双金属复合管内覆（衬）层应力腐蚀开裂失效原因分析

为了促进双金属复合管线的合理设计、施工和应用,分析了双金属复合管内覆（衬）层的腐蚀失效类型,并对管道应力腐蚀开裂条件、机理及断口形貌进行了分析研究,明确了双金属复合管内覆（衬）层应力腐蚀开裂的失效原因及判断方法,指出了减少双金属复合管内覆（衬）层应力腐蚀失效的途径。研究表明,当双金属复合管内覆（衬）层材料选定后,降低应力腐蚀开裂的途径是降低残余应力和施工外力;定期对服役管线内覆（衬）层进行无损检测,确定失效部位并及时修补,是发挥管线最大使用寿命的重要手段。     

双金属衬里复合管制管过程紧密度影响因素研究

目前关于双金属衬里复合管的研究大多没有考虑现场制管时管端焊缝环的影响,且制管防腐工艺中材料的力学性能随温度变化,对双金属衬里复合管的紧密度也有重要影响.为此,建立了"两步法"双金属衬里复合管制管过程力学分析有限元模型,对制管过程中加压→泄压→升温→冷却阶段进行模拟仿真.分析结果表明:所建模型可以准确地模拟衬管-基管紧密...     

双金属复合管防腐蚀应用技术

根据经济比选,确定辽河油田双6储气库工程采气集输系统采用双金属复合管防腐技术,该技术比其他防腐蚀方式更为经济有效。双金属复合管结构有碳钢基管+机械结合的耐腐蚀合金层衬里,适用于腐蚀介质含量高、压力高的输送工况。双金属复合管基管材质根据DN100~650不同管径选择L245、L360、L485材质;通过室内试验选择衬管材质为316 L;通过试验、分析、计算和现场应用确定结构设计、连接设计、试压要求等。双金属复合管防腐技术在辽河油田双6储气库的地面集输系统中应用效果良好。     

海底管道混凝土配重层抗撞击影响分析

海底管道在第三方冲击载荷作用下的安全性评估方法还未达到应用于工程实际的程度。鉴于此,采用有限元方法对考虑混凝土配重层的海底管道撞击损伤进行研究,考虑材料非线性、几何非线性及接触界面非线性等因素对海底管道结构损伤变形的影响,深入分析不同落物形状、落物速度、落物质量和混泥土配重层厚度对管道撞击塑性变形的影响。分析结果表明,海底管道抗撞击损伤性能的增强趋势随混凝土配重层厚度的增加而有所下降;在坠落物为立方体、球体和圆锥体情况下,圆锥体坠落物撞击损伤最严重;海底管道撞击损伤与坠落物质量和速度成正比。研究成果对于海底管道的风险评估、工程设计和防灾减灾具有重要参考价值。     

20钢+316L不锈钢双金属复合管的焊接技术和焊接方法

针对雅克拉凝析气田的强腐蚀性,结合目前双金属复合管的发展和现场应用试验,集输管道采用了抗腐蚀性能较好的20钢+316L双金属复合管。文章从复合管基管材料、内衬层材料及其焊接性能出发,介绍了20钢+316L双金属复合管的焊接工艺及焊接方法。     

机械式复合管结合强度的检测与控制

简要介绍了机械式复合管的结构、性能特点及目前用于评估机械结合式双金属复合管结合强度的检测方法。通过理论分析得出了复合管结合强度与结合界面法向刚度及复合管固有频率之间的关系,并通过试验进行了验证。试验结果表明:不同结合强度的复合管振动波形衰减程度、固有频率及界面法向刚度不同,即结合强度越高复合管的界面法向刚度和固有频率越大,阻尼比越小;可以通过控制复合药量来制备不同结合强度的复合管。     

双金属复合管内衬塌陷问题与建议

双金属复合管在油气生产集输现场应用过程中较易出现内衬层塌陷问题,使得管道通球作业和管道预防性内检测无法进行,难以掌握管道运行状况;同时,内衬塌陷使得管道运输能力降低,严重影响管道正常运行。介绍了塔里木油田应用的双金属复合管所采用的三种复合制造工艺,通过对比分析不同工艺制造的复合管运行情况,得出内衬层塌陷主要原因为水下复合制造工艺的缺陷,制造过程中内衬层与基管之间存在未排尽的水蒸汽与空气,在管道受热时水蒸汽与空气膨胀引起内衬塌陷;而采取液压法与旋压法制造的复合管暂未发现内衬塌陷。提出了后续站场建设采用液压法与旋压法制造的复合管,并采用机械性能更好的双相不锈钢2205材质作为内衬的建议。     

用于双金属复合管涂敷的管端保护装置研究

针对双金属复合管管端坡口结构特点,对双金属复合管的外涂敷管端保护特殊要求进行了分析,分别研发出适用于防腐抛丸除锈的管端封堵装置和"钢套钢"保温管穿管施工的坡口保护装置,并对两种装置的工程应用效果进行评价。工程应用表明:本研究开发出的管端封堵装置和坡口保护装置能够在抛丸除锈和"钢套钢"保温管穿管施工中对复合管管端进行有效封堵以及坡口保护,避免涂敷施工对双金属复合管内衬的污染和坡口损伤,显著提高了双金属复合管的防腐和保温施工质量和效率,满足双金属复合管海底管道涂敷生产施工技术要求。     

基于CEL的船舶抛锚撞击对海底管道影响分析

沿海区域各类船舶抛锚作业对于海底管道的碰撞损伤风险不断提高。采用耦合欧拉-拉格朗日方法 (CEL)模拟了抛锚撞击海底管道过程。采用Mohr-Coulomb模型模拟海床的非线性特征,并利用罚函数法处理锚、海床与管道之间的相互作用。通过对不同土壤特性、落锚速度、锚自身尺寸及重力和管道埋设深度的参数分析研究了其对管道撞击塑性变形的影响,分析结果表明,埋设管道上部土壤特性在吸收落锚撞击能量中起重要作用,而撞击塑性变形与锚的类型和撞击速度密切相关。研究成果对海底管道抗锚害设计具有一定的理论指导意义。     

封面

为研究含划痕缺陷管道在冲击载荷作用下的动力响应行为,采用显示动力学分析方法,建立含划痕缺陷埋地管道三维三重非线性动力学分析模型,探讨管内流体压力、落物冲击能、划痕缺陷深度对峰值时刻管道动力响应行为的影响规律。结果表明:在落物的冲击作用下,划痕尖端应力集中现象明显,管道极易首先从该位置处发生失效。当落物冲击能为100 kN·m时,管内流体压力由0.5 MPa增至0.8 MPa,管道等效应力由38.2 MPa降至31.5 MPa,管道变形由4.3 mm降至4.1 mm,流体压力一定程度上可以保护受冲击管道;当管内流体压力为0.6 MPa时,落物冲击能由50 kN·m增至240 kN·m,管道等效应力由26.4 MPa增至61.6 MPa,变形由2.6 mm增至6.7 mm;当落物冲击能为100 kN·m时,管道划痕深度由3 mm增至4.5 mm,管道等效应力由35.8 MPa增至39.1 MPa,而变形基本无变化。该项研究相关分析方法以期为冲击致“划痕+凹陷”复合缺陷管道的失效分析提供理论指导。     

抛锚作业撞击海底管道的影响分析

抛锚作业可能会撞击海底管道,对管道的安全运行造成威胁。文章分析了船舶抛锚作业撞击海底管道的能量、海管壁凹坑吸收的能量和海管保护层吸收的能量的计算方法,并给出了工程计算实例,得出不同锚重、埋深条件下海管的损坏等级,确定了合理的埋深,为海管安全敷设提供必要的参数。     

夹层海底管道在侧向撞击力下的凹陷行为

夹层管作为油气输送管线应用于深水高压和管道碰撞事故频发的海洋环境中,能提供更大的结构抗力,但目前对夹层管受坠物撞击凹陷行为的认识尚不深入。为此,基于薄壁管凹陷变形理论模型,采用有限元方法研究了夹层管在侧向载荷作用下的结构凹陷行为,通过参数分析,探讨了内部介质压力、外部静水压力和环空率等对夹层管结构响应的影响。研究结果表明:夹层管的载荷抗力随凹陷深度增加呈非线性增长,其凹陷变形符合薄壁管刚-塑性三维壳的凹陷变形机理;内压增大可以提高管道对撞击载荷的抗力,而外压作用则与之相反;增加核心层厚度能改善夹层管各层能量吸收占比,从而对内外部管道起到保护作用。研究结果对夹层保温管道设计及安全评估具有一定的指导意义。     

内外压热应力影响下西气东输二线长输管道变形的有限元分析

管道在输气过程中由于热胀冷缩效应会产生热应力,造成管道伸缩挤压而产生弯曲变形。为此,根据西气东输二线的现场实际资料,建立了进出压气站管道热应力有限元模型,应用Ansys有限元分析软件,计算分析了管道在内外压及输气温度作用下的管道应力及应变的分布规律：①温度变化对管道应力影响较大,管道应力随输气压力的增加而增加,管道外壁压力对管道应力及变形影响较小;②管道内外壁温差对管道应力影响较大,管道两端有固定墩约束时,应力随温度的增加而增大,管道一端有固定墩约束时,应力随温差的增加而逐渐减小;③管道内外壁温差较小、管道两端有固定墩约束时,应力随输气温度的增加而明显增大;④管道内外壁温差较小、管道一端有固定墩约束时,应力随输气温度的增加变化不大。因此,管道进出站场时,应在适当的距离增加弯头,使热应力有效分散到弯管处,并增加固定墩保护,以保证管道及站场设备安全及正常生产。     

Theoretical and experimental study of the thermal strength of anticorrosive lined steel pipes

Bimetallic lined steel pipe （LSP） is a new anti-corrosion technology. It is widely used to transport oil, gas, water and corrosive liquid chemicals. At present, the hydroforming pressure for LSP has been investigated theoretically and experimentally by most researchers. However, there are a few reports on the thermal strength of bimetallic LSP. Actually, the bimetallic LSP will be subjected to remarkable thermal load in the process of three layer polyethylene （3PE） external coating. Reverse yielding failure may occur on the inner pipe of the bimetallic LSP when it suffers from remarkable thermal load and residual contact pressure simultaneously. The aim of this paper is to study the thermal load and strength of the bimetallic LSP. A mechanical model, which can estimate the thermal strength of the bimetallic LSP, was established based on the elastic theory and the manufacture of the bimetallic LSP. Based on the model, the correlation between the thermal strength of the bimetallic LSP and residual contact pressure and wall thickness of the inner pipe was obtained. Reverse yielding experiments were performed on the LSP （NT80SS-316L） under different thermal loads. Experiment results are consistent with calculated results from the theoretical model. The experimental and simulation results may provide powerful guidance for the bimetallic LSP production and use.     

软锚爪水力锚的研制与应用

针对常规水力锚固定管柱时会损坏套管及卡井的问题,研制了软锚爪水力锚。它采用橡胶锚爪头,正常分注时锚爪靠其与套管之间的摩擦力卡牢在套管内壁上,不会损坏套管。水力锚卡井时,可以采取强拔的方式,把橡胶锚爪从锚爪活塞中拔脱而解卡。试验结果表明:泵压50MPa时软锚爪水力锚的锚定力达683.2 kN,是其额定锚定力的1.132倍,符合行业标准;锚爪伸出和复位成功率达100%,锚爪无任何卡阻现象。使用软锚爪水力锚可以节约作业费用,具有较好的经济效益。     

Reel-lay铺设对机械式双金属复合管性能的影响

为了探究机械式双金属复合管进行Reel-lay海底管道铺设的可行性,模拟Reel-lay铺管过程,采用全尺寸静态弯曲试验机对Φ219.1 mm×（14.3+3.2） mm L450Q+316L机械式双金属复合管进行了循环弯曲试验。通过复合管弯曲应力应变测试,证明本试验装置完全可以模拟复合管Reel-lay铺设过程的弯曲变形。同时,对复合管弯曲前后的金相组织、拉伸性能、硬度和冲击性能进行检测,结果表明Reel-lay铺设过程中弯曲变形对该管材的理化性能影响较小,采用Reel-lay铺设方式是可行的。     

基于ANSYS/LS-DYNA的海底管道受抛锚撞击动力学仿真

基于ANSYS/LS-DYNA动力学分析方法,对海底悬空管道受抛锚撞击过程进行了数值仿真。采用非线性弹簧模拟管—土之间的耦合作用,应用弹塑性碰撞理论求解了海底管道悬跨段受锚击部位的等效应力、应变时间历程,同时探讨了锚击速度、混凝土保护层对管道最大等效应力的影响。     

焊接结构承压管道有限元与可靠性分析

针对工业设备上常见的焊接结构承压管道,应用模糊灰关联FTA安全系统工程理论,以水火管锅壳锅炉为例,通过对失效致因和故障模式的研究,建立以焊接结构承压管道失效为顶事件的模糊灰关联FTA模型,利用有限元法建立焊接结构承压管道模型辅助分析对其更深层次的系统性影响,并综合考虑工况环境、外部载荷等多因素耦合作用,确定导致事故的主要潜在风险项,为承压管道设备安全保障活动的经济决策提供依据。研究结果表明,以水火管锅壳锅炉的“焊接结构承压管道”失效故障模式的发生概率约为8.19%,系统的可靠度约为91.81%。     

衬塑复合钢管内衬层收缩现象的探讨

介绍了衬塑复合钢管的生产工艺。阐述了衬塑复合钢管普遍出现的塑料管收缩问题,分析了塑料管的尺寸、热胀冷缩、结晶度、交联度、填料和增强料、热熔胶、内应力及切管温度等因素对衬塑复合钢管内衬塑料管收缩现象的影响关系,针对这些影响因素提出了一些解决方法。衬塑钢管用作冷水管时,要通过降低冷却速度,使得内衬塑料管在保持了较高的结晶度的情况下成型;若采用化学交联作为内衬塑料管时,在钢塑复合之前采取措施适当提高内衬塑料管的交联度后再进行衬塑,以降低衬塑后塑料管发生交联反应而产生收缩。     

FMB系列防蠕动扩张式封隔器研制及应用

针对常规扩张式封隔器锚定力小、寿命短的问题,设计了防蠕动扩张式封隔器。设计胶筒锚定结构,实现封隔器自身的锚定功能,避免钢性锚定对套管的损伤; 优化胶筒表面结构,提高胶筒锚定力; 设计锚定传力液缸,降低注入流体对封隔器寿命的影响。该封隔器具有2种解封方式,既满足正常生产时的反洗井需求,又降低配套管柱后期的检换风险。室内试验及现场应用表明,其锚定性能较常规封隔器提高30%以上,可有效降低管柱蠕动影响,延长分注管柱寿命,提高水驱油藏开发水平。可广泛应用于出砂、吐聚油藏的分注井。