基于可靠性设计方法的长输管道选材方案

针对国内某长距离通过多年冻土地区管道的选材问题,在经济、技术方案比选的基础上,基于管道的可靠性设计,结合管道的失效原因、失效类型和极限状态分析,对X52、X60钢级的管道抗力进行分析,认为X52钢级、9.5 mm壁厚管道的抗力水平整体明显高于X60钢级、8.7 mm壁厚管道,除抵抗第三方机械挖掘破坏刺穿能力相当外,其他方面的性能优势明显,尤其是极限拉伸应变和压缩应变,分别提高了17%和31%。利用材料、施工和运行维护不确定性参数,采用蒙特卡洛方法,定量计算X52、X60管道在腐蚀和第三方机械挖掘破坏情况下的失效概率水平,结果显示采用X52钢级方案管道失效概率远小于采用X60钢级方案。在费用增加约3.5%的情况下,基于管道的安全可靠性考虑,设计推荐采用X52钢级、壁厚9.5 mm方案。     

现行设计系数对中俄东线OD 1422mm管道的适用性

中俄东线天然气管道工程是大口径(OD 1 422 mm)、高压力输气管道,涉及新工艺、新管材的应用,按照目前我国管道设计标准规定的设计系数确定的管道壁厚能否保证管道安全运行,是其设计过程中的技术难题之一。利用我国天然气管道可靠性设计与评价技术研究成果,结合中俄东线OD 1 422 mm管道途经地区等级、管材性能、建设及运行维护参数,依据现行设计系数计算得到中俄东线天然气管道工程的3种管道壁厚分别为21.4 mm、25.7 mm、30.8 mm。基于可靠性方法对管道失效概率进行计算分析,得到极端极限状态下管道失效概率分别为1.27×10~(-7)次/(km·a)、3.66×10~(-10)次/(km·a)、3.53×10~(-15)次/(km·a),均满足中俄东线天然气管道目标可靠度要求,表明按现有设计系数计算得到的管道壁厚对OD 1 422 mm管道设计是适用的,能够保障管道建成后安全平稳运行。     

X80大口径三通低温断裂韧性试验

油气管道站场用管要求具有较高的低温抗断裂性能,尤其是三通等管件的壁厚较大,尺寸效应显著。为了确定低温服役的X80大口径三通的适用温度和壁厚,通过夏比冲击、落锤撕裂和三点弯曲试验研究了X80大口径三通的低温断裂韧性和尺寸效应,并利用失效评估图技术进行安全评估。结果表明：X80大口径三通具有较好的低温夏比冲击性能,但抵抗低温裂纹长程扩展的落锤撕裂性能较差。试验温度高于-20℃时,随着壁厚增大,DWTT断口剪切面积减小,在20℃、0℃和-10℃试验温度下的50％剪切面积临界壁厚分别为26mm、25mm和22mm。利用三点弯曲试验测得的低温断裂韧度计算的X80三通失效评估点均在安全区域内,而且有一定的安全裕量。（图7,表3,参12）     

考虑地区等级升级的天然气管道壁厚优选方法

针对天然气管道运营后期地区等级升级造成管道风险不可接受的问题,尝试从壁厚设计角度解决该问题,提出一种考虑地区等级升级的管道壁厚优选方法.该方法在基于可靠性设计和评估(Reliability-Based Design and Assessment,RBDA)方法的基础上,通过定量计算可靠度,保证管道所有地区等级风险满足社...     

均匀腐蚀速率下内腐蚀管道最小剩余壁厚预测方法

对内腐蚀缺陷管道建立了三维非线性有限元模型,预测其失效压力,并分析管道壁厚、内压、缺陷尺寸对最小剩余壁厚的影响。研究结果表明:在均匀腐蚀速率下,管道壁厚、内压、缺陷深度和长度是影响最小剩余壁厚的主要因素,缺陷宽度影响较小,可以忽略缺陷宽度方向尺寸的变化;有限元计算的最小剩余壁厚与试验结果吻合较好;最小剩余壁厚与管道壁厚、内压近似呈线性关系,与缺陷长深比近似呈负指数关系。基于有限元计算结果,拟合得到最小剩余壁厚公式,其计算值与爆破试验结果接近,可以为管道剩余寿命评价提供参考。     

无缝管壁厚误差对承载能力的影响

包钢白云鄂博铁精矿矿浆管道工程采用直径为355.6×15.5mm的X65级无缝钢管,为了获得壁厚误差对承载能力的影响规律,基于俞茂宏统一强度理论,利用解析方法计算管道的弹性极限解和塑性极限解,并进一步分析材料强度参数和拉压比对管道极限承载力的影响,以及塑性极限和弹性极限之间的裕度。结果表明:解析解中包含壁厚与外径的平方比,能够更准确地反映壁厚和外径对弹性极限承载能力的影响;管道的弹性极限承载能力满足设计压力16MPa和试验压力28.2MPa的要求,最小壁厚14.3mm满足安全要求;提高钢管的韧性,可以改善管道的承载能力;管道从弹性极限到塑性极限仅有约8%的裕度。充分考虑钢管壁厚误差,以弹性极限作为设计准则的管道更加安全可靠。     

油气管道不等壁厚环焊缝坡口形式改进

近年来,中国发生多起油气管道环焊缝失效事故,已引起国内外管道行业的高度重视。统计分析油气管道环焊缝失效案例,针对失效事故中占比较大的不等壁厚环焊缝失效进行原因分析,提出了不等壁厚环焊缝内坡口改进建议。以西气东输西四线（吐鲁番—中卫）某直径1 422 mm天然气管道工程为例,基于焊接、无损检测、坡口加工、内检测、应力集中5项原则,设计了直管与热煨弯管对接的不等壁厚环焊缝孔锥形内坡口方案,并对比分析了坡口的强度。研究结果可为提高不等壁厚环焊缝的焊接质量、提升管道本质安全提供参考。（图4,表7,参23）     

液化石油气管道的设计、施工和投运

从设计、施工和投运等方面介绍了美国一条输送液化石油气的管道。该管道的设计工作是按照ANSI-600标准进行的,工作压力为10.2 MPa,管材为X52,设定壁厚6.4mm作为管子的最小壁厚。指出了在防腐层、阀门、弯头及SCADA系统设计中应注意的问题。在施工中,穿越铁路采用混凝土涂敷管,以达到绝缘的要求;当管道穿越河流时,采用定向钻穿越。投运前,用皮碗式清管器和聚氨酯清管器清管,清管器到达终点后,管道中的流头通过临时火炬,以便排除残留在管道中的氮气。     

长输天然气埋地并行管道泄漏爆炸的安全间距

针对长输天然气埋地并行管道泄漏爆炸造成临近管道破坏的问题,采用光滑粒子流体动力学方法与有限元方法耦合模型对爆炸冲击波作用下并行管道结构响应及其安全间距进行研究。结果表明:爆炸对并行管道破坏形式为直接地冲击波超压破坏和土壤塑性挤压破坏,后者是主要作用。并行管道迎爆面正对爆心处受爆炸影响最大,最易发生失效破坏。X80钢材,外径为1 219 mm,压力为12 MPa,壁厚为22 mm的长输天然气埋地管道安全并行间距为10 m;其他条件相同,壁厚为26.4 mm、27.5 mm的长输天然气埋地管道安全并行间距为9 m。从安全生产的角度来讲,长输天然气埋地管道并行敷设时,应该优先考虑增大并行间距,其次为增加管道壁厚。     

中俄水体穿越管道工程规范对比与应用

对比分析了俄罗斯CП108-34-97《水下穿越工程规定汇编》和中国GB50423-2007《油气输送管道穿越工程设计规范》。在适用范围上,前者是针对某一条管道水体穿越工程的企业标准;后者是国内油气管道穿越工程的通用标准。在安全理念上,前者以相对安全距离要求保障事故后的人员和财物安全;后者以管道强度要求保证管道运行安全、预防事故发生。在设计安全性方面,前者计算的钢管穿越壁厚不足后者计算壁厚的70%,更强调以节省投资为前提的材料潜能的发挥。中亚天然气管道水体穿越工程,综合应用两国规范,有效保证了管道工程设计施工的科学性和安全性。     

高钢级大口径天然气管道环焊缝安全提升设计关键

高钢级管道环焊缝失效事故屡见不鲜,随着高钢级管道里程不断增加,高钢级管道环焊缝失效问题引起国内外管道行业的高度重视。对国内外典型管道环焊缝失效案例进行归类分析,基于环焊缝断裂失效的断裂力学理论,针对影响环焊缝安全性的关键环节进行失效原因分析,并提出安全提升措施,包括管道焊接工艺、钢材控制、焊接材料、焊接接头强度匹配、不等壁厚内坡口形式、无损检测、智能巡检、应力应变、施工管理等。这些措施已经推广应用于中俄东线天然气管道工程及将建的西气东输三线中段管道工程、西气东输四线管道工程,为提升高钢级管道环焊缝的服役可靠性提供了支持。(图4,表9,参25)     

输气管道干线强度设计原则

大口径、高压力天然气管道壁厚的选取,不仅会影响管道的安全运行,而且与管道工程建设投资直接相关。通过对GB 50251-2015、ASME B31.8-2007、ГОСТР55989-2014、ISO13623-2009、CSA Z662-11-2011等国内外常用输气管道干线直管段强度设计标准的相关内容进行对比,分析了各标准的设计理念、适用范围及技术优势,特别是针对管线钢随着等级提高而呈现屈强比增大的特点,比较分析了各标准对于管道壁厚设计结果的差异。随着大口径、高压力管道技术的发展,基于材料抗拉极限壁厚设计原则的俄罗斯标准更能反映出高钢级管线钢材料的特性变化。     

基于大数据的全生命周期智能管网解决方案

智能管网可以解决当前系统繁多及数据采集与应用脱节的问题,实现油气管道安全、高效、可持续发展。全面阐述了国内外数字化管道、智能管网的实施进展,分析了智能管网发展的特点、难点以及存在的问题,研究建立了管道全生命周期数据标准,构建了管道全生命周期数据库。提出了全生命周期智能管网的设计架构,包括管道全生命周期资产设施管控、运行管理控制、决策支持3个方面。提出了基于GIS的智能化管理平台方案,搭建了管道建设与运维一体化智能管理平台,一是用于建设期施工数据采集、数字化数据库移交、施工质量可视化管理;二是用于运营期腐蚀防护电位控制,在线完整性评估,高后果区、地区等级升级地区的风险评估,以及无人机巡线等完整性管理循环;三是用于管网的决策支持,包括大数据建模、应急决策支持、焊缝大数据风险识别、基于物联网的灾害监测预警、管道泄漏实时监测、远程设备维护培训、远程故障隐患可视化巡检、移动应用等。智能管网的推广应用,有利于管道管理水平的提升,为决策者提供足够的信息,从而保障管道安全、高效运营。     

管径1422mm、X80管道的风险水平北大核心

为了研究管径增大对天然气管道安全可靠性的影响,分析管径1 422 mm、X80管道方案的可行性,基于管道风险评估理论,从止裂韧性、潜在危害影响范围、临界缺陷尺寸、刺穿抗力、失效概率、个体风险及运行风险等方面,对比分析了0.72设计系数下管径1 422 mm、X80管道与0.72和0.8设计系数下的1 219 mm、X80管道的风险水平。结果表明:在同等运行条件下,与设计系数为0.8和0.72、管径1 219 mm、X80管道相比,设计系数为0.72、管径1 422 mm、X80管道临界缺陷尺寸和刺穿抗力有所提高,外腐蚀和设备撞击引起的管道失效概率有所下降,潜在危害影响区域半径增大,对应的失效后果可能增加,总体风险水平相应提高,但相差不大。研究结果可为大输量管道方案优选提供决策依据,为管径1 422 mm、X80管道工程设计与建设提供技术支撑。     

管径1422mm、X80管道的风险水平

为了研究管径增大对天然气管道安全可靠性的影响,分析管径1 422 mm、X80管道方案的可行性,基于管道风险评估理论,从止裂韧性、潜在危害影响范围、临界缺陷尺寸、刺穿抗力、失效概率、个体风险及运行风险等方面,对比分析了0.72设计系数下管径1 422 mm、X80管道与0.72和0.8设计系数下的1 219 mm、X80管道的风险水平。结果表明:在同等运行条件下,与设计系数为0.8和0.72、管径1 219 mm、X80管道相比,设计系数为0.72、管径1 422 mm、X80管道临界缺陷尺寸和刺穿抗力有所提高,外腐蚀和设备撞击引起的管道失效概率有所下降,潜在危害影响区域半径增大,对应的失效后果可能增加,总体风险水平相应提高,但相差不大。研究结果可为大输量管道方案优选提供决策依据,为管径1 422 mm、X80管道工程设计与建设提供技术支撑。     

中缅原油管道智能化运行辅助决策系统建设方案

管道智能化运行是智慧管网系统的核心业务,辅助决策系统则是支撑管道智能化运行的中枢。基于原中国石油管道有限责任公司智慧管网的顶层设计和总体框架,以中缅原油管道为对象,针对其地形起伏大、地质条件复杂、周边环境敏感等特点,开展智能化运行建设方案试点。通过分析原中国石油管道有限责任公司与国外油气管道的智能化建设框架及实践成果,在物联共享系统、数字化恢复、云数据中心建设的基础上,提出了建设由运行管控、安全管控、全生命周期完整性管理3个方面构成的辅助决策系统方案;对建设难点进行分析,探讨统筹规划、分步实施的技术路线,从而实现管道运行管控实时自主优化、安全预测预警可控、全生命周期完整性管理高度智能等智能化运行内涵目标。     

水砂射流冲蚀作用下临近燃气管道可靠性

为研究水砂射流冲蚀作用导致临近燃气管道的失效概率,分析了管材的临界应变与砂粒在管壁表面形成塑变脊的影响,推导出冲蚀磨损率预测方程。利用Fluent 软件模拟计算水管泄漏射流速度、冲蚀面积分布,并结合冲蚀磨损率预测方程构建冲蚀磨损速率方程。最后基于最小壁厚准则,建立了燃气管道失效概率的计算方法。研究结果表明:①通过临界间距判定分析,可获得不同水管内压、冲蚀时间下的临界间距;②增大水管内压、冲蚀时间、砂粒粒径,减少管道间距、管道壁厚均会导致燃气管道的失效概率增大,其中,管道间距对失效概率影响最为显著。研究结果可为失效场景定量风险评估以及水管与燃气管道并行敷设的间距设计提供参考。     

基于二阶矩法的内压圆柱壳可靠性设计

利用二阶矩法推导出内压圆柱壳基于弹性失效设计准则的中径公式、Mises公式和全塑性失效设计准则的Mises公式的可靠性系数的表达式,然后将其应用于一算例当中,比较内压圆柱壳的常规设计与可靠性设计.结果表明:利用同一失效准则的同一强度理论,内压圆柱壳的可靠性设计要比常规设计经济,且厚壁柱壳的经济性越发明显.基于二阶矩法的内压柱壳的可靠性设计准则的选择为:当计算压力较低时,选择基于中径公式推导出的可靠性系数表达式;当计算压力较高时,选择基于全塑性失效设计准则的Mises公式推导出的可靠性系数表达式.     

中俄东线OD 1422 mm埋地管道的断裂控制设计

中俄东线天然气管道是中国首条大口径OD 1 422 mm输气管道,途经东北严寒地区,钢级为X80、设计压力为12 MPa,其断裂控制设计是难点。结合断裂失效模式,明确了该工程断裂失效的控制原则。根据中俄东线管输天然气组份、管道壁厚、流变应力、运行温度及管沟回填等参数,采用断裂力学理论及相关模型计算了钢管焊缝和热影响区的起裂韧性、钢管管体止裂韧性以及环焊缝的起裂韧性,制定了中俄管道的钢管和环焊缝韧性指标。对比工程推荐采用的指标,该断裂韧性推荐指标在符合计算需求量的基础上,均有一定的裕量,能够满足管道的断裂控制要求。同时为了确保管道吊装下沟时环焊缝安全,对管道的韧脆转变温度和下沟温度下限值提出了建议。     

钢质天然气管道弯头壁厚设计

现行的输气管道相关规范规定,弯头壁厚8是弯头所连接的直管段管壁的计算厚度.分析了相关压力管道设计规范及管道和弯头的壁厚计算公式和程序,并以某工程天然气管道为例进行了壁厚计算,提出了应依据直管段最终选定壁厚来计算和确定弯头壁厚的建议.