氢致微裂纹应力腐蚀损伤管道的寿命预测

管道的断裂损坏常常始于微裂纹,研究微裂纹的形成原因、分布情况、扩展规律、扩展速率和影响因素等对于管道的寿命预测有重要的参考价值。基于损伤力学原理分析了管道应力腐蚀损伤演化模型,根据微裂纹扩张的位能和动能计算式以及能量守恒原理,推导得出氢致微裂纹扩展速率与管道剩余寿命的关系:微裂纹扩展速率与氢压有关,随着氢压的增大而增大。结合实例计算了管输介质H2S和CO2含量对管道剩余寿命的影响规律,结果表明:当管道中同时存在CO2和H2S时,管道腐蚀加剧;当输送压力和其他参数不变时,随着H2S和CO2含量增加,管道剩余寿命逐渐减小。     

裂纹倾角对管道表面裂纹断裂参数的影响北大核心

钢制输气管道在制造、安装或运行过程中不可避免地会产生表面裂纹缺陷,这些表面裂纹在外力和腐蚀作用下发生扩展造成管道破裂失效,将严重影响高压天然气管道的安全运行,因此,开展了表面裂纹倾角对断裂参数影响规律的研究。采用ANSYS有限元模拟软件,建立了内压作用下含不同表面裂纹的管道的有限元模型,分析了不同倾角表面裂纹的J积分变化规律。研究表明:裂纹尖端J积分值随裂纹倾角近似呈余弦函数规律变化,在相同边界条件下,表面裂纹与管道轴向平行时,J积分值最大,此时表面裂纹最易发生扩展;表面裂纹与管道轴向垂直时,J积分值最小,此时表面裂纹发生扩展的可能性较小。     

裂纹倾角对管道表面裂纹断裂参数的影响

钢制输气管道在制造、安装或运行过程中不可避免地会产生表面裂纹缺陷,这些表面裂纹在外力和腐蚀作用下发生扩展造成管道破裂失效,将严重影响高压天然气管道的安全运行,因此,开展了表面裂纹倾角对断裂参数影响规律的研究。采用ANSYS有限元模拟软件,建立了内压作用下含不同表面裂纹的管道的有限元模型,分析了不同倾角表面裂纹的J积分变化规律。研究表明:裂纹尖端J积分值随裂纹倾角近似呈余弦函数规律变化,在相同边界条件下,表面裂纹与管道轴向平行时,J积分值最大,此时表面裂纹最易发生扩展;表面裂纹与管道轴向垂直时,J积分值最小,此时表面裂纹发生扩展的可能性较小。     

注水管道腐蚀缺陷裂纹扩展速率的确定方法

在试验的基础上，研究了注水管道中以腐蚀为主、疲劳为辅的腐蚀缺陷裂纹扩展机理，认为腐蚀缺陷裂纹扩展主要是由印化膜开裂引起的。在此基础上，建立了腐蚀缺陷裂纹扩展率的数学模型，并提出了求解此数学模型的有效方法，以胜利油田营－11试验区某段加缓蚀剂的注水管道为例，利用腐蚀缺陷疲劳裂纹扩展数学模型预测注水管道腐蚀缺陷尺寸随时间的变化趋势，预测结果和智能检测仪的检测结果基本一致。     

输油管道腐蚀状况与剩余强度分析

针对发生了腐蚀爆管的某输油管段,测量其腐蚀爆裂区域面积、腐蚀坑尺寸以及分布情况,运用SEM和XRD方式分析了腐蚀产物的成分,并对管道腐蚀剩余强度进行计算。结果表明:该管道防腐层基本脱落,爆裂口处腐蚀减薄最为严重,最大腐蚀深度6.03mm,腐蚀坑呈不连续分布;腐蚀产物主要成分为Fe3O4,腐蚀产物层相对致密,且存在许多微裂纹,微裂纹最大宽度为8m;管道爆裂口处的腐蚀剩余强度最低,仅为2.07MPa。基于上述分析,基本掌握了该管道的整体腐蚀状况,可为制定安全运行方案提供参考依据。     

基于使用寿命模型的含裂纹钢制管道剩余寿命计算

为研究带有裂纹损伤管道剩余寿命的计算方法,针对正常使用环境下的钢制管道提出了同时考虑变形和承载力要求的含裂纹管道的使用寿命模型,该模型包括2个阶段,即裂纹萌生阶段和裂纹扩展阶段。对裂纹萌生阶段和裂纹扩展阶段分别采取局部应力应变状态方法和弹塑性断裂力学裂纹扩展理论方法进行分析,推导出管道在2个阶段剩余寿命的计算方法。在此基础上综合考虑环境以及平均应力对裂纹扩展速率的影响,根据安全系数法的原则,讨论了含裂纹钢制管道剩余寿命的计算问题,给出了含裂纹钢制管道剩余寿命的计算公式,为工程实践提供了理论依据。     

高钢级管道环焊缝应变能力评价

为了评价高钢级管道环焊缝的应变能力,建立了基于材料损伤理论的管道环焊缝有限元模型。通过优化裂纹尖端网格尺寸,准确模拟了裂纹尖端的应力分布及撕裂过程。采用屈服强度和均匀延伸率表征高钢级管道的材料特性,计算并分析了管道环焊缝的裂纹驱动力曲线,建立了裂纹扩展失稳准则和材料断裂韧性准则两种失效判据,研究了管道材料性能、裂纹长度及内压对裂纹驱动力的影响,定量分析了这些影响因素与管道应变能力之间的关系。结果表明:较之内压,裂纹长度对管道应变能力影响较大,材料均匀延伸率较屈服强度对管道的应变能力影响更大。针对基于应变设计的管道,建议对环焊缝提出均匀延伸率等塑性容量指标的要求,从而更好地为基于应变的高钢级管道的设计和评价提供技术依据。     

庆铁输油管道腐蚀状况分析

通过对庆铁输油管道初步查明的腐蚀分布状况进行分析,提出了埋地钢质管道外腐蚀的机理和腐蚀分布基本规律,将管道划分为极重腐蚀、重度腐蚀、中度腐蚀、轻度腐蚀和无腐蚀5个腐蚀等级,结果表明,管道腐蚀呈高度集中性,腐蚀严重管段的分布有往坡上和坡下集中的倾向,且腐蚀环向分布极不均匀,同时指出,管道防腐层的微裂纹最易在3、9点钟部位形成.     

输气管道裂纹动态扩展的数值模拟

作为输气管道止裂控制的重要依据,必须要求其裂纹驱动力小于管道材料的断裂韧性,在这种情况下进行裂纹动态扩展的数值模拟就显得非常重要.建立了输气管道裂纹动态扩展的有限元模型,用弹塑性、大位移四边形的壳体单元离散管道.裂纹尖端后面的气体压力简化为指数衰减模式.裂纹的开裂采用节点力释放方法来模拟,即根据裂纹扩展速度,依次解除裂纹尖端的节点连接.裂纹驱动力用能量释放率G和裂纹尖端张开角CTOA两个断裂力学参量表示.分析了裂纹驱动力随内压的变化规律.提出的计算模型可为输气管道的止裂设计提供分析工具.     

冷却介质对YG8硬质合金热疲劳性能的影响

采用V型缺口试样,研究了YG8硬质合金在10～650 ℃热循环下冷却介质分别为pH=5.2的盐酸溶液、pH=7.4水、pH=8.8的氢氧化钠溶液的热疲劳行为.通过扫描电镜和变焦体显微镜观察疲劳断口形貌和疲劳裂纹形貌,研究热疲劳裂纹形成与扩展机制.结果表明：冷却介质对热疲劳性能影响显著,同样循环次数下在pH=5.2的盐酸中冷却先出现裂纹,且扩展速率较快;pH=8.8的氢氧化钠溶液次之,水(pH=7.4)是三者中抗热疲劳性能最好;在中性介质中,裂纹的扩展方式主要为WC相缺少Co粘结相的粘接作用而不断被剥落产生微孔洞,随着微孔洞尺寸不断变大,相邻的孔洞将相连形成微裂纹,沿WC/Co相界面扩展,在腐蚀介质中,疲劳裂纹形成过程变得十分复杂,扩展方式主要为裂纹穿过腐蚀疲劳坑和通过大尺寸的团聚物扩展.