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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] 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] 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] 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] 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] 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] 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] 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] 付兆丰
工程管理 北京交通大学 2018(学位年度)
摘要:中国储油库工程的建设是响应国家能源战略安全布局,促进国家和地区石油资源和市场的合理配置以及结构调整,具有建设施工周期长,参建单位多,设备安装工程量极大、工艺管线流程复杂等特点。进度管理是项目管理的重心,也是业主方最为关心的重点,因为项目能否按时完工是满足业主自身需求、提升业主行业竞争力以及保证业主自身效益的关键。相较于传统工程承包模式,EPC模式在项目的进度管理和成本管理上优势明显,总承包商能够参与项目的策划、设计、采购、施工、试运行等每个环节,通过总体协调,在保证项目质量目标和进度目标的前提下,最大限度的减少投资,降低工程成本,实现良好的经济效益和社会效益。
  本文介绍了EPC模式的内容和优势,项目进度管理的重点,以及HX储油库项目的基本情况,对HX储油库项目的施工管理现状进行了分析,归纳和总结在项目实施过程中进度管理和控制过程中出现的问题以及出现问题的原因,从组织结构、资金因素以及施工管理等方面分析导致项目工期延误的原因,并提出了与之对应的管理和控制方法,指出项目进度管理不但需要有经验、有能力的项目经理,也需要多部门、多专业之间配合,需要完善项目管理体系以及建立公平公正的奖惩激励机制。其次提出对项目施工阶段进度管理方法的改进措施和建议,包括改进项目部组织结构,实行项目进度动态管理,对关键路径和关键工作进行优化,为国内同类的EPC模式下的石油库工程进度管理提供有益的借鉴意义。
[硕士论文] 李蒙
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:钻井泵不仅是往复泵中重要的重要的泵类机械,而且在石油、天然气开采中,具有钻机的心脏的地位。随着石油开采难度的不断加大,对钻井泵性能要求也在不断提高。要求钻井泵具有大排量、大功率、尺寸小、质量轻以及使用可靠、寿命长等优点。由于往复泵行业的专业性和复杂性,往复泵设计通常采用类比法。因往复泵设计的粗放性,使已定型往复泵运行最佳工况与泵的预期设计工况存在较大偏差,不能发挥往复泵的最佳性能,导致往复泵运行效率低,寿命短。
  本课题以某已定型钻井泵为研究对象,将传统设计方法和虚拟样机技术相结合,运用到钻井泵设计中。采用SolidWorks软件建立钻井泵三维模型,将钻井泵三维模型导入到分析软件ADAMS中,建立钻井泵多刚体系统动力学模型;利用往复泵设计相关的理论知识,计算钻井泵关键部件参数,结合液压软件AMESim建立钻井泵液压模型;将钻井泵动力学模型和液压模型通过Adams软件和AMESim软件之间的接口,进行全系统机液耦合仿真,模拟钻井泵实际运行状态。
  通过对钻井泵的虚拟样机测试,研究1关键部件的动力学参数——吸排液阀位移动态特性、速度动态特性;2柱塞工作腔内的压力曲线和排出压力曲线、吸排液阀的流量曲线、总流量特性曲线和钻井泵容积效率等目标参数;3通过改变钻井泵转速和结构参数,测量钻井泵出口处的流量,计算并分析钻井泵转速和结构参数的变化对钻井泵性能的影响。
  课题的研究改进了钻井泵传统的设计方法,不仅提高了泵的设计精度和效率,降低钻井泵的研发周期和成本,而且有利于发挥泵的最佳性能,对泵的运行效率和使用寿命的改善起到了借鉴的作用。
[硕士论文] 康佳鑫
电气工程 华北电力大学;华北电力大学(保定) 2018(学位年度)
摘要:太阳表面的剧烈活动会向地球喷射出大量高速带电粒子,以太阳风暴的形式到达地球表面时会引起地球磁场剧烈变化形成地磁暴,地磁暴的地磁扰动(GeoMagnetic Disturbance,简称GMD)感应出电场。感应电场作用于油气管道两端,将会在油气管道中感生地磁感应电流及管地电位等衍生效应。两种衍生效应的产生会加速油气管道腐蚀,长期积累甚至会导致管道泄漏。管道受地磁扰动产生的衍生效应的监测对于管道维护及危害防治有着重要的意义。
  本文首先结合油气管道的结构及特点,与电网遭受地磁暴侵害的情况做了分析比较,找出了两者的异同点,进而详细阐明了管道受地磁暴侵害的机理,明确了管道效应监测系统监测需求和技术要求。接着根据油气管道衍生效应的监测需求和要求,提出了地磁暴侵害管道衍生效应的监测方案,并应用计算机和网络通信等技术,设计并开发了地磁暴侵害油气管道衍生效应的监测系统。经过多次现场调试与实验,监测系统已实际应用于中石化山东潍坊昌邑输油站、西里固输油站和裕隆苑输油站内,并获得了大量实测数据。最后应用安装在山东潍坊昌邑输油站和西里固输油站的监测设备所获得的2017年9月8日和9月28日两次大磁暴发生期间的管道实测数据,与同时段的国家地磁台地磁数据做了相关分析,证实了地磁暴侵害管道事件的发生。
  本文监测系统首先获得了地磁暴侵害中低纬油气管道衍生效应的实测数据,结合地磁暴侵害我国电网和铁路系统的研究,进一步证明了地磁暴对电网、铁路和油气管道的影响是全球性事件和重要研究课题。
[硕士论文] 刘文成
船舶与海洋工程 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:在深海油气资源开采过程中,非粘结柔性立管是一种相对高效的油气输送工具。随着油气需求的增长和海洋工程技术的发展,深海油气的开采规模正在逐步扩大。非粘结柔性立管为多层复合结构,形式复杂,其截面力学性能和典型失效模式的研究对于保证海洋油气的安全生产和输送至关重要。
  我国南海是世界四大海洋油气资源区之一,油气蕴藏量丰富,资源利用前景广阔,需要迫切提高相关的海洋油气开发技术水平。工业及学术界对非粘结柔性立管在深海中的力学性能尚未完全掌握,而非粘结柔性立管是非常重要的海洋工程结构物,对其开展截面非线性力学响应和典型失效模式研究具有非常重要的工程应用价值。本文从材料非线性、几何非线性、循环载荷下的迟滞特性以及载荷间耦合研究非粘结柔性立管截面非线性响应;基于等效刚度理论计算骨架层和抗压铠装层等效厚度,并开展了不规则截面螺旋层压溃失效分析;同时,采用数值方法研究了抗拉铠装层螺旋带的侧向屈曲问题。
  首先,本文对非粘结柔性立管的结构和不同条件下的典型失效模式进行了具体阐述。分别阐述了非粘结柔性立管骨架层、抗压铠装层、抗拉铠装层和内外护套层的结构和作用,具体阐述了骨架层和抗压铠装层的椭圆压溃、心形压溃,抗拉铠装层的断裂失效,鸟笼失效和侧向屈曲失效。总结整理了国内外非粘结柔性立管截面力学响应、骨架层和抗压铠装层椭圆压溃以及抗拉铠装层侧向屈曲的研究现状。
  基于对非粘结柔性立管截面力学响应的理论研究方法和数值研究方法的总结,结合功能原理和Ramberg-Osgood弹塑性模型研究了材料非线性对非粘结柔性立管截面力学性能的影响,采用数值模型分析了几何非线性的影响,计算结果表明抗拉铠装层材料的塑性变化对立管的非线性响应影响最大;通过加载拉力、轴压、扭矩以及外压等载荷,研究了非粘结柔性立管在循环载荷下的迟滞特性,立管层间的摩擦强弱对立管迟滞响应具有明显的影响。
  非粘结柔性立管截面力学响应研究将非粘结柔性立管作为整体,对其承载能力和受力规律进行预测,而对于非粘结柔性立管各主要承力层,其典型失效模式研究更具针对性。这两部分研究内容均对保障非粘结柔性立管安全运行至关重要。对于骨架层和抗压铠装层的椭圆压溃研究,本文在总结现有的等效厚度的计算方法的基础上,对等效刚度方法进行了理论修正,在现有公式中增加一个形状因子,通过推导得到形状因子与半径的倒数之间的线性关系;基于上述推导,提出一种半理论半数值的等效厚度求解方法-修正等效刚度方法,通过数值计算求出了骨架层模型和抗压铠装层模型的形状因子,验证了理论推导过程。
  针对本文提出的骨架层和抗压铠装层修正等效刚度方法,通过径向压缩实验与数值计算对比,验证了上述半理论半数值方法的有效性;和现有的其他方法对比,骨架层和抗压铠装层模型均表明本文提出的等效厚度计算方法极大地提高了计算精度;本文结合重叠率、铺设角度和摩擦系数,对形状因子的稳定性进行讨论分析。
  与骨架层和抗压铠装层类似,抗拉铠装层同为螺旋结构,由多根螺旋钢带缠绕而成,主要承受轴向载荷。本文主要研究了抗拉铠装层的侧向屈曲失效模式,通过建立非粘结柔性立管简化数值模型,将数值结果与现有实验结果对比,验证了简化模型的有效性;结合抗拉铠装层螺旋带稳定性研究方法,深入分析了湿环境下抗拉铠装层螺旋钢带的侧向屈曲过程,研究了抗拉铠装层层间间隙产生-扩展-聚合的过程。
[硕士论文] Gaukhar Tergemessova
电气工程 华北电力大学;华北电力大学(北京) 2018(学位年度)
摘要:石油的节能生产一直在能源效率环节具有战略性地位,在众多的抽油方式中,游梁式抽油机因其使用方便、机械性能好而成为一种最常用的抽油方式。由于哈萨克斯坦大部分油田都配备了梁式抽油泵,本文的研究目标是为配备游梁式抽油机的油田服务。
  由于电动机是游梁式抽油机的主要耗能元件。因此,解决这一问题并应用于改进游梁式抽油机感应电动机的性能具有重要的实用意义。
  由于石油是天然资源,有时提取量可能无法控制。这会导致感应电动机在井容量低的情况下过抽运操作,或者井容量高时造成很大的损耗。在这种情况下,电动机的智能运行对节能起着重要的作用。本文提出了游梁式抽油机电机的最优控制策略,以保证采用前景最好的节能方法。该方法采用星角变换,保证系统自动切换到最佳运行状态。
  本文所提出的星角自动转换方法的主要创新点是根据系统所经历的负载量进行星接和角接之间的切换。当负载较轻时,额定功率很高的电机会产生很大浪费。为了避免这种情况,星角自动转换方法将有助于确定系统操作的最佳切换时间和功率值。
  本文介绍了游梁式抽油机的基本结构和功率特性,研究了采油用异步电动机的功率损耗。此外,还研究了不同工况和不同电压下的变负载的影响。本文对最优功率值方程进行了理论推导,并对最优功率值进行了计算。理论结果是进一步分析的决定性参数。基于所提出的方程和功率关系,本文对MATLAB的仿真结果进行了分析。推导出的最佳功率值确定了电机切换操作的时间和参考值。除了分析之外,还对星角情况下的平均功率损耗进行了计算。
  理论和仿真结果表明了系统的预测性能。在不同的负载和不同的电压下,仿真显示了每种情况下的功率曲线。最优功率值作为开关状态之间的边界。仿真结果清楚地表明,当系统轻载时,最好采用星角转换方法,因为它可以使我们达到更好的节能效果,可以提高10%。
  由于当今科技发展迅速,我们一定要牢记,石油生产过程中,节能与石油本身一样重要。本文研究工作的结果为我们提供了一个明确的节能降耗的选择。所提出的星角自动转换方法将会成为更智能和更高效的生产和提取石油的方式,避免任何不必要的损耗。此外,由于游梁式抽油机系统在世界范围内被广泛应用,该方法可用于任何产油国。事实上,这项研究工作可以为今后研究采用星角转化法提取不同类型液体提供新的思路,而不局限于石油。
[硕士论文] 韩继超
机械工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:国内外油田对液压蓄能修井机需求逐渐增大,但目前国内企业大多仍采用传统方法对其进行设计,存在许多缺点,所以急需运用现代设计手段来提高设计效率和质量。本文运用ADAMS软件和ANSYS软件对液压蓄能修井机起升系统进行了动态仿真、有限元分析和优化,并结合了理论计算,为起升系统的设计提供了思路。主要研究内容如下:
  (1)以液压蓄能修井机的起升系统为研究对象,介绍了其结构和工作原理,并利用SolidWorks软件对起升系统中的天车、主油缸和二层平台进行了三维建模和装配。此外,根据实际情况将起升系统的工作状态分成了垂直、倾斜两种工况,并分别针对两种工况对其进行了受力分析。
  (2)利用ADAMS创建了起升系统虚拟样机模型,实现了起升系统工作过程的动态仿真。定义了起升系统中的关键点,并得出了关键点的受力函数曲线,校核了关键部位强度、稳定性,为起升系统的结构设计与优化提供了参考。
  (3)利用ANSYS软件对起升系统的关键部件(天车、主油缸)进行了有限元静力学分析。得出了天车和主油缸的应力、位移云图。经分析得知,天车的最大应力远小于所用钢材的屈服强度,虽然符合设计的安全需求,但存在质量冗余。而主油缸在倾斜工况下位移较大,使之成为了变截面偏心压杆。针对这种情况,本文结合了变形能法和边缘屈曲准则,近似求出了主油缸的临界压力,发现其存在压杆失稳的危险。
  (4)利用ANSYS软件对天车和主油缸进行了模态分析,得出了它们的前六阶固有频率和振型,并进行了分析。通过分析结果得知,天车和主油缸的固有频率与电机等固有频率均不相同,不会引起共振。
  (5)以天车质量最小化和主油缸变形位移最小化为优化目标,利用ANSYS软件中的Design Explorer模块对天车和主油缸进行了优化。经过优化求解,在保证使用安全的前提下,使天车的质量减小了11.43%,主油缸的最大位移减小了41.4%,避免了压杆失稳的危险,在一定程度上解决了前面发现的问题。
[硕士论文] 仲崇涛
机械工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:游梁式抽油机皮带打滑现象除了会导致电机动力输出不及时,影响抽油机抽油效率外,还会造成皮带表面橡胶变形、变质,最终烧毁皮带。以往针对抽油机皮带张紧的研究偏重于机械结构的设计,需要根据工人经验手动张紧皮带。本文针对游梁式抽油机皮带的自动张紧,设计一套能够实现皮带传动参数实时监测、张紧力自动调节的系统,防止皮带打滑。
  论文首先根据游梁式抽油机皮带传动的特点,对比皮带传动多种张紧方式及检测技术,确定利用非接触张紧方式中的“十字坐标”法调整带轮中心距,采用差速法间接检测皮带张紧力,进而确定了抽油机皮带自动张紧系统设计方案。其次,根据游梁式抽油机皮带传动力学特性,确定了系统的张紧范围,进而对平行位移机构中的螺旋副及蜗杆副等主传动零件设计;利用ADAMS对平行位移机构进行动力学、运动学仿真,分析了蜗轮材料对主啮合力的影响规律和传动机构运动学参数的变化规律,验证了蜗轮材料选用及机构设计的合理性;采用ANSYS Workbench对平行位移机构主传动件有预应力的模态分析,确定了主传动零件振型与频率并提出了对应的优化方案。同时,针对系统检测、主控及电机驱动输出等环节进行分模块设计;根据系统传递函数绘制Bode图、单位阶跃响应曲线并判定系统的稳定性。最后,根据设计要求进行了实验室样机组装与现场安装;依据现场试验参数,确定了皮带张紧系统应控制的实时皮带滑差率最佳变化范围,提出了系统张紧机构及电机驱动控制优化方案。
  论文对抽油机电机平行位移机构及控制系统的仿真、试验分析证明,游梁式抽油机皮带自动张紧系统能够在不增加皮带额外磨损的条件下,满足皮带传动实时监测、显示要求,实现皮带自动、定量张紧,解决了抽油机皮带打滑、烧毁的问题。
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