钢质环氧套筒轴向修复效果研究

为了研究钢质环氧套筒对于含缺陷油气管道的轴向修复效果,对X52钢级Φ508 mm×9.5 mm含缺陷螺旋埋弧焊管的钢质环氧套筒修复结构开展了全尺寸轴向拉伸试验,通过应变监测及理论计算分析钢质套筒与管体的应力分布情况。结果显示,修复后的管体最大轴向拉力为3 854 kN,约为无缺陷钢管理论轴向承载力的50%;失效位置位于缺陷最深处,失效时,管体无缺陷处尚未进入屈服阶段;在纯拉伸作用下,钢质套筒承担的轴向载荷仅占总载荷24.5%。研究结果表明,钢质环氧套筒对于管道轴向应力修复效果有限,不建议采用钢质环氧套筒作为环焊缝或管体环向缺陷的修复手段。     

钢制环氧套筒修复油气长输管道缺陷相关标准对比分析

钢制环氧套筒因其具有施工难度低、适用范围广的特点,在国内油气长输管道缺陷修复补强中被广泛应用。国内多项涉及管道缺陷修复补强的标准均对缺陷类型和相应的修复补强方法做出规定,但对采用钢制环氧套筒修复管道缺陷的规定不一致。对国内常用的5项油气管道完整性管理及修复标准进行对比,分析了各项标准中关于钢制环氧套筒修复管道缺陷的方法,并针对不同缺陷类型给出了修复建议,为现场管道缺陷修复工作提供参考。     

国外的环氧钢壳复合套管技术

对钢管上的各类缺陷,传统的修复方法是紧贴钢管外壁直接焊接钢套管对缺陷进行补强,此操作困难且风险大,对弯管和外形不规则的管段则因难实施而只好更换。环氧钢壳复合套管完全解决了这些难题,且可有效地抑制内腐蚀过程的破坏,实现了不停输情况下钢管缺陷的免维护永久修复。环氧钢壳复合套管的钢壳不是紧贴钢管外壁,而是很宽松地套在管道上,与管道保持一定环隙,环隙两端用胶封闭,再在此封闭空间内灌注环氧灰浆,构成复合套管,对管道缺陷进行补强。该技术对于中东原油管道(很强的内腐蚀造成穿孔)、液化石油气管道(因意外事故需紧急泄压,产品迅…     

环焊缝根部内凹缺陷对管道内压承载性能的影响

环焊缝是工业钢质管道的重要结构,管道的环焊缝中常常存在一些焊接缺陷。环焊缝根部内凹缺陷是管道环焊过程中产生的一种体积型缺陷,该缺陷可引起较大的应力集中,降低焊接接头的承载性能。基于弹塑性有限元理论,建立了含内凹缺陷管道应力仿真模型,分析了服役压力和极限爆破状态两种典型工况下管道缺陷局部区域及管体应力分布规律,研究了内凹缺陷尺寸参数对管道结构完整性及极限内压承载性能的影响。结果表明,在正常服役压力下,内凹缺陷端部的等效应力最大约为18.59 MPa,而距离内凹缺陷区域较远的管体所承受的应力约为13.18 MPa。在极限爆破工况下,内凹缺陷区域出现较大面积的塑性区,该区域的最大等效应力约为469.5 MPa,超过了焊缝的抗拉强度451 MPa。另外,内凹缺陷径向深度、环向长度和轴向宽度尺寸会引起正常运行工况下管道的最大等效应力发生变化,等效应力变化幅度可达到25%,管道极限内压承载性能随内凹深度的增大而减小。     

强度不合格在役大口径三通修复方法研究

天然气站场大口径三通制造过程中热处理工艺不合格易造成三通强度不合格。针对强度不合格的在役三通,提出了异形环氧钢套筒修复技术。将三通本体强度不合格和三通环焊缝缺陷问题结合处理,提出了分级修复方法。为确定最优的异形环氧钢套筒修复尺寸并揭示其对修复效果的影响规律,对两种不同支管管径的大口径三通分别进行了6种异形环氧钢套筒修复方式的有限元模拟分析。研究发现：异形环氧钢套筒盖住三通环焊缝的修复方式优于未盖住三通环焊缝的修复方式,盖住环焊缝200 mm的修复方式为异形环氧钢套筒的最优修复尺寸。     

选择埋地长输管道壁厚的一种方法

现有确定埋地长输管道壁厚的诸方法,均未考虑温度变化对环向应力的影响。本文着重讨论了温差的影响,且提出以内压和温差所引起的环向应力作为选择壁厚的控制应力。根据有关强度理论,导出了确定管壁厚度的方程。     

油气长输管道管体缺陷及修复技术概述

我国在役油气管道总长度已超过10万km,由于服役环境、地质条件、杂散电流、防腐层失效、第三方破坏等原因,管道可能出现多种类型的管体缺陷,给管道的正常输送带来了安全隐患。介绍了油气长输管道常见的管体缺陷类型:金属损失、裂纹、变形、焊缝缺陷,以及常用的管体缺陷修复技术:补板、A型套筒、B型套筒、环氧钢套筒、复合材料、机械夹具、换管。按缺陷的类型和程度详细阐述了适用的修复技术,并提出了相应的修复建议。同时,对高钢级管道在线不停输修复技术、环氧钢套筒修复技术和复合材料修复技术可靠性研究方面的发展趋势进行了分析。     

焊接等径三通的应力测定

管道系统中有大量的三通部件在工作过程中主要承受内压作用，与此同时，由于管系的自重、温度变化、装配误差、管道位移等原因，使连接三通的支、主管端分别受到各种形式的内、外载荷作用。本文通过对两个φ152mm×20mm焊接等径三通的应力测定，分析了内压载荷下经堆焊加宽方式对三通焊道的补强效果及其应力的分布情况，并做出强度评价。     

大口径高压管道绝缘接头弹性应力分析

大口径埋地管道输送高压介质时,除受到管道内压的影响,还受到周围土壤竖向、侧向土压力的作用.因此,用于连接阴极保护管段的管道绝缘接头的受力十分复杂.文章利用弹性应力求解方法.结合边界条件,同时考虑绝缘接头接口处的密封槽的应力集中情况,推导出了管道绝缘接头的径向、环向、剪切应力近似计算公式,用于绝缘接头的强度校核.实例计算表明,推导出的公式简单有效.具有一定的实用性.     

焊接等径三通的应力测定

管道系统中有大量的三通部件在工作过程中主要承受内压作用，与此同时，由于管系的自重，温度变化，装配误差，管道位移等原因，使连接三通的支主管端分受到各种形式的内，外载荷作用。本文通过对两上Ф１５２ｍｍ×２０ｍｍ焊接等径三通的应力测定，分析了内压载荷下烃堆焊加宽方式对三通焊道的补强效果及其应力的分布情况，并做出强度评价。     

钢管残余应力分析计算

给出了钢管残余应力的理论计算公式,对比分析了不同计算公式的差异。对比分析结果表明,钢管残余应力与切口张开量（弹复量）成正比关系,径向错位量和轴向错位量对钢管残余应力的计算结果影响较小,理论推导计算公式完全可以满足计算要求。同时,结合当前钢管订货补充技术条件中关于残余应力控制的有关规定作了分析和讨论,建议按照理论计算公式计算出的残余应力不得超过该材料规定的最小屈服强度的±10％来进行钢管残余应力的控制。     

国内外1.5D弯头壁厚设计标准对比

对1.5D管线钢弯头承受内压时的受力情况进行了分析,计算得出弯头承受内压时周向应力的分布是：内侧最大,外侧最小,内外侧分界处（即中性层）与直管相同。对比了GB 50251—2003,SY/T 0518—2002和国外标准ASME B31.3—2004对弯头壁厚的设计要求,并通过压力试验进行了验证,认为ASME B31.3—2004标准对弯头壁厚的设计理论更为合理,即在同等壁厚条件下,弯头内弧受力大于外弧及中性层。使用ASME B31.3—2004标准设计弯头,既能满足内外弧受力要求,又在一定程度上节约了原料成本。     

小直径钢管内涂层脱落的原因分析

根据小直径钢管在露天堆放期间出现的液体环氧内涂层局部脱落的状况,分析了小管内涂层的工艺特点和双组分液体环氧内涂层出现脱落的主要原因。内涂层脱落主要是由于小直径钢管内的水、油、锈、石墨等没有清理干净,锚纹的密度达不到要求,涂料的粘结力不够造成的。内涂层脱落的形式主要有鼓包、纵向脱落、环状鼓包,并且大都发生在内涂开始端。针对内涂层脱落的原因,提出了预防措施,为今后在小直径钢管内涂层时,如何提高内涂层的粘附力、避免涂层脱落,保证小直径钢管内涂层的质量积累了经验。     

大应变钢管在管道建设中的应用及现场焊接技术

介绍了大应变钢管应用的相关技术要求,探讨分析了大应变钢管现场焊接的技术特点和面临的难题,针对焊接材料强度不足及环焊接头近缝区软化,难以实现焊接接头高强匹配的问题,提出在环焊缝焊接时,增加盖面焊缝的宽度和余高,即采用补强的方法使得环焊接头的整体强度高于母材,并在制造过程中严格控制抗拉强度上限值,降低焊接软化程度和软化宽度,以实现环焊缝的高强匹配的。大应变钢管具有足够的强度和变形能力,对环焊接头的综合性能要求更高,实际应用中应综合考虑钢管、焊材和焊接工艺等各方面因素,才能保证大应变钢管在管道建设中安全应用。     

热塑性复合柔性管力学模型与铺层角度研究

热塑性复合材料柔性管(TCP)以其强度高、质量轻及耐腐蚀等优势逐渐成为传统钢制管道的替代品。TCP管的截面结构从内到外主要分为3层:内衬层、增强层和外保护层,通过热熔工艺粘合在一起形成完全粘结的实壁管道。研究了TCP管在多种载荷组合作用下的力学行为,建立了基于三维各向异性弹性理论的多层管结构的应力应变求解公式,并通过有限元仿真软件ABAQUS验证了理论公式的准确性。针对TCP作为井下连续管的应用工况,利用三维Tsai-Wu失效因子表征管道增强层各层的失效程度,对比了5组不同的铺层角度组合,研究了0°和90°铺层角度对管道承受较大拉伸载荷和内压载荷组合的影响。研究结果表明,增加0°铺层角度可以提高TCP管的轴向强度,同时减小面内剪切力,可以有效提高TCP连续管的承载性能。研究结果可为热塑性复合材料柔性管生产提供参考。     

井筒载荷-腐蚀耦合作用对碳钢套管服役寿命的影响

基于应力-腐蚀介质协同作用原理,结合化学力学效应理论,对高温高压超深井碳钢油、套管在使用过程中面临着CO2、H2S等腐蚀介质以及拉、压等复杂载荷建立了结合热应力影响套管腐蚀速率的解析模型,给出了计算应力影响管柱寿命衰减的解析公式,研究了碳钢油井管服役寿命,并对内压力、挂片实验实测腐蚀速率以及壁厚对碳钢套管服役寿命的影响进行了研究。结果表明,解析模型所得结果与文献报道的应力对腐蚀速率的影响结果相符。在井筒载荷及腐蚀工况下,增加壁厚相对于减小套管内压力,增加套管使用寿命效果不明显。初始腐蚀速率对套管的服役寿命影响较大,当管柱所受应力越大,管柱实际寿命衰减得越快。     

HFW焊管残余应力分析

采用小孔检测法研究了规格Φ406.4 mm×12.5 mm、钢级L415MB的HFW焊管残余应力的分布情况。试验结果表明,HFW焊管整体残余应力值较小,并且轴向残余应力大于环向残余应力,轴向和环向最大值分别约为母材屈服强度的38%和29%;HFW电阻焊焊缝及其附近区域的残余应力值低于管体区域,轴向和环向残余应力的变化范围分别约为母材屈服强度的24.5%~33.6%和16.4%~21.5%;HFW电阻焊管轴向和环向残余应力的差异呈周期性变化,距离焊缝15°附近时差异最小。试验结果对于HFW电阻焊管在长输管线的应用提供理论支持。     

含局部减薄缺陷管道的极限载荷与安全评定

运用正交实验设计和弹塑性有限元分析相结合的方法 ,对含局部减薄缺陷压力管道的极限载荷进行了研究 ,分析了局部减薄缺陷对管子极限载荷的影响因素。研究结果表明 ,缺陷的深度是管子极限载荷 (内压和弯矩 )的主要影响因素 ,而缺陷的周向长度和轴向长度分别对管子的极限内压和弯矩的影响较小。据此研究结果 ,提出了含局部减薄缺陷压力管道在内压和弯矩联合作用下的安全评定方法