16Mn钢海底管道材料疲劳裂纹扩展试验研究

采用取自足尺度海底管道16 Mn钢制成的标准紧凑拉伸(CT)试件进行了疲劳裂纹扩展试验,利用背面应变法测量了疲劳裂纹扩展过程,并研究了取材方向和试验环境因素对疲劳裂纹扩展速率的影响,拟合出了不同取材方向与不同试验环境下Paris常数C和m。研究结果表明:试件材料取材方向对疲劳裂纹扩展初始阶段有一定影响,但对总体疲劳裂纹扩展趋势基本无影响;海水环境对疲劳裂纹扩展影响显著,且海水中疲劳裂纹扩展速率约为空气中的2倍。本文研究结果不仅可以定量分析16 Mn钢在海水腐蚀环境下与空气环境下疲劳裂纹扩展速率的差异,且能为后续基于Paris公式来预测管道腐蚀疲劳寿命的研究提供基本参数,为服役中的海底管道腐蚀疲劳问题的研究提供参考。     

内压与海床联合作用下海底管道撞击数值研究

为了研究海床和管道内压对坠物撞击管道的影响,采用ABAQUS有限元软件建立了坠物撞击海底管道的有限元模型,分析了撞击过程中海底管道的动态响应。采用摩尔库伦模型模拟海床的非线性特性,并引入罚函数处理坠物、管道和海床三者的接触关系。分析结果表明:海床和管道内压对坠物撞击管道起到了保护作用。黏土海床对管道撞击的保护作用比砂土海床大,砂土海床对管道撞击的保护作用比刚性海床大;随着内压的增大,管道变形最大凹陷值减小;同时考虑内压和海床作用时管道受坠物撞击后的最大凹陷值比2个因素均不考虑时小,相差最大处达到了9.6%。所得结果对海底管道抗坠物撞击设计和管道的安全服役具有指导意义。     

悬跨海底管道疲劳寿命分析研究

海底管道在服役期间由于各种原因会在某些管段形成悬跨。这些悬跨在海流力作用下,将产生涡激振动。这种涡激振动最终可能导致管道疲劳失效。管道在海流力作用下发生的涡激振动是管道振动和漩涡尾流振动耦合的结果。在建立管道振动模型和Matteoluca尾流振子模型基础上,对管道涡激振动动力响应特性进行分析。依据Miner线性损伤累积理论,采用S-N曲线法分析计算管道疲劳寿命。最后,针对海洋油气开发与生产,提出延长海底管道疲劳寿命的方法和措施。     

修井动力水龙头疲劳有限元分析方法研究

基于Palmgren-Miner疲劳损伤累加理论,提出了一种与动力水龙头工作实际相符的疲劳寿命有限元分析方法。在考虑应力集中、零件尺寸、表面条件、腐蚀状态及载荷变化影响的基础上,确定了满足FEM 1.001规范的材料S-N曲线计算和修正方法。以提环为研究对象,采用该方法进行疲劳寿命有限元模拟。结果表明,提环疲劳寿命值高于动力水龙头服役周期工作总次数,提环疲劳寿命满足设计要求。     

基于灰色系统理论模型预测海底管道腐蚀剩余寿命

海底管道所处环境复杂,管道的腐蚀有许多不确定的因素,检测难度大,采用传统的统计学方法进行预测样本需求量大,检测成本高,预测效果并不理想。灰色系统理论模型能够使用较少样本,对系统进行灰色预测,并得到较为精确的预测结果。通过利用灰色系统理论模型对海底管道腐蚀剩余寿命的预测,可以基本掌握海底管道腐蚀剩余寿命,减少对海底管道的检测次数,降低检测成本,为管道的维护提供参考,保证管道的安全运营。     

影响海底管道寿命的主要因素及防范建议

根据多年来海底管道常见的问题,重点从腐蚀和有机物损坏、波浪或潮流形成的冲刷悬空、波浪的水动力冲刷、由于沉积物液化而产生浮力、飓风等方面分析了环境因素对海底管道寿命的影响,提出了相应的防范建议。另外,简要地分析了人为因素的影响,并提出海底管道设计、施工的注意事项。     

腐蚀海底管道可靠性分析

为了计算海底管道在腐蚀作用下的可靠性,研究了海底管道在正常服役阶段可能受到的荷载作用,包括内压、温度、弯曲、覆土、地震作用和残余应力作用。基于Monte Carlo方法结合算例,计算了腐蚀海底管道在这些作用下的可靠性,得到了失效概率随时间的变化曲线。同时,研究了这6种作用对腐蚀海底管道的影响,描述了各种作用对腐蚀海底管道的影响程度。从影响腐蚀海底管道失效概率的角度,定义了参数灵敏性指标,对海底管道设计中经常涉及的参数如操作压力、管道半径、管壁厚度和管线埋设深度等进行了灵敏性分析,讨论了其变化对管线失效概率的影响,为实际工程中对腐蚀海底管道进行可靠性分析提供了参考。     

崎岖海床上管道变形和应力研究

为了准确得到海底管道铺设在崎岖海床上的变形和应力状态,文章采用有限元法进行管道纵断面分析,计算得出了相关曲线。通过与A H M ouselli给出的曲线对比,验证了不同张力条件下海底低洼凹陷和隆起地形对管道应力的影响,数值解略小于M ouselli曲线结果。最后以实际的崎岖海床为例,计算了管道在空管和满油状态下的纵断面变形曲线和弯曲应力。根据得出的管道弯曲应力分布,能够科学合理地给出海床处理方法,保证海底管道的安全。     

局部腐蚀条件下内压对管道腐蚀速率的影响

管道在生产过程中发生腐蚀,从而导致服役管道的损坏。除化学腐蚀外,管体中由于流体压力而产生的应力也将影响管道的腐蚀,局部腐蚀形成的应力集中将极大的减小管道的耐久性寿命。文章针对生产管道所受内压力 和局部应力集中会加速腐蚀速率,严重缩短管柱服役寿命这一现象,结合化学力学效应理论,分二向应力和三向应力两种情况,建立了内压力影响管道腐蚀速率的解析模型。算例计算结果显示,该模型所得结果与目前文献中应力对腐蚀速率的影响实验研究结果相符;得出了管道所受应力越大,管道实际寿命衰减得越快等结论,对确定管道的寿命具有参考意义。
     

海底管道路由勘察及状态评估技术分析

海底管道由于长期服役,会严重影响海底管道的安全状态。在对海底管道的斟察中,因为附近海床会被冲刷,造成海底管道裸露,影响海底管道的正常运行,所以为了保证管道能正常使用,防止海洋环境受污染,对海底管道路的勘察尤为重要,为海底管道状态评估提供依据。本文根据大量工程经验,对海底管道探测实施方法进行了归纳,提高海底管道探测效率。     

海底管道冲刷预测分析

在海洋油气中,海底管道是输送油气的有效工具。但偶有发生的海底管道断裂事故不仅造成巨大经济损失,还造成了严重的海洋环境污染。这些事故大多是由冲刷引起的。本文根据Airy线性波理论,分析了影响海底管道冲刷的时间、管道外径、海床处水流流速、波高、周期等因素,估算了裸置于海床的管道潮流作用下的平衡冲刷量,其研究内容和结论对未来海底管道冲刷预测分析具有一定指导意义。     

腐蚀作用下城市埋地燃气管道的失效概率分析

失效概率确定是管道定量风险评价的核心内容。为此,针对城市燃气输配管道特点,通过建立管道失效概率模型,利用可靠性理论得出了腐蚀作用下城市埋地燃气管道失效概率随服役年限的变化情况,并对影响管道失效概率的随机参数进行了分析。结果表明:在管道投入运行初期,腐蚀对管道失效概率的影响较小,其余参数的相对影响随工作压力大小而变化,当工作压力小于2.5 MPa时,竖直荷载是影响城市埋地燃气管道失效概率的最主要因素;随着工作压力的增加,竖直荷载影响失效概率的重要性逐渐下降,材料屈服强度、管道壁厚的重要性逐渐增加,而工作压力的重要性显著增加;当工作压力达到4.0 MPa时,对管道失效概率影响较大的因素为材料屈服强度、工作压力、竖直荷载和管道壁厚等;随着管道服役年限的增加,腐蚀对失效概率的影响增大并逐渐占据主导地位,在管道运行后期,影响管道失效概率的主要参数是腐蚀指数、腐蚀乘子和工作压力。     

海洋石油平台结构全寿命周期动态鲁棒性分析

为有效描述海洋平台服役周期内结构整体对于"突发局部损伤"的抵抗能力--鲁棒性,综合考虑了波浪载荷、腐蚀作用和结构材料的随机性,以及由于疲劳与腐蚀导致的平台结构承载能力退化,定量刻画了"突发事件"引发局部损伤的时间、类型和位置的不确定性,提出一种全寿命周期动态鲁棒性指标。在此基础上,建立了退化平台结构动态鲁棒性的评价方法和流程,采用Monte-Carlo随机模拟方法,从系统动态失效概率的角度评价平台结构的鲁棒性。模拟示例结果表明:在服役后期疲劳和腐蚀退化对于结构鲁棒性的影响明显;且通过控制初始裂纹的尺寸改善平台的初始状态,可有效提高平台服役后期的鲁棒性。     

海底管道腐蚀剩余强度评价方法

海底油气管道在内外环境下会不可避免地造成腐蚀,严重威胁海上生产的安全性。从海底管道腐蚀成因入手,展开对管道腐蚀剩余强度评价方法研究。验证了有限单元法判断管道剩余强度的可靠性,并找出影响管道强度的因素。通过建立海底管道内腐蚀有限元模型,分析了在无外部载荷的环境下均匀腐蚀坑长度、宽度和深度对管道强度影响的大小,以及点蚀的孔径与孔深对管道强度影响的大小。讨论了在内外压联合作用下,海洋拖曳力对腐蚀管道受力的影响以及外部集中载荷下腐蚀管道极限应力。所得结果与ASME B31G、DNV RP-F101、PCORRC方法进行比较,得出了有限元仿真海底管道腐蚀剩余强度评价方法是可靠的,腐蚀深度是影响管道强度的主要因素。     

海底悬跨管道地震作用下水动力模型的数值分析

提出地震作用下海底悬跨管道周围流场变化的计算方法,并基于海底悬跨管道水下振动台模型试验条件,建立有限元离散模型,开展试验工况的数值仿真计算,验证了海底悬跨管道地震作用下流体动力分析模型的可行性。并借鉴波流作用下海底管道水动力计算的Morison方程,开展了地震作用下水动力系数影响因素和规律的数值仿真研究。     

设计阶段海底管道的缺陷评估方法研究

总结了海底管道的常规设计方法,探讨了设计阶段的海底管道缺陷评估的必要性.研究了设计阶段海底管道缺陷评估的主要内容,包括初始裂纹、临界裂纹缺陷的确定和有裂纹缺陷的海底管道剩余寿命的计算方法以及腐蚀模型,给出了在设计阶段进行裂纹和腐蚀缺陷评估的详细步骤,为优化海底管道的设计提供依据。     

油气混输海底管道缓蚀剂评价研究及优化建议

在反应釜中进行挂片腐蚀试验,利用质量损失法测试与海底管道相同材质的金属材料的腐蚀速率,研究在不同工况下缓蚀剂对海底管道的缓蚀效果。试验结果表明,不同工况下在高温高压模拟的海底管道中添加一定量缓蚀剂后,气相和液相缓蚀率均高于85%,腐蚀速率均低于0.025 4 mm/a,为低度腐蚀。对比海底管道往年评价结果,评价数据差异较大,为验证差异原因,按照现场水质情况配制模拟水进行试验。试验结果表明,两次评价结果存在差异,而且主要源于现场水样中残存的缓蚀剂含量不同所致。提出取样间隔时间、药剂注入浓度和海底管道运行等方面的优化建议,以延长海底管道的运行寿命。     

某海底天然气管线的内腐蚀直接评价

为了评价惠州油田HZ21-1A至FPSO海底天然气管线的内腐蚀状况及剩余服役寿命,采用内腐蚀直接评价(ICDA)方法对其进行了干气管道内腐蚀直接评价(DG-ICDA)。管线设计寿命10年,目前已超过设计使用年限10余年,且无法进行通球清管作业,而内腐蚀直接评价方法(ICDA)无需进入管道内部,可有效识别管道内部腐蚀风险,评价过程包括预评价、间接检测、详细检测和后评价4部分。评价结果表明,该管线满足继续使用5年的要求。     

渤海某油田海底管线老设施再启用

渤海某海上油气田设施包括南、北平台,两平台至单点系泊的2条1.7 km的海底管线和一条FPSO,设计寿命为20年.取原海底管线腐蚀最为严重的立管段进行腐蚀分析及腐蚀速率测试,进而评估该两条管道重新启用的可行性、安全性以及剩余寿命.试验采用40％水和60％油体系、5％水和95％油体系,模拟1989～1994年输送介质和海底管线重新启用后介质,检测了腐蚀速率并估算剩余寿命,估算表明海底管线重新启用后寿命为153.4年.通过一系列腐蚀分析及剩余寿命估算研究,充分表明原油气田海底管线完全具备重新启用条件.2004年,该油田上述两条原有海底管线重新投入使用,截至目前运营情况良好.     

硫化氢环境下老旧管道失效概率评价方法研究

老旧管道在服役过程中存在着失效风险,而影响老旧管道失效的因素有很多,在众多影响因素中硫化氢对管道产生的腐蚀损伤较严重。为解决受腐蚀损伤的老旧管道安全评估问题,文章建立了一种在硫化氢环境下老旧管道失效概率评价方法。以在硫化氢环境中使用了约20年的老旧集气管道为研究对象,采用蒙特卡洛法模拟管道服役过程中的动态压力和腐蚀损伤引起的剩余强度的变化,计算了单一腐蚀因素引起管道失效的概率,并通过正态分布概率给出管道使用的安全范围。研究结果表明：投运20年以上的含硫老旧管道在氢致开裂实验与应力腐蚀开裂实验中,均未发生开裂。根据模型计算得出,老旧管道依旧可以安全服役,但服役6年后失效概率超过0.5,需要进行整修工作,服役27年后,管道内腐蚀严重,剩余强度降到3.82 MPa,需要更换管道。通过模拟得到了失效概率与腐蚀缺陷和服役时间的关系,为老旧集气管道再服役提供理论依据和参考价值。