含缺陷压力管系断裂失效风险分析系统(Ⅱ)--基于PD 6493的工程应用及算例

针对含缺陷石油化工工业管道可能存在的各种缺陷类型 ,充分考虑缺陷尺寸、工况载荷、断裂韧度及机械强度等主要随机变量的不确定性 ,基于PD 6 4 93、R/H/R6 - 95和SAPV(99) 3种权威的失效评定规范 ,开发了通用的含缺陷压力管系断裂失效风险分析系统。运用其中PD 6 4 93模块的二级评定 ,对 1条具有多种类型缺陷的典型工业管系进行风险分析 ,求出了管系所有缺陷的安全概率 ,进而推导出整条管线的失效概率     

含缺陷压力管系断裂失效风险分析系统（Ⅲ）——在检修和维护中的应用

针对石油工业管道上可能存在的各种缺陷类型 ,充分考虑缺陷尺寸、工况载荷、断裂韧度和机械强度等参数的不确定性 ,应用含缺陷压力管系断裂失效风险分析系统软件 (SAPP - 2 0 0 2 )计算管道系统中每个独立缺陷的安全概率 ,并对整个管道系统进行断裂失效风险分析。另外 ,在制定管道的检修计划时 ,可以利用该系统的结构应力分析模块方便地确定出管道应力高度集中部位 ,有针对性地选择焊缝并进行射线探伤 ,使管道的安全状况分析更准确。还可以利用该系统软件的分析结果制定出旨在降低失效风险的管道结构改进措施 ,达到缓解应力集中或使应力集中区与缺陷所在位置分离 ,优化管道结构 ,以较低成本提高管道完整性水平的目的。对提高企业压力管道管理水平具有推动作用     

基于概率断裂力学的在役管道安全评定

针对油气管道的断裂失效模式以及失效分析过程中存在的不确定性．结合概率断裂力学和安全评定规范,提出了管道缺陷概率安全评定计算方法。根据主要评定参数：缺陷尺寸、载荷、断裂韧性、机械强度等的分布特征,对各随机变量模拟抽样,应用Monte Carlo数值计算方法．确定管道上各缺陷的失效概率。概率安全评定方法真实反映了评定参数客观存在的不确定性．克服了确定性安全评定方法的缺点,具有较高的应用价值。     

含缺陷海底管线安全评定系统研究

针对海底管线可能存在的缺陷类型,考虑缺陷尺寸、工况载荷、断裂韧度和力学强度等参数,基于权威评定规范,应用面向对象的编程语言VB开发了含缺陷海底管线安全评定系统分析软件。介绍了该系统的基本模块及功能特点。应用该系统对胜利埕岛油田某海底管线的2个检测缺陷进行了评定分析。结果表明,评定系统能够进行海底管线各类缺陷的安全分析计算,并将结果绘成失效评定图,给出可视化评定结论,为海底管线安全评定及管理提供了科学方法。     

含缺陷压力管道失效的模糊综合评判

含缺陷压力管道概率失效是含缺陷压力管道可靠性评定方法的研究中必不可少的内容。对含缺陷压力管道进行可靠性评定,一方面要得到含缺陷压力管道的失效概率,另一方面还应根据得到的失效概率和被评压力管道的可接受失效概率来评定管道的安全性。文章从满足工程实际应用的要求出发,通过模糊综合评判方法,确定某一含缺陷压力管道在具体环境条件下的可接受失效概率准则。     

多载荷联合作用下含缺陷结构载荷比计算

载荷比是开展含缺陷结构常规安全评定的必需参数。实际工况下结构多承受多载荷联合作用,但多载荷下含缺陷结构的载荷比计算还无确切方法。提出了适用于多载荷联合作用下含缺陷结构载荷比计算的单位球方法,并利用弹塑性有限元技术,以环向穿透裂纹弯管为例,对单位球方法的模型假设条件进行了验证。     

基于可靠性评价的含缺陷核压力管道疲劳寿命预测方法

含缺陷压力管道经缺陷评定合乎使用后,其疲劳寿命的估计具有重要的工程意义。将整个含缺陷压力管道作为一个整体,分析了含缺陷压力管道的疲劳裂纹扩展特点,提出了相应的含缺陷压力管道疲劳寿命的计算过程,并在基于可靠性评价的基础上,给出了核压力管道的可接受失效概率,最终得到了含缺陷核压力管道疲劳寿命预测方法。     

基于等效体积法的含缺陷海底管道完整性失效判据研究

海底管道的缺陷是威胁海底管道安全运行的重要因素。为了改善现有失效准则的局限性,更准确地研究管道损伤对X60海管的影响,建立有限元模型,并利用真实爆破压力对模型进行验证,分析70组含不同缺陷管道失效时云图中各应力区域的等效体积,总结出缺陷参数对管道失效模式的影响规律;并引入抗拉强度和垮塌载荷,得到一种基于等效体积法的含缺陷海底管道完整性失效判据,在该判据的基础上拟合出失效压力计算模型。研究表明：采用塑性垮塌失效模型是最适用于该管道的现有失效判定方法;缺陷的长度、深度对管道的失效模式影响较大;对比现有准则,基于等效体积法的失效判据可以定量描述含缺陷管道的失效条件;失效压力模型可用于X60管道失效压力的预测,进而验证了失效判据的适用性。     

基于疲劳寿命模型的压力容器疲劳分析

含缺陷压力容器的疲劳分析是石油化工行业的一个重要课题,通过分析影响裂纹扩展寿命的多个随机因素及使用疲劳寿命模型,讨论了裂纹尺寸的计算方法。考虑压力容器所承受载荷、材料断裂韧度及裂纹尺寸等参数,使用一次二阶矩法和Monte Carlo法,得出了在一定可靠度下的疲劳裂纹扩展寿命,计算了一定使用寿命时结构的失效概率,比较了不同初始裂纹尺寸对疲劳寿命的影响。算例表明,此方法可为含裂纹结构的概率损伤容限评估提供一定的理论依据。     

含缺陷球罐的安全评定

在数值模拟计算含缺陷球罐应力场的基础上,对含缺陷球罐在工作压力和超压两种工况下进行了断裂安全评定和强度校核。评定结果表明,含缺陷球罐在正常使用及超压工况下是安全的,同时对其继续使用提出了一些建议。     

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。     

双腐蚀缺陷海底管道临界失效压力

为研究含双腐蚀缺陷管道的失效机理,采用非线性有限元分析方法,研究轴向间距、环向间距对含双腐蚀缺陷管道剩余强度的影响。结果表明:在腐蚀缺陷宽度和深度不变的条件下,双腐蚀缺陷轴向间距的变化对管道临界失效压力有较强影响;环向双腐蚀缺陷管道的临界失效压力与腐蚀缺陷的环向夹角没有显著关系。基于此建立了含双腐蚀缺陷管道临界失效压力与含单腐蚀缺陷管道临界失效压力之间的关系,并根据规范中含单腐蚀缺陷管道临界失效压力的计算公式,推导出含双腐蚀缺陷管道的临界失效压力,其可通过计算对应长度及2倍长度单腐蚀管道的失效应力乘以无量纲函数求得,简化了含双腐蚀缺陷管道的临界失效压力的计算方法,并通过算例验证了本文方法的正确性和通用性,并得出对工程有益的结论。     

组合载荷下含缺陷管道的工程评定技术研究

制造和使用过程中管线不可避免地会存在各种缺陷 ,而且空间布置的管线导致管线受载复杂 ,当介质在高温、高压、易燃、易爆时必须要确保管线的安全运行 ,因此必须对含缺陷压力管道进行安全评定。鉴于此 ,就空间含缺陷管道评定中所需的极限载荷和Lr 参量进行了研究 ,基于净截面垮塌准则和Von -Mises屈服准则 ,推导了空间含缺陷管道在拉伸、弯曲、扭矩和内压组合载荷下的极限载荷方程 ;针对组合载荷作用下的含缺陷管道提出了求解Lr 参量的联立方程法、通用加载方程法和工程图解法。对现有国内外规范进行了补充和完善 ,对含缺陷管道的失效评定具有重要意义     

防止起裂的压力管道缺陷断裂安全评定工程方法

以失效评定图技术为基础，建立了一套可用于防止压力管道缺陷起裂的断裂评定工程方法。将弹塑性断裂失效模式用一个因子Ｕ转化为净截面塑性失稳失效处理，而确定Ｕ因子的方法非常简便。给出了适用于两种不同失效模式的许可缺陷尺寸与外加载荷引起的应力之间的关系表。举例验证了该工程方法的可行性。     

常压储罐系统可靠性研究

提出了储罐系统可靠性设计参数(载荷、结构尺寸、材料性能)的计算方法.并采用8节点等参元有限元法计算了储罐结构应力,考虑了影响结构失效的两个不确定性因素:随机性和模糊性.根据断裂力学理论和模糊可靠性理论,建立了无泄漏储罐失效模糊极限状态方程.提出了计算结构系统模糊断裂可靠度的权函数综合法,该方法具有高的效率.给出了结构模糊断裂可靠度的综合表达式以及缺陷点处储罐系统的可靠度计算方法.     

非线性有限元法用于腐蚀管道失效压力预测

采用非线性有限元法建立了含缺陷管道爆破失效的数值模型,以此预测腐蚀缺陷管道的失效压力。分析了模型中的单元划分、材料模式、非线性求解方法、失效判据等技术要点,对不同管材、规格以及缺陷尺寸的全尺寸管道爆破试验结果进行了分析和计算,验证了所建模型的准确性。基于有限元计算结果,同时考虑缺陷长度、深度、宽度等因素的影响,拟合出含缺陷管道的失效压力预测公式,与其他方法以及试验结果相比,该公式计算误差较小。     

基于风险检查的海洋立管腐蚀失效分析

在收集海洋立管数据和最后1次检查数据的基础上,确定其主要失效类型；根据相关规范和文件确定其腐蚀率.根据检查出的缺陷尺寸和腐蚀率,采用改进的一次二阶矩法计算海洋立管在新缺陷下的失效概率,绘出失效概率随时间变化的曲线.根据立管失效概率的可接受标准,确定何时需要对哪个部位进行检查和维修,并将检查结果作为下次风险分析的基础数据.应用风险检查方法制定的检查计划同时满足经济性和安全性的要求,可为水下生产系统的其他管线腐蚀失效分析提供参考.     

输油管道参数的统计分析与安全评定

为了确保管道的结构完整性,对一条含裂纹输油管道的失效概率进行了评定.分析了这条输油管道的主要结构与力学参数,确定了这些参数的概率特征.对管道上的表面半椭圆裂纹,利用失效评定图方法建立了管道断裂失效的极限状态函数,用Monte Carlo模拟方法求解失效概率.通过随机抽样计算,在失效评定图上直观地显示了评定点的随机分布情况,得到了管道母材和焊缝的失效概率,并表明了影响失效概率的敏感性因素.所提出的方法适用于油气管道的安全评定,具有工程实用价值.     

含超标平面缺陷压力容器的合于使用评价研究

为准确评价复杂结构下含超标缺陷压力容器的安全状况,以在斜接管与筒体焊缝存在超标平面缺陷的烃化反应器为例,采用相控阵等新技术,对缺陷及失效模式进行定性和精确定量分析,并结合有限元分析方法开展了合于使用评价研究。研究结果表明：烃化反应器在该焊缝位置潜在的失效模式为弹塑性断裂失效,采用平面缺陷常规评定方法计算得到的评定点位于失效评定图的安全区内。本研究为该反应器的安全使用提供了科学依据,对类似的工程项目具有借鉴和参考意义。     

基于热固耦合的套管缺陷参数对其强度影响分析

针对高温高压热采井套管失效概率高的问题,建立了含缺陷套管、水泥环和地层耦合系统有限元模型。将温度场与结构场耦合,并考虑套管强度降低,利用CAE技术计算了完整套管及缺陷套管的Von Mises应力、变形位移和塑性变形。计算得出在缺陷深度、缺陷环向开度、缺陷数量和缺陷环向分布4个结构参数中,套管缺陷深度和环向开度为影响套管强度的最敏感性参数,进行套管安全评定时建议将缺陷深度和缺陷环向开度作为缺陷最敏感性参数。研究结果可为套管安全评定奠定基础,并为揭示套管失效机理提供依据,对预防套损具有指导意义。