凹痕管道疲劳寿命影响因素及其有限元分析

管道上的凹痕是影响管道疲劳寿命的重要因素之一。通过比较现场数据和试验数据,意图找出影响凹痕管道疲劳寿命的因素及各因素之间的关系。本文对此进行了总结,使用有限元软件对比进行了验证和研究,得出了影响凹痕管道疲劳寿命的主要因素有:凹痕的几何特征参数(包括凹痕深度、长度、肩部坡度、锐度、几何形状)、管道材料、管道几何形状、管道的运行压力、焊缝、凹痕与凹痕之间的影响,并提出了建议。     

油气管道多凹痕缺陷相互作用有限元分析

文章系统分析了同类凹痕缺陷同轴分布情况下,缺陷深度与油气管道壁厚之比从20%变化至80%条件下最大凹痕作用间距问题。结合现场机械损伤的具体情况,利用有限元分析软件ANSYS100,同时以现场试验数据为基础,分析了相邻凹痕在不同间距下的相互作用情况及对油气管道应力分布的影响规律。突破了传统油气管道安全可靠性评价中,缺乏考虑缺陷深度、缺陷长度和操作压力等多因素影响下多缺陷间相互作用的情况。     

含凹痕缺陷管道的有限元分析研究

采用有限元分析软件ANSYS对含有凹痕缺陷的管道应力分布进行了研究,建立了压力管道有限元模型.研究基于VON M ISES准则,分析了凹痕对管道应力值的影响。本文结合现场实际对数学模拟进行了数值计算,在不考虑管道运行范围的前提下,研究了凹痕对压力管道的疲劳寿命影响的主要因素,并对施工及管理现场提供理论指导及解决方案。     

含体积型缺陷管道的剩余强度分析

随着油气管道输送技术的进一步发展,对管道的剩余强度分析愈发重要。为研究缺陷参数对管道剩余强度的影响规律,将ABAQUS有限元分析方法与响应曲面法相结合,根据剩余强度有限元分析结果回归出一个精度较高的二次模型,建立了剩余强度与各缺陷参数的关系方程。得出结论:长轴夹角、缺陷深度、缺陷长度三个因素影响效果明显,而缺陷宽度的影响效果较为细微;同时,缺陷长度和缺陷深度、缺陷长度和长轴夹角之间的交互作用影响效果较为显著。     

基于PCA-PSO-BP神经网络的管道剩余强度评价朱峰

针对单缺陷管道的剩余强度问题,首先对影响管道剩余强度的相关因素进行深层次分析,建立PCA-PSO-BP神经网络模型,使用PCA算法对管道剩余强度影响因素进行降维处理,使用PSO算法对BP神经网络算法中的权值和阈值进行优选,根据文献中获取的148组管道实际爆破数据,随机选取128组数据作为学习样本,剩余20组数据作为验证样本,使用BP神经网络算法对管道剩余强度进行预测,并将预测结果与ASME B31G—2009、DNV RP—F101、API 579以及SYT6151—2009等公式的计算结果进行对比,以此验证PCA-PSO-BP神经网络的可行性。研究表明:管道钢级、直径、壁厚、缺陷类型、缺陷深度、缺陷长度是影响管道剩余强度的主要因素;PCA-PSO-BP神经网络预测结果的平均绝对误差仅有2.923%,远低于其他方法的计算误差,证明PCA-PSO-BP神经网络模型可用于管道剩余强度预测。     

基于PCA-PSO-BP神经网络的管道剩余强度评价

针对单缺陷管道的剩余强度问题,首先对影响管道剩余强度的相关因素进行深层次分析,建立PCA-PSO-BP神经网络模型,使用PCA算法对管道剩余强度影响因素进行降维处理,使用PSO算法对BP神经网络算法中的权值和阈值进行优选,根据文献中获取的148组管道实际爆破数据,随机选取128组数据作为学习样本,剩余20组数据作为验证样本,使用BP神经网络算法对管道剩余强度进行预测,并将预测结果与ASME B31G—2009、DNV RP—F101、API 579以及SYT6151—2009等公式的计算结果进行对比,以此验证PCA-PSO-BP神经网络的可行性。研究表明:管道钢级、直径、壁厚、缺陷类型、缺陷深度、缺陷长度是影响管道剩余强度的主要因素;PCA-PSO-BP神经网络预测结果的平均绝对误差仅有2.923%,远低于其他方法的计算误差,证明PCA-PSO-BP神经网络模型可用于管道剩余强度预测。     

金属管材凹痕缺陷的应变计算研究

凹痕缺陷的轮廓描述是凹痕应变计算的首要工作。针对金属管材凹痕的特殊薄壳结构,根据径检测数据分别采用三次B样条和三次多项式曲线对凹痕轮廓做了二维曲线插值,并比较了两种方法所描述轮廓与凹痕实际轮廓的贴近程度,结果表明,三次B样条曲线插值可以较好地反映凹痕的曲率变化,其应变计算结果与实际值更加接近,更适用于金属管道凹痕的应变计算。同时,通过对实际径检测数据的模拟和比较,得出结论:加大沿管道环向的径检测数据密度可提高凹痕轮廓描述和应变计算结果的准确度。     

基于有限元法单点腐蚀缺陷分析

油气输送管道在长期的运行过程中,受许多复杂因素的影响容易导致管壁发生腐蚀,有腐蚀缺陷的管道其强度会发生较大的变化。因此,需要对管道进行剩余强度评价,以确定是否需要维修或更换管道。取2 m长的管道建立有限元几何模型,在ANSYS Workbench15.0软件中采用静力学分析模块,对管道缺陷模型进行离散化处理。根据第四强度失效准则确定管道的剩余强度,并与前人的计算结果进行对比,得到在ASME B31G—2009评价标准下,管道的剩余强度为14.351 2 MPa;在分项安全系数法评价标准下,管道的剩余强度为15.942 4 MPa;通过有限元分析得出管道的最大内压力为15.94 MPa。有限元分析方法与分项安全系数法得到的结果非常接近。对于实际运行的管道进行剩余强度分析还需要采用实验方法以及现场数据来判定。     

管道补焊强度有限元分析

用三维弹塑性有限元法对油气管道补焊强度进行了模拟分析和计算,并将计算结果与实际水压爆破试验结果进行了比较,两者差值小于10％。模拟计算了补疤焊缝U形和类裂纹两类缺陷深度对泄漏压力的影响,最后得到了该管道两类缺陷的极限深度。     

ANSYS法对含腐蚀含缺陷管道的剩余强度评价

文章采用ANSYS有限元法对含有缺陷的天然气管道的剩余强度进行分析,分析轴向腐蚀缺陷的长度和深度对管道剩余强度的影响,以及周向腐蚀、均匀腐蚀对管道剩余强度的影响.分析表明:采用有限元方法对含腐蚀缺陷管道计算剩余强度是可行的,以及各种腐蚀状况下管道的剩余强度.有限元分析法可为实际工程应用提供理论参考依据.     

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。     

基于超声波检测的管道内缺陷剩余强度研究

利用超声波检测装置对管道内壁的标准缺陷进行检测,将检测结果与标准缺陷的尺寸数据进行对比分析。建立管道内缺陷的三维模型,采用有限元软件ANSYS对其失效压力和等效应力进行研究,分析不同尺寸的缺陷对管道失效压力的影响;同时利用ASME B31G评价准则对缺陷数据进行分析,获得腐蚀缺陷的失效压力和剩余强度。结果表明:超声波检测技术在管道内腐蚀缺陷检测具有可行性与可靠性;当缺陷深度为壁厚的65%以上时,随着缺陷长度的增加,非线性随机有限元预测结果与ASME B31G分析结果比较接近;当缺陷深度约为壁厚的35%时,随着缺陷长度的增加,两者结果相差较大。     

腐蚀缺陷对中高强度油气管道失效压力的影响

腐蚀管道评价规范ASME-B31G、BS7910、DNV-RP-F101、PCORRC大多以X60以下中低强度管道为研究对象,对X60以上中高强度油气管道的评价具有一定的保守性。笔者以X65和X80两种中高强度管材为研究对象,采用非线性有限元法分析了带腐蚀缺陷油气管道的失效压力,研究了腐蚀缺陷深度、腐蚀缺陷长度、腐蚀缺陷宽度和腐蚀缺陷位置对带腐蚀缺陷油气管道失效压力的影响,建立了包含腐蚀缺陷深度、腐蚀缺陷长度、腐蚀缺陷位置等参数的带腐蚀缺陷油气管道失效压力计算方法。与现有标准提供的计算方法和试验结果对比表明：本文拟合得到的计算方法误差小,保守性低,可以满足X60以上中高强度腐蚀管道失效压力的预测要求。     

ASME B31G-2012标准在含体积型缺陷管道剩余强度评价中的应用研究

为了确定石油天然气输送管道能否在规定的管道压力下正常运行,避免油气管道发生安全事故,必须对含体积型缺陷的管道进行剩余强度评价。以断裂力学和工程实践经验相结合的半经验公式作为含体积型缺陷管道进行剩余强度评价的标准已经被国内外所广泛采用。为此分析研究了ASME B31G-2012标准的3种流变应力计算方法,得出各管线钢在选用不同方式计算流变应力时,管道剩余强度值之间所存在的差异,剩余强度评价结果也会存在着不同的保守性。进而计算了不同条件下安全系数的选取范围,讨论了地区等级变化对安全系数的影响程度;并针对ASME B31G-2012标准比较了原剩余强度计算公式和改进后的剩余强度计算公式,认为改进后公式通过改变鼓胀系数和缺陷投影面积降低了剩余强度评价结果的保守性;最后通过实际工程运用明确了流变应力、安全系数、剩余强度计算公式的选取原则。结论认为:在实际应用中需要综合考虑管道使用年限、管材性质、缺陷特征、所处地区等级、检测技术及业主要求等多方面的因素来确定如何选取评价管道剩余强度的相关参数。     

直接电加热过程含缺陷海底管道强度评价

直接电加热技术通过在管壁两端施加交流电向管道内输送热量,保持管内流体具有较高的温度,可有效地预防管道产生的冷凝现象。为保障直接电加热过程中海底管道的安全性,采用有限元软件ABAQUS对直接电加热过程中含缺陷管道进行了应力分析与强度评价,并分析了缺陷长度、宽度、深度以及温度对管道剩余强度的影响。分析结果表明:当缺陷大小一致时,相比环向缺陷,存在轴向缺陷管道的应力水平更大;缺陷深度的增加导致管道剩余强度有明显下降,缺陷长度在20～100 mm时,缺陷长度的增加导致管道剩余强度有明显下降,缺陷宽度对管道剩余强度的影响不明显;温度每升高30℃,管道剩余强度下降9. 5%～28. 9%。所得结论可为保障海底管道在直接电加热过程中的安全运行提供理论支持。     

输油管道腐蚀缺陷评估与剩余寿命预测

选择局部高风险管段对某输油管道进行漏磁检测作业,统计管线腐蚀缺陷周向位置分布,结合腐蚀检测数据,建立了ASME-B31G腐蚀缺陷容限尺寸模型。由统计数据分析表明,腐蚀缺陷深度和缺陷长度分别满足指数分布、对数正态分布,采用拟合的方法得到径向腐蚀速率计算公式。结合容限尺寸模型对腐蚀缺陷部位的剩余强度进行了评价,采用概率的方法对局部管道进行了失效概率的预测计算。结果表明:该输油管道的腐蚀较为严重,在目前的工作压力下,管段上的中度缺陷有一定的安全余量,对管道的安全操作不构成威胁;但在设计压力下,一些中度缺陷的剩余强度不能满足要求,需要进一步评估。     

含双腐蚀缺陷高钢级油气管道剩余强度研究

为了加强含双腐蚀缺陷高钢级管道的安全评价,基于塑性失效准则,利用Workbench有限元分析软件对缺陷处的等效应力和剩余强度进行了模拟,考察了缺陷长度、缺陷深度和缺陷间距等参数对剩余强度的影响,利用99%相互作用准则确定极限作用距离,形成双腐蚀缺陷剩余强度评价方法,并进行数据验证。结果表明,随着内压的增加,管道先后经历弹性阶段、屈服阶段和强化阶段;在缺陷深度较深时,轴向间距对缺陷轴向分布时的最大等效应力影响较大,不同环向间距下的最大等效应力几乎不发生变化。当相邻腐蚀轴向间距系数n小于2.5、相邻腐蚀环向间距系数c小于1.26时,需考虑缺陷间的相互作用和影响;修正后公式可用于计算含双点腐蚀缺陷的高等级钢剩余强度,结果较DNV-RP-F101规范更接近有限元分析结果,最大相对误差不超过1.74%。研究结果可为提高管道完整性管理水平提供理论依据和实际参考。     

含腐蚀缺陷燃气管道极限载荷的有限元分析

利用有限元弹塑性分析方法,对含腐蚀缺陷的燃气管道进行了非线性分析,研究了腐蚀缺陷的长度、宽度和深度对燃气管道极限载荷的影响.并和含腐蚀缺陷管道的全尺寸爆破试验结果以及美国机械工程师学会标准ASME B31G计算的结果进行对比,证明采用有限元方法分析腐蚀缺陷管道的可行性.     

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。     

含腐蚀缺陷海底管道压溃压力计算方法

腐蚀是海底管道最常见的缺陷形式,明确腐蚀缺陷对海底管道压溃压力的影响规律,建立可靠的压溃压力计算方法对评估海底管道的安全运行具有重要意义。考虑几何非线性和材料非线性,建立了含腐蚀缺陷的海底管道数值仿真模型,通过与文献试验数据对比验证了其可靠性。在此基础上,开展了腐蚀参数敏感性分析,得到了腐蚀深度、长度和宽度对海底管道压溃压力的影响规律:腐蚀长度、宽度和深度对海底管道的压溃压力影响效果依次递增,相对于轴向短腐蚀管道,腐蚀深度和腐蚀宽度对长腐蚀管道压溃压力的影响更大。基于敏感性分析和大量数值计算结果,采用非线性回归方法得到了含腐蚀缺陷海底管道压溃压力的计算公式,将该公式计算结果与文献试验结果和现有方法计算结果进行了对比,本文回归公式与试验值的误差小于10%,与现有计算方法的误差小于3%,证明本文回归公式能较为准确地预测含腐蚀缺陷海底管道的压溃压力。相关成果为含腐蚀缺陷海底管道的完整性评价提供了参考。