海洋管道全尺寸疲劳试验机的研制

海洋管道疲劳寿命的评估一般采用小尺寸试件,若采用全尺寸疲劳试验可更真实反映管道中裂纹扩展的实际情况,包括尺寸效应、残余应力等的影响.文章介绍了国内首台自行研制的管道全尺寸疲劳试验机,包括系统构成、主要功能、机械及液压系统设计和控制系统研制等,重点叙述了主机框架设计及强度计算,试验机主要技术参数,系统工作原理以及特点.     

基于全尺寸疲劳试验系统的海洋管道模态分析

以往海洋管道全尺寸疲劳试验的试验类型多为弯曲疲劳,考虑到管道焊缝处环向受力不均且试验周期较长的问题,拟应用共振原理来完成海洋管道疲劳试验,而产生共振的关键在于使激振频率达到管道的固有频率。鉴于此,针对?323.9 mm×18.0 mm、X65钢级海洋管道,利用Workbench有限元分析软件模拟共振式全尺寸疲劳试验系统中海洋管道的工况对其进行了模态分析,采用改变约束个数和位置的方法分析了不同装夹方式对管道固有频率和模态振型的影响。由管道前6阶的固有频率和模态振型可知,随着约束的增加或位置的改变,可使海洋管道的固有频率增大。分析结果为共振式全尺寸疲劳试验系统的设计和优化提供了重要的理论依据。     

全尺寸疲劳试件疲劳断口分析

针对准Φ323.9 mm×18 mm的X65钢质海洋隔水管,开展了多接头四点弯曲+内压全尺寸疲劳试件试验研究,并采用高清相机、三维视频显微镜对试件疲劳断口进行宏观和微观分析。研究表明,试验用全尺寸疲劳试件焊接接头中存在未熔合等不连续性缺陷,疲劳试件疲劳抗力的薄弱部位分别为管道内表面的焊趾与外表面两条焊道的结合位置,而焊缝区疲劳裂纹扩展路径较为曲折,因而具有较好的抗疲劳裂纹扩展性能。最后建议,通过采取加宽对接接头间的间隙、清洁坡口污染物等措施,可以防止内表面附近的焊接未熔合问题;通过降低管道内表面焊缝余高,打磨外表面焊缝,以减小形状不连续导致的应力集中,最终可提高试件的抗疲劳寿命。     

海洋管道全尺寸疲劳试验技术的研究现状与发展趋势

海洋管道焊接接头的疲劳性能关系到焊接结构的安全性和经济性,考虑到疲劳计算、抗疲劳设计和小尺寸疲劳试验在管道疲劳寿命评定分析中的局限性与不足,管道全尺寸疲劳试验技术越来越受重视.近年来,随着电子计算机控制的电液伺服疲劳试验技术的迅速发展,管道全尺寸疲劳试验技术也取得了很大进展.文章从海洋管道焊接结构的力学特性,英国、日本、巴西、挪威及国内海洋管道全尺寸疲劳试验技术的研究现状等介绍了该领域的发展状况,并为国内该试验技术的发展方向提出参考意见.     

X65钢级海洋管道全尺寸疲劳性能试验研究

文章针对X65钢级海洋管道,综合考虑焊接残余应力、应力集中、焊接初始缺陷、管道停输及内部介质压力波动等多因素影响,在国内首次开展了管道四点弯曲+内压联合的全尺寸疲劳试验研究。通过管道全尺寸疲劳性能试验,得到不同规格管道在不同应力幅下的疲劳循环次数,而后依据国际通用的标准规范BS 7608与DNV C203对全尺寸疲劳试验结果进行了量化的评定分析。该研究不仅有利于积累海洋管道全尺寸疲劳性能试验数据,且可为评价海洋管道后续的全尺寸疲劳试验寿命及服役期间的安全运行周期提供定量依据。     

中国石油集团工程技术研究院成功研发海洋管道全尺寸弯曲疲劳试验技术

<正>近日,中国石油集团工程技术研究院成功研发复杂服役环境下海洋管道全尺寸弯曲疲劳试验技术,填补了我国海洋深水管道全尺寸疲劳性能评定技术领域的空白。在引发海洋管道事故的诸多因素中,疲劳损伤是导致海洋管道失效的主要原因。工程技术研究院依托国家863项目《深海油气输运高强厚壁管材关键技术研究》,通过建立基于ECA评估的有限元分析模型,对海洋     

油气管道环焊缝失效案例与全尺寸试验分析

介绍了18起环焊缝失效案例,发现环焊缝泄漏多发生在试压和运行初期,主要由焊接缺陷引起。断裂可发生在任何阶段,未发现起裂源与焊缝缺陷有关,主要由附加载荷造成。对环焊缝失效进行全尺寸试验模拟,6起高钢级含缺陷环焊缝内压试验表明,4起试验失效位置位于母材,2起位于环焊缝,其中环焊缝失效以泄漏形式发生。1起内压加弯曲试验表明,失效发生在环焊缝,且以断裂形式发生。油气管道在以内压为主的正常工况下,环焊缝缺陷失效以危害性较小的泄漏形式发生,不会发生断裂等灾难性事故,外部载荷治理是防止灾难性事故发生的最主要措施。     

全尺寸气体爆破试验用管道设计技术难点

对于高钢级大口径天然气管道而言,需要通过全尺寸气体爆破试验来确定钢管止裂韧性。全尺寸爆破试验用管道及附属设施设计是否合理,决定了全尺寸气体爆破试验是否能够顺利实施并获得可靠的试验结果。研究计算得到了爆破试验用储气管道及试验管道长度,以及试验管道上安装的线性聚能切割器长度、止裂器厚度、长度等关键参数。以上关键技术问题的解决保障了X80及X90系列全尺寸气体爆破试验的顺利开展。     

全尺寸试验机移动夹头及锁紧装置的研制

为解决管道全尺寸轴向疲劳试验机夹具移动和过零试验问题,对设备能力进行了升级,设计了一种移动夹头和锁紧装置。在简要介绍了移动夹头结构、工作原理及存在的问题的基础上,较为详细地论述了锁紧机构设计及应用,着重阐明了锁紧机构的组成及工作原理、该机构所使用的螺杆强度的校核、螺杆材料疲劳寿命的分析以及采用ANSYS有限元分析软件对锁紧机构进行结构静力分析等。最后介绍了锁紧机构的安装和拆卸方法,为锁紧机构的应用提供了基础。试验证明,此套装置运行良好,能够满足试验需求。     

基于疲劳分析的海底管道自由悬跨设计

本文介绍了国际上先进的基于疲劳分析准则的海底管道自由悬跨设计方法和流程,并将其应用于工程实例,为国内海底管道工程中的自由悬跨设计提供了参考。     

管道带压堵漏密封夹具机构设计

由于流体介质的腐蚀、冲刷和压力、振动、焊接缺陷、密封材料等因素的长期作用,设备、管道会出现泄露问题。炼油化工装置中80%以上的泄漏都出现在管道上。管道一旦出现泄漏,必须及时处理。带压堵漏是1项技术要求较高的堵漏工艺,其施工夹具机构的设计是关键问题。     

海底管道的疲劳寿命分析

分析了影响裂纹扩展寿命的多个随机因素,推导了海底管线裂纹疲劳寿命计算公式。考虑了管跨所承受栽荷、裂纹尺寸、材料断裂韧性等参数,使用Monte Carlo法疲劳寿命模型对海底管道进行疲劳寿命可靠性计算.比较了不同裂纹尺寸对疲劳寿命的影响,编写了计算机应用程序,算例表明它在疲劳寿命的可靠性估计中的应用及其工程意义。     

海底管道的疲劳寿命分析

分析了影响裂纹扩展寿命的多个随机因素，推导了海底管线裂纹疲劳寿命计算公式。考虑了管跨所承受载荷、裂纹尺寸、材料断裂韧性等参数，使用MonteCarlo法疲劳寿命模型对海底管道进行疲劳寿命可靠性计算．比较了不同裂纹尺寸对疲劳寿命的影响，编写了计算机应用程序，算例表明它在疲劳寿命的可靠性估计中的应用及其工程意义。     

海洋立管全尺寸共振疲劳试验机理研究与应用

针对海洋立管全尺寸共振弯曲疲劳试验机理与应用方面研究的瓶颈问题,建立了偏心激励式海洋立管共振弯曲疲劳试验的力学模型,综合应用振动力学微分方程、材料力学弯矩与挠度关系式以及理论力学达郞伯原理等对该模型进行理论研究,得到应力幅和固有频率。研究了立管疲劳试验设计曲线、平均曲线和目标曲线3种曲线的关系。研制了海洋立管共振弯曲疲劳试验装置,对2台样机共4条焊缝进行全尺寸疲劳试验。试验结果表明理论计算值、有限元解和试验检测值基本一致,验证了理论推导的正确性。研究结果为海洋立管疲劳试验及评价提供了理论依据。     

连续油管疲劳寿命模型与试验机的发展概述

随着连续油管应用范围的扩展,以及连续油管制造技术和焊缝热处理技术的改进,不断有更高钢级和更大直径的连续油管投入到三高油气田中应用,但这些新材料疲劳模型的测试数据还不完善。对连续油管弯曲低周疲劳损伤过程进行调研及国内外连续油管疲劳寿命预测模型的发展进行分析,发现国内外逐渐考虑缺陷和现场测量数据影响因素来改进疲劳寿命预测模型。疲劳寿命模型的基础数据来源于疲劳试验机的试验数据,使得连续油管疲劳试验装置得到较快的发展,并对国内外的疲劳试验机发展现状进行归纳。目前,连续油管疲劳试验机已经能模拟钻修井各种实际工况下多种载荷下的疲劳,但缺乏对连续油管进行系统和大量样品的试验。连续油管疲劳寿命预测模型具有一定指导性,但不能准确预测现场剩余寿命,还需要进一步的完善和改进疲劳预测模型。     

埋地热油管道稳定运行轴向温降分析

热油管道的轴向温降计算是否准确，直接影响到热油管道运行成本的高低，热油管道的运行成本主要是泵站和加热站的能量消耗，准确了解热油管道的轴向温降规律，才能准确计算出一定任务输量下，管道输油所需的加热站热负荷及泵站所需提供的能量。在研究了热油管道稳定运行时轴向温降的规律和原油物性的变化，建立了热油管道正常运行温度场的数学模型，用有限差分法进行了求解，编制了模拟计算软件，并以某管线为例计算了稳定运行时沿线的温度场。     

轴向穿透裂纹管道套管止裂性能分析

管道缺陷严重影响着管道的安全使用,而缺陷管道修复中最常见的方法是套管修复。对轴向穿透裂纹管道裂纹区域内套管止裂方法进行了分析,利用有限元分析方法,通过止裂系数f衡量套管的止裂效果,并对其影响因素进行了研究。结果表明,f与管道壁厚δ、裂纹半长a、套管位置Lx、套管壁厚sδ及套管长度Ls有关,与裂纹管道的管径Do无关。同时给出了不同形式下套管修复裂纹管道的推荐参数以及止裂系数f的拟合公式。     

管道轴向内腐蚀极限荷载的数值仿真分析

为了研究轴向内腐蚀对管道极限荷载的影响,利用有限元软件ANSYS对轴向内腐蚀管道进行数值仿真分析。在分析中考虑了几何非线性和材料非线性,采用了线弹性-线性加工强化模型和BinFu失效准则,得到了不同腐蚀尺寸对极限荷载的影响以及管壁缺陷处的应力分布状态,同时拟合出了一个轴向内腐蚀极限荷载的回归方程。     

基于CAESARⅡ软件的井口管道优化设计与疲劳分析

井口区是海洋石油井口平台安全等级最高的区域,井口管道布置和支架设计是否合理,直接影响整个平台的安全。井口平台投产后发生采油树上升现象,如果不采取适当措施,将会造成管道应力超标、管道支架脱空和井口管道疲劳失效。为了有效解决采油树上升产生的问题,以某海上气田项目井口管道布置方案为例,应用CAESARⅡ管道应力分析软件优化井口管道布置,编制了应力分析和疲劳分析工况,详细介绍了井口管道应力分析和疲劳分析的计算方法和分析思路,校核了持续应力、位移应力、偶然应力和疲劳应力,评估了采油树油嘴和G-Clamp卡箍的受力情况,为井口管道布置和计算提供工程参考。     

深水钢悬链线立管全尺寸共振弯曲疲劳试验设计参数的确定

钢悬链线立管作为深海海洋石油连接浮式生产装置与海底生产系统的关键装备,由于海流运动、涡激振动及波浪涌动,长期承受垂直张力及交变应力的作用,可能导致疲劳失效。为了避免此类情况的出现,需对钢悬链线立管进行焊缝疲劳试验,预估其疲劳寿命。通过对钢悬链线立管全尺寸共振疲劳试验分析,其设计参数主要包括试样长度和固有频率、焊缝位置,焊缝数量、应变控制等。建立数值解析求解方法和模态分析法组合法,确定试样长度和试样一阶固有频率,为深水钢悬链线立管共振弯曲疲劳试验提供理论基础。焊缝数量和焊缝位置需考虑焊接热影响区和焊缝应力集中区域大小的影响,建议在立管试样上设置2个对焊接头进行评价,控制应变应以焊缝位置的应变为控制基准。通过分析钢悬链线立管全尺寸共振疲劳试验设计参数,为促进钢悬链线立管的国产化提供技术支撑。