环焊缝强度匹配对长输管道性能的影响

环焊缝强度匹配是天然气管道研究与应用的热点问题.介绍了焊接接头匹配性的概念,阐述了不等强匹配对长输管道极限载荷、韧性、残余应力、缺陷容限等的影响,最后提出了在长输管道环焊缝强度匹配领域需要解决的技术问题.     

高钢级天然气管道环焊缝断裂问题探讨

国内高钢级天然气管道环焊缝失效案例主要表现为沿焊缝金属的脆性断裂特征,环焊缝断裂失效的原因主要与焊缝冲击韧性低、变壁厚连接位置的局部应力集中、危害性面型缺陷等相关。通过重点分析自保护药芯焊丝的环焊缝金属冲击韧性、不等壁厚环焊缝接头局部应力集中的影响因素,提出了相应的失效控制要素和措施建议。     

穿越河流管道环焊缝裂纹缺陷安全性研究

穿越河流管道容易发生裸露悬空，管道的环焊缝是薄弱环节，极易发生断裂失效。为了保障穿越河流天然气长输管道环焊缝安全性，以某穿越河流输气管道悬跨段为研究对象，分析悬跨段管道所受复杂应力情况，建立管道局部悬跨段及管土相互作用的简化力学模型；基于非线性有限元法，创新性地使用连接器建立管土非线性耦合单元，建立穿越河流含裂纹缺陷管道环焊缝模型，得到悬跨管道的应力、应变等分布情况和以J积分为表征的裂纹驱动力，并结合BS 7910-2019《金属结构中缺陷可接受性评估方法指南》验证其准确性；在此基础上，考虑管道屈服强度、焊缝匹配系数、内压及土壤承载力参数，采用单因素敏感性分析法，识别各参数条件对管道J积分的影响规律，得到影响管道环焊缝裂纹起裂的关键因素。研究结果可为复杂应力作用下穿越河流管道环焊缝安全运行提供参考。     

斜接环焊缝管道全尺寸爆破试验

为了对斜接管道的应变规律和失效机理进行研究,对斜接环焊缝管道开展全尺寸爆破试验,并结合理论、有限元计算对比分析了斜接管道的承压能力。试验结果表明,该斜接管道的爆破压力15.6 MPa,斜接环焊缝内夹角处的应力集中是造成环焊缝内夹角处起爆的主要原因,内夹角处的应力应变水平显著高于环焊缝其他位置及管体。对比表明,有限元计算结果误差率明显低于理论计算,且能够得出不同位置的受力分布以及精准预测爆口位置。参考相关设计规范,确定管道的许用承载压力为6.5 MPa,高于管线设计压力,为该管线安全运行和工程决策提供了技术参考。     

螺旋埋弧焊管焊缝形貌控制

焊缝余高过高,焊缝与母材过渡角过小会引起焊趾处应力集中,导致服役条件下管道疲劳破坏,影响管道的安全运行,加大钢管的外防腐作业难度,造成焊缝部位防腐层厚度的减薄甚至开裂。针对这些问题,分析了影响焊缝余高质量的主要因素,以及改善焊缝形貌所采取的工艺措施,如坡口和焊接工艺参数的优化设计、焊丝形位参数的调整。焊缝形貌的改善在实际生产中取得了满意的效果。     

几种焊接缺陷对X70管道环缝接头应力集中的影响

利用大型有限元软件ANSYS对在工作压力下带有咬边、凹坑、焊缝余高、错边等焊接缺陷的X70环缝管道进行了应力分析。分析结果显示,在咬边、凹坑、焊缝余高、错边焊接缺陷中,焊缝余高对受内压管道环焊缝的应力集中的影响最低,错边其次,咬边较为严重,凹坑最为严重;焊缝余高不影响X70管道接头静载强度,超过2 mm的错边量对环缝接头应力集中影响明显,咬边缺陷对X70管道环缝接头应力集中的影响大于错边,缺陷凹坑缺陷对环缝接头应力集中的影响随其三维尺寸增大而增大。     

球罐错边超标补焊及磨修的应力分析

本文采用轴对称八节点等参元程序,对工程球罐焊缝错边的超标缺陷进行了11个方案的有限元应力分析,并推导球罐超标错边补焊区的应力解析解。对不同错边量、壁厚、补焊长度进行的有限元分析表明,在应力集中系数小于25时,解析解和有限元分析结果吻合。通过大量的解析解计算结果,得出对应力集中有影响的各参数之问的关系。     

城市燃气管道的焊接残余应力分析

城市管网的焊缝形式主要分为螺旋焊缝和对接焊缝,由于在焊缝处存在残余应力的应力集中,焊缝处成为管道最薄弱的地方。文章采用通用的有限元软件ANSYS对焊接过程进行模拟,得出两种焊缝形式下残余应力应变分布规律,并计算在内压作用下两种管道焊缝的三维模型应变分布。     

焊缝噘嘴对螺旋焊管应力分布的影响

用电阻应变测量法对某输气管线管（SSAW焊管）螺旋焊缝周围表面应力进行了在线监测，得到了不同内压下焊缝周围应力分布规律，研究了焊缝噘嘴（国际上称为焊缝角偏差）对管道应力分布的影响。研究测试结果表明，噘嘴造成焊缝附近产生附加弯曲应力，并导致管道焊缝附近外表面拉应力显著减小，而内表面拉应力显著增大，从而会降低管线实际承压能力并增加焊缝附近应力腐蚀开裂的敏感性。指出对在役管道进行安全评价和管线管质量控制时应重视焊缝噘嘴的影响。     

基于正交试验的管道环焊缝风险排查方案研究

油气管道环焊缝是管道系统的重要组成部分。近年来,管道环焊缝质量问题日益突显,为保障油气管道安全平稳高效运行,各油气管道管理单位组织开展管道环焊缝风险质量排查,但排查及治理存在工作量大、复评缺陷点位占比不高、排查效率低等问题。为提高风险排查效率,以历史管道环焊缝开挖复拍数据为研究对象,系统性分析其质量影响因素,以提高缺陷焊口开挖准确率为考核指标,引入正交试验法,通过对各类影响因素进行分析比对,识别质量影响的主要因素。分析结果表明,管道环焊缝开挖准确率影响因素敏感度由大至小顺序为：内检测异常程度>施工标段>底片复评等级>焊口类型>变壁厚,通过构建环焊缝开挖优化模型,对进一步提升管道环焊缝排查效率具有指导意义。     

西气东输二线X80钢管焊缝疲劳寿命分析

输气管道运行过程中,输气量的变化会导致管道承受一定的波动压力,造成管道发生疲劳损伤,从而威胁管道的安全。通常在管材疲劳寿命测试和分析中尚未考虑置信度和安全概率的要求,不能完全满足管道可靠性评估的需要。为此,通过对管道焊缝材料进行疲劳实验,采用单边容限分析方法,同时考虑安全概率和置信度要求,建立了不同安全概率下西气东输二线X80钢管焊缝的疲劳寿命曲线;根据管道输气量不均匀系数,建立了管道的应力谱;在此基础上利用损伤累计原理评估了西气东输二线管道焊缝疲劳可靠性寿命。计算结果表明,在设计寿命周期内,西气东输二线管道不会发生疲劳破坏。该方法可以为管道疲劳寿命分析和可靠性评估提供依据,具有一定的工程应用价值。     

中加长输管道工艺设计标准对标分析

近年来中国长输管道实现跨越式发展，与此同时管道标准系统性、先进性以及对安全运行的支撑作用成为研究热点。加拿大是油气管道行业发达国家，在长输管道设计建设、安全运营以及法规标准方面有借鉴价值。分别从地区等级、设计压力/温度、应力载荷、壁厚计算和截断阀室等方面，开展中国与加拿大管道标准对标分析。加拿大管道标准先进性表现在规划发展区按照较高地区等级设计维护、附加载荷应力示例因素、输气管道温度设计原则、较高管道设计系数和阀室间距调整等。加拿大长输管道设计标准的先进理念有助于提高中国长输管道设计建设和运行管理水平。     

天然气长输管道通过高填方规划道路区的整治设计

通过高填方规划道路区的天然气长输管道,因受路基高填方沉降的影响,会导致管道力学形状发生变化,管道有可能出现局部应力集中,这将严重影响管道的运行安全。对于该类问题目前多采用建设保护涵的方式来解决,但保护涵施工困难,投资高且不满足地方政府道路施工工期的要求。为此,对高填方段管线应力进行分析,提出了整治措施并计算其安全合理性。结果表明,增大管道壁厚是可行的整改方案。进而应用ABAQUS有限元软件,用梁单元模拟管道,将管道上方的回填土视为荷载,管道下方的弹性地基模拟为均匀分布的弹簧,分析了管道的稳定性以及因规划道路高填方不均匀沉降引起的管道应力。通过应力云图可以看出,管道在沉降突变处出现了应力集中现象,如果对该区域的管道不采取合理的整治措施,管道将在运行时出现事故。ABAQUS有限元软件分析结果也表明,高填方区管道因不均匀沉降引起的应力,通过增大管道壁厚的整治方案最为经济、合理。但同时也指出,管线安全运行的根本保障还是避免管线路由敷设于高填方规划区内。     

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     

悬空长输管道地震反应模拟分析

为研究悬空长输管道在地震载荷作用下的动力响应,利用大型通用有限元软件ABAQUS进行数值模拟。综合分析了地震载荷作用下悬空管道的应力状况和变形特征,同时考察了悬空长度、土壤参数和管径大小以及管壁厚度等参数对悬空管道动力响应的影响。研究结果表明:管道壁厚、悬空长度、土壤参数和管径大小都会对埋地管道的地震反应产生较大影响,其中管径的影响最大;在一定的管径范围内,随着管径的增大,峰值应力及峰值位移会逐渐减小,当到达临界值后,峰值应力会随管径增大而增大。研究成果为悬空长输管道的设计、安全维护及科学管理提供了参考依据。     

螺旋焊管焊缝噘嘴极限高度的分析方法

焊缝噘嘴引起的附加弯曲应力会降低管道承载能力和疲劳寿命 ,增加应力腐蚀开裂敏感性 ,控制焊缝噘嘴高度对于保证管道安全可靠性非常重要。螺旋焊缝噘嘴的应力集中 ,是复杂的三维问题 ,尚无成熟的理论公式可以利用。针对这种状况 ,在直焊缝理论公式基础上 ,通过理论和有限元分析 ,首次提出了螺旋焊管焊缝噘嘴附加弯曲应力和焊缝噘嘴部位最大应力的计算公式 ,建立了螺旋焊管焊缝噘嘴极限高度的分析方法 ,为螺旋焊管质量控制和安全性评定提供了理论依据     

高钢级管线钢环焊缝强度匹配与安全评价

简要介绍了管道焊缝强度理论,重点介绍了国内外管道环焊缝匹配和管道安全评价及缺陷容限的研究情况,通过对管道环焊缝的强度匹配及其安全评价方法的研究,对失效评定参量的确定进行了分析和讨论。分析指出,管道环焊缝强度匹配的选择和应用影响着焊接接头质量,同时不等匹配形成的性能差异对焊缝中裂纹扩展驱动力大小也有明显的影响。     

基于TOFD的管道焊缝无损检测技术研究

在高温、高压、高流速、高腐蚀环境下,油气长输管道焊缝处在应力和腐蚀的交互作用下极易出现各种裂纹和腐蚀缺陷。针对该问题,采用超声波衍射时差法(TOFD)开展了管道焊缝的相关检测,研究了TOFD相关信号的特征及缺陷信号的提取;对典型焊缝缺陷分析后,应用小波变换进行了增益数的模型优化。在现场,通过检测某段管道的环焊缝以及支架角焊缝,得到以下验证:TOFD可以用于壁厚大于12 mm的管道检测,可快速、准确地定位和检测焊缝缺陷,为管道完整性的评估提供理论依据。     

高压输送燃气管道Π型补偿器应力分析

气田开采过程中高压燃气管道的应用日益广泛，高压输送使管道承受复杂多变的应力变化，复杂载荷已成为燃气管道失稳破坏的主要原因。针对实际工程中高压燃气管道局部Π型补偿器，利用有限元计算方法对具有不同结构参数的Π型补偿器应力场进行分析，并基于第三强度理论评估管道受力情况。分析发现，随着弯管曲率半径的增大，Π型补偿器应力集中的区域面积逐渐增大，但最大应力数值减小；当外伸臂长度较小时，Π型补偿器轴向整体刚度较高，承受轴向载荷的能力较强。随着外伸臂长度的增大，Π型补偿器径向转矩随之增大，容易产生更高的最大应力数值。在有限元计算分析基础上，提出了Π型补偿器变形量和载荷变化与管道公称直径、管道壁厚之间的拟合关系式，可为减小高压燃气管道变形载荷的设计方法开发提供技术支持。     

基于随机森林算法的环焊缝质量不合格性分析预测

油气长输管道环焊缝一直以来是管道的薄弱环节,容易发生失效。根据环焊缝开挖数据,对大量环焊缝相关数据进行了预处理,并采用机器学习中的随机森林方法对主要因素进行了分析,建立了环焊缝质量不合格性预测模型,并通过不同算法模型进行了验证。结果表明,构建的模型可以实现环焊缝质量不合格预测。对环焊缝的数据分析和机器学习模型的构建,可以提高环焊缝开挖准确率,节省开挖费用,为后续开挖和修复工作提供技术支持。