X120管线钢管爆破试验及止裂设计的研究

为了研究X120(827 MPa)钢管的爆破容量从而正确评估钢管的结构性能,进行了一系列的全尺寸试验和有限元分析,同时进行了爆破和断裂止裂研究,进行了全尺寸止裂试验以评估X120钢管材料本身的止裂能力。爆破试验和分析的结果表明,该X120钢管有很强的抗内压能力。试验所讨论的模型未预测到X120管线钢管固有裂纹止裂所需要的韧性,但是,在不太严格的设计情况下,对于有固有裂纹止裂能力的X120钢管可能具有足够的止裂韧性。     

X100管线钢管的技术要求及研究开发

结合X100管线钢管开发研究成果,对X100管线钢管开发研究中普遍关注的断裂控制、高屈强比、各向异性、缺陷容限和韧脆转变行为等主要问题进行了分析讨论。研究结果表明,用DWTT试验和Battelle总结的85%SA对应温度经验方法能准确预测X100钢管的韧脆转变温度和断裂行为;目前只有全尺寸实物爆破试验法是适用于X100管线裂纹止裂行为预测的可靠方法。因此,X100管线钢管的应用还需根据具体管线服役工况,在API SPEC 5L标准基础上,补充屈强比、止裂韧性及DWTT等关键技术指标的要求,以保证X100管线的服役安全。     

海底油气管道延性断裂止裂CVN冲击功的计算

介绍了油气管道延性断裂止裂的能量判据和速度判据,以及确定止裂韧性值的常用方法,并重点介绍了经典的Battelle双曲线模型.海底管线由于受海洋自然环境的影响,一旦管道发生泄漏和破坏等事故,不仅影响正常的生产秩序,对环境的影响更是难以估计.针对某海底油气管道延性断裂止裂,运用Battelle研究所开发的Version 1...     

腐蚀作用下高钢级管道延性断裂可靠性分析与研究

针对输气管道易发生长程裂纹扩展问题，在修正管道止裂韧性预测公式的基础上，根据同一制管批次内钢管夏比冲击功的平均值和标准差，统计高斯分布特征计算裂纹止裂和裂纹扩展的钢管数量占比，并通过管道裂纹扩展组合确定止裂概率，进而对管道进行可靠性分析。结果表明，采用1.8的修正系数可将90%的裂纹扩展点和100%的裂纹止裂点分开，计算的止裂韧性值满足单根钢管的止裂要求；可通过提高夏比冲击功的平均值或改变标准差实现止裂钢管数量占比的提高；8根钢管判定原则下比5根钢管判定原则下对应的运行年限少1～3 a，说明采用8根钢管判定原则计算管道可靠性更加保守；当管道位于一级二类地区及以上时，延性断裂引发的管道失效风险更大，当管道位于二级地区及以下时，强度失稳引发的管道失效风险更大。     

高钢级输气管道裂纹延性扩展及止裂模拟技术研究

为了有助于我国高钢级管道止裂设计研究,使我国天然气管道运行更加安全,综合分析了气体载荷模拟方法和断裂处理方法,以及金属裂纹延性扩展与止裂预测之间的关系。以X90管线钢管为研究对象,基于ABAQUS软件,从天然气状态方程建立入手,研究建立全耦合的管道裂纹动态扩展及止裂数值模拟技术。将金属断裂准则应用于有限元计算中,通过流体、固体、断裂全耦合计算得到输气管道裂纹扩展时的裂纹扩展速度和气体减压波速度,对比两种速度判断裂纹是否可以止裂。     

管线断裂控制参量的研究

回顾了管线裂纹上裂预测方法，指出近年来随管线钢管材料特性的变化，材料强度及韧性的提高，采用已有止裂预测公式偏于危险。并通过对几种断裂控制参量如夏比冲击功，裂纹尖端张开位移，落锤撕裂实验和上裂韧性的测量分析，表明DWTT当量Cv方法，M=Cv^1/2/YS参数法，Leis修正法可以不同程度的修正这种偏离，使预测值更接近实测值，从而大大提高了对管线裂纹上裂预测的准确性。     

关于输气管道的止裂研究

输气管道的建设首先要考虑的是安全问题,即管道的止裂问题。如何正确合理地确定管材止裂韧性数值是这一问题的关键。文章作者先后二十余年对国内外大量管线断裂事故作了调查研究,并结合自身的实践经验,首先从管材缺陷的允许值及临界裂纹长度这一角度提出了防止起裂应注意的问题,又着重介绍了利用Battelle方法计算止裂的是低冲击韧性值以及定货规范中对CVN值的要求,并对管道工作者提出了急需攻克的四个技术难点和有益的建议。     

日本新日铁X80级管线钢管研究概述

简要介绍了世界上已建的X80级管线工程。重点介绍了日本新日铁X80级UOE钢管的生产工艺和力学性能,并根据中国西气东输二线工程备选设计方案采用日本HLP提供的模拟方法对X80级输气管道延性断裂扩展行为进行了模拟计算。计算结果表明,中国西气东输二线工程备选方案对延性断裂的止裂韧性要求较高。     

基于裂纹尖端张开角的Battelle双曲线模型修正

天然气管道止裂控制的核心是管道止裂韧性的预测,对于强度高、韧性好的高钢级管道,传统基于夏比冲击韧性的Battelle双曲线模型(BTCM)已不再适用,亟待基于新的断裂参数建立相应止裂控制准则。针对这一问题,选取具有广泛应用前景的裂纹尖端张开角(λ_CTOA)作为止裂韧性参数对BTCM进行修正。根据管道裂纹扩展过程受临界λ_CTOA控制的基本事实,由能量平衡理论建立了基于临界λ_CTOA的管道止裂压力求解模型。借助管道裂纹动态扩展数值模拟方法,通过大量计算讨论了不同止裂韧性临界λ_CTOA下裂纹前缘压力与裂纹扩展速度之间的关系。基于上述结果数据对BTCM进行修正,形成了基于临界λ_CTOA的双曲线模型(CBTCM)。将不同模型止裂压力与裂纹扩展速度预测结果对比可知,CBTCM模型有望解决传统模型预测结果偏于危险的问题,为高钢级管道止裂控制提供了全新参考。     

天然气管道延性断裂止裂控制技术进展

随着管道钢强韧性的增加 ,延性断裂成为管道断裂的主要形式。为避免爆破等灾难性事故的发生 ,天然气管道延性断裂裂纹扩展和止裂控制成为国内外研究的重点。欧美研究机构通过大量的实验室及全尺寸爆破试验 ,建立了输气钢管延性断裂的止裂公式 ,为管道设计和止裂预测提供了便利 ,并在天然气管道延性断裂止裂控制中得到了广泛应用。本文重点介绍了Battelle双曲线模型和能量平衡模型的基本原理 ,比较了Battelle、Leis以及作者由统计分析所得预测模型之间的适用范围 ,同时讨论了两种模型在应用中存在的几个问题 ,为天然气管道止裂研究提供帮助。     

西气东输二线用X80级钢管断裂韧性指标探讨

回顾了管线裂纹止裂研究的成果,通过实物试验分析表明,20世纪70年代的止裂公式在确定高韧性管线的止裂行为上已偏于危险。结合西气东输二线工程工况,提出了断裂韧性指标确定的原则和基本要求。根据不同标准对延性止裂的论述,通过止裂韧性研究,确定了西气东输二线用管止裂所需的韧性指标。     

高钢级管道全尺寸气体爆破试验技术研究

为了全面掌握高钢级管道止裂韧性预测方法,对高钢级管道全尺寸气体爆破试验技术进行了研究。在设计试验流程、钢管排布、传感器安装和数据采集等方案的基础上,对Φ1 422 mm X80钢级螺旋缝埋弧焊管进行了压力13.3 MPa的全尺寸气体爆破试验。结果显示,管道全尺寸爆破试验顺利实施,裂纹扩展速度、减压波等数据采集技术可靠,测试结果准确,与理论计算结果一致性较好。结果表明,我国已攻克并掌握全尺寸气体爆破试验关键技术,进一步提升了管道断裂控制研究方面的能力。     

X80管线钢与氢环境相容性试验研究

针对在高压气相氢环境下开展的X80管线钢慢应变速率拉伸试验、断裂韧性试验、疲劳裂纹扩展速率试验,分析了不同氢分压对X80管线钢力学性能、疲劳性能及断口形貌的影响规律。研究结果表明,氢分压是影响材料氢脆和疲劳性能的重要因素,随着氢分压的增加,X80管线钢的氢脆敏感性显著增大,缺口疲劳试样的疲劳循环次数显著降低,断口韧窝间出现典型的具有小平面和撕裂棱的准解理特征脆性断裂形貌,疲劳裂纹扩展速率急剧增加,增加了管道失效风险。研究结果可为高强度输送掺氢天然气管道工程临界评估提供参考。     

X70管线钢动态断裂的热激活实验与分析

在不同温度下研究了X70管线钢动态断裂韧度KⅠd,JⅠd和止裂韧度KⅠa以及夏氏V形缺口冲击韧度 (CVN)。研究表明 ,断裂韧度受温度和加载速率的影响较为强烈 ;存在由加载速率变化引起的韧 脆断裂转变。通过热激活实验和分析 ,导出一个定量关系式 ,可以解释不用温度和不同加载速率条件下的断裂过程 ;在加载速率K· =15MPa·m /s条件下 ,该式可以预测动态断裂韧度和X70管线钢的止裂韧度KⅠa,为小尺寸试样测定止裂韧度提供了测试的可能途径。     

油田常用橡胶断裂韧性的实验测定

给出了带裂纹橡胶零件的开裂判据Ｊ≥ＪＣ。由标准橡胶试件的实验发现, 试件拉断时的最大载荷和裂纹开始启裂时的临界载荷, 均与裂纹相对深度ａ／ ｗ 呈线性关系, 且随着裂纹相对深度的增加而减小。利用载荷位移曲线上的裂纹启裂点拟合出了裂纹启裂迹线, 进而采用裂纹启裂迹线法测定了油田常用橡胶的临界Ｊ积分值（ 断裂韧性） , 计算时去除了远离裂尖区域所吸收的能量, 得到４ 种橡胶的临界Ｊ积分值, 即２４０ 号橡胶的ＪＣ＝ ７－１５ ×１０ － ３Ｊ／ｍｍ２ ; ８０２ 号橡胶的ＪＣ＝４－７８ ×１０－ ３Ｊ／ｍｍ２ ; ８１３ 号橡胶的ＪＣ＝ ３－８５ ×１０ － ３Ｊ／ｍｍ２ ; ８１４ 号橡胶的ＪＣ＝ ３－６９×１０ － ３Ｊ／ｍｍ２ 。     

三维断裂理论在管线钢安全评定中的应用

引入三维应力约束Tz理论和等效厚度概念 ,对三维裂纹的应力强度因子和断裂韧性的计算进行了改进 ,并通过含表面裂纹、单边和双边角裂纹的断裂试验验证了三维断裂理论用于油气输送管线钢剩余强度评定的可行性。试验结果表明 ,此管线钢中的裂纹起裂韧性Ki值随裂纹形态和方位的不同有较大差别 ,且都低于穿透裂纹的起裂值。经三维断裂理论分析后发现 ,所有三维裂纹形态的三维起裂韧性Kzimax都与穿透裂纹的三维起裂韧性Kzithrough值很接近。这说明三维起裂韧性Kzi基本与裂纹形态和几何尺寸无关 ,管线钢的断裂韧性得到统一。     

深海用高强厚壁直缝埋弧焊管开发技术难点分析

深海油气管道对管道用管材的可靠性提出了更高的技术要求,高强度大壁厚直缝埋弧焊管是深海油气输送管道的方向发展。从深海用高强度厚壁直缝埋弧焊管对管线钢板材及钢管在高强度、高韧性和抗脆断、高尺寸精度、低焊接碳当量和良好焊接性以及抗腐蚀性等方面的高技术要求入手,详细分析了高强度厚壁管线钢材料、板材质量控制和钢管制造工艺等方面存在的技术难点,提出了解决思路。