长输油气管线工程抗震综合研究
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摘要
油气储运管网是国家基础设施的一部分，管道运输是能源输送的主要手段，在现代化的工业生产和人们生活中，占有相当重要的地位。如何确保油、气管道在未来地震作用下安全可靠地运行，是人们一直需要解决的问题。日本所研制的水池的地震预警关闭系统和煤气预警系统等，在地震应急时期与震后恢复重建期起到了重要作用，值得我们借鉴。
本文对长输油气管线基本生产工艺流程进行了调研，研究了管道及油罐的地震易损性分析方法，在本文的研究方法中将连续管道视为弹性地基梁，考虑土—管间相互作用，采用波动法对埋地管道进行了易损性分析；另外，采用了规范校核法，考虑了油罐的固—液藕连作用，对油罐进行了易损性分析。本文还利用ArcView3.2平台，模拟建立了长距离输油气管线的基础地理信息系统，在此基础上，利用Avenue语言编制了管道、油罐震害快速评估程序，并建立了基于GIS的长输油气管道工程震害快速评估系统。研究了SCADA系统及其功能、结构组成、软硬件配置，对目前SCADA系统在管道工业等方面的应用有了充分的了解，探讨了SCADA系统在油气管道工程地震应急控制中应用的可能性，通过地震应急系统与SCADA系统的比较发现，在SCADA系统中加入地震信息及系统地震反应状态处理模块是可行的，并给出了地震应急控制模块集成到SCADA系统中的途径。
本文的研究工作对提高我国能源供应设施的地震安全性具有重要意义。
Oil-gas storage and transportation pipeline network is a part of the national infrastructure, pipeline engineering is the main means to transport energy, in modern society, pipeline plays an important role. How to insure oil-gas pipeline to run safely and reliably during the earthquake in the future is always a problem that should be solved. At present, the Japanese pond's earthquake early warning and shut-off system, and the gas early warning system, both of them give the great help in earthquake disaster mitigation and earthquake emergency. Their work is worth of using for reference to us.
At first, the basic technological process of the long-distance-oil-gas -transmission pipeline engineering is investigated and studied in this paper, the fast evaluation model for earthquake damage of long-distance-oil-gas-transmission pipeline engineering is constructed, the earthquake vulnerability analytical method of the pipeline and the oil tank is researched. Regarding the consecutive pipe as the elastic foundation beam and considering the interaction between the soil and the pipe, the earthquake vulnerable analysis of buried pipeline is studied by wave theory, the interaction between the solid and the liquid in the oil tank is considered in the process of studying the oil tank's vulnerability, the code checking method is applied to evaluate oil tank's aseismic ability. Second, making use of the GIS Acview3.2 software platform, the basic information system of the long-distance-oil-gas-transmission pipeline is constructed in the paper, moreover, with the Avenue language of Acview3.2, the fast evaluation
software of the pipe and the oil tank is compiled. Meanwhile, a GIS based earthquake damage fast evaluation system of the long-distance-oil-gas- transmission pipeline engineering is developed. At last, the SCADA system is studied, including its function, its structure and so on, as well as the application of the SCADA system in the pipeline industry. The SCADA system is compared with the earthquake emergency response system, and the conclusion is that the earthquake information disposal module can be integrated in the SCADA system. The work of the dissertation has profound significance to insure the safety of energy supply systems of our country in
Abstract
future earthquakes.
本文对长输油气管线基本生产工艺流程进行了调研，研究了管道及油罐的地震易损性分析方法，在本文的研究方法中将连续管道视为弹性地基梁，考虑土—管间相互作用，采用波动法对埋地管道进行了易损性分析；另外，采用了规范校核法，考虑了油罐的固—液藕连作用，对油罐进行了易损性分析。本文还利用ArcView3.2平台，模拟建立了长距离输油气管线的基础地理信息系统，在此基础上，利用Avenue语言编制了管道、油罐震害快速评估程序，并建立了基于GIS的长输油气管道工程震害快速评估系统。研究了SCADA系统及其功能、结构组成、软硬件配置，对目前SCADA系统在管道工业等方面的应用有了充分的了解，探讨了SCADA系统在油气管道工程地震应急控制中应用的可能性，通过地震应急系统与SCADA系统的比较发现，在SCADA系统中加入地震信息及系统地震反应状态处理模块是可行的，并给出了地震应急控制模块集成到SCADA系统中的途径。
本文的研究工作对提高我国能源供应设施的地震安全性具有重要意义。
Oil-gas storage and transportation pipeline network is a part of the national infrastructure, pipeline engineering is the main means to transport energy, in modern society, pipeline plays an important role. How to insure oil-gas pipeline to run safely and reliably during the earthquake in the future is always a problem that should be solved. At present, the Japanese pond's earthquake early warning and shut-off system, and the gas early warning system, both of them give the great help in earthquake disaster mitigation and earthquake emergency. Their work is worth of using for reference to us.
At first, the basic technological process of the long-distance-oil-gas -transmission pipeline engineering is investigated and studied in this paper, the fast evaluation model for earthquake damage of long-distance-oil-gas-transmission pipeline engineering is constructed, the earthquake vulnerability analytical method of the pipeline and the oil tank is researched. Regarding the consecutive pipe as the elastic foundation beam and considering the interaction between the soil and the pipe, the earthquake vulnerable analysis of buried pipeline is studied by wave theory, the interaction between the solid and the liquid in the oil tank is considered in the process of studying the oil tank's vulnerability, the code checking method is applied to evaluate oil tank's aseismic ability. Second, making use of the GIS Acview3.2 software platform, the basic information system of the long-distance-oil-gas-transmission pipeline is constructed in the paper, moreover, with the Avenue language of Acview3.2, the fast evaluation
software of the pipe and the oil tank is compiled. Meanwhile, a GIS based earthquake damage fast evaluation system of the long-distance-oil-gas- transmission pipeline engineering is developed. At last, the SCADA system is studied, including its function, its structure and so on, as well as the application of the SCADA system in the pipeline industry. The SCADA system is compared with the earthquake emergency response system, and the conclusion is that the earthquake information disposal module can be integrated in the SCADA system. The work of the dissertation has profound significance to insure the safety of energy supply systems of our country in
Abstract
future earthquakes.
引文
[1] 董宁 吕川等 重庆市天然气设施改造对策 煤气与热力 2001年6月第21卷第6期
[2] 冯启民 熊占路 埋地直管道震害预测计算研究 国家地震局工程力学研究所 1995
[3] 冯启民 熊占路等 四川输气干线抗震安全性评价报告 国家地震局工程力学研究所 四川石油管理局 1995
[4] 高惠瑛 基于GIS供水系统地震反应分析 工学博士学位论文 中国地震局工程力学研究所 2000年3月
[5] 桂江 克拉玛依—独山子输油管道SCADA系统 石油化工自动化2002年
[6] 胡聿贤著 地震工程学 地震出版社出版 1988年
[7] 侯忠良主编 地下线管线抗震 学术书刊出版社出版 1990年
[8] 侯忠良主编 地下管线抗震——计算方法与工程应用 冶金工业部建筑研究总院防灾抗震工程研究院 1991年11月
[9] 侯忠良 蔡建原 刘学杰 输油管线地震液化反应计算
[10] 刘宏涛 孙依群 建立燃气管网系统、提高输配调度水平 城市煤1997年第12期
[11] 李令琦 王俭等 SCADA在靖西天然气管线中的应用
[12] 廖旭 高常波 项忠权 大连石油化工有限公司立式储罐抗震分析 世界地震工程 1998年12月第14卷第4期
[13] 马国华著 监控组态软件及其应用 清华大学出版社出版
[14] 秦其明 曹五丰等编著 ArcView地理信息系统实用教程 北京大学出版社出版
[15] 曲淑英 王宏超 初明进 董诰 局部效应影响的贮油罐抗震分析 烟台大学学报 2001年10月第14卷第4期
[16] 任锡泰 杜景林 油田企业贮油(液)罐抗震能力评价方法 地震工程与工程振动 2003年4月第23卷第2期
[17] 石油工业部抗震办公室、中国石油化工总公司抗震办公室编 圆柱形储液罐抗震论文集 地震出版社出版 1986
[18] 生命线工程系统震害预测方法研究 中国地震局“九五”重点项目子专题总结
报告
[19] 沈雄伟 刘春城 曲乃泗 贮油罐的局部动内力研究 北华大学学报(自然科学版) 2000年12月第1卷第5期
[20] 汤爱平 陆钦年 埋地生命线管道系统智能监测的初步研究 世界地震工程 2001年3月第17卷第1期
[21] 汤爱平 殴进萍等 生命线系统的震害特征及其对震后应急反应的影响世界地震工程 2000年3月第16卷第1期
[22] 王永岗等 储液罐抗震研究 油气储运 第18卷，第6期，1999年
[23] 韦树莲 必须重视大型石油储罐的抗震问题
[24] 熊占路 用离散模型分析地下管道的地震应力 第二届全国地震工程学术会议论文集 1989
[25] 项中权 李清林等 立式储罐抗震 地震出版社出版 1990年
[26] 熊占路 林惠杰 大同市供水系统震害预测 国家地震局工程力学研究所报告 1990
[27] 熊占路 冯启民 埋地管道地应变及传递系数的研究 第四届全国地震工程学术会议论文集 1994
[28] 项忠权 孙家礼主编 石油化工设备抗震 地震出版社 1995年
[29] 现行建筑结构规范大全——室外给水排水和煤气热力工程抗震设计规范(TJ32—78)中国建筑工业出版社出版
[30] 肖文晖 刘亚斌等 城市燃气管网SCADA系统的开发 煤气与热力2003年1月第23卷第1期
[31] 赵成刚 冯启民等编著 生命线地震工程 地震出版社出版 1994年
[32] 中华人民共和国国家标准GB 50191-93(构筑物抗震设计规范)
[33] 中华人民共和国国家标准GB 50253-94(输油管道工程设计规范)
[34] 中华人民共和国国家标准GB 50251-94(输气管道工程设计规范)
[35] 张陵 郭惠勇等 长输管道抗震研究的进展与趋向 西安交通大学学报2001年2月第35卷第2期
[36] 张陵 郭惠勇 孙清等 长输管道抗震研究进展与趋向 西安交通大学学报 2001年2月第35卷第2期
[37] 张素灵 李亦纲等 生命线地震工程的发展与前瞻 世界地震工程 2001年6月第17卷第2期
[38] 曾力 张广煜等 SCADA系统在城市燃气供应中的应用 煤气与热力 2002年3月第22卷第3期
[39] Anshel. Schiff "The Loma Prieta, California, Earthquake of October 17,1989-Lifelines",USGS Professional 1552-A, 1998
[40] Dr. Fumio Yamazaki, Japan Seismic Monitoring and Early Damage Assessment for Energy Supply Systems APEC Earthquake Response Cooperation Program on Energy Supply Systems
[41] Goltz J D. The Northridge, California earthquake of January 17,1994. General reconnaissance report[R]. Technical.Report NCEER-94-0005.Mareh 11.1994.
[42] LENON RU-LIANG WANG & YAW-HUEI YEH A REFIND SEISMIC ANALYSIS AND DESIGN OF BURIED PIPELINE FOR FAULT MOVEMENT ERATHQUAKE ENGINEERING AND STRUCTURAL DYNAMICS, VOL. 13,75-96(1985)
[43] Mr. Akifumi Kawata, Japan Osaka Gas Earthquake Preventive System APEC Earthquake Response Cooperation Program on Energy Supply Systems
[44] Nobuaki NISHIO EFFECTIVENESS THE DEFORMABILITY-EVALUATION FOR BURIED PIPELINES USING THE GROUND-BLOCK METHOD 12WCEE 2000
[45] NUMERICAL STUDY ON DAMAGE TO BURIED OIL PIPELINE UNDER LARGE FAULT DISPALCEMENT 13WCEE 2004
[46] O'Rourke T D. Palmer M C. The Northridge. California earthquake of January 17,1994: Performance of Gas Transmission Pipeline[R]. Technical Report NCEER-94-0011 .March 11.1994.
[47] Rourke T D etc. Los Angeles water pipeline system response to the 1994 Northridge earthquake[A].Pro, of the sixth Japan-U.S. workshop on earthquake resistant design of lifeline facilities and countermeasures against soil liquefaction[C]. 1996.
[48] Shiro Takada, Shinji Fukui Decision Making System for Emergency Shutdown of Gas Lifeline System LIFELINE ERARTHQUAKEENGINEERING 1995
[49] Yoichi Yoshikawa, Hiroyuki Kano, Fumio Yamazaki, Tsuneo Katayama and NozomuAkasaka Development of SIGNAL:An Early Warning System of City Gas Network LIFELINE ERARTHQUAKEENGINEERING 1995
[2] 冯启民 熊占路 埋地直管道震害预测计算研究 国家地震局工程力学研究所 1995
[3] 冯启民 熊占路等 四川输气干线抗震安全性评价报告 国家地震局工程力学研究所 四川石油管理局 1995
[4] 高惠瑛 基于GIS供水系统地震反应分析 工学博士学位论文 中国地震局工程力学研究所 2000年3月
[5] 桂江 克拉玛依—独山子输油管道SCADA系统 石油化工自动化2002年
[6] 胡聿贤著 地震工程学 地震出版社出版 1988年
[7] 侯忠良主编 地下线管线抗震 学术书刊出版社出版 1990年
[8] 侯忠良主编 地下管线抗震——计算方法与工程应用 冶金工业部建筑研究总院防灾抗震工程研究院 1991年11月
[9] 侯忠良 蔡建原 刘学杰 输油管线地震液化反应计算
[10] 刘宏涛 孙依群 建立燃气管网系统、提高输配调度水平 城市煤1997年第12期
[11] 李令琦 王俭等 SCADA在靖西天然气管线中的应用
[12] 廖旭 高常波 项忠权 大连石油化工有限公司立式储罐抗震分析 世界地震工程 1998年12月第14卷第4期
[13] 马国华著 监控组态软件及其应用 清华大学出版社出版
[14] 秦其明 曹五丰等编著 ArcView地理信息系统实用教程 北京大学出版社出版
[15] 曲淑英 王宏超 初明进 董诰 局部效应影响的贮油罐抗震分析 烟台大学学报 2001年10月第14卷第4期
[16] 任锡泰 杜景林 油田企业贮油(液)罐抗震能力评价方法 地震工程与工程振动 2003年4月第23卷第2期
[17] 石油工业部抗震办公室、中国石油化工总公司抗震办公室编 圆柱形储液罐抗震论文集 地震出版社出版 1986
[18] 生命线工程系统震害预测方法研究 中国地震局“九五”重点项目子专题总结
报告
[19] 沈雄伟 刘春城 曲乃泗 贮油罐的局部动内力研究 北华大学学报(自然科学版) 2000年12月第1卷第5期
[20] 汤爱平 陆钦年 埋地生命线管道系统智能监测的初步研究 世界地震工程 2001年3月第17卷第1期
[21] 汤爱平 殴进萍等 生命线系统的震害特征及其对震后应急反应的影响世界地震工程 2000年3月第16卷第1期
[22] 王永岗等 储液罐抗震研究 油气储运 第18卷，第6期，1999年
[23] 韦树莲 必须重视大型石油储罐的抗震问题
[24] 熊占路 用离散模型分析地下管道的地震应力 第二届全国地震工程学术会议论文集 1989
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[26] 熊占路 林惠杰 大同市供水系统震害预测 国家地震局工程力学研究所报告 1990
[27] 熊占路 冯启民 埋地管道地应变及传递系数的研究 第四届全国地震工程学术会议论文集 1994
[28] 项忠权 孙家礼主编 石油化工设备抗震 地震出版社 1995年
[29] 现行建筑结构规范大全——室外给水排水和煤气热力工程抗震设计规范(TJ32—78)中国建筑工业出版社出版
[30] 肖文晖 刘亚斌等 城市燃气管网SCADA系统的开发 煤气与热力2003年1月第23卷第1期
[31] 赵成刚 冯启民等编著 生命线地震工程 地震出版社出版 1994年
[32] 中华人民共和国国家标准GB 50191-93(构筑物抗震设计规范)
[33] 中华人民共和国国家标准GB 50253-94(输油管道工程设计规范)
[34] 中华人民共和国国家标准GB 50251-94(输气管道工程设计规范)
[35] 张陵 郭惠勇等 长输管道抗震研究的进展与趋向 西安交通大学学报2001年2月第35卷第2期
[36] 张陵 郭惠勇 孙清等 长输管道抗震研究进展与趋向 西安交通大学学报 2001年2月第35卷第2期
[37] 张素灵 李亦纲等 生命线地震工程的发展与前瞻 世界地震工程 2001年6月第17卷第2期
[38] 曾力 张广煜等 SCADA系统在城市燃气供应中的应用 煤气与热力 2002年3月第22卷第3期
[39] Anshel. Schiff "The Loma Prieta, California, Earthquake of October 17,1989-Lifelines",USGS Professional 1552-A, 1998
[40] Dr. Fumio Yamazaki, Japan Seismic Monitoring and Early Damage Assessment for Energy Supply Systems APEC Earthquake Response Cooperation Program on Energy Supply Systems
[41] Goltz J D. The Northridge, California earthquake of January 17,1994. General reconnaissance report[R]. Technical.Report NCEER-94-0005.Mareh 11.1994.
[42] LENON RU-LIANG WANG & YAW-HUEI YEH A REFIND SEISMIC ANALYSIS AND DESIGN OF BURIED PIPELINE FOR FAULT MOVEMENT ERATHQUAKE ENGINEERING AND STRUCTURAL DYNAMICS, VOL. 13,75-96(1985)
[43] Mr. Akifumi Kawata, Japan Osaka Gas Earthquake Preventive System APEC Earthquake Response Cooperation Program on Energy Supply Systems
[44] Nobuaki NISHIO EFFECTIVENESS THE DEFORMABILITY-EVALUATION FOR BURIED PIPELINES USING THE GROUND-BLOCK METHOD 12WCEE 2000
[45] NUMERICAL STUDY ON DAMAGE TO BURIED OIL PIPELINE UNDER LARGE FAULT DISPALCEMENT 13WCEE 2004
[46] O'Rourke T D. Palmer M C. The Northridge. California earthquake of January 17,1994: Performance of Gas Transmission Pipeline[R]. Technical Report NCEER-94-0011 .March 11.1994.
[47] Rourke T D etc. Los Angeles water pipeline system response to the 1994 Northridge earthquake[A].Pro, of the sixth Japan-U.S. workshop on earthquake resistant design of lifeline facilities and countermeasures against soil liquefaction[C]. 1996.
[48] Shiro Takada, Shinji Fukui Decision Making System for Emergency Shutdown of Gas Lifeline System LIFELINE ERARTHQUAKEENGINEERING 1995
[49] Yoichi Yoshikawa, Hiroyuki Kano, Fumio Yamazaki, Tsuneo Katayama and NozomuAkasaka Development of SIGNAL:An Early Warning System of City Gas Network LIFELINE ERARTHQUAKEENGINEERING 1995