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1、案例1.海底管线泄漏监测系统技术研究长输管道长时间运行面临管道老化、泄漏失效的危险，海底管线所处环境恶 劣、情况复杂多变而难以预测，失效导致的泄漏更具隐蔽性。只有尽早发现泄漏, 对泄漏点准确定位，使泄漏造成的损失最小化。研究内容包括长输管道基于自适应滤波的统计检测；基于瞬变流计算与扩展 卡尔曼滤波的管道流动状态估计与监测；泄漏定位方法；基于分布式检测与决策 融合的泄漏检测。将基于实时模型的管道泄漏监测形成有压瞬变流系统辨识反问题。在前人工作基 础上，提出三种适用条件不同的小泄漏检测方法。提出在瞬变流模拟中引入扩展 卡尔曼滤波的管道流动状态估计与辨识的方法。试脸水管非平稳流动中的泄塚检测sro.
2、in(cj琏出口压琳鼻Cw itMittCttEKFtit， CO计的课撤-3-inI案例2.海底管道悬空数值模拟海底管线是海上油田的生命线。随着海洋油气资源的开发和利用，油气集输 过程中的海底管道建设日益增多，近年来海底管线出现泄漏和断裂的事故也在逐 渐增多，管线的断裂不仅会对国家经济造成巨大损失，而且也对海洋环境造成严 重污染。海底管道的很多破坏是由管跨引起的，管跨的出现改变了管线所承受的荷载 形式和应力状态。管跨是指由于敷设过程中海床凹凸不平，或管道建成后海流和 海浪对海床的冲蚀作用，或由于管道变形等原因而产生的海底管道与海床表面不 直接接触的悬空段。据有关方面对埕岛油田61条海底管线的
3、调查，仅有5条管线未 被冲刷悬空，仅占8%,其他管道悬空平均高度为1.33m,最大为2.50m，其中大于 等于2m的有16根，占26%，大于等于1m的有48根，占79%；从悬空长度统计，平均 悬空长度为15.1m,最大30m，其中大于等于20m的22根，占36%，大于等于10m的 43根，占70%。另外，管线的存在改变了原流场形态，管线附近水动力加强造成的海底管线 局部冲刷也可能使海底管线出现局部悬跨现象。悬跨管线可能会在波流水动力作 用下出现静力破坏，还可能在涡激振动长期作用下出现疲劳破坏。这种非设计性 悬空产生的非设计性荷载给海底管线安全运行带来严重隐患，所以采用编程数值 模拟的方法来预测
4、管道的悬空深度有非常重要的意义。海底管线周围海床的冲刷是波浪、管道和海床三者间的动力耦合作用问题， 由于受流动、地形、土质等多种环境因素影响，冲刷现象十分复杂。从流体力学 的角度看，波浪中管线的冲刷涉及非定常往复运动中的旋涡分离流动，因为产生 床面冲蚀，床面边界处于动态变化之中，边界的改变以及床质进入水体，都会使 绕管线的旋涡分离流动与固壁平板床有所不同。国内外对海底管线冲刷机理的研 究认为冲刷发生的主要因素是管线两侧的压力差引起的海床泥沙内部渗流作用促 使管线下游床面泥沙的起动，次要因素是管线周围的涡旋带动床面泥沙的起动。流场的计算和泥沙输移的计算是分开进行的，因为除了在海床表面非常薄的 一
5、层外，其他地方的泥沙浓度非常小，不会对流场计算造成影响。采用二维雷诺 平均纳维斯托克斯方程模拟流场，相应的湍流模型采用标准 模式。泥沙输移 包括悬移质和推移质两部分，推移质泥沙输移是与海床表面接触的很薄的一层泥 沙的连续性运动。通过数值模拟得到不同时刻流场图1和床面冲刷图2如下所示。三一 mwm 二三BMnwl -ifl- 三g 33 t S爭 書i =-_3-_=-=_ _图1不同时刻的流场wfQ21冲刷底部形状比较平滑，冲刷坑最深处在管线正下方，冲刷范围约为两倍的 管径。比较这几幅冲刷图，可以看出冲刷深度第四年约为0.6m,第五年约为0.65m, 基本上达到冲淤平衡状态。计算值较实测值小，是因为忽略了波浪的作用。在立 管底部的冲刷最大，是因为这里的涡流效应，可以考虑在水平管计算的冲刷深度 上加上一个放大系数来得到。
