基于应变的高钢级管道环焊缝适用性评价

现行管道设计标准大多遵循传统的基于应力的设计准则,当管材出现屈服和应变强化时,基于应力的设计准则便不再适用。为了有效开展基于应变的高钢级管道环焊缝适用性评价,需要解决驱动力的应变表征和失效准则确定两个关键问题。通过对含环焊缝根部裂纹的高钢级管道进行有限元分析,得到基于应变的裂纹扩展驱动力,研究了缺陷尺寸、强度匹配及压力等因素对环焊缝应变能力的影响;对比分析了两种管道环焊缝断裂失效准则并明确其适用性。分析结果表明：缺陷尺寸不仅影响裂纹扩展阻力,而且影响裂纹扩展的驱动力,裂纹深度较长度对基于应变裂纹驱动力的影响更为明显;高匹配焊接的环焊缝具备更强的应变能力,承载能力也相应增强;错边和变壁厚等根部不连续会削弱环焊缝的承载能力;基于裂纹失稳扩展失效准则评价的是极限应变能力,对环焊缝的断裂韧度要求很高,建议选择基于断裂韧度准则的评价方法。所得结论可为高钢级管道环焊缝应变能力评估提供技术参考。     

基于应变的管道环焊缝表面裂纹有限元分析

现行的管道设计标准大多遵循传统的基于应力的设计准则,当管材出现屈服和应变强化时,准则便不再适用。为此,建立了内压作用下三维管道环焊缝缺陷仿真模型,采用基于应变的设计方法对其承载能力进行了分析,探讨了其影响参数的变化规律,计算了不同管径时管道的拉应变极限和失效压力。分析结果表明:材料韧性越好,裂纹尖端抗开裂性能越好,在管道设计施工中应合理选择焊材与管材的强度及韧性匹配;相比于管道尺寸,裂纹缺陷尺寸对管道承载能力的影响更大,尤其是缺陷深度。所得结论可为管道环焊缝缺陷完整性评估提供理论指导。     

基于应变设计的管道环焊缝缺陷评估

基于应变设计的管道受轴向拉伸时,其环焊缝缺陷评估方法和评估参数的选用与通常基于应力设计管道的缺陷评估显著不同,这是由于基于应变设计管道其缺陷的失效与缺陷局部焊缝及母材特性等更多因素相关。评估方法基于断裂理论,以远场应变为限制条件预测和确定临界缺陷尺寸。     

油气管道基于应变的设计及抗大变形管线钢的开发与应用

地震和地质灾害是引发油气输送管道失效的主要原因之一。基于应变的设计是预防这类失效的有效手段。在运用设计措施解决管道承受大位移、大应变问题的同时,选择合适的管线钢及钢管,也可使管道具有抗大应变的能力。抗大变形管线钢应具有的主要特性是：应力应变曲线为Round House型、屈强比较低、形变强化指数高、均匀塑性变形延伸率高,其组织包含有硬相和软相的双相或多相。管道环焊缝接头应为高匹配（焊缝及热影响区的强度高于母材）。     

油气管道基于应变的设计及抗大变形管线钢的开发与利用

地震和地质灾害是引发油气输送管道失效的主要原因之一.基于应变的设计是预防这类失效的有效手段.在运用设计措施解决管道承受大位移、大应变问题的同时,选择合适的管线钢及钢管,也可使管道具有抗大应变的能力.抗大变形管线钢应具有的主要特性是:应力应变曲线为Round House型、屈强比较低、形变强化指数高、均匀塑性变形延伸率高,其组织包含有硬相和软相的双相或多相.管道环焊缝接头应为高匹配(焊缝及热影响区的强度高于母材).     

油气管道基于应变的设计及抗大变形管线钢的开发与应用

简述了油气管道的失效模式及失效原因.着重介绍了地震和地质灾害引发的管道失效.重点对抗大变形管线钢的开发与应用进行了综合评述.提出:通过地震和地质灾害多发区的管道应采用基于应变的设计方法;在解决管道承受大位移、大应变问题的同时,选择合适的管线钢及钢管,也可使管道具有抗大应变的能力.抗大变形管线钢应具有的主要特性包括:应力应变曲线为Round house型、屈强比较低、形变强化指数高、均匀塑性变形延伸率高,组织为包含有硬相和软相的双相或多相组织,管道环焊缝接头应为高匹配.     

穿越河流管道环焊缝裂纹缺陷安全性研究

穿越河流管道容易发生裸露悬空，管道的环焊缝是薄弱环节，极易发生断裂失效。为了保障穿越河流天然气长输管道环焊缝安全性，以某穿越河流输气管道悬跨段为研究对象，分析悬跨段管道所受复杂应力情况，建立管道局部悬跨段及管土相互作用的简化力学模型；基于非线性有限元法，创新性地使用连接器建立管土非线性耦合单元，建立穿越河流含裂纹缺陷管道环焊缝模型，得到悬跨管道的应力、应变等分布情况和以J积分为表征的裂纹驱动力，并结合BS 7910-2019《金属结构中缺陷可接受性评估方法指南》验证其准确性；在此基础上，考虑管道屈服强度、焊缝匹配系数、内压及土壤承载力参数，采用单因素敏感性分析法，识别各参数条件对管道J积分的影响规律，得到影响管道环焊缝裂纹起裂的关键因素。研究结果可为复杂应力作用下穿越河流管道环焊缝安全运行提供参考。     

某X80钢级CO2输送管道断裂事故调查分析情况介绍

2020年发生在美国密西西比州的一起CO₂管道断裂事故,引发对CO₂管道安全的广泛关注。该管道于2009年投产,输送超临界态CO₂,最高设计压力14.9 MPa,管径610 mm,采用API 5L PSL2 X80 HFW钢管,是目前钢级最高的超临界态CO₂长距离输送管道。该事故是大雨造成事故地点上游土壤移动引起管段轴向应变过大导致环焊缝失效,调查未发现钢管母材和环焊缝缺陷,母材和环焊缝性能均满足当时标准要求,但调查结果也显示环焊缝强度低于母材。编译并汇总了美国管道和危险品安全管理局(PHMSA)发布的事故调查报告及有关重要信息,介绍了事故调查采用的根本原因分析步骤及主要内容、分析结论、管道重新启用情况及CO₂管道安全的工作措施等,供国内管道行业从业人员参考。     

基于应变设计管道局部屈曲应变极限值的计算

已有的管道设计主要采用基于应力的设计准则,但对于诸如地震、滑坡、海底管道敷设等位移控制情况下的管道,基于应力的设计准则偏于保守,采用基于应变的设计方法将更为科学合理。为了探究管道基于应变设计方法的应用情况,对相关规范中基于应变设计的内容进行了总结和比较,对以应变为基础的设计准则适用情况也进行了说明。比较发现挪威、加拿大等规范中管道局部屈曲压应变限值公式存在差异,在不同径厚比和设计压力下分别采用上述公式对管道压应变限值进行了计算,结果表明：加拿大规范公式和日本SUZUKI公式较为保守。为适应实际工程应用需求,建议在不考虑设计压力时取0.3 t/D（D为管道外径;t为管道壁厚）作为对管道压应变极限的保守估计,需要考虑设计压力时采用加拿大规范中的公式。我国目前还没有建立与失效模式相对应的基于应变的管道设计准则,相关研究成果可为我国在相关领域的探索提供参考。     

压力容器失效准则的应用分析

压力容器的安全评价是杜绝事故发生的关键过程,如何选择合适的失效准则至关重要.对现行压力容器的几种主要失效准则进行了论述;用有限元分析软件针对不同壁厚的管道进行了基于弹性失效准则和塑性失效准则的失效压力计算,其中考虑了材料的真实应力-应变曲线对失效压力的影响;并利用FouPel经验公式进行基于爆破准则的失效压力计算.最后...     

Stress analysis on large-diameter buried gas pipelines under catastrophic landslides

This paper presents a method for analysis of stress and strain of gas pipelines under the effect of horizontal catastrophic landslides. A soil spring model was used to analyze the nonlinear characteristics concerning the mutual effects between the pipeline and the soil. The Ramberg–Osgood model was used to describe the constitutive relations of pipeline materials. This paper also constructed a finite element analysis model using ABAQUS finite element software and studied the distribution of the maximum stress and strain of the pipeline and the axial stress and strain along the pipeline by referencing some typical accident cases. The calculation results indicated that the maximum stress and strain increased gradually with the displacement of landslide.The limit values of pipeline axial stress strain appeared at the junction of the landslide area and non-landslide area. The stress failure criterion was relatively more conservative than the strain failure criterion. The research results of this paper may be used as a technical reference concerning the design and safety management of large-diameter gas pipelines under the effects of catastrophic landslides.     

基于应变的管道设计准则

我国目前使用的基于许用应力的设计准则并不能完全有效地解决管道设计的所有问题，特别是对于地面变形等位移载荷控制下的情形。通过对处于极限状态的椭圆化、拉裂和局部弯曲等管道失效形式的现行基于应变的标准进行对比，为我国管道设计工作者提供了解决地震、断层等区域管道设计问题的重要参考；根据国际上对管道在特定载荷作用下基于应变的设计趋势和我国西气东输及其二线工程的大规模建设，提出了我国进行相关研究的必要性与迫切性。     

逆断层作用下埋地管道的模拟计算

文章基于应变的设计理念,采用壳单元等效边界模型,利用AN SYS软件实现了断层作用下埋地管道的抗震校核计算,并对断层作用下埋地管道的变形影响因素进行了分析,结果表明:断层错动量大小是影响管道变形的主要因素,管道的峰值应变随错动量的增加呈近似等倍数的线性增加;管道与断层交叉角度的不同会导致管道产生不同的失效形式,在倾角为75°的逆断层作用下,管道与断层交叉角度小于55°时表现为拉伸失效,交叉角度大于85°时表现为压缩失效;随着管道埋深的增加,管道的峰值拉伸、压缩应变均有所增加;提高管道壁厚可以使管道以较低的轴向应变为代价来吸收更多的应变能,因此提高管道壁厚可以降低管道的峰值应变。     

基于量纲分析的管道临界屈曲应变准则研究

管道的局部屈曲通常被认为是一种失效,在基于应变的管道设计方法中,临界屈曲应变是一个重要指标。针对现有公式的不足,分析了临界屈曲应变的主要影响因素,采用量纲分析法,利用收集到的试验数据拟合建立了新的临界屈曲应变预测公式。与现有临界屈曲应变公式计算结果相比,该公式具有较高的预测精度。     

基于应变设计的跨斜滑断层埋地管道地震反应分析

中亚天然气管道D线工程穿越大量活动斜滑断层,埋地管道受断层错动影响极大,在断层错动作用下管道极易发生大变形,管道内部因产生较大应变而失效破坏。目前国内对基于应变的管道设计研究较少,并主要对拉应变进行分析,缺乏对压应变的研究,同时现有的解析方法对跨斜滑断层管道应变问题无法求解。因此研究跨斜滑断层埋地管道的设计应变意义重大。为此,采用非线性有限元分析方法,建立了ABAQUS数值模型,基于应变设计对跨斜滑断层埋地管道反应进行了研究,分析了埋深、管道直径、壁厚、管道内压和土体压缩模量这5项参数对管道拉应变、压应变的影响。通过对中亚天然气管道D线工程实际工况的分析,利用MATLAB软件拟合获得了管道最大拉应变、压应变的回归公式。研究结果表明:(1)管道拉、压应变分布规律不同,管道拉应变随断层位移增大而增大,管道压应变随位移先增大而后减小;(2)工程中采用浅埋软土、小直径厚壁管道及低管压等措施均有利于管道对断层错动的抗震设防;(3)回归公式能为跨斜滑断层埋地管道工程的设计与安全评价提供参考。     

复合材料增强管线钢管压力设计新方法

复合材料增强管线钢管(CRLP)是一种具有高承压能力的新型管道,其应用日趋广泛,但相应的管道压力设计方法尚不完善。对现有规范的分析表明,现有压力设计模式已不适合组合型管道。通过以CRLP平均环向应变作为设计的显式失效判据,并区别不同工况下的失效模式,确定相应的安全系数。基于组合薄壁圆筒模型,分别导出了是/否进行预应力处理的压力设计公式。压力设计公式考虑了CRLP几何尺寸、管线钢和复合材料力学性能对设计压力的影响。算例分析表明,对于未经过预应力处理而直接投用的CRLP,主要的失效模式是试压过程中产生过量残余变形;而对于进行过预应力处理的CRLP,主要失效模式转变为工作压力下的蠕变破坏。预应力处理可以一定程度上提高CRLP的设计压力,并有助于充分利用复合材料的承载能力。     

考虑变形硬化的管道塑性弯曲屈曲临界应变预测

为了正确评估管道弯曲屈曲的临界应变,在考虑变形硬化对管道塑性弯曲的影响的基础上,对基于截面椭圆化模型的管道塑性弯曲屈曲的临界应变评估方法进行改进,提出一个考虑变形硬化的管道塑性弯曲屈曲的临界应变预测方法。其中,管道材料的应变硬化属于Hollomon类型。此外,使用文献中的测试数据对所提出的表达式进行了检验。结果表明,所提出的预测表达式能够合理地揭示应变硬化行为对管道塑性弯曲时临界屈曲应变的影响,为预防管道弯曲屈曲导致的基于强度的管道设计失效提供帮助。     

人工爆破地震作用下输气管道动力响应分析

为了保障人工爆破施工环境下天然气管道的安全运行,以管道典型第三方作用爆破施工为对象,通过分析天然地震波传播特性、波形和频谱特性,以峰值加速度指标作为地震主要动参数,采用期望反应谱作为目标谱,基于SIMQKE_GR程序模拟了人工地震加速度波形图,建立了基于有限单元法地基梁-土弹簧模型的爆破地震作用下管道地震响应有限元模型,得到了管道在爆破地震作用下的位移、应力和管道应变随时间的变化特性：若管道长度大于200 m,边界条件对所取管段中间部位的反应影响很小,管道中部的响应就可以代表整个管道中大多数位置的响应程度,将管道中间点的位移变量与土壤质点的位移变量相减得到相对位移变量,就可以反映出爆破地震中管道与土壤的相对位移。最后将ANSYS模拟结果与管道抗震设计规范进行了对比分析,结果表明：ANSYS模拟结果的轴向应变最大值为0.001 1,与采用抗震规范法计算出的最大轴向应变0.001 3极为接近。该模型的模拟计算较为准确,为管道爆破施工安全控制提供了理论基础。     

跨断层区X80钢管道受压时的设计应变预测

活动断层是地震区天然气长输管道的主要威胁,断层作用下管道会发生轴向和垂向位移,导致管道内产生较大的应变而失效,断层作用下管道应变的准确计算对跨断层区管道的设计与安全评估具有重要意义。现有的针对跨断层区管道应变计算方法主要针对管道受拉情况,缺乏对受压情况的考虑。为此,基于非线性有限元法,给出了管道受压时(穿越角大于90度)的跨断层区X80钢管压应变数值计算模型,分析了直径、壁厚、内压、土壤特性、穿越角5种主要参数对设计应变(最大压应变)的影响规律,基于有限元数据,拟合得到了受压X80钢管设计应变回归计算公式,与"西气东输二线"工程实际工况有限元结果的对比,验证了回归公式的准确性。该回归公式为穿越断层区X80钢管基于应变的设计与安全评估提供了一定的参考。