交叉双腐蚀缺陷管道剩余强度分析计算

利用非线性有限元分析方法,对含有交叉双腐蚀缺陷管道剩余强度进行了分析,并与实验数据对比,验证了此分析方法的可靠性。在此基础上,分别保持交叉双腐蚀缺陷轴向间距、环向间距不变,研究了环向间距、轴向间距对交叉双腐蚀缺陷管道剩余强度的影响,计算结果表明,1环向间距不变时,交叉双腐蚀缺陷很难达到完全交互作用。2随着轴向间距由负到正的增加,交叉双腐蚀缺陷交互作用先增强后减弱,交互作用的转折点位置是轴向间距为0。3当交叉双腐蚀在轴向没有完全重合时,环向间距对交叉双腐蚀缺陷交互作用有重要影响。4随着交叉双腐蚀缺陷轴向间距的增加,管道失效压力变化趋势呈现明显的对数函数变化。5多组腐蚀缺陷管道失效压力可以参考交叉双腐蚀缺陷交互作用准则和管道失效压力计算方法。     

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。     

不同尺寸双点蚀缺陷管道剩余强度分析

现有的双腐蚀缺陷管道剩余强度评价规范大多以轴向均匀腐蚀为研究对象,评价双点蚀缺陷管道时结果偏保守,导致管材浪费严重。利用非线性有限元分析方法,对含有交互影响双点蚀缺陷管道的剩余强度进行分析,验证了分析方法的可靠性。在此基础上,研究轴向间距对带有不同尺寸双点蚀缺陷管道失效压力的影响。分析表明:不同尺寸双点蚀缺陷,可将ls作为交互影响的临界间距,超过此间距,双点蚀缺陷相互作用可以忽略;由于腐蚀坑形状系数n的不同,相比直径差距,双点蚀缺陷深度差距对缺陷管道失效压力的影响明显增加;在双点蚀缺陷交互作用区间0ldls,双点蚀缺陷管道失效压力随轴向间距呈对数函数变化。     

基于ANSYS Workbench有限元法的外腐蚀管道失效压力研究

为确定管道的服役状况、保证管道安全运行、延长管道总体使用寿命以及科学指导管道安全生产管理,需要对管道剩余强度进行准确评估。借助ANSYS Workbench软件,模拟了含有矩形、球形、圆柱形外腐蚀缺陷管道的等效应力,分析了缺陷尺寸对管道失效压力的影响规律。结果表明,不论管道外腐蚀缺陷形状如何,缺陷深度增加均会明显降低失效压力;矩形外腐蚀缺陷的轴向长度、圆柱形外腐蚀缺陷的长度均与失效压力大小呈负相关;矩形外腐蚀缺陷周向长度、球形外腐蚀缺陷半径均对失效压力影响不明显;圆柱形外腐蚀缺陷的半径与失效压力呈正相关。     

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。     

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。     

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。     

考虑随机变量相关性的腐蚀管道失效概率

针对腐蚀管道可靠性分析中随机变量独立性假设的缺点,提出了考虑随机变量相关性的腐蚀管道可靠性分析方法,建立了腐蚀管道腐蚀穿孔、局部爆破、整体断裂及其综合失效概率模型。基于JC法和正交变换法,运用多维正态分布函数,给出了随机变量相关下的腐蚀管道多模失效概率计算方法。对管道可靠性分析中的相关性进行了分析,结合实例研究了管径与壁厚、缺陷深度与长度、径向腐蚀速率与轴向腐蚀速率、屈服强度与拉伸强度4组随机变量相关性对腐蚀管道失效概率的影响。结果表明,随机变量相关性对管道腐蚀穿孔失效概率没有影响,管道局部爆破、整体断裂及综合失效概率随缺陷深度与长度相关系数和径向腐蚀速率与轴向腐蚀速率相关系数的增大而增大,随管径与壁厚相关系数的增大而减小。屈服强度与拉伸强度相关系数越大,局部爆破和整体断裂失效概率越大,综合失效概率不变,并且变量相关性对腐蚀管道失效概率的影响随着腐蚀增长而逐渐减弱。腐蚀管道失效概率对径向腐蚀速率与轴向腐蚀速率的相关系数最为敏感,对屈服强度与拉伸强度相关系数的敏感性最低。     

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.     

基于等效体积法的含缺陷海底管道完整性失效判据研究

海底管道的缺陷是威胁海底管道安全运行的重要因素。为了改善现有失效准则的局限性,更准确地研究管道损伤对X60海管的影响,建立有限元模型,并利用真实爆破压力对模型进行验证,分析70组含不同缺陷管道失效时云图中各应力区域的等效体积,总结出缺陷参数对管道失效模式的影响规律;并引入抗拉强度和垮塌载荷,得到一种基于等效体积法的含缺陷海底管道完整性失效判据,在该判据的基础上拟合出失效压力计算模型。研究表明：采用塑性垮塌失效模型是最适用于该管道的现有失效判定方法;缺陷的长度、深度对管道的失效模式影响较大;对比现有准则,基于等效体积法的失效判据可以定量描述含缺陷管道的失效条件;失效压力模型可用于X60管道失效压力的预测,进而验证了失效判据的适用性。     

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.     

冻胀对含缺陷管道应力的影响研究

为保障冻土区埋地管线在寒季的安全运营,针对中俄漠加段含腐蚀缺陷埋地管线寒季的冻胀灾害工况,采用ABAQUS建立冻土区三维热固耦合有限元模型,研究了冻胀区长度、缺陷深度、缺陷宽度及缺陷位置等对埋地管道内外壁双层面轴向应力的影响。研究结果表明:当土壤发生冻胀时,管道内、外壁面沿轴向会出现3个高风险失效区,外壁面风险失效区位于距冻胀区0～10 m的非冻胀区和缺陷区域,内壁面风险失效区位于距冻胀区0～5 m的非冻胀区和缺陷区域,内外壁沿轴向Von Mises应力对寒季地表温度敏感性极高,最高可达43%,因此寒季应根据冻胀区长度对高风险失效区管道进行适当补强;当且仅当缺陷位于冻胀区域中轴线时,冻胀将加大腐蚀缺陷处管道失效的可能性;缺陷域内管道内外壁最大Von Mises应力对缺陷深度最敏感,最高可达58%,对冻胀土壤长度、缺陷宽度和寒季温度较敏感,绝对值均达10%以上;各种因素与寒季气温变化多呈非线性关系且二者互相促进加速管道失效。研究结果可为寒季冻土区输油管道的完整性评价及维护检测等提供依据,具有一定的理论指导意义和工程实用价值。     

钢质环氧套筒轴向修复效果研究

为了研究钢质环氧套筒对于含缺陷油气管道的轴向修复效果,对X52钢级Φ508 mm×9.5 mm含缺陷螺旋埋弧焊管的钢质环氧套筒修复结构开展了全尺寸轴向拉伸试验,通过应变监测及理论计算分析钢质套筒与管体的应力分布情况。结果显示,修复后的管体最大轴向拉力为3 854 kN,约为无缺陷钢管理论轴向承载力的50%;失效位置位于缺陷最深处,失效时,管体无缺陷处尚未进入屈服阶段;在纯拉伸作用下,钢质套筒承担的轴向载荷仅占总载荷24.5%。研究结果表明,钢质环氧套筒对于管道轴向应力修复效果有限,不建议采用钢质环氧套筒作为环焊缝或管体环向缺陷的修复手段。     

内腐蚀管道最小剩余壁厚有限元分析

针对内腐蚀管道缺陷处泄露失效问题,建立三维管道有限元模型预测管道的失效压力,并求解最小剩余壁厚,探究管道壁厚、管道内压、缺陷尺寸对最小剩余壁厚的影响。研究结果表明:缺陷深度和长度是主要影响失效压力的因素,宽度影响较小,可忽略宽度方向尺寸的变化;有限元计算的最小剩余壁厚结果与实验结果吻合较好,结果可以满足工程实际应用。     

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.     

高钢级管道环焊缝承载能力全尺寸试验研究

针对含缺陷的X80管道环焊缝,利用全尺寸弯曲试验、力学性能测试和失效评估分析等方法对环焊缝缺陷失效的类型及其承载能力进行了研究和分析,结果表明：试验钢管环焊缝在轴向载荷作用下管道内表面的缺陷在弯曲及内压作用下扩展至管道外表面,从而引发管道泄漏。管道内表面缺陷的开裂方式为可控的延性裂纹扩展形式;钢管弯曲至环焊缝泄漏过程中,钢管母材最大轴向拉伸应变为1.06%,全尺寸试验结果与计算结果一致性较好,可以确定管道的拉伸应变为0.79%。     

含腐蚀缺陷燃气管道极限载荷的有限元分析

本文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ASME B31G计算的结果进行对比。     

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裁荷的影响.并和舍腐蚀缺陷管道的全尺寸爆破试验结果以及ASMEB31G计算的结果进行对比,证明了用有限元方法分析腐蚀缺陷管道的可行性.     

含裂纹高压注蒸汽管道的断裂参数计算与试验研究

应力腐蚀是引起注蒸汽管道失效破裂的主要原因,为了更好地揭开裂纹与应力之间的关系,采用ANSYS有限元软件计算了含裂纹管道断裂参数KI(I型裂纹的应力强度因子)和J积分值,并分析了裂纹开裂长度、注蒸汽压力对裂纹尖端断裂参数的影响。结果表明,裂纹开裂长度对管道破裂影响最大。对于相同尺寸的裂纹,大管径材料具有较大的KI和J积分值,因此,大管径材料对缺陷更敏感。     

含体积型缺陷X80钢长距离输气管道安全评价

针对含体积型缺陷的X80钢长距离输气管道,利用有限元方法对含球形、椭球形和矩形槽缺陷的管道进行力学行为研究。基于含体积型缺陷X80管道的受力情况,利用WORKBENCH有限元软件进行了管内壁和外壁缺陷敏感性分析,结果表明,内压作用下内壁缺陷比外壁缺陷表现更为敏感。对比了不同形状体积型缺陷下的应力分布规律,结果表明,管道的应力集中主要在管道缺陷轴向部位,并且随着缺陷深度和轴向长度的增大应力明显增高。在此基础上分析了在塑性失效准则下含体积缺陷X80管道的极限承载,并将计算结果与PCORRC计算方法进行对比验证有限元结果的正确性。