含腐蚀缺陷油气管道评价技术研究进展

由于外部环境及输送介质的影响,油气管道在运行过程中不可避免地会出现腐蚀缺陷,腐蚀处会产生应力集中的现象,从而削弱管道的承压能力。因此,必须对含腐蚀缺陷的管道进行剩余强度及剩余寿命评价,评价结果可以为缺陷管线的维修计划提供重要依据。综述了国内外主要的腐蚀缺陷管道评价规范,分析了不同规范的适用范围。从单个腐蚀和群腐蚀两个方面展开论述,归纳了含腐蚀缺陷管道评价技术的最新研究进展,并介绍了目前的研究热点——群腐蚀缺陷管道剩余强度评价方法以及腐蚀缺陷间相互影响准则(interaction rule)。另外,论述了目前腐蚀管道剩余寿命预测的常用方法,包括灰色预测法以及可靠度函数分析法。最后,总结了腐蚀缺陷管道评价技术研究进展,并对未来的研究工作提出了展望。     

含多腐蚀缺陷油气管道的相互作用准则及剩余强度

利用ABAQUS软件,采用控制变量法和无量纲分析法,求解只含轴向或环向多腐蚀缺陷管道的等效应力,并提出了管道多腐蚀缺陷间的相互作用准则、判定流程和影响因素;在考虑腐蚀缺陷间相互作用效应的情况下,结合控制变量法,对处于复杂腐蚀状态下含多腐蚀缺陷的管道的剩余强度进行了数值模拟,并提出了剩余强度变化系数;采用正交试验设计法,分析了影响腐蚀管道剩余强度的主、次要因素。结果表明：当只有轴向或环向腐蚀缺陷时,轴向间距系数是影响管道应力状态的主要因素;当腐蚀轴向间距大于■时,腐蚀缺陷间无相互作用;当轴向、环向均有腐蚀缺陷时,腐蚀长度系数和腐蚀宽度系数是影响管道剩余强度的主要因素,腐蚀深度系数和轴向间距系数次之。     

海底输油管道剩余强度的有限元分析

考虑管道内部工作压力对内腐蚀管道承压能力的影响,采用有限元法对海底输油管道塑性失效条件进行分析。利用退役管道试样的拉伸试验和ASME B31G准则,对有限元模型的精度进行验证。分析了不同形状及尺寸的内腐蚀缺陷对管道剩余强度的影响。得出腐蚀管道在缺陷长度、宽度、深度不同情况下,其剩余强度的变化规律,这对于预测管道剩余寿命及修订剩余强度判定准则具有重要意义。     

含凹坑缺陷管道环焊缝应力有限元分析

基于有限元方法,采用ABAQUS有限元仿真模拟软件,参考实际管道环焊缝的坡口形状和热影响区材料的软化现象,建立了含凹坑缺陷管道环焊缝非线性有限元分析模型,对不同载荷作用下的含凹坑缺陷管道环焊缝进行应力分析,探讨了凹坑尺寸、焊缝余高以及热影响区材料属性等因素对应力分布的影响规律.结果表明:凹坑周边发生明显的应力集中,凹坑深度对管道极限承载力影响显著,随着凹坑深度的增加,腐蚀管道的最大等效应力显著增大,且峰值应力集中在焊缝区;腐蚀管道在极端拉伸载荷作用时,焊缝余高内凹坑缺陷的最大等效应力集中在热影响区;凹坑深度大于余高时,最大等效应力位于焊缝中心的凹坑边缘.     

含腐蚀缺陷X70钢剩余强度分析

采用ABAQUS有限元数值计算方法,分析了含腐蚀缺陷X70管道的剩余强度.根据相关标准的失效准则,研究了腐蚀的发展规律,并考虑到双腐蚀缺陷对管道剩余强度的影响.结果表明,对于双腐蚀缺陷,管道剩余强度随着两腐蚀轴向间距的增大而增大,最后趋于稳定;管道剩余强度随着两腐蚀缺陷径向夹角的增大而增大,最后趋于稳定.研究结果对于管...     

含腐蚀坑连续油管拉伸剩余强度评价

连续油管具有良好的强度和塑性,参照ISO/TR 10400-2007的油井管强度设计方法及SY/T6477-2000含缺陷压力管道剩余强度评价方法,建立了含腐蚀坑连续油管强度评价标准。通过建立含腐蚀坑连续油管强度分析的有限元模型,总结出了腐蚀坑对拉伸载荷作用下连续油管内的应力分布规律的影响。针对a/t=0.3的腐蚀坑进行了剩余强度评价,结果显示,当拉伸载荷为627 MPa时,该腐蚀坑处的峰值应力达到材料的流变应力,因此该连续油管可在215 MPa下可安全工作。     

基于API579准则的含点腐蚀管道剩余强度分析

为了更加比较准确地评价含点腐蚀管道的剩余强度,从而科学合理地维护管道并提高管道的利用率,比较了几种评价点腐蚀管道的剩余强度的方法,得出API579的评价方法更适合用于点腐蚀缺陷管道评价的结论。以API准则为理论依据,对含有点腐蚀缺陷管道的剩余强度进行了3个等级的评价,并且通过计算得到了在给定的点腐蚀缺陷下管道最大安全运行压力值,该压力值反映了含点腐蚀缺陷管道的承压能力,证明了API579标准评价含点腐蚀缺陷管道的剩余强度的合理性。     

基于Mises强度准则的腐蚀缺陷管道评价方法

针对腐蚀造成管道承载能力降低的问题,研究了管道缺陷评价方法.基于形状改变比能强度准则(Mises 强度准则),推导了管道极限承载力的计算公式,采用ANSYS有限元仿真软件对理论计算得出的结果进行分析验证.建立了等深度方形腐蚀缺陷管道的有限元模型,针对不同几何参数的腐蚀缺陷,得出腐蚀缺陷深度、长度和宽度对缺陷管道极限承载力的影响规律.仿真结果表明,腐蚀缺陷深度是影响管道极限承载力的最主要因素,腐蚀缺陷长度到达某一特定值后对极限承载力的影响平缓,腐蚀缺陷宽度对管道极限承载力存在微弱的加强作用.     

腐蚀缺陷参数对油气管道剩余强度的影响

为了探索腐蚀缺陷对油气管道剩余强度的影响规律,将响应曲面法与ANSYS有限元法相结合,以在不同腐蚀参数缺陷下得到的油气管道剩余强度作为响应值,建立了腐蚀缺陷长度、宽度和深度与油气管道剩余强度响应输出之间的数学模型,讨论不同影响因素的显著性及其交互作用的影响规律。结果表明,单影响因素腐蚀缺陷深度对油气管道剩余强度影响最大,腐蚀缺陷长度与深度的交互作用比较显著。     

含体积型缺陷油气输送管道剩余强度评价软件开发及应用

介绍一种依据SY/T 6477—2014标准开发的含体积型缺陷油气输送管道剩余强度评价软件,并以某均匀腐蚀管线钢管为例,运用该软件对其含缺陷剩余强度进行评价。该软件的核心计算模块由均匀腐蚀缺陷评价模块和局部腐蚀缺陷评价模块组成;可逻辑判断缺陷类型及量化方法,计算均厚长度、管道最大允许工作压力、许用剩余强度因子以及管道降压后最大允许工作压力。该软件具有计算结果准确、易操作、响应速度快的优点。     

拉应力作用下X80管线钢预制长槽缺陷周围局部腐蚀行为

目的评价在应力作用下,土壤中管道长槽缺陷周围的腐蚀速率。方法采用有限元方法分析了100%屈服应力下,X80管线钢垂直于应力方向的长槽形人造缺陷周围的应力分布。采用扫描电化学显微镜技术(SECM)测试了100%屈服应力下,库尔勒土壤模拟溶液中预浸40天的X80管线钢试件人造缺陷附近的腐蚀电化学活性,通过电流场模型和法拉第定律计算并估计了人造缺陷端部应力集中区和缺陷两侧在库尔勒土壤中的腐蚀速率。结果外加应力下,长槽形预制缺陷端部产生应力集中,缺陷两端局部应力达到试件所施加应力的2～3.4倍。在土壤模拟溶液中,缺陷端部应力集中区为阳极区,缺陷两侧低应力区为阴极区。预制缺陷端部应力集中区域作为阳极,有腐蚀加速的趋势,存在点蚀倾向。结论在拉应力作用下,库尔勒土壤模拟溶液中X80钢缺陷端部平均腐蚀速率可达0.12 mm/a,点蚀速率可达0.9～1.7 mm/a,分别为自然腐蚀速率的1.25倍和9.4～17.7倍,即在应力集中位置更易发生点蚀。     

海底管道工程临界评估(ECA)参数敏感性分析

文中以某海管安装期间的缺陷验收为背景,依据BS7910标准《金属结构缺陷可接受性评价方法指南》,利用Crackwise4.0软件对埋藏裂纹进行了2A级断裂评估,并应用敏感度函数和敏感度因子的方法,分析了断裂韧性、主应力和材料力学性能对极限裂纹尺寸的影响,得到了它们各自的敏感度值.结果表明,在以文中选用的基准参数集为前提下,对于固定裂纹长度,室温下的屈服强度对极限裂纹高度影响最大;随着极限裂纹长度的增加,主应力对极限裂纹高度的敏感性有所增加,而断裂韧性和室温下屈服强度对极限裂纹高度的敏感性相对减小;而室温下抗拉强度对极限裂纹高度不敏感.     

高温屈服极限对高强钢焊接变形及残余应力影响的仿真研究

由于缺乏材料的高温数据,进行焊接仿真时所取的高温屈服极限通常有差异。采用双椭球热源模型,对某高强度结构钢的高温屈服极限设计了五种方案进行焊接仿真计算,研究了高温屈服极限对焊接变形和残余应力的影响规律。结果表明:高温屈服极限差异对焊接变形与焊接残余应力有不同的影响;高温屈服极限差异对变形影响较大,越靠近焊缝影响越明显;对残余应力影响较小,仅在近缝区的局部区域产生影响。焊接变形与残余应力均随高温屈服取值的增大而增大。     

空位扩散诱导点缺陷环与富Cu相的相互作用

辐照诱导产生的点缺陷会加速核电站材料微观组织的演变,在很大程度上影响反应堆的寿命。本文基于相场法的四元连续相场模型,耦合了空位和间隙原子,利用该模型模拟了Fe-15at.%Cu-1at.%Ni-1at.%Mn合金在空位扩散机制下的相分离,研究了点缺陷与富Cu相的相互作用机理。结果表明,空位和间隙原子会促进富Cu相的长大和粗化,点缺陷初始浓度的升高会促进相分离,加快析出相的失稳分解速率,并且升高温度会延缓Cu原子和空位环的生长和粗化,点缺陷也可以增加一定的屈服强度,为探究空位扩散机制影响抗辐照材料性能方面提供了新的思路。     

复杂腐蚀缺陷对管道损伤失效的特性研究

腐蚀是危害管道性能和影响运输安全的重要因素。采用有限元软件建立复杂矩形和圆形两类腐蚀缺陷管道模型,通过全尺寸爆破试验数据对模型进行验证。分析复杂矩形腐蚀缺陷的长度比、宽度比、深度比和复杂圆形腐蚀缺陷的半径、深度对管道失效行为的影响,基于数值分析结果对管道完整性进行综合评价。结果表明：模型误差为4.2%~4.6%,低于试验误差;两类复杂腐蚀缺陷区域应力均呈对称分布,环向应力均大于轴向应力;复杂矩形腐蚀缺陷的深度比对失效压力影响最大,宽度比最小;当长度比达到0.5后,管道失效压力稳定在9.5 MPa;复杂圆形腐蚀缺陷的浅腐蚀深度对管道性能影响更为明显;轴向力对管道失效压力影响较小。     

固态相变对P91钢焊接残余应力的影响

基于SYSWELD软件,首先模拟了P91的Satoh试验,得到加热、冷却过程中的温度-应力曲线. 通过Satoh试验探讨了因固态相变引起的体积变化、屈服强度的变化和相变过程中的超塑性对残余应力形成过程的影响. 随后,以平板TIG重熔模型为研究对象,系统讨论了固态相变对焊接残余应力分布和大小的影响. 结果表明,体积膨胀对焊接残余应力的形成过程和最终应力的大小与分布有显著影响,它不仅可改变焊缝及HAZ处的应力大小,甚至可能改变应力的符号. 相变引起的屈服强度变化对残余应力的形成及最终应力值的大小也有较明显的影响. 相变塑性的影响比前两者小,它在相变过程中有一定的"应力松弛"效应.     

环焊接头强度对高应变海洋管道轴向承载能力的影响

基于应变设计的油气输送管道,环焊接头的强度对管道轴向变形能力起着至关重要的作用。以OD559×31.8 mm L485高应变海洋管道环缝为研究对象,采用有限元方法和数字图像相关法(DIC)拉伸试验及宽板拉伸试验,研究了GMAW环焊接头不同区域的强度变化对管道轴向承载能力的影响。结果表明,随焊缝金属强度的升高,管道轴向极限载荷和轴向平均应变增大,失效位置由焊缝向热影响区和母材转移;根焊金属占比小,热影响区很窄,高强匹配时根焊金属和热影响区强度对管道轴向极限载荷和轴向平均应变影响较小;在轴向载荷下,低强匹配环焊接头的母材、热影响区和焊缝的轴向应力和轴向应变分布极不均匀。受母材的拘束作用和焊缝金属自身的形变强化,低强匹配焊接接头的抗拉强度高于全焊缝金属,但变形和屈服主要集中在焊缝区域,容易导致管道环焊缝断裂失效。     

基于Sysweld的T形管焊接件温度及应力应变场数值模拟分析

采用双椭球体热源分布模型,基于Sysweld软件平台,对常用的暖气运输管道中T形管焊接过程进行数值模拟仿真.首先通过UG建立三维模型并导入Hypermesh进行了网格划分,之后在Sysweld中对焊接过程进行模拟仿真,获得了温度场及应力应变场的分布情况.然后对焊接过程温度云图及焊件整体形变进行了详细的分析,结果表明,热源处的温度达到2500℃左右,在焊缝周围形成了明显的热影响区;并在焊缝区域出现应力集中情况,其最大应力为277 MPa,在其材料的屈服应力范围内(345 MPa);且在焊缝处出现下凹现象,最大变形量为0.29 mm.此次分析为实际焊接提供理论依据.     

α2相滑移系对全片层组织TiAl合金屈服应力影响的初步分析

基于PST晶体的微结构和γ相及α2相普通位错和孪晶滑移启动，结合细观力学方法，通过数值模拟两相中的各滑移系上的分切应力，得出PST晶体屈服应力和外加载荷与片层之间夹角θ的关系。重点分析了α2相中柱面滑移系的启动对PST晶体屈服应力大小变化的影响。α2相中柱面滑移系的启动对PST晶体小加载角方向的屈服应力有比较明显的影响。所采用的细观方法和得到的结论对进一步研究全片层TiAl合金的屈服强度有一定的参考价值。     

相变塑性对低温相变钢焊接接头残余应力计算精度的影响

基于JWRIAN焊接数值模拟软件,开发了考虑固态相变的热-冶金-力学耦合的数值计算方法来模拟低温相变钢的焊接残余应力.重点讨论了固态相变中的体积变化、屈服强度变化和相变塑性对焊接残余应力的影响.结果表明,相变引起的体积变化和屈服强度变化对最终的焊接残余应力分布和大小有显著影响,相变塑性与前两者相比较影响相对较小,但它对焊缝和热影响区在相变过程中的应力变化趋势有一定的减缓作用,从而适度"松弛"了残余应力.