压力管道安全评定技术的进展

为保证压力管道的安全运行, 必须通过试验研究掌握含缺陷压力管道的破坏机理、失效模式、承载能力和在载荷作用下的裂纹张开面积和介质泄漏速率等规律, 同时寻求这些性能与管道材料、结构、缺陷尺寸等参数间的关系;从而建立压力管道缺陷评定方法、制订和修订相应的评定标准或准则; 按 “合乎使用的原则”对含缺陷的在役压力管道进行分别处理, 既做到经济又保证安全运行。由于压力管道大多数含环向缺陷,所以本文仅就含环向缺陷压力管道的评定方法作简要的介绍。     

模糊人工神经网络技术在含缺陷压力管道可靠性计算中的应用

在用模糊人工神经网络技术预测含缺陷压力管道失效载荷的基础上，进行了压力管道的可靠性计算，并以一实例加以说明和验证该技术在含缺陷压力管道可靠性计算中的可行性。     

复杂载荷下含未焊透缺陷压力管道塑性极限载荷分析

针对净截面垮塌(NSC)准则仅适用于拉、弯组合载荷的局限性,根据压力管道实际受力特点,提出了一种基于内压/弯矩/扭矩复杂载荷作用下的含未焊透缺陷压力管道塑性极限载荷理论分析方法及其表达式,该方法还充分考虑了管道曲率(管径比)、未焊透缺陷环向长度、深度对压力管道塑性极限载荷的影响。借助有限元分析方法对含各类未焊透缺陷的压力管道塑性极限载荷进行了数值计算并与理论值进行了比较。结果表明:该方法能较好地反映含未焊透缺陷压力管道的实际承载能力,结果可靠,可大大提高含未焊透缺陷压力管道安全评定的有效性。     

超高压压缩机脉冲阀螺栓疲劳寿命分析

超高压压缩机脉冲阀螺栓在交变载荷作用下,使用一段时间后可能会产生疲劳失效破坏.文中介绍了脉冲阀螺栓疲劳寿命的分析方法,利用裂纹扩展速率与螺栓的临界裂纹尺寸对含缺陷的螺栓疲劳寿命进行了计算,为设备的诊断维护提供了合理的依据.     

超高压压缩机气缸螺栓疲劳寿命评估

超高压压缩机气缸螺栓在交变载荷作用下,会产生疲劳失效破坏.文中介绍了二次机气缸螺栓疲劳寿命的分析方法,利用裂纹扩展速率与螺栓的临界裂纹尺寸对含缺陷的螺栓疲劳寿命进行了计算, 为设备的诊断维护提供了合理的依据.     

压力管道全寿命周期疲劳裂纹扩展分析

针对制造过程中产生的缺陷对压力管道寿命的影响,提出一种基于Parris模型的疲劳裂纹扩展分析方法(P-FCG)。本方法基于假定或检测缺陷的表征,结合一次、二次应力对缺陷处进行应力强度因子的计算,并通过Parris模型进行循环载荷下的裂纹扩展分析,通过失效评定图进行压力管道的安全评定和剩余寿命的预测。以某公司设计的压力管道方案为例,对不同裂纹深度a0、不同CTOD断裂度等对疲劳寿命的影响进行分析。结果表明,应兼顾简单、通用失效评定图法进行安全评定,韧性好的材料具有较高的寿命,奥氏体不锈钢裂纹扩展明显的范围为1～3 mm裂纹深度。     

OD1422mm X80管道环焊接头拉伸应变行为研究

基于非线性有限元方法，结合数字化图像相关技术(DIC)、硬度云图以及断裂韧性测试等手段，进行了含缺陷天然气管道环焊接头的变形能力评估。该方法考虑了管道、焊缝以及缺陷尺寸形状特征，利用钢管母材、焊缝、热影响区的实际性能构建分析模型，对比了不同缺陷尺寸下的断裂驱动力与裂纹扩展阻力，获得环焊接头拉伸应变能力，并利用宽板拉伸试验对分析结果进行了验证。结果表明：当拉伸应变为0.5%时，裂纹扩展阻力始终高于断裂驱动力，裂纹不会发生扩展；当拉伸应变为1.3%、裂纹深度为8.2 mm时，裂纹扩展阻力与断裂驱动力相等，裂纹处于临界失稳状态；当拉伸应变为4.3%时，裂纹深度高于5.2 mm,裂纹会发生扩展；宽板拉伸结果中，当裂纹深度低于5 mm时，失效模式均为母材颈缩；裂纹深度为9 mm时，失效模式为裂纹扩展，模型分析与宽板拉伸试验结果一致性较好。     

含腐蚀坑缺陷悬空管道的安全研究

以西一线甘肃段某天然气管线为工程背景,由于土壤长期对管道腐蚀性影响及不良地质作用,含有腐蚀缺陷管道意外产生悬空。利用ASME B31G,DNV RP-F101标准和PCORRC方法对在役含腐蚀坑缺陷悬空管道中允许的腐蚀坑缺陷尺寸进行了确定。基于应变失效准则,建立管道在不同地区的失效判别标准,借助Abaqus有限元分析软件,研究含腐蚀坑缺陷悬空管道的失效位置及腐蚀坑缺陷的长度和深度对管道应力、应变、位移和对管道的安全、极限悬空长度的影响,结果表明,腐蚀缺陷深度系数对管道影响较大,当深度系数k1≥0.4后,管道的安全和极限悬空长度急剧减小,管道极易发生失效。     

弯曲载荷下管道环焊缝裂纹应力强度因子评价模型及试验验证

裂纹缺陷是众多环焊缝缺陷中危险性最大的缺陷之一。油气管道在经过地质条件较差的区域时，当遭遇自然灾害，管道除内压作用外，还会承受额外的弯曲载荷，由此引起的大跨度管道弯曲变形容易引起环焊缝裂纹扩展，导致管道破裂。基于大量环焊缝裂纹有限元数据，拟合出了裂纹尖端应力强度因子的工程评估公式。按照子模型分析方法可以快速获得有限元结果数据且能保证精度，是一种高效获取全尺寸弯曲管道中裂纹应力强度因子拟合数据的方法。结合API 579中提供的环向裂纹应力强度因子理论公式，对应力强度因子计算公式进行了拟合，裂纹尺寸范围为0.03   

失效评定图中的等可靠性指标线

参照ＳＡＰＶ－９５规范,运用可靠性分析方法,得到了失效评定图中的等可靠性指标线,为迅速估计静载下含平面缺陷的压力管道的安全性奠定了基础。     

含周向面型缺陷管道的失效评定曲线

１　引言失效评定图技术理论严格,使用方便,已经广泛应用于含缺陷容器的安全评定中。由于含周向缺陷管道的承受载荷和容器有很大的不同,为将这一先进的方法引入含周向缺陷管道的安全评定技术中,有必要研究含周向缺陷管道的失效评定曲线。管道周向缺陷的型式有面型缺陷和体积型缺陷。体积型缺陷失效模式一般为塑性极限载荷控制,评定时采用塑性极限载荷评定,无需进行断裂分析。面型缺陷的失效模式可能为极限载荷控制也可能为断裂控制失效模式,采用能同时考虑这两种失效模式的失效评定图技术是非常便利的。面型缺陷可以表征为表面裂纹、…     

核压力容器缺陷验收确定性准则的失效概率分析

在含缺陷结构完整性评定中,即使满足确定性分析要求,结构也会存在发生失效的可能。提出确定性缺陷验收准则所对应失效概率的分析方法,以计算在满足确定性分析要求的临界条件下结构的失效概率。采用该方法可以验证确定性缺陷验收准则是否能够满足结构的概率要求,也可依据概率要求指导确定性缺陷验收准则中安全系数的制定。针对ASME BPVC第XI卷中基于应力强度因子的缺陷验收准则,以正常降温工况和承压热冲击事故工况为例,对一典型含缺陷反应堆压力容器(Reactor pressure vessel,RPV)进行确定性分析和概率分析,得到相应工况下的临界裂纹尺寸及失效概率,并讨论安全系数对含缺陷RPV失效概率的影响。所分析案例表明,ASME标准中规定的安全系数在正常降温工况下尚不能保证RPV临界失效概率低于核安全的概率要求。     

含裂纹管道的失效评定曲线的实例验证

验证含裂纹油气管道的失效评定曲线，实例来源于某输油管线现场水压试验中爆裂的三个管段。给出基于J积分理论的含裂纹管道的失效评定曲线的基本方程，并采用有限元方法计算裂纹管道的J积分。对三个破坏的含裂纹管段，根据现场测量的裂纹尺寸和管材的力学性能试验数据，建立失效评定曲线，并与水压实验结果作比较，表明所建立的失效评定曲线的准确性。     

压力容器"破前漏"准则的实验研究

为了研究压力管道“破前漏”准则，完成了两组带裂纹圆筒的静压爆破实验实验证明爆破压力是由于裂纹穿透容器壁之后沿长度方向扩展的临界压力决定的，泄漏压力是裂纹沿深度方向扩展时由韧带的屈服撕裂所需要的极限压力决定的，前者与后者之比大于1，则泄漏失效，若该比值小于1则爆破失效。“破前漏”准则正确地预测了实验容器的失效方式，用此方法分析一些文献给出的实验数据，其实验结果和理论符合较好。     

内压载荷作用下含纵向穿透裂纹弯头的塑性极限载荷

弯头是管道系统中最薄弱、最容易失效的管件。研究含缺陷弯头的塑性承载能力在整个压力管道系统安全评定中占有重要地位。利用求取直管极限载荷的鼓胀系数法建立不考虑直管影响的含缺陷弯头的塑性极限载荷估算式。采用三维弹塑性有限元技术,对内压载荷作用下含纵向穿透裂纹弯头的塑性极限载荷进行系统分析。结果表明,裂纹削弱系数（PL／P LO）与厚径比（t／rm）无关,在实际工程应用中可忽略厚径比对裂纹削弱系数的影响。裂纹对长半径弯头的塑性极限承载能力影响程度明显大于对短半径弯头的。     

带纵向裂纹容器及管道的失效分析

本文简述了带裂纹容器和管道的失效分析方法。简介了一些从不同失效理论出发而得到的失效压力计算方法,并与部分实验结果进行了比较。结果表明,这些方法对由韧性好的材料制造的具有纵向裂纹(l>2di)的容器,计算结果与实验值较为吻合。     

超高压压缩机二段入口螺栓受力分析及疲劳寿命预测

超高压压缩机螺栓在交变载荷作用下,会产生疲劳失效破坏。介绍了超高压压缩机二段入口螺栓的受力分析,利用裂纹扩展速率与螺栓的临界裂纹尺寸对含缺陷的螺栓疲劳寿命进行了计算,为设备的诊断维护提供了合理的依据。     

含周向穿透裂纹碳钢管道断裂分析与试验研究

本文用ＣＥＧＢＲ６的选择３方法建立的失效评定曲线对七根含不同周向裂纹长度的４英寸２０号钢管道作了弹塑性断裂分析和断裂试验，结果证明Ｒ６的评定技术和分析方法是安全可行的。采用ＡＳＭＥ锅炉压力容器规范中的ＩＷＢ－３６５０附录Ｈ方法对上述七根管道进行的断裂分析也，ＡＳＭＥ规范是安全的。     

管道穿透斜裂纹应力强度因子计算

裂纹是引起管道开裂失效的主要原因,裂纹尖端应力强度因子是表征裂纹应力场强度的主要物理量,也是对管道进行安全评估时的主要依据之一,但管道不同于平板,有曲率影响,因此基于平板推导出来的裂纹尖端应力强度因子公式必须进行修正。为了准确计算管道上斜裂纹应力强度因子,建立了不同管道直径、不同裂纹倾角以及不同裂纹长度下的管道穿透斜裂纹有限元模型,并计算了裂纹尖端应力强度因子,在无限大板中心斜裂纹应力强度因子计算公式基础上,修正得到了管道穿透斜裂纹应力强度因子计算公式,这对于含裂纹管道安全评定有重要参考价值。     

在用含缺陷压力管道的安全性分析

采用ANSYS有限元分析软件,建立了7组不同情况下含平面缺陷的弯管有限元模型,对管道上裂缝进行了应力计算和分析,并采用GB/T19624-2004《在用含缺陷压力容器安全评定》标准对含裂缝缺陷的压力管道进行了简化评定。结果表明7组评定点均处于安全区域,故裂纹缺陷不影响管线正常运行。