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[博士论文] 苏晨亮
水工结构工程 大连理工大学 2018(学位年度)
摘要:海底管道作为海上油气资源开发的重要组成部分,被誉为海洋油气生产系统中的“生命线”。钢质管道腐蚀是不可避免的,腐蚀是管道破坏的主要因素之一。因此,开展腐蚀管道剩余强度的评估是保证管道安全运行的前提,也是对既有管道是否需要更换进行决策的依据,对于延长管道使用寿命,保障油气田的安全生产具有十分重要的意义。
  经过多年发展,各国规范提出了不同的轴向单点腐蚀管道失效压力评价方法。但是,实际腐蚀损伤的形成具有一定的随机性,管道腐蚀往往以不同缺陷尺寸的腐蚀群的形式存在,相邻腐蚀缺陷间相互作用对管道的破坏模式和失效压力具有非常重要的影响。针对目前多点群腐蚀管道在内压荷载作用下的破坏机理和失效压力缺乏明确地分析理论和评价方法的状态,本文采用全尺寸爆破试验和数值仿真相结合的研究手段,揭示了腐蚀缺陷间相互作用对管道爆破失效模式和失效压力的影响;通过双点腐蚀缺陷管道失效压力影响因素的敏感性研究,确定了缺陷间发生相互作用的最小距离,提出了内压荷载作用下的腐蚀缺陷间相互作用准则,并验证了该相互作用准则的有效性。本文主要工作包括:
  (1)采用大连理工大学研发的管道几何尺寸测量机,获取了管道直径、壁厚以及腐蚀缺陷剩余壁厚等相关数据。在此基础上,采用研发的复杂荷载试验机开展了轴向单点腐蚀管道在内压荷载作用下的爆破试验。研究了管道腐蚀深度、腐蚀长度等因素对缺陷管道的破坏模式和失效压力的影响。
  (2)建立了轴向单点腐蚀管道在内压荷载作用下的三维非线性有限元仿真模型,并通过试验验证了有限元模型的可靠性。给出了不同强度钢管道达到破坏时的应力失效准则。基于轴向单点腐蚀管道失效压力影响因素的敏感性研究,结合爆破试验和理论分析,提出了含有轴向腐蚀缺陷的中高强度管道钢失效压力的半理论半经验的简化计算公式。
  (3)仍使用复杂荷载试验机,以双点腐蚀缺陷的基本组合形式为基础,考虑不对称双点腐蚀缺陷管道情况,分别开展了轴向和环向双点腐蚀管道在内压荷载作用下的爆破试验。通过对爆破实测数据的分析,揭示了腐蚀缺陷间相互作用对管道反应过程和爆破失效模式的影响。
  (4)建立了双点腐蚀缺陷管道在内压荷载作用下的三维非线性有限元分析模型,并考虑轴向和环向不对称双点腐蚀缺陷管道计算工况,开展了腐蚀深度、腐蚀长度、腐蚀宽度以及腐蚀间距等因素对缺陷间相互作用的影响规律分析。根据对爆破试验和数值计算结果的分析,进一步发展了内压荷载作用下的腐蚀缺陷间相互作用准则。
[硕士论文] 王睿敏
控制理论与控制工程 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:能源对于我们人类社会当前生存和未来发展的重要性毋庸置疑,在任何国家和地区能源都有着最重要的战略地位。当今世界,在人类社会消费的能源中,石油牢牢占据着最重要的地位,而用来对石油资源进行先前勘探以及规模开发的装置就是石油钻机。它是成套的设备,作为一个联合机组,由众多的系统和配套的设备所组成。其中,动力系统设备为石油钻机的运行提供动力。由于永磁同步电机结构简单、体积小、重量轻,与其它电机相比,永磁同步电机在结构方面的灵活性使其在驱动负载、精简设备方面有明显优势。除此之外,永磁同步电机还具有高功率密度、高效率、高可靠性等优点。因此本文将永磁同步电机作为石油钻机系统的动力设备,研究其控制策略。
  本文分析了石油钻机系统中绞车、钻井泵和转盘这三大工作机组的运行情况,之后对永磁同步电机的基本机构、常见分类和三大坐标系下的数学模型及三者之间的坐标变换进行介绍。对于三个坐标系间的坐标变换进行了详细的分析,并建立了dq坐标系下的数学模型,在此基础上建立了永磁同步电机的矢量控制模型。
  针对石油钻机过程具有的非线性、不确定性和时变的特点,将模型预测控制算法中的动态矩阵预测控制算法应用于永磁同步电机的速度环控制中,经过对被控对象的模型预测、对控制量的滚动优化和最后的反馈校正,最终实现对电机转速的控制,在Matlab/Simulink环境下建立模型进行仿真,并与传统的速度环PI控制进行对比,证明了基于动态矩阵预测控制的永磁同步电机系统在动态响应和鲁棒性方面的优越性。
  在分析石油钻机系统工作机组运行情况时,又考虑到钻机系统工作环境及工作状况的复杂性,当发生未知且不可预测的外部扰动或者模型失配较严重的情况时,会使整个系统的转速控制性能出现明显的下降,同时电机自身的参数也会发生变化,进而影响整个钻机系统的正常工作。因此针对复杂工况下的负载扰动、电机参数变化等问题,设计了基于扩展状态观测器的扰动前馈补偿装置,将动态矩阵预测控制和扩展状态观测器相结合。通过仿真分析对比,证明了具有扰动前馈补偿装置的动态矩阵预测控制具有更好的动态响应性能,并且在负载干扰下转速的稳定性更高,说明该控制策略更能匹配石油钻机系统在复杂工况下对于驱动电机的控制要求。
[硕士论文] 邓传奇
动力工程及工程热物理 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:社会的高速发展和能源需求的提高,对绿色环保提出了新的要求。推动低碳生活,寻求清洁能源,优化能源结构已是刻不容缓。液态天然气LNG是一种热值和经济性较高的清洁能源,对环境污染很小。LNG动力船舶的使用大大降低了河流区域的水污染和空气污染,降低了燃料成本,具有很强的发展潜力。因此,对船用双层C型LNG储罐的分析研究具有重要价值。
  基于相关设计规范,对LNG储罐内主要结构和附件进行了设计、选取。建立储罐三维模型,在四种船舶航行工况下,利用有限元方法对储罐内罐体、外罐体、支撑结构和鞍座等主要部件进行了强度分析,确定了模型的危险区域,研究了内压和介质惯性力对各部件的影响。然后基于船级社相关规范,给出疲劳累积损伤的计算流程,通过公式计算和有限元分析得出各主要部件的疲劳累积损伤度,验证了LNG储罐主要部件的安全性。最后通过有限元软件ANSYS的CFX模块对液体介质晃动情况进行晃动模拟,研究船舶遭受向上颠簸工况时内罐气液分布情况和前封头处静压力变化情况,为储罐安全设计提供参考。
  以安全为目标的船用双层C型LNG储罐的研究,对主要部件进行了设计,为LNG动力船舶的广泛使用提供了理论支持。另外,多工况下的数值计算结果对其他LNG储罐的设计也有一定的参考价值,在天然气储运安全方面有其实用意义,为我国天然气领域的进一步拓展贡献了力量。
[硕士论文] 于圣涛
交通运输工程 大连海事大学 2018(学位年度)
摘要:石油储罐作为国家储备基地石油的储备主要储备器具,对其全球范围内油罐体积预估具有军事战略意义。同时,全球3/5的石油贸易主要依靠航海运输,为了便于石油的储备,大多数的石油储备基地将兴建于港口附近。因此,及时获取世界各地油罐预估体积,对中国船舶交通运输战略规划和航运经济发展有着深刻的影响。因为传统接触式的油罐体积测量方法,受测量条件的限制,只能适用于地区性地测量,不能满足全球范围内油罐体积测量需求,所以可借助高分辨率卫星遥感影像来求取石油储罐体积,从而达到测量世界各地油罐体积的目的。
  从高分辨率卫星影像中求取油罐体积,关键是如何从2维图像中有效地获得油罐的高度信息。经查阅国内外文献可知,求油罐的高度经常基于油罐的阴影提取方法。首先,本文根据阴影在HSV色彩空间模型的性质,利用光谱比技术,结合最大类间方差法、阴影面积阈值法以及数学形态学法提取得到油罐的阴影。之后,在油罐的阴影长度求取过程中,针对油罐的阴影形状类似月牙状的特点,根据本文设计的中位数法,计算出油罐的阴影长度反求出油罐高度,从而确定了精度较高的油罐的计算高度。最后,利用霍夫变换对图像中油罐顶部进行识别并计算出油罐半径长度以及油罐的体积。本文基于高分2号光学遥感影像进行油罐体积求取实验。实验结果证明,油罐的计算体积与实际的油罐体积的绝对误差范围在0.0416×104m3~0.3050×104m3之间,相对误差范围在0.38%~2.78%之间,取得精度较高的油罐的计算体积。
  本文通过高分辨率卫星遥感影像对石油储罐的高度和顶部半径进行了计算,在保证计算精度的前提下,可以方便、简单地从高分影像中求取石油储罐的估算体积。
[硕士论文] 林磊
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:带压作业系统是油田中起下油管不可或缺的系统,分布广,数量多,对于石油工艺而言,意义非常重大。它属于复杂型系统,与油管起下效率、环境污染度密切相关。现阶段,国内带压作业系统控制水平普遍较低,造成系统运行稳定性与效率、污染物排放量无法达到规范要求,一方面给石油工业发展带来阻碍,另一方面使环境与资源压力越来越沉重。
  为解决上述问题,本文以江苏盐城金巨石油机械制造有限公司油井带压作业系统为基础,配合PLC开发油井带压作业智能控制系统。主要研究工作如下:
  (1)智能控制系统控制模型的构建:在分析、研究现有油井带压作业系统的组成、油井带压作业工艺过程的基础上,对油井带压作业系统主要的控制回路进行研究,了解油井带压作业系统的控制对象、控制回路,根据智能控制的要求,选择合适的控制方案;
  (2)智能控制系统硬件设计研究:根据智能控制系统设计的要求,研究并设计控制系统的总体结构、控制系统的运行方式,根据控制系统结构和运行方式的要求,选择合适的硬件(PLC、PLC模块、传感器等);
  (3)智能控制系统软件设计研究:在分析、研究智能控制系统软件需求的基础上,对智能控制系统的程序进行研究设计,根据油井带压作业的控制要求,研究设计数据采集、数据过滤、PID运算、PID参数整定、电气控制等功能模块;
  (4)智能控制系统软件设计仿真:将控制程序导入PLC中,调试程序,并对算法调用效果进行仿真研究,模拟数据报警功能;
  (5)组态设计:应用组态系统设计方法,设计系统登陆界面和系统主界面,完成监控内容实时更新与显示,历史数据查询,数据报警等功能,最后调试系统。
  通过连续仿真和调试,本系统具备高效、节能、易于使用等优点,不但能提高系统综合效率,而且能缓解油井带压作业压力,实用价值十分显著。
[硕士论文] 徐晓峰
控制科学与工程 浙江理工大学 2018(学位年度)
摘要:加氢反应流出物空冷器(REAC)系统作为石化炼油工业中的关键设备之一,随着原油劣质化以及加氢工艺的广泛应用,长期以来面临着多相流腐蚀性介质的冲蚀作用,管束泄漏爆管事故频发,带来了巨大的安全隐患和经济损失。由于冲蚀机理复杂,影响因素繁多,尚没有成熟系统的冲蚀失效预测方法,因此通过合适的表征方法对管道冲蚀高风险区域进行精准预测的研究迫在眉睫。
  本文针对TJ石化酸水汽提装置典型的空冷系统出口配管弯管失效案例,结合多相流组成及运行工况,分析了出口配管弯管的冲蚀失效机理,提出了将水相分率、传质系数及最大剪切应力作为冲蚀表征预测的关键参数,采用Mixture多相流模型与SST k-ω湍流模型对进出口配管进行数值模拟,根据流动参数分布预测冲蚀高风险区域。结果表明:多相流介质中的NH4HS是引起管道冲蚀的主要腐蚀相,多相流介质存在较大的偏流,A-202C对应管束内流速、水相分率等流动参数相对较大;弯管8发生冲蚀的风险最高,其中水相分率、传质系数与最大剪切应力曲线峰值之间管段(55°≤α≤85°)为冲蚀高风险区域,对比失效报告与弯头解剖测厚数据,发现预测结果与实际失效位置基本符合。将表征预测方法应用于WH石化柴油加氢装置REAC系统出口配管,发现在进口配管存在偏流现象,流动参数较高的管束编号左右对称;分析各弯管流动参数分布,发现弯管3-2为冲蚀高风险管束,弯管2-1、2-3、3-1为冲蚀中高风险区域,弯管1-1、1-2、1-6、2-2、2-4为冲蚀中风险区域,弯管1-4、1-5、1-7为冲蚀中低风险区域,弯管1-3、1-8为冲蚀低风险区域;高风险弯管冲蚀最严重位置主要集中在60°≤β≤90°范围,其次为40°≤β≤60°区域,最后为10°≤β≤30°;提出三种应用于不同冲蚀风险的布点,根据评估结果制定测厚布点方案。
  本论文的创新性工作在于:在研究弯管冲蚀机理的基础上,针对腐蚀产物膜在多相流环境中的受力情况,通过三向应力分析解得最大剪切应力作为流体动力学冲刷的表征参数,通过表征预测方法对弯管冲蚀风险进行评估,将评估结果应用于石化行业REAC出口配管测厚布点方案,对以往的密集布点测厚方案进行了科学化改进。
[硕士论文] 许霖风一
控制工程 浙江理工大学 2018(学位年度)
摘要:中国油气资源需求日益增长,国内石油后备资源严重不足,石化炼油企业对劣质进口原油的使用比率增加,使得炼油装置换热设备的腐蚀问题不断加重。此外,伴随人工智能、互联网的兴起,石化企业的信息化程度全面提高,其格式复杂、信息分散的异构系统中所采集的数据都在以爆炸式的速度增长。如何将数据分析应用于石化企业炼油装置的腐蚀预测,实现炼油换热系统的智能化在线监管和预警防护是两化融合的一个重要关注点。
  在此背景下,本文以石化企业炼油装置换热设备流动腐蚀问题为研究对象,开展了流动腐蚀预测及其状态监管方法研究,主要完成了以下几个方面的研究工作:
  (1)针对石化企业炼油设备运行过程状态数据非线性相关性高、数据维度大的特点,选择合适的数据驱动方法——随机权神经网络(Random Vector Functional Link,RVFL)作为基础算法,结合皮尔逊相关系数改进并提出了小规范权重内随机权神经网络模型(Small Normal Random Vector Functional Link,SNRVFL)。数据集测试表明该模型收敛速度较快,计算误差良好,相较于反馈神经网路(Back Propagation Neural Network,BPNN)模型和原始RVFL模型有更好的泛化能力和预测精度。
  (2)针对石化企业异构数据库系统信息存储格式繁杂、监控数据分散的问题,提出了B/S模式的流动腐蚀监管平台,完成了企业DCS、LIMS等异构数据系统的数据集成;利用所提出的流动腐蚀预测模型对大量数据进行分析,形成了独自的流动腐蚀特征参数数据库,结合经验与标准给出相应的告警信息与防护措施,实现了对炼油设备运行过程腐蚀状态的智能化监控。
  (3)将设计的流动腐蚀状态监管平台应用到舟山石化加氢精制装置的实时监管过程中,结果反馈表明所构建的模型能准确快速预测氯化铵的结晶温度,误差为5.51%,计算速度平均159ms;所设计开发的监管平台实现了流动腐蚀状态的在线实时监管,降低炼油换热设备的腐蚀风险,保障设备能长周期安稳运行。
  本文创新性在于建立了流动腐蚀预测的数据驱动模型,以数据为驱动对流动腐蚀进行预测,使石化企业大量搁置的数据信息得到了有效利用,为流动腐蚀关键特征参数提供了计算方法。嵌入数据驱动模型的状态监管平台实现了装置流程的实时监测、工艺模拟、腐蚀预测、超限报警等功能,为炼油设备的腐蚀防控和风险评估提供了操作平台和数据支撑。
[硕士论文] 王星
机械工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:常压储罐是石油化工领域的重要生产设施,用于存储原油、成品油、各种危险化学品和化工原料。由于其规模大、储存介质易燃易爆,一旦发生事故,将会导致严重的经济、安全以及环境问题。本文针对储罐的完整性管理应用进行了一系列研究工作。
  (1)总结了完整性管理的实施步骤和管理流程,针对储罐的自身特点,提出了基于RBI的完整性管理办法,对风险计算、损伤识别和管理决策的内容进行了整理和分析,构建了常压储罐的完整性管理流程体系框架。
  (2)对储罐的损伤机理进行了研究分析,提出一种基于规则推理的损伤机理识别方法,并构建了损伤机理规则知识库,将筛选条件抽象成具体的规则,明确影响储罐损伤机理判别的特征因素,简化了识别步骤。利用Drools规则引擎搭建了常压储罐的损伤机理识别系统,给出了构建步骤和流程。
  (3)针对常压储罐的知识结构类型繁杂、数据增长速率快的特点,提出一种基于知识图谱的知识表示方法,这种表示方法能够很容易的实现数据模式的修改和数据的异构操作,适用于储罐的知识体系表达,能更全面的收集相关数据和信息,未来可以服务于储罐知识的智能化查询和推理,在管理决策上有积极的引导作用。
  (4)结合理论研究的基础,开发了基于B/S版本的储罐完整性管理系统,对系统架构、数据模型和功能设计进行了详细阐述,并结合实例对系统的应用进行说明。
[硕士论文] 石怡帆
动力工程及工程热物理 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:在天然气井的生产中后期,井底积液问题会随着时间延长逐渐变得严重,需要及时采取恰当的排液采气工艺来辅助气井排液,否则将造成死井。中国近几年从国外引入在井底安装涡流工具的排液采气工艺辅助气井生产,相比与常规的排液采气工艺,该工具具有结构简单、成本低、无污染、不改变管柱结构等优点,并且在国内外气田均取得了较好的现场试验效果。对于涡流工具的机理研究目前国内大多借助CFD流体模拟软件对流场进行模拟分析,但仅停留在涡流工具处于单一雾状流来流的稳态模拟,忽略了气井井筒内流体的实际流动情况和流态分布,导致对涡流工具的机理认识不清,并且对涡流工具在井下的安装位置尚不明确。本文将以流体力学、气液两相管流为理论,使用Fluent软件对垂直管内各流态流体经过涡流工具后的分布规律进行研究,解释了涡流工具的作用机理,确定涡流工具的适用范围,并对涡流工具的结构参数进行优化,最后确定涡流工具在井下的安装位置,为气井现场使用涡流工具提供理论依据。
  本文使用Fluent瞬态模拟方法对流体处于段塞流、搅动流和环状流时经过涡流工具前后的流场进行分析,结果表明,涡流工具的作用机理是对流体进行能量转化,将部分静压转化为动压,动压的增量用于提供流体切向速度,并且流体经过涡流工具后截面持液率降低,气体的携液能力提高。相比于段塞流和环状流,涡流工具在搅动流下使用效果最佳。在涡流工具的辅助下,可以降低27%的临界携液速度。
  根据目前涡流工具结构参数的取值范围,借助Fluent软件对涡流工具的螺旋角、槽宽和槽深进行结构参数优化,结果显示,当螺旋角为55°、槽深10mm、槽宽45mm时,流体经过涡流工具后消耗能量少、气液分离效果好且气体的携液能力强。
  针对某气田的3口气井,选择液膜模型对气井积液进行判断,并根据气井的生产数据借助Pipesim软件对井筒内不同深度下流体的特性参数进行模拟计算,并结合Owen垂直管内气液两相流流态图对井筒流态进行分析,从而确定3口气井对涡流工具的适用性以及涡流工具在井下的安装位置。
[硕士论文] 潘俊
动力工程及工程热物理 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:海洋柔性立管作为各国深海石油开采的一把利器,因具有较好的柔性、耐腐蚀性、重量轻以及安装方便等诸多优点,正逐步取代传统的钢制管道,成为未来海工发展的一个主要趋势。由于我国在海洋柔性立管研究方面起步较晚,国外又对出口的柔性立管产品实行严格的技术保密和专利保护,从而导致了我国现今深海开发所使用的海洋柔性立管产品全部依靠进口,这不仅增加了企业的生产成本,而且还严重影响了我国深海石油开发的进程,因此对海洋柔性立管的国产化研制已经刻不容缓,这也必将会成为我国未来海工发展的一个重点方向。
  本文以一种典型的粘结性非金属海洋柔性立管——热塑性玻纤增强柔性立管为研究对象,针对其关键工艺的制备流程、增强层截面结构设计、截面力学性能研究、极端海况下的整体强度分析这几个方面做了一些基础性的研究,具体研究工作总结如下:
  (1)研究了玻纤增强柔性立管的两个关键工艺的制备流程即增强层的纤维缠绕工艺和内衬层的三层共挤工艺流程,并对这两个工艺流程中所使用到的关键设备以及制备过程中出现的部分问题进行了简要的介绍和分析。
  (2)根据深海500米处使用的海洋柔性立管技术设计指标,利用ABAQUS有限元软件,参考DNV-RP-F119标准,对玻纤增强柔性立管的增强层截面结构进行了单一螺旋角度缠绕和多角度缠绕这两种缠绕方案的结构设计,并最终设计出了满足强度要求的单一螺旋角度缠绕结构的柔性立管其增强层最小缠绕厚度为11.4mm,最优缠绕角度为±60°;多角度缠绕结构的柔性立管其增强层结构从内到外分别为:抗压层为4mm(缠绕角度为90°)、抗拉层为3.6mm(缠绕角度±30°)、补强层为4mm(缠绕角度为±55°)。
  (3)利用ABAQUS有限元软件并结合材料力学公式计算了两种不同增强层缠绕结构的玻纤增强柔性管的拉伸、弯曲和扭转刚度值,计算结果显示多角度缠绕结构柔性管的三种刚度值分别为129074744N、512.36KN.m2、750000N.m2,均大于单一螺旋角度缠绕结构柔性管的这三种刚度值119593220N、459.5KN.m2、600000N.m2。此外,本文还计算了这两种柔性管模型在无内压和有内压作用下的最小弯曲半径,计算结果显示单一螺旋角度缠绕柔性管在无内压和有内压作用下的最小弯曲半径分别为3.79m和8.57m,均小于多角度缠绕柔性管在无内压和有内压作用下的最小弯曲半径3.87m和9.23m。
  (4)针对玻纤增强柔性立管在极端海况下的整体强度分析,以综合力学性能较好的多角度缠绕柔性立管模型为研究对象,采用了从整体到局部的强度分析方法,利用专业的海工软件Orcaflex首先进行了整体静力学分析,确定出该柔性立管的危险区域为拉伸张力最大的顶部悬挂区域和弯矩最大的底部触地段区域;然后再针对这两个危险区域基于船体在近位点、远位点这两个典型位置分别进行100年一遇海流和10年一遇波浪联合作用、10年一遇海流和100年一遇波浪联合作用下的动力学分析,提取危险截面的最大拉伸张力和最大弯矩,并作为后续局部模型强度校核分析的边界条件;最后对柔性管的局部模型进行强度校核分析,校核结果显示所设计的多角度缠绕柔性立管能够满足在这两种极端海况下服役的强度要求。
[硕士论文] 陈思
控制科学与工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:炼化装置控制回路的优化作为一个工作量大、复杂的工作,前人做了大量的研究实践工作,但从实际应用方面来看效果并不尽如人意,本文为了保证针对炼化装置控制回路的优化能有更好的效果,提出了从生产数据采集、存储、建模、到控制回路优化各步骤的整体解决方案,以实际的炼化生产装置为对象,依托大量的生产数据优化控制模型、PID控制参数,最终达到优化控制回路的目的。本文提出的针对炼油化工企业控制优化工作的整体解决方案经过实际生产数据仿真和生产装置在线控制效果的双重验证,得到了充分的验证,且本文设计实现的数据采集平台也经过数百套实际生产装置的验证可以保证长周期稳定运行。
  作为控制回路优化工作的数据基础,本文设计并实现了可以跨DCS、跨操作系统、跨客户端开发语言的共享DCS生产数据的DCS数据采集平台。文中详细介绍了本平台针对多种DCS系统的数据采集接口的实现,其中包括OPC、DDE等常见通用型接口,也包括通过反汇编、WINDOWS控件编程等非通用型接口的实现;详细介绍了平台针对巨量生产数据的存储设计以及共享平台数据的解决方案。通过平台中的生产数据本文给出了炼化生产企业典型控制回路的模型,同时因为控制优化工作是个需要考虑上下游影响的整体性工作绝不仅仅是单回路优化控制,文中又讨论了串级控制的作用以及如何设计串级控制改进控制效果,最后文中提出了依据大量生产数据总结出的PID参数给定范围,依据此范围结合生产数据做了仿真验证,验证了范围初步可用性,并结合实际生产装置中的控制回路验证了此范围对控制效果的改善是切实有效的。
[硕士论文] 任康
机械工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:本文为解决定量RBI方法在风险分析中所需数据种类繁多和分析周期过长的问题,通过对某石化常减压装置的压力管道进行研究,提出了用大数据方法分析压力管道风险,介绍了基于风险的检验技术并计算出了全部压力管道的风险,构建了压力管道腐蚀速率、失效可能性和失效后果预测模型并确定了影响模型重要性的变量数据,并将模型预测结果与定量RBI技术计算出的风险结果进行了验证。本文主要工作如下:
  1、提出压力管道大数据分析架构模型,包括数据生成、数据理解、数据处理、数据分析、模型评估和发布模型六个部分。对数据处理和数据分析方法进行了介绍,通过研究分析发现可以使用神经网络算法、C5.0算法和CHAID算法去构建压力管道腐蚀速率、失效可能性和失效后果模型。
  2、对使用定量RBI方法计算压力管道风险的过程进行了说明,详细阐述了构成风险的失效可能性和失效后果的各因子,并对计算风险分析结果十分重要的腐蚀速率进行了介绍。用PCMS软件的RBI模块对某石化常减压装置的全部压力管道进行了风险分析,得到了风险矩阵图,生成了用大数据方法分析压力管道风险的数据。
  3、针对在压力管道的风险分析过程中腐蚀速率的重要性,区别于专家建议和实测腐蚀速率,提出通过大数据去预测腐蚀速率来确定较高风险压力管道的新方法。使用主成分分析方法提取影响压力管道腐蚀速率的4个因子,对各因子重要性和代表变量进行了分析,给出了4个因子的方程。使用BP神经网络算法构建了预测压力管道腐蚀速率的大数据模型,对模型中各因子重要性进行了探讨,并对比了验证集中高腐蚀速率管道,得到了不错的预测效果。
  4、对常减压装置压力管道定量RBI分析后产生的数据进行数据理解,确定输入变量数据和目标变量。对压力管道数据进行标准变换,再使用相关性分析的方法进行数据精简,分别筛选出与压力管道失效可能性和失效后果关系最大的变量数据。分别使用C5.0算法和CHAID算法构建了压力管道失效可能性和失效后果模型,得到了参与模型构建的变量和其重要性。并将大数据方法得到的风险和定量RBI方法计算出的风险进行了比对验证,结果表明模型取得了不错的准确性和很高的可信度。
[硕士论文] 郭丽佳
控制科学与工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:流化催化裂化装置(Fluid Catalytic Cracking Unit,FCCU)是炼油领域中重质油轻质化的重要生产工艺设备之一,经过将近60年的发展,目前我国FCCU的总加工能力已达150Mt/a,当今已进入工业4.0时代,对其技术的优化及创新性研究具有重要的现实意义。
  FCCU建模的主要困难点在于:①原料油及各种产品油气的特征化表达;②反应器提升管内裂化反应数以万计;③复杂反应中的动力学参数优化和辨识;④整个反应系统的数学建模存在非线性、强耦合和热效应等特点。针对以上问题,本文旨在对FCCU反-再系统稳态机理模型进行研究和优化,具体的工作如下:
  (1)基于基准假组分(Special pseudo-components,SPCs)的原油特征化方法,本文对Zhang等人提出的六参数(k0,v,τ,E0,A,B)进行了多解性及敏感性分析后建立了三动力学参数(k0,v,τ)提升管模型,引入三个实际生产中的提升管装置及六组原油数据进行模型模拟和预测,结果表明本文提出的三个动力学参数具有局部可辨识性且提升管模型预测性良好。
  (2)基于Han和Chung等人的再生器稳态模型的研究,本文分区域(密相区/稀相区)建立了再生器的拟稳态模型,并在模型求解中采用GDEM加速迭代算法,通过引入某化工厂工业数据来考察再生器出口烟气组成和再生器内部温度等重要状态变量沿其高度的变化趋势,仿真结果显示符合实际生产需求。
  (3)建立了FCCU反-再系统整体稳态模型,引入了某化工厂实际工业生产数据进行验证,结果显示GDEM加速效果显著且模型准确性较高。通过改变剂油比、通风量等操作条件,考察了在不同操作条件下,对于FCCU稳态模型的几项重要特征(如提升管出口油气产品产率、出口烟气组成含量等)的影响。
[硕士论文] 张弛
控制工程 哈尔滨理工大学 2018(学位年度)
摘要:旋转导向钻井系统是近年来应用于油气钻井作业中的一种新型导向钻井技术,具有成本低、钻速高、井眼轨迹平滑、可延长水平段等优点。在实际应用中,由于强烈的非线性、时变性以及滞后特性等影响控制性能的因素,导致系统难以精确跟踪理想的预设井眼轨迹,甚至使系统偏离预设轨迹。因此,对于旋转导向钻井系统的轨迹跟踪问题研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
  本文以旋转导向钻井系统的轨迹跟踪控制和平台搭建为研究对象,主要研究内容和贡献包括:
  1.介绍了一种推靠式旋转导向钻井系统轨迹模型,推导了此模型的二维和三维轨迹的状态空间方程,并对系统模型进行了稳定性分析。
  2.针对旋转导向钻井系统的二维轨迹跟踪问题,提出了一种基于稳定补偿式状态观测器的状态反馈控制器。稳定补偿式状态观测器使用积分滑模变结构控制方法进行设计,通过对系统滞后特性进行动态补偿,保证了观测器本身的稳定性;使用一种改进的遗传算法NSGA-Ⅱ对系统参数进行优化。相比于基于传统状态观测器的状态反馈控制方法,本文方法在收敛速度、精度以及振荡抑制等性能指标上更具优势。
  3.针对旋转导向钻井系统的三维轨迹跟踪问题,提出了一种基于区间二型模糊控制和增强学习协同的轨迹跟踪控制算法。首先构建区间二型模糊控制器对系统非线性和滞后特性进行处理,然后设计基于增强学习的动作-评价网络控制器优化钻井轨迹,提高了轨迹跟踪的精确性和平滑性,最后使用低通滤波器对控制信号进行融合滤波,进一步提高了钻井轨迹的控制效果。
  4.搭建了钻井系统电气综合测试平台。使用CAN总线实现信号采集与控制,PLC实现步进电机控制;针对不同模块分别采用CAN总线和OPC通讯两种方式与下位机进行通讯,实现了在工控机上对信号采集、传输以及控制等功能;实现了钻井轨迹的可视化界面,便于直观的观测实时井下轨迹。
[硕士论文] 马世超
机械制造及其自动化 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:相对常规螺纹连接管而言,连续油管具备作业高效、灵活可靠等优点,能够解决常规作业技术难以应对的诸多难题,在工程应用中涉及钻井、完井、油气开发等多个作业领域。但在连续油管的服役过程中,管体受到外力载荷以及内压的共同作用是导致其出现低周疲劳失效的主要原因。同时服役环境恶劣,使连续油管的表面形成体积型缺陷,加剧其过早的疲劳失效。本文采用理论和实验相结合的方法对含表面缺陷连续油管的低周疲劳寿命预测展开系统和深入的研究。
  论文首先根据连续油管的实际工况,分析了连续油管在滚筒处的起出力学行为,通过计算不同松弛角度下连续油管的张紧力大小,得出滚筒处连续油管起出的最佳松弛角度;其次通过全尺寸连续油管疲劳实验机得出QT800连续油管的疲劳寿命实验数据,在实验结果的基础上,分析了不同内压及表面缺陷损伤对连续油管低周疲劳寿命的影响,并探究了连续油管表面的裂纹扩展机理,同时通过分析表面体积型缺陷参数的影响,提出了针对表面缺陷的简易打磨修复方法;最后在无表面缺陷损伤连续油管疲劳寿命数据的基础上,借助局部应变法,分别引入应力集中系数和应变集中系数来表征内压以及表面缺陷对连续油管疲劳寿命的影响,并在平均弯曲应变幅是影响连续油管疲劳寿命的唯一影响因素的前提条件下,建立了含表面缺陷连续油管的低周疲劳寿命预测模型,再将理论预测值与实验结果展开误差分析,验证了预测模型的可行性。
  论文在力学分析的基础上,探究连续油管起出滚筒的最佳松弛角度,对工程应用中延长连续油管使用寿命具有一定的参考价值。通过理论分析与实验研究相结合的方法,综合多种影响连续油管低周疲劳寿命的因素,建立了含表面缺陷连续油管低周疲劳寿命预测模型,得出预测值与实验值的误差在工程允许范围内,具备一定的预测精度。论文研究成果可对连续油管在实际工况中的使用寿命起到一定精度的预测效果,避免因连续油管过早疲劳失效造成的现场安全隐患,为现场施工提供理论支持。
[硕士论文] 杨云朋
船舶与海洋工程 集美大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,随着海上石油、天然气的不断开发,海底输油管道铺设的总长逐年增加。不可否认,这些海底管道在石油、天然气的输运过程中发挥着愈来愈重要的作用,但是,管道因腐蚀及其他人为因素而发生油气泄漏的潜在风险也在日益增大。水下油气一旦发生泄漏,不仅会带来极大的安全隐患,同时也会给相关海域的海洋环境造成了巨大破坏。为了给水下溢油事故发生后的应急响应提供重要信息,就必须了解水下油气泄漏后油气混合物在水体中的运动规律。基于此,本文对水下油气两相污染物的运动规律进行了实验研究以及数值模拟,分析了释放角、泄漏流量、含气率等对油滴和气泡的尺寸以及油气的运动规律的影响。主要研究工作如下:
  (1)设计并搭建了水下油、气混合泄漏的实验平台,并在实验平台上进行了不同释放角、泄漏流量、含气率等工况下的水下泄漏实验。采用Sony ILCE-5100高速摄像仪对油滴和气泡的运动轨迹进行拍摄,获得了不同工况下油滴和气泡的尺寸分布及油滴和气泡运动轨迹。
  (2)实验结果表明:油、气泄漏的释放角(泄漏方向与水平方向的夹角)、泄漏流量和含气率等,对羽流的运动轨迹、油滴和气泡的尺寸,有着不同程度的影响。①释放角主要影响油气泄漏后的羽流的运动轨迹,对羽流中油滴和气泡尺寸大小的影响不明显。随着释放角的逐渐增大,羽流运动轨迹的弯曲程度逐渐减小,羽流达水面的时间逐渐减少。②泄漏流量主要影响羽流的射流长度,油滴和气泡的尺寸。随着泄漏流量的增大,射流长度逐渐增大,油滴和气泡的尺寸逐渐减小。③含气率主要影响羽流到达水面的时间,以及油滴和气泡的尺寸。随着含气率的增大,羽流达到水面的时间逐渐减小,油滴和气泡的尺寸逐渐减小。
  (3)在上述基础之上,考虑释放角、泄漏流量、含气率以及海流速度等因素,对水箱内油气的释放及考虑海流对实际海底油气释放的影响进行了模拟。对水箱内油气释放的模拟结果表明:①模拟结果与实验结果基本吻合,说明了该水下油气泄漏实验平台能够较为准确地预测水下油气两相污染物的时空分布,能够为油气泄漏的应急响应以及污染物的控制提供决策性建议。②油气混合泄漏时,油滴和气泡在羽流中的空间分布不同,油滴的横向位移较大,气泡主要分布在靠近泄漏口的一侧,并且气泡总是先于油滴到达水面。此外,考虑海流的影响,对实际海底油气释放也进行了数值模拟。模拟结果表明:海流速度对油滴和气泡的运动轨迹也有很大的影响。随着海流速度的增大,由油滴、气泡、水三者形成的羽流的运动轨迹向海流速度方向的弯曲程度越大,油滴和气泡的横向位移越大,射流高度逐渐减小。即在海流速度的影响之下,扩大了油气泄漏的污染面积,增加了污染物的控制和回收难度。
[硕士论文] 刘江
电子与通信工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:目前国内最实用、最快速输送石油的运输方式是管道运输,管道运输是由石油开采地、进口石油的港口向石化公司输送石油的最好方式之一,是长途运输方式中运输方式较特殊、较重要、较理想的组成部分;管道运输拥有低成本,占地面积少、投资少、高效率、建设速度快、运输量大五大优点。
  在长输管道建设中,管道通信建设是其最重要组成部分,它是整个管道运行体系中通信质量的保障,担负着重要的角色,是长输管道前期建设、后期管理、投入运行和维护、故障维修的重要技术手段,没有成熟的、可靠的管道通信系统,长输管道生产无法实现正常运转。长输管道通信系统有以下几个特点:第一,通信专网容易受恶劣条件影响;第二,对于通信设备稳定性要求较高;三是阀室、管道沿线电压不稳定;四是对于阀室、管道场站的安全保障性要高。如果考虑不够周全,在施工过程中、使用过程中、维护过程中都会造成安全隐患,最终酿成大祸,所以,设计出合理周全的通信网络方案,在整个管道运行的过程中,会具有重要的作用和意义,既可以通过对路由设计来缩短施工工期,降低施工成本提高经济效益,也可以保障施工质量和未来的维护质量。
  我们在对长输管线的通信进行设计时,要理论与现场相结合,包括硅芯管和光缆施工、长距离传输系统、工业电视系统等,要充分考虑施工时的地理环境和自然条件,不可盲目选择方案,应现场勘探后,综合现场多种因素,优先选取通信能力强、稳定性好、易施工、易后期维保等优势的方案。首先第一点是要与输油管道设计的路由相结合,在考虑设计路由走向时,尽量避开水库、河流、公路等施工难度较大的地方,施工和未来的维护都可以降低难度;第二点是对于通信传输的设备选型,一定要做到设备先进、安全、稳定、经济合理,本文主要采用了以华为iManager U2000为平台,结合各个场站、阀室的具体需求,选用OSN2500和OptiX Metro1000设备。第三点是对于场站、阀室内工业电视设计,本文采用的监控平台是英飞拓公司的V1000C-D监控平台,具有超高的设备国标接入能力、支持二次开发和国标,摄像机选用因英飞拓公司产品,防爆区域安装的云台和球机可以满足规定的防爆等级,保障了财产及人身安全。
[硕士论文] 库安邦
测绘工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:海底管道作为输送石油、天然气的重要载体,长期铺设于海底,受海底复杂环境的影响常常会出现悬空裸露等现象,存在巨大的安全隐患。目前对海底管道状态的检测多依赖于侧扫声呐、管线仪等声学设备,根据探测得到的声学图像直观的判断海底管道的存在状态,效率低、准确性差。本文基于侧扫声呐检测海底管道做了系统的研究,并获得了初步成果。主要研究内容有:
  (1)针对现在各类资料对侧扫声呐成像原理的众多解译,重新梳理了其正确的成像机理,分析了其发射信号形式及其适用性,区分了侧扫声呐系统几个性能探测指标的概念并分析了其影响因素。
  (2)设计了完整的外业数据采集流程和方法,利用侧扫声呐系统采集了原始实验数据,分析了海底管道在声呐图像上存在的几种状态,根据实测侧扫声呐图像和水深数据对海底管道状态做了初步的解译。
  (3)为更准确评估海底管道的存在状态,对原始XTF格式侧扫声呐数据进行了解码,分析了从数据解析到形成侧扫声呐地理编码图的每一步,提出了联合单波束的海底线检测方法,经过各项改正后得到了消除各种畸变的侧扫声呐地理编码图,最后将各部分算法进行了封装和集成,形成了一套海底管道侧扫声呐数据可视化系统,能快速查看、提取和处理原始数据中包含的所有信息。
  (4)以得到的侧扫声呐图像为基础,探讨了声呐图像常见的噪声类型,针对性的研究了侧扫声呐图像的去噪算法和分割算法,发现基于Ping滤波效果最好的为维纳滤波,基于图像滤波效果最好的为双边滤波;针对侧扫声呐图像分割主要研究了模糊聚类分割算法和阈值分割算法,结果表明针对本文实验数据聚类算法效果不佳,提出了基于双阈值的直方图双谷法,并与其他阈值分割算法对比分析,结果表明双阈值Ostu算法结果最优;根据分割后的声呐图像,提出联合管道自阴影的形状恢复方法,利用边缘检测效果最好的Canny算子提取阴影和目标边界坐标,判断海底管道状态并计算其悬空裸露高度,从而恢复海底管道形状,并与实测管道单波束断面数据对比分析,验证了本文方法的有效性,最后将图像处理各算法集成开发一套海底管道检测处理软件。
[硕士论文] 蒋相广
机械电子工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:由于天然气清洁、安全、经济等优势,渐渐成为城镇主流能源,最近几年国家也在大力发展管网与管道运输事业,并制定管道保护的相关法律法规。但是人为与非人为因素导致的管道泄漏,甚至重大财产、伤亡事故时有发生。为提高城镇天然气管道运行安全,健全管网系统,减少各类事故,最终建成现代化城镇,研究并设计管道泄漏检测与定位系统非常必要。
  本文通过多种软件联合仿真三维模型的声场,再将仿真数据导入所编程系统进行研究,弥补二维模型信号(数据)的不足,以及加深对声源仿真的后续仿真研究。软件为主,硬件配合的原则,降低成本,增强系统灵活性。具体探究中低压城镇天然气管道泄漏检测与定位的仿真实验与室内实验,也为管道检测实现“虚实同步”提供一些参考,即对不易现场测试的泄漏信号,用仿真的方式得到先验数据与知识,从而实现当实际捕捉到泄漏信号时,检测与定位系统立刻做出反应。
  本文做的工作主要有,运用网格软件ICEM,对三维模型进行结构网格划分;使用Fluent加Virtual.Lab Acoustics联合仿真的方式,仿真泄漏信号;将仿真信号加上环境噪声模拟实验信号;模拟实验信号(即总信号z2)导入LabVIEW,Matlab编写泄漏信号去噪声程序,利用G语言的“Matlab脚本”调用程序;编程城镇天然气管道泄漏检测与定位系统的各个模块;最后以仿真实验为基础搭建实验平台,验证仿真结果,最终建成城镇中低压天然气管道泄漏检测与定位系统。由于主要研究气体管道泄漏,且空气与天然气类似,以及为安全和便于试验,采用空气作为天然气替代介质。本文利用已有声源仿真的方法研究声源数据,借鉴二维模型数据导入LabVIEW编程检测与定位系统的方法,最终以三维模型为基础,探究一条低成本检测与定位城镇天然气管道泄漏的新途径。软件仿真与实验台实验相结合,说明此方法可行,能够定位中低压泄漏。此方法为后期实际工程应用,提供理论与前期准备,也为后期减少硬件使用和检测定位“虚实同步”打下基础。
[硕士论文] 陈宏基
林业 四川农业大学 2018(学位年度)
摘要:石油管道作为油气的载体,连接了上游资源和下游用户。截止到目前,全世界已经有几百万公里的管道在运行。然而石油管道埋设在土壤黑箱介质中,植物根系特别是穿透力强、挤压力大的多年生乔木根系的生长对石油管道3PE防腐层的穿透、挤压等物理机械破坏作用确实存在,不容忽视。本研究以川南地区广泛分布的5种典型植物马尾松(Pinusmassoniana)、香樟(Cinnamomum camphora)、杉木(Cunninghamialanceolata)、黄葛树(Ficus virens Ait.var.sublanceolata)、楠竹(Phyllostachyspubescens)为研究对象,采用典型选样法,调查了川南5种典型植物根系的分布情况,运用微根管法、土压力计法,同时在室内利用琼脂模拟试验,拟合了川南地区5种典型植物的根系垂直分布模型、根系水平分布模型、根系穿透力模型及根系挤压力模型,并综合评估了5种植物根系对石油管道3PE防腐层的影响。主要研究结果如下:
  (1)根据川南地区5种典型植物根系生物量垂直分布特征,运用Gale等构建的根系垂直分布模型Y=1-βd进行模拟计算。构建了5种典型植物根系的垂直分布模型:
  香樟:Y=1-0.9846d(R2=0.9843)
  黄葛树:Y=1-0.8013d(R2=0.9310)
  杉木:Y=1-0.9473d(R2=0.9669)
  马尾松:Y=1-0.9562d(R2=0.8572)
  楠竹:Y=1-0.9794d(R2=0.9503)
  (2)根据川南地区5种典型植物的根系生物量的水平分布特征,构建了5种典型植物根系水平分布的根系生物量—水平距离模型:
  y=ax2+bx+c
  拟合精度均在0.8以上,说明二次函数模型拟合较好,可以作为预测5种植物根系的水平分布情况。
  (3)拟合了川南地区5种典型植物的根系穿透力—根尖直径回归模型:
  y=-ax2+bx
  拟合精度均在0.9以上,说明二次函数模型拟合较好,可以用来预测5种典型植物根系的最大穿透力。
  (4)拟合了川南地区5种典型植物的根系挤压力—时间模型、根系挤压力—根系生物量模型、根系挤压力—根系直径模型,其中根系挤压力—时间模型拟合度最高,均大于0.97,可以用来预测根系挤压力达到最大值时的月份。
  本研究调查了川南5种典型植物的根系分布情况,并构建了5种典型植物的根系穿透力模型、根系挤压力模型,预测了5种典型植物根系最大穿透力及根系最大挤压力出现的月份。但是并未观测到5种典型植物根系有穿透石油管道3PE防腐层的现象。5种典型植物对石油管道3PE防腐层产生了挤压,但是没有出现5种植物根系挤压石油管道3PE防腐层产生形变的现象。植物根系在触碰到3PE材料后生长呈现旋转弯曲现象。通过野外调查和室内模拟研究结果得出,川南地区五种植物根系生物量与垂直/水平距离的相关关系(y=1-βd、y=ax2+bx+c)以及植物冠幅与根系水平分布的相关关系(y=ax+b),根系生长具有一定的季节规律;植物根系对输气管道的主要影响是以根系生长过程中的挤压和穿透作用为主机械破坏作用,穿透力至少是9.67MPa(模型拟合为13.28MPa,楠竹为22.72MPa),挤压力最大为9.44kpa,周围土体对管道所造成的最大压力值为896.69kpa。由此,提出川南地区深根植物杉木、香樟、马尾松等分布在输气管道中心线两侧各5m范围内时具有潜在威胁;另外,黄葛树、楠竹等植物的根系水平分布超过5m,应同样视为对输气管道具有潜在威胁。
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