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弯头生产厂家对输油管弯头腐蚀缺陷应力的分析

浏览: 发表时间:2021-06-01 11:27:10 来源:文章来自网络,如有侵权,请联系删除。

     腐蚀造成的直接后果是长输管道的管壁减薄,由于管道输油是加压输送,管内压力较高,当管壁局部位置减薄到一定程度后,丧失了设计强度,在较大的管内压力作用下,因该局部位置应力集中,有可能造成局部破裂,从而引发漏油、爆炸、燃烧等事故,给油气田造成重大的经济损失,包括灾难性的事故和环境污染。可见,管道表面存在的腐蚀缺陷直接关系到管道能否正常安全运行,而且,随着时间的延长,腐蚀缺陷将进一步发展,管壁处于不断减薄状态,这一过程给管道安全运行带来了极大的危害。在管路系统中,通常在管道转角处,采用了具有一定曲率的曲管(弯头)。这些曲管一方面在管道中增加了管线的柔性,使管线易于变形,有利于减小管道的温度应力。另一方面又由于弯曲管段的应力是不均匀的,与直管段情况不同,它的***应力一般高于直管的***应力。因此,有必要研究管壁特别是弯头腐蚀缺陷处的应力分布状态,以及剩余壁厚、内压、缺陷长度、缺陷宽度等因素对缺陷处应力的影响,弯头生产厂家为工程技术人员的分析、设计、计算和现场管道安全运营动态管理提供理论依据及方便快捷的计算公式。由定义可见无论是周向应力的增强系数还是周向应力的减弱系数都是R/D的函数。如图2所示,随着R/D的增加周向应力的增强系数K1和周向应力的减弱系数K2都趋于1当R/D=5时,弯头内弧周向应力比直管周向应力仅大6%,弯头外弧周向应力比直管周向应力仅小5%。可见对于R/D>5的弯头,其应力完全可以由直管的应力近似代替,由此产生的误差完全可以忽略不计。2有限元计算21无缺陷弯头的有限元分析计算为了检验力学模型的正确性以及有限元法的计算精度,首先对无缺陷的弯头进行分析计算。管径为720mm,壁厚为12m,弯头的R/D=25,弹性模量E=20MPa,泊松比p=0.29,内压为1MPa根据图1所示弯头结构示意图,考虑其对称性,取一半进行分析计算,计算得ao=3364MPa,a=27,49MPa,d=30.2MPa根据理论公式,     p=33.75MPa,a=27.50MPa,dsp=30.0MPa.比较有限元计算结果与理论解,二者相差非常小,说明力学模型的建立是正确的,有限元分析计算的精度是足够的22有缺陷弯头的有限元分析计算针对长输油气管线中的弯头腐蚀缺陷,采用有限元法对轴向缺陷周向缺陷和圆形缺陷进行了分析计算,弯头生产厂家得到了大量的计算结果。由于弯头的危险部位在内弧面,因此计算时皆假设缺陷出现在内弧面,至于其他部位缺陷的应力,可在此基础上考虑一定的减弱系数。需要说明的是图表中的应力,皆为第四强度理论计算出的相当应力5aA,单位为Ma通过大量的计算,并对计算结果进行分析总结,结合文献,发现对腐蚀缺陷中的应力影响***的是缺陷的面积。当面积超过一定值后,无论是轴向缺陷还是周向缺陷以及圆形缺陷其缺陷应力与壁厚关系曲线几乎相同。因此弯头生产厂家在研究弯头腐蚀缺陷尺寸对应力的影响时,选择参数相对较少的圆形缺陷来进行研究。图5为圆形缺陷应力与壁厚关系曲线(管径D=720mm壁厚t=12mm,缺陷直径φ=200m,弯头轴线曲率半径R=2.5D)。

      图6为内压1MP时弯头内弧圆形缺陷中危险点的应力随缺陷直径的变化曲线。2.4计算结果分析(1)从图5、图6可以看出,弯头腐蚀缺陷的应力随剩余壁厚的变化而变化,壁越薄应力越大。(2)在内压、剩余壁厚不变的情况下,缺陷中应力随缺陷面积的增加而增加,但当缺陷面积达到某一临界值后,缺陷处的***应力将不再随缺陷面积的增加而增加,而是保持在某一值不再变化,如图6,内压为1MP,剩余壁厚为1mm时,此值约为400MPa.图中曲线从上至下分别表示剩余壁厚为112 mm(3)从图6可以看出,不同剩余壁厚缺陷处的应力随着缺陷面积的缩小趋向于临界值,即无缺陷处的应力值,对c720的弯头,内压为1MPa时,内弧的临界值为29.2MPa(4)为了便于工程技术人员的分析计算,对弯头腐蚀缺陷内弧危险点的应力进行拟合处理,得到了危险点应力与缺陷面积、剩余壁厚以及内压的关系:d=p(51.72nA-162.12)8-0mm+05式中:为剩余壁厚,mm;p为内压,MPa;A为面积,m2此公式只适用于线性弹性范围,当应力超过弹性极限后不再适用。


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