相关的研究成果。结合埋地输油管道在实际运行中的油温变化等因素,提出了未来关于冻土区埋地输油管道三场研究的几点建议,以期为冻土区埋地输油管道的设计、建设与运行提供参考。
中俄输油管道(漠河-大庆段)全长约965km,其中穿越不连续多年冻土区约441km.管道穿越中国东北大兴安岭山地丘陵和松嫩平原的北部.沿线地形复杂,冻土类型及分布情况复杂.该区是中国东北主要的寒温带森林、冻土湿地分布地区,冻土生态环境比较脆弱.管道建设将不可避免的影响到沿线植被、冻土、湿地、水资源和野生动植物等生态要素.分析了管道沿线多年冻土区主要的冻土环境特征,工程地质和环境风险问题,并提出了一些建议.由于冻土区管道在商业运行的初期和后期,发生各类泄漏事故的几率较高.因此,中俄输油管道还需准备应急预案和措施.
研究目的:中俄输油管道穿越我国东北大兴安岭多年冻土区,多年冻土的融沉及活动层的冻融对管道地基工程的破坏,将造成管基的不均匀变形,影响输油管道的安全。本文通过对中俄输油管道沿线多年冻土区工程地质问题进行分析研究,有针对性地提出用以保证输油管道工程安全稳定的防治对策。研究结论:(1)在多年冻土区采用架空方式敷设输油管道,可极大地避免不良工程地质问题对输油管道安全的影响;(2)冻融差异变形是导致冻土地区管道变形破坏以及诱发管道病害的主要原因,通过减小冻胀变形或融沉变形的绝对值来减缓管道在纵向方向差异变形上的剧烈程度均是输油管道克服变形破坏的有效途径;(3)在冻胀敏感性土和高含冰量多年冻土等不良工程地质地段,可采用管道保温、换填、管壁加厚等措施来消除或减弱管道轴向不均匀变形程度。
