圆形腐蚀缺陷X80管道不发生强度破裂的尺度判据研究

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油气管道在服役阶段,不可避免的会发生腐蚀,腐蚀缺陷会降低管道的安全性。因此,各国在积极开发化石能源和增大油气资源进口量的同时,也十分重视管输能源安全性问题。我国油气管道中,较多的管线处于超期服役阶段,其管道腐蚀也较为严重。加大对圆形腐蚀缺陷管道不发生强度破裂的尺度判据的研究显得十分迫切和重要。本文通过查阅相关文献资料,获得兰成渝成品油管道、兰郑长成品油管道、兰成原油管道、中贵天然气管道以及中缅天然气管道等长输管道数据资料,选择其中部分主要型号管材进行研究,采用有限元分析法,研究了管道外径、管道壁厚、圆孔半径这三个影响参数下管道的失效压力值,通过拟合公式得到管道不发生强度破裂的判据值(最大圆孔半径值),腐蚀孔小于最大圆孔半径值,管道未发生强度破裂,此时腐蚀孔为点蚀,为判断腐蚀缺陷管道发生点蚀还是局部腐蚀提供了理论指导。研究工作主要包括以下内容:(1)通过研读分析国内外大量文献研究资料,整理、吸收和归纳了局部腐蚀管道、点蚀管道、管道剩余强度评价标准和方法等方面的研究应用成果,并对现有理论和方法的不足与缺陷进行了分析,得到了相关非线性有限元模型和理论基础。(2)采用ANSYS有限元软件建立圆形点蚀穿孔的腐蚀缺陷管道实体模型,分别对有限元模型管道长度和模型网格划分进行了分析研究,建立了圆柱形腐蚀缺陷管道的三维非线性有限元模型。(3)通过ANSYS有限元软件建立腐蚀缺陷管道在不同工况(管道内压、管道外径、管道壁厚、圆孔半径)下有限元模型,进行13200组数值模拟,得到110组不同影响因素下的腐蚀缺陷管道失效应力,分析得到了不同参数对腐蚀缺陷管道失效压力的影响趋势。(4)利用有限元软件对另取125组数据进行建模计算,通过三种基于应力的失效准则对管道的失效分别进行判定,使用曲线拟合软件1stOpt对分析数据进行曲线拟合,得到了三组圆形腐蚀缺陷管道的最大圆孔半径预测公式。(5)选择27组不同参数管道,将Von Mises等效应力达到流变应力时的失效压力与B31G计算出来的失效压力值进行对比分析,绘出相对偏差图,验证ANSYS有限元软件建模的准确性。(6)收集国内外部分有关于X80服役管道的油气管道尺寸数据,并且通过1stOpt软件拟合出的三组圆形腐蚀缺陷管道最大圆孔半径预测公式,计算出国内外不同尺寸参数的X80管道在其设计压力下的点蚀孔最大圆孔半径值。圆形腐蚀缺陷X80管道不发生强度破裂的尺度判据研究在国内外还暂未发现相关文献资料,工程应用中得到管道参数,计算出该管道不发生强度破裂允许的最大圆孔半径值,就能判断腐蚀孔是属于不会造成管道强度破裂的点蚀还是会造成强度破裂的局部腐蚀,为管道点蚀和局部腐蚀的研究提供了理论指导。工程实际操作中,通过最大圆孔半径预测公式,为管道带压开孔作业最大开孔半径值提供了理论指导,既确保了管道不发生强度破裂,又保障了管道输送安全,避免了因盲目管道开孔导致经济损失、环境污染。
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