基于缺陷评估的海底管道设计研究

针对海底管道的裂纹和腐蚀两种主要缺陷,研究了基于缺陷评估的海底管道设计方法,建立了基于缺陷评估的海底管道设计步骤。     

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。     

油气长输管道工程设计新方法述评

介绍了当前油气长输管道工程设计最新的三种方法：（1）基于缺陷评估的设计方法。该方法在设计阶段进行的缺陷评估主要有裂纹缺陷评估和腐蚀缺陷评估。（2）基于应变的设计方法。其关键是确定管道在地震和地质灾害中将要承受的应变及管道本身所能够承受的应变极限。（3）全寿命设计方法.这是为寻求全寿命周期内管道工程的人文、生态、环境、技术、功能和经济效益等综合最优。对结构、材料、耐久性、环保、施工、管护以及全寿命成本等进行综合设计的方法。文章阐述了这三种设计方法的设计思想、主要设计内容及设计步骤．评价了这三种设计方法各自的优势及适用范围．     

含有单个腐蚀缺陷的海底管道剩余强度评估

在恶劣的海洋环境条件下,海底管道不可避免会发生腐蚀损伤,严重时将引起管道断裂,造成原油泄漏,进而导致严重的环境污染和巨大的经济损失,因此,有必要对管道剩余强度进行评估以保证其安全运营。文章介绍DNV-RP-F101规范中关于含有单个腐蚀缺陷的海底管道剩余强度的评估方法,然后利用该规范中的评估方法对某一运行了37年的在役海底管道进行剩余强度评估,发现许用应力法得到的结果比安全系数法的更保守。     

海底腐蚀管道剩余强度评估方法对比

为了准确评估海底腐蚀油气管道的剩余强度,对目前常用的5种海底管道腐蚀强度评估方法,即ASME-B31G 标准、管道腐蚀准则方法（PCORRC）、DNV-RP-F101标准、API 579准则和有限元分析方法的评估原理、适用范围以及相互之间的异同点进行了对比,从而优选出更合理准确的剩余强度评估方法。分析结果表明,有限元分析方法不但考虑到了管道内缺陷之间的相互作用对评估结果的影响,还考虑到了缺陷形状和尺寸对评估结果的影响以及管道外界载荷的影响,且评估过程不需要近似公式,评估环境与实际环境类似,所以评估结果的准确性较高,未来应加强有限元分析方法的使用。     

海底管道腐蚀速率预测及计算分析

为了监测海底管道腐蚀状态，预测管线腐蚀速率，评估管道强度变化情况，通过海底管道腐蚀产物的检测分析，指出海管内部发生气体腐蚀。结合超声导波检测、测厚抽查等方法，通过对腐蚀缺陷进行统计分析，得出海底管道剩余壁厚、腐蚀深度范围等数据，并采用OLGA 7.1软件建立海底管道腐蚀预测模型，计算分析出海底管道的腐蚀速率。结果表明:海管内部结垢后易发生垢下腐蚀，海底管道腐蚀深度为0~6.9 mm，腐蚀速率为0.015~0.022 mm/a，腐蚀速率在管道高程上升段变小、高程下降段变大。研究成果可为海底管道监测与维护提供依据。     

随机有限元法在海底管道可靠度中的应用

由于管道参数如管径、壁厚、运行压力等具有一定的随机性,因此基于可靠性的安全评价方法比基于设计系数的安全评价方法更加合理。在现有的规范中,管道失效压力的计算公式均只考虑了内压载荷,因此在计算海底管道的可靠度时具有一定的局限性,为此引入随机有限元的计算方法,并介绍了适用于海底管道的目标可靠度取值。计算了不同深度海底管道的可靠度以及临界状态含有腐蚀缺陷海底管道的可靠度,当管道腐蚀缺陷超过5 mm时,管道的可靠度将小于目标可靠度,此时可以调整操作压力或者降低压力的波动系数来提高管道的可靠度,保证管道的安全运行,此计算方法为今后海底管道的安全评估提供了一定的参考依据。     

基于完整性技术的海底管道腐蚀失效评价

在总结国内外海底管道安全评估现状的基础上,从工艺分析、腐蚀分析和结构强度分析等3个方面建立基于完整性技术的海底管道腐蚀失效多维度评价体系,并以某腐蚀海底管道为例全面开展腐蚀失效评估工作,判断其能否继续安全运行,以期为今后海底管道腐蚀失效安全评估提供参考。     

基于输送要求的腐蚀海底管道合于使用评估探讨

为了保证海底管道的安全性、可靠性和完整性,本文在综合考虑海底管道工艺输送、腐蚀评估及结构评估等方面的基础上,介绍在役腐蚀海底管道的合于使用评估策略,为海底管道安全输送提供决策依据。     

含腐蚀缺陷海底管道安全评价方法比较

海底管道在服役运行过程中,由于输送介质中含有的腐蚀性物质以及周围海水、海泥等环境介质的作用,很可能会发生管内和管外腐蚀,海管壁厚会均匀减薄或形成腐蚀坑、洞等局部腐蚀缺陷。海管强度会因腐蚀缺陷而降低,操作不当时还会引发海管破损和泄漏。安全评价又称适用性评价,是对含缺陷结构是否适合于继续服役使用而进行的定量工程评价。研究比较了海底管道腐蚀缺陷安全评价常用标准和方法的特点、异同及适用条件,并以某海底管道内表面局部腐蚀缺陷为案例,给出了依据ASME B31G-2012《Manual for Determining the Remaining Strength of Corroded Pipelines》和API 579-2016《Fitness-for-Service》进行腐蚀缺陷安全评价的详细步骤和方法。     

钢桥面铺装裂缝填封特性与材料性能要求分析

总结了钢桥面铺装裂缝病害的特点，分析了钢桥面铺装裂缝填封的特性以及现用填封材料的问题。在参考国内外相关标准的基础上，针对钢桥面铺装的特点，提出了钢桥面铺装裂缝填封材料性能评价指标与技术要求，为钢桥面铺装裂缝病害的处治提供参考。     

FORWARD成像测井资料处理软件应用与效果分析

成像测井测量的物理信息可以表征井壁附近地层的导电特性和声波传播特性。利用这些测量特性可以得到岩性、沉积构造特征和裂缝等信息。FORWARD地质综合评价平台的成像资料处理软件和平台的其他评价软件为地质评价提供了有用的工具。给出了各种地质构造在成像测井成像图上的显示特征,同时给出了泥质条带和各种裂缝、断层、层理、裂缝的有效性判别,还给出了沉积旋回和储层综合评价的典型示例。     

基于模态参数的各种损伤检测方法的应用

以悬臂梁为例,研究基于模态参数的各种损伤检测方法的应用。通过数值模拟对悬臂梁进行模态分析,考虑了悬臂梁有不同位置的损伤和在同一位置有不同程度损伤的情况,从频率、振型等方面,研究不同的模态参数对损伤、损伤位置和损伤程度的敏感性,从而为在不同情况下损伤检测方法的选择提供依据。     

16MnR钢高温疲劳裂纹扩展行为试验研究

为了研究高温条件下材料的疲劳裂纹扩展规律,对16MnR钢在25、150、300和425℃4种温度条件下的力学性能及疲劳裂纹扩展速率进行了测试与分析。试验结果表明:16MnR钢在150和300℃的疲劳裂纹扩展速率比25和425℃时低,300℃时疲劳裂纹扩展速率最低,300℃以上时随着温度的升高裂纹扩展速率增大,425℃时疲劳裂纹扩展速率最高。得出的结论为在高温条件下相类似材料的疲劳寿命评估提供了理论依据。     

海洋平台焊接构件的安全裂纹扩展寿命研究

低温环境下海洋平台构件的安全裂纹扩展寿命,是冬季海洋平台构件安全检测与可靠性评定的基础。利用概率统计的方法,得出了在小样本试验条件下,当疲劳裂纹扩展寿命服从对数正态分布时安全寿命与中值试验寿命之间的关系式。在1000kN的MTS电液司服材料试验机上,测定在-25℃环境下,海洋平台用钢(A131)焊接构件试样在拉拉疲劳载荷作用下的裂纹扩展速率。利用对数裂纹扩展寿命标准差的经验取值,得出海洋平台焊接构件对应一定置信度下不同安全概率的低温疲劳裂纹扩展寿命。     

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。     

管线钢的裂纹生长预测新模型

氢脆是影响管线钢寿命最严重的破坏机理之一。传统的裂纹生长预测模型没有考虑pH值和温度等环境因素的影响,且只能考虑应力强度较大的加载循环对裂纹生长的影响,忽视了小周期加载的作用。笔者基于氢促进解离（HEDE）和氢增强局部塑性（HELP）两种主流理论,采用氢扩散的动力学模型,建立了一种新的裂纹生长预测模型,并将该模型应用于裂纹生长的预测及小周期对裂纹生长的影响的量化。研究结果表明,建立的裂纹生长模型综合考虑了氢势能、扩散系数、裂纹尖端附近的静水应力和临界加载频率等因素对管线钢裂纹扩展速率的影响,预测值与实验值吻合。利用模型可以将微观裂纹分为惰性、激活、快速增长3个状态,便于管道维护和安全评测;模型将环境因素引入管线钢寿命预测,增强了预测的普适性和准确性;并量化了油气输送中普遍存在的小周期加载对管道裂纹扩展速率的影响。     

海上油田压裂用助排剂的实验研究

水力压裂是油气井增产、注水井增注的一项重要措施。助排剂可以降低压裂液的表面张力或油水界面张力,增大与岩石的接触角,降低压裂液返排时遇到的毛管阻力。由于压裂液返排受诸如地层排液的能量(压力)、人工排液能量、破胶返排液粘度、压裂液和地层流体是否乳化、压裂液是否引起粘土膨胀、毛管阻力造成压裂液阻滞等因素的影响,一般无法比较加与不加助排剂的压裂液返排量而得出助排率。针对这种情况,文章给出了计算助排剂助排效率试验的尝试,以期对助排剂的性能做全面评价。     

半潜式钻井平台浮箱表面裂纹损伤研究

如何评价和处理现役海洋平台存在的各种裂纹是我国海洋工程界面临的一大难题。半潜式钻井平台由于结构更复杂,且浮箱和立柱对水密性要求严格,裂纹问题更加严重。以我国南海5号半潜式平台检测出的浮箱表面裂纹为研究对象,将平台结构整体分析与裂纹尖端局部断裂力学分析相结合,采用ABAQUS软件构造板壳结构表面裂纹,对决定裂纹是否扩展的断裂力学参量以及腐蚀等因素对裂纹尖端断裂力学参量分布的影响进行了研究。本文方法及研究结果为含裂纹半潜式钻井平台结构的安全评估奠定了基础。     

D-410精制塔塔底封头筒体连接区域应力腐蚀力学原因分析

对D-410精制塔塔底封头与筒体连接区域进行了详细的有限元应力分析和强度评定,得到了该区域应力分布规律。计算分析结果表明,这个区域存在一个沿整个圆周分布的周向拉应力带,实际裂纹均沿轴向方向,符合应力腐蚀应力状态,结合材料的应力腐蚀敏感性和塔底介质存在硫化物、Cl-和溶解氧等情况,可以确定裂纹缺陷是应力腐蚀,而不是强度破坏。