复杂载荷作用下双金属复合管的屈曲失效模拟分析北大核心CSCD

双金属复合管在海洋工程中应用广泛,使用过程中极易发生屈曲失效和内衬管褶皱现象。本文使用ABAQUS有限元软件,分析了双金属复合管液压成形过程及其在复杂载荷下的屈曲失效,研究了残余应力、管道径厚比和材料属性对双金属复合管屈曲失效的影响。结果表明,降低管道径厚比或增大外管材料的屈服强度,能够有效延缓管道屈曲,减小内衬管褶皱幅值。本文研究结果有助于更好地理解双金属复合管屈曲失效现象,进一步完善其加工工艺。     

复杂载荷作用下双金属复合管的屈曲失效模拟分析

双金属复合管在海洋工程中应用广泛,使用过程中极易发生屈曲失效和内衬管褶皱现象。本文使用ABAQUS有限元软件,分析了双金属复合管液压成形过程及其在复杂载荷下的屈曲失效,研究了残余应力、管道径厚比和材料属性对双金属复合管屈曲失效的影响。结果表明,降低管道径厚比或增大外管材料的屈服强度,能够有效延缓管道屈曲,减小内衬管褶皱幅值。本文研究结果有助于更好地理解双金属复合管屈曲失效现象,进一步完善其加工工艺。     

基于不同随机退化过程的腐蚀管道时变失效概率

在进行腐蚀管道的时变失效概率分析时主要存在腐蚀管道失效状态的判定以及管道腐蚀退化过程的准确模拟两个问题。基于管道试验爆破数据,依据损失函数值最小选择了管道剩余内压承载力;将随机过程——伽马过程、逆高斯过程和维纳过程引入到计算腐蚀管道的失效概率中;结合蒙特卡洛法计算了管道的时变失效概率。以一组工况为例,分析了退化过程的类型和参数对管道时变失效概率的影响,并评价了确定管道剩余寿命的不同方法。结果表明,DNV-RP-F101规范公式相对更符合实际情况的管道剩余内压承载力表达式;使用随机退化过程模拟管道的时变失效概率可以很好地描述腐蚀增长的随机性,为预测管道时变失效概率提供准确可靠的结果。     

基于不同随机退化过程的腐蚀管道时变失效概率

在进行腐蚀管道的时变失效概率分析时主要存在腐蚀管道失效状态的判定以及管道腐蚀退化过程的准确模拟两个问题。基于管道试验爆破数据，依据损失函数值最小选择了管道剩余内压承载力；将随机过程——伽马过程、逆高斯过程和维纳过程引入到计算腐蚀管道的失效概率中；结合蒙特卡洛法计算了管道的时变失效概率。以一组工况为例，分析了退化过程的类型和参数对管道时变失效概率的影响，并评价了确定管道剩余寿命的不同方法。结果表明，DNV-RP-F101规范公式相对更符合实际情况的管道剩余内压承载力表达式；使用随机退化过程模拟管道的时变失效概率可以很好地描述腐蚀增长的随机性，为预测管道时变失效概率提供准确可靠的结果。     

炼油加热炉用新型陶瓷空气预热器结构优化模拟研究

低温露点腐蚀已成为降低排烟温度、提高加热炉热效率的主要障碍,炼油企业现有的空气预热器在露点温度以下运行很快就会失效,无法进一步回收烟气余热。选取具有高强度、耐腐蚀性能强的莫来石陶瓷作为耐低温露点腐蚀空气预热器的材料,利用CFX模拟软件对陶瓷空气预热器的结构进行优化计算,深入分析方孔尺寸对陶瓷空气预热器阻力、传热特性的影响。模拟结果表明,烟气侧方孔尺寸为15mm,空气侧方孔尺寸为12.5mm的陶瓷空气预热器结构性能最佳。     

输气管道环焊缝表面裂纹管道极限载荷计算方法

为了便于对天然气长输管道环焊缝缺陷进行准确快速的安全评估,建立了考虑裂纹尖端奇异性的含环焊缝缺陷的有限元模型,计算了不同缺陷尺寸下的管道环焊缝裂纹J积分,分析了焊缝匹配系数及材料硬化指数对J积分的影响,进而研究了基于J积分理论的含缺陷管道的极限载荷影响因素,并在此基础上提出了适用于特定匹配系数和材料硬化指数情况下能够实现J积分及极限载荷快速求解的工程计算公式。研究结果表明:①根据有限元计算结果拟合的工程计算公式具有较高的精度,可以满足较大缺陷几何尺寸范围内J积分求解,实现含环焊缝裂纹缺陷的管道极限载荷求解;②含环焊缝缺陷管道的裂纹J积分与缺陷尺寸、材料属性以及焊缝匹配系数密切相关,含缺陷管道的极限载荷会随着裂纹尺寸的增加而降低,而随着材料硬化指数的增大而增大;③对含环焊缝中心线处表面裂纹的X80钢制管道而言,低匹配焊接管道极限承载能力要弱于高匹配或等匹配焊接管道。结论认为,该研究成果可为现役输气管道的安全评价及完整性管理提供参考。     

天然气管道材料磨损特性测试研究

天然气所携带的固体颗粒会导致管道严重的磨蚀，而弯管的磨损则是管道系统失效的主要形式。本文从输送速度、所输送物料硬度及形状尺寸、磨粒撞击角度、弯管的材料和几何尺寸等，在气粒输送系统中对弯管磨损进行研究，用实验结果模拟了现场条件下弯管的磨蚀情况，为涩北气田工程管配件的选择和地面除砂设备的研制提供依据。     

聚乙烯管道失效形式分析

介绍了聚乙烯(PE)管道的4种失效形式:韧性失效、脆性失效、焊接接头失效以及缺陷失效,给出了4种失效形式对PE管道产生的安全影响,并给出了相关的解决办法,为PE管道的安全运行提供了一定的参考作用。     

输气管线多相腐蚀区失效压力的预测

结合有限元方法,多相腐蚀区缺陷的失效分析已经按照管道真实尺寸进行了爆管试验.已腐蚀的输气管线采用含有多种类型的人为机械缺陷的X65钢,这种钢已经多次作为输气管线的爆管试验材料.通过爆管试验,依据设计缺陷的尺寸、长度、宽度、深度和缺陷之间距离的不同,对输气管线上复合腐蚀缺陷的失效压力进行了测量.此外,对试验结果进行了模拟,并且同有限元方法进行了比较.有限元方法(FEM)的模拟结果显示:多相缺陷的失效压力低于单相缺陷的失效压力;将多相缺陷的总体长度看作单个缺陷长度时,如果其值接近缺陷间距时,其失效压力更接近于单相缺陷的失效压力.     

海底长输油管道清管球破裂压力试验及矿场应用

为研究海底长输油管道清管球运行过程中的通过性、破裂性及破裂压力等特性,以渤海某油田原油外输海管为例,通过优化清管球旁通孔的设计方案,增加了流体通过率,有效降低了清管球卡堵对上游生产单元带来的安全风险。清管球的破裂压力模拟试验证实了泡沫清管球具有一定的承压能力、良好的通过性以及可靠的破裂性。试验表明,泡沫清管球在管道中遇卡堵时,可根据管道中卡堵的程度以及增大压差来调节自身的通过能力;当压差增大至破裂压力时,泡沫球自身破裂、破粹以通过卡堵。该试验为渤海油田外输海管通球方案的制定提供了理论依据。     

日本彩色聚乙烯涂覆钢管的开发

试验了彩色聚乙烯涂覆钢管的耐腐蚀性和耐气候性，由于聚乙烯涂层隔绝水的作用，聚乙烯涂覆钢管具有优良的耐腐蚀性能，电阻绝缘值和优良的机械性能。建立了一个新的方式去研究分析聚乙烯抗老化剂消耗和在聚乙烯中的扩散。用有效测定的方法定量地预测彩色聚乙烯涂覆层的寿命，应用这些分析结果，不仅可使新的有色聚乙烯涂覆钢管在恶劣腐蚀环境介质情况下具有高的耐腐蚀性，而且有长的耐气候性。     

影响钢质管道3PE防腐层性能的因素分析

钢质管道3PE防腐结构以其优越的防腐性能和良好的加工工艺性，被广泛应用于石油天然气管道建设中。钢管的表面处理质量和聚乙烯类材料的熔体行为直接影响着防腐层的使用寿命。从聚乙烯材料的结构和钢管的表面处理质量方面，对影响钢质管道3PE防腐层性能的因素进行了分析。     

压扁阻断对聚乙烯燃气管道力学性能的影响

压扁阻断是基于聚乙烯(PE)管道良好的韧性而设计的专用管线施工及抢险维修技术，近年来得到了广泛的应用。但是不规范的压扁阻断会引起PE管道损伤，缩短其使用寿命，严重影响燃气管网的安全运行。为了创建安全高效的压扁阻断工艺流程、保证PE燃气管道的安全运行，采用实验室试验与有限元模拟相结合的方法，探究了压扁阻断对PE管道力学性能的影响规律，重点分析了挤压速度、管壁压缩率、挤压棒尺寸、管道和挤压棒之间摩擦系数等对管道最大应力和塑性应变的影响情况。研究结果表明：①压扁阻断后的PE管道耳朵处的弹性模量和屈服应力仅为初始值的17%和72%；②管道最大载荷、最大应力和最大塑性应变随挤压速度、管壁压缩率的增大而增大；③减小挤压棒尺寸虽然会降低最大挤压载荷，但却能明显增大管道最大应力和塑性应变；④降低管道和挤压棒之间的摩擦系数有利于减小管道最大应力和塑性应变。结论认为，压扁阻断会引起PE管道力学性能的衰退，建议给压扁阻断后的PE管道尤其是耳朵处施加必要的防护措施；同时，增大挤压工具尺寸、减小管道和挤压棒之间的摩擦系数，可以减小管道应力和塑性应变，有利于PE管道的安全运行。     

双峰管材专用料JHMGC100S

高级管材专用料,如PE100,是聚乙烯中的高端产品,客户群稳定,产品附加值高,可广泛用于承压水管及各种工业用管。中国石油吉林石化公司2008年根据市场需要以及对高密度聚乙烯装置品牌升级的需要,成功开发出高相对分子质量双峰级管材料新产品JHMGC100S。采用进口高活性催化剂Z501生产,具有耐腐蚀、较高的抗环境应力开裂性能、熔融焊接性好和良好的耐快速裂纹增长能力,提高了管材产品档次,填补了我国生产双峰管材料产品的空白。2012年通过国家PE100级认证。该产品抗悬垂性良好,在大口径管材加工上极具优势,市场前景良好。     

承压燃气聚乙烯管道热氧老化规律研究

由于聚乙烯(PE)管道具有优异的耐腐蚀性能,已成为城镇中、低压燃气管道的首选,然而,作为一种高分子有机材料,其热氧老化问题既不可避免,也是影响燃气管道寿命和使用安全性的重要因素之一。到目前为止,国内外对承压燃气PE管道老化规律的研究都较少。为此,首次搭建了接近工况的承压燃气PE管道热氧老化试验平台,进行了不同温度下的热氧老化试验,利用拉伸试验法进行热氧老化PE试件的拉伸力学性能测试。最后根据拉伸试验的分析结果,结合高分子有机材料寿命预测方法中常用的动力学曲线直线化法,分别得出了承压和无压燃气PE管道的热氧老化预测模型,并分别计算出常温下承压和无压燃气PE管道的寿命。研究结果表明:(1)燃气PE管道的拉伸力学性能随着热氧老化温度、管道内压、老化时间的增加而发生明显变化,断裂点载荷明显减小;(2)当拉伸性能降低20%时,常温下承压和无压燃气PE管道的寿命均大于50年,且承压燃气PE管道寿命低于无压燃气PE管道寿命;(3)当试验压力为0.1 MPa时,承压燃气PE管道比无压燃气PE管道寿命减少9.6%。     

φ127mm G105钻杆加厚区刺穿失效分析

通过力学性能测试、化学分析、金相组织和断口分析,对某井φ127 mm G105钻杆加厚区刺穿失效原因进行分析。结果表明,钻杆加厚区刺穿失效的原因是管端在礅粗加厚过程中加热温度过高,造成外表面形成厚的脱碳层和氧化层,礅粗变形量过大使得外表面的脱碳层和氧化层在礅粗过程中被挤入管体内部形成条带状分布的折皱缺陷。在钻井过程中交变应力作用下,深折皱底部首先萌生疲劳裂纹,随着裂纹的扩展,最终导致钻杆加厚区发生刺穿失效。     

聚乙烯管材专用料结构与性能之间的关系

利用GPC、13CNMR和DSC热分级等手段分析了进口和国产己烯共聚中密度聚乙烯管材专用料的结构与性能,进口PE80级管材专用料A、专用料B的支化度和结晶序列长度分布基本一致,但相对分子质量及相对分子质量分布不同,齐鲁石化公司开发的聚乙烯管材专用料C有达到或超过PE80级专用料的可能。     

筛管液压丢手装置的研制与应用

长北气田采用双分支水平井技术配合裸眼完井进行天然气开发,为预防钻遇泥岩层和煤层坍塌的问题,在水平裸眼段内下入预钻孔筛管以支撑井壁。由于井眼环境复杂,长北气田的水平井作业存在着长筛管下入困难、短筛管重量轻不易顺利丢手、常规丢手工具遇阻时无法旋转解阻、常规球座施工后需另外下钻钻除等技术难题。研制了筛管液压丢手装置,该装置具备旋转功能,允许筛管串在下入过程中采取旋转的方式通过阻点;具有两种丢手方式,既可通过液压方式丢手,也可通过机械方式丢手;设计了可提出式球座机构,在施工后可随着送入工具整体提出,无需下钻钻除。该筛管液压丢手装置通过了一系列地面性能实验,并在长北气田CB23-2井和CB23-3井两口水平分支井进行了应用,完成了4趟筛管下入作业,成功解决了现场难题。     

改性炭黑制备工艺与性能研究

采用机械研磨的方法探讨了研磨时间、研磨介质、研磨介质类型对炭黑物理性能的研究,利用红外光谱仪、ASAP表面吸附仪对改性炭黑的显微组织形貌、表面结构、基团种类、孔道大小、孔容等进行了分析测试。结果表明:在相同工艺条件下,研磨时间是影响炭黑粒子结构改变的重要因素,研磨时间越长,炭黑粒子结构被改变的越多。研磨使炭黑粒聚结体结构被破坏,使表面基团的种类和数量发生改变,表面活性和极性增加,降低炭黑再附聚趋势,改善了炭黑的性能白炭黑复合改性炭黑性能实验结果表明:白炭黑添加量为10%的复相炭黑较白炭黑添加量为5%的复相炭黑性能优异     

3PE防腐管道防腐层剥离因素及控制措施

为了延长3PE防腐管道的服役寿命,针对防腐层剥离这一重要影响因素,分析了导致3PE防腐层发生剥离的钢管表面处理、环氧粉末性能、环氧粉末喷涂、胶粘剂和聚乙烯的缠绕、3PE防腐层的冷却及3PE防腐管使用环境等因素。在分析结果的基础上,提出了一些防腐钢管生产及检测等控制措施,措施包括增加环氧粉末涂料性能检测指标、提高钢管表面处理的灰尘度等级、关注钢管表面处理后的锚纹形貌和环氧粉末喷涂时压缩空气的质量、增加熔结环氧粉末涂层附着力测试方法以及3PE防腐层的热水浸泡和冻融循环试验等。