温度和不均匀沉降耦合作用下埋地管道力学性能

埋地油气管道一旦发生泄漏、爆炸等事故,其危害巨大,因此研究温度和不均匀沉降耦合作用下埋地管道的力学性能,开展安全风险评价十分重要。建立管道-地层整体模型,采用有限元分析软件ABAQUS进行非线性求解。通过间接耦合法实现温度作用和隧道开挖作用的耦合,分别模拟了不同管径、壁厚、埋深条件下的埋地管道应力应变状态,得出在不同影响因素下管道Mises应力和纵向位移的变化规律。分析结果表明:在温度变化和不均匀沉降耦合作用下,管径和壁厚对埋地管道应力应变状态有较大影响,管径越大,管道Mises应力越大,纵向位移越小,壁厚越大,管道Mises应力越大,纵向位移越大;当管道处在隧道上方时,一定埋深范围内,埋深对管道的应力应变状态影响较小,管道Mises应力和纵向位移随着埋深的增加并无明显变化;管道接口与直管连接处出现应力集中现象,实际运行过程中应注重该部位的检测和维护。     

管土接触作用下管道沉陷复杂应力分析

场地沉陷是导致埋地管道破坏的重要原因之一.应用管道与土体接触作用的半无限屈服理论,建立了沉陷作用下管土相互作用模型,以土壤和管道自重为载荷,计算了沉陷区长度、壁厚、内压、管径、管土摩擦因数、管道埋深等复杂因素作用下的管道应力,分析了其对管道Mises应力的影响规律,进而评估管道的安全性.算例分析结果表明,该方法能够较好模拟管道的破坏过程,可为沉陷区域埋地管道数值模拟提供理论依据.（表3,图7,参10）     

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.     

组对焊接管道自由端最大允许位移的模拟计算

由于腐蚀穿孔和第三方破坏等原因,油气长输管道发生了多起泄漏事故,开展现场抢修作业,焊接前需进行管口组对。以不同钢级、不同管径、不同壁厚的一系列管道为研究对象,针对天然气长输管道组对等抢修作业的管道位移需求,根据长输管道结构特点和管道周围土体的力学特征,考虑管土耦合作用,采用D-P模型对埋地管道进行变形模拟和应力分析,求取不同管道系列在不同开挖长度下自由端的最大允许位移量。结果表明:管道自由端的最大允许位移量受管径、壁厚及钢级的共同影响,与开挖长度和壁厚正相关,与管径负相关,计算结果能够为抢修作业时的管道开挖长度提供理论参考。(图6,表4,参21)     

一种在役管道弯头走向参数测量计算方法

管道完整性管理是确保管道安全运行的重要手段,管道弯头走向参数是实现管道完整性管理必不可少的基础数据,在管道智能检测过程中获取管道弯头走向参数信息已成为管道业主的迫切需求。提出了一种管道弯头走向参数测量计算方法,以MEMS陀螺仪与加速度传感器为主要惯性测量器件,并将其集成于管道智能检测器电子包,在进行管道智能检测的同时获取惯性测量数据,针对惯性测量数据建立了数学模型,同时给出计算方法。将方法应用于实际管道智能检测工程,在不增加检测成本的前提下,实现了对管道弯头曲率半径、弯头偏转角度及弯头偏转方向3个参数的测量,满足了管道完整性管理需求。     

基于壳单元的连续型采空区埋地管道应变分析

采空沉陷区管道在地表变形的作用下会产生较大的应变,导致管道拉裂或屈曲失效,因而建立了三维连续型位移采空区管道应变数值计算模型,该模型使用非线性壳单元模拟管道,非线性弹簧模拟管土间相互作用。基于有限元模型,分析了管道应变空间分布特征及其随主要影响因素的变化规律。结果表明:连续型采空沉陷作用下管道会产生与地表一致的垂向位移,管道内弯曲应变远小于轴向应变;采空沉陷区管道的轴向应变随着覆岩岩性硬度的增强而增加,随着走向长度、开采深度的增加而增加,而煤层采厚对轴向应变几乎没有影响;管道内压、管道埋深、管土间摩擦折减因数的增加均会导致管道轴向应变的增大,增加管道壁厚能够有效减小管道的轴向应变。     

山地悬空管道地震作用下的动态响应分析

山地石油天然气管道不可避免的要跨越一些悬空地区,悬空管道一旦遭遇地震破坏将会造成重大损失和增加抢修难度,因此研究悬空管道在地震作用下的动态响应尤为重要。而目前针对山地悬空管道抗震性能的研究较少,悬空管道在地震作用下的动态响应还不是十分清楚。利用有限元软件ABAQUS对悬空管道进行了模态分析和地震响应分析,对不同的参数进行了研究并绘制了管道的应力和位移曲线图。研究结果表明,管道壁厚、悬空长度、管径都会对山地悬空管道在地震作用下的动态响应产生一定的影响,其中悬空长度和管径影响最大。该研究结果为悬空管道在地震作用下的受力性能分析提供了依据。     

河流穿越段水流冲刷作用下输气管道应力分析

河流穿越段输气管道在不同环境介质作用下易产生弯曲变形,是威胁管道运行安全的重要隐患。对河流穿越段不同环境介质作用下的输气管道进行应力分析,建立漂浮管段静力学分析物理模型,运用ANSYS软件对漂浮管段应力分布进行模拟,得到管道应力与应变分布情况,并讨论管道内压和水流速度对不同管径管道最大应力的影响及其变化规律。研究结果表明:管道内压或水流流速的增加会使管道受到的最大应力增加,且随着管道内压或流速的增大,管道最大应力的增长速度也变快;在流速或管道内压不变的情况下,随着管径的增加,管道受到的最大应力增大。(图9,表2,参20)     

深水海底管道J形铺设参数

J形铺设是铺设深水海底管道的一种重要方法.考虑J形铺设时管道的几何非线性特性,建立了基于管土相互作用的深水J形铺设有限元模型,并针对其主要影响因素的相关参数进行研究,为深水海底管道J形铺设提供技术支持.研究结果表明:铺设角度越大,触地区附近管道应力越大,管道顶部张力越小;铺设水深增加,触地区附近管道应力明显减小,管道顶部张力明显增加;管道壁厚增加,管道上部应力及顶部张力明显增加;土体刚度影响触地区附近的管道形态,对管道整体形态影响很小.(表1,图14,参10)     

国内外管道壁厚设计差异

各个国家在进行管道壁厚设计时所遵循的壁厚规范是不同的,在同一工况下设计的壁厚有所差异。为了保证壁厚计算的精确性,需要对各个国家的壁厚设计进行对比分析。主要介绍了美国、加拿大、英国、德国、欧洲、澳大利亚、俄罗斯及中国在管道壁厚设计规范的主要区别,列出了各个规范中采用的主要计算公式,分析了各个规范有关设计压力、管径、韧性和安全系数的定义和取值规定,对所有计算公式进行分类总结,并对计算结果进行了比较。同时对各个国家选用的壁厚设计规范进行评价和分类总结,便于工程设计人员合理分析使用。经比较发现,虽然公式形式略有不同,但均可回归到理论的壁厚计算公式。     

基于可靠性的小口径天然气管道设计方案优选

基于可靠性的设计方法针对管道实际失效形式,对不同极限状态的荷载和抗力等不确定因素进行定量分析,确保管道安全可靠。全生命周期费用的比选可权衡管道耗材、施工、运行维护及失效后果,在保证安全的前提下,实现管道经济性最优。针对管径273 mm的某天然气管道,首次采用基于可靠性的设计方法进行钢管壁厚设计。利用调研得到的管道材料、施工及运维等不确定参数,计算目标可靠度下的临界壁厚;根据规格壁厚的规定,分别对5.2 mm、5.6 mm、6.4 mm及7.1 mm壁厚方案的全生命周期费用进行定量计算分析。结果显示:5.2 mm方案的建设期和运营期费用最低,但失效概率大导致其潜在损失费用明显高于其他方案;6.4 mm方案的全生命周期费用最低,30年总费用比5.2 mm方案低0.51%。基于管道安全可靠性和经济适用性的综合考虑,推荐采用壁厚6.4 mm方案。     

大口径长输管道用弯管的设计制造

在国内外缺少适用于大口径长输管道用的大曲率半径的弯管设计、制造规范的情况下，建议在符合现有规范的条件下设计时，应考虑曲率半径的选取尽可能小，以减小所需变制设备、芯模的规格尺寸和空间场地；当弯管和与之相连的直管材质不同时，应在壁厚计算公式中乘以两种不同材质的屈服强度比值；为节省投资和合理利用钢材，应慎重确定弯管制造的壁厚减薄量；为保证弯头质量，在选材上不宜选用螺旋焊缝钢管，而应选用高强度低合金钢管或     

有分支天然气管道的优化设计

管道系统的优化设计,即注管径、壁厚、压缩机参数等主要工艺参数的最佳组合,使系统在技术上可行,经济上合理。考虑到沿线有分支天然气管道,进分气会导致各段管径,壁厚等参数的变化,同时根据技术经济学原理,引入终值费用作为管道的经济指标,建立了优化数学模型。利用混合离开变量优化方法进行求解,结果结果证明了该设计方法具有可行性。     

原油管道冷热交替输送的安全性计算

应用理论计算模型,基于某原油管道的基础参数、管材特性、土壤类型和冷热交替输送的运行参数,对典型管段进行管道温度、压力载荷作用下的结构分析、静态强度校核、稳定性分析及疲劳寿命计算,结果表明:管道的径向稳定性、轴向稳定性、直管强度、弯头强度均满足运行要求;管道含平面缺陷和深埋缺陷的疲劳寿命均随管径的增大而缩短,随压力波动幅度的增大而缩短,随缺陷深度的增大而缩短.研究成果可为冷热交替输送的原油管道前期设计提供借鉴,对其运行安全性提供校核.     

埋地管道应力分析方法

油气输送管道大部分为埋地管道,其应力分析与工艺管道不同,关键在于准确模拟管道与土壤的相互作用。结合国际上广泛运用的CAESARII和AUTOPIPE软件设计思路,阐述了埋地管道应力分析模型中对埋地管道离散化的理论基础和方法,模拟土壤与管道相互作用的原理以及相关数据的计算方法;对比分析了ASMEB31.4、ASMEB31.8及国内相关油气输送管道设计规范对管道应力的校核要求;结合工程实例深化了埋地管道应力分析方法,对于开展管道应力分析工作具有积极作用,有利于增进对于管道应力分析及管道应力安全问题的认识。     

轮南首站管道弯头爆裂的力学分析

对轮库输油管道轮南首站的Φ720×8 mm管道弯头发生的爆裂进行了力学分析,分析采用了有限元法。分析与计算结果表明,弯头爆裂时的0.04 MPa工作内压不是爆裂的因素,而是由于温差的作用,在弯头处产生较大的弯矩,继而引起较大的弯曲环向应力。当温差超过一定值时,由它所引起的弯曲环向应力使管道弯头焊缝爆裂。     

埋地油气管道弯头的强度计算

通过理论分析导出了埋地弯头附加弯矩的新计算公式,其推导依据是:“弹性抗弯铰”假设,不考虑弯头受到的土壤抗力,但考虑弯头承受的内压;土壤对直管道纵向位移的抗力与纵向位移的关系为双线性,即考虑弹性工作段和极限平衡段(塑性工作段);土壤对直管道横向位移的抗力满足Winkler假定;将弯头两端的直管看作半无限长的梁或杆;同时考虑温差和内压对管道位移的影响。将新公式的计算结果与有关油气管道设计规范推荐公式的计算结果进行了比较。讨论了弯头的强度验算方法和管土相互作用参数的确定方法。推荐了实用的埋地弯头强度设计计算公式。     

典型地质灾害下埋地管道的应力计算

地质灾害是导致埋地油气管道破坏失效的主要原因之一,特别是管道沿线的山体滑坡、地层沉降及地面塌陷等严重威胁着管道的安全运行。基于已有研究,介绍了几种分析管土耦合作用的常用模型,总结了地质灾害作用下埋地管道应力计算方法。采用实验模拟与数值模拟相结合的手段,开展了塌陷、沉降以及滑坡地质灾害下管土相互作用实验以及FLAC 3D数值模拟,分别得到了3种地质灾害下的管道应力分布情况,通过比较实验结果、数值模拟结果以及管道理论模型计算结果可得:采用有限差分软件FLAC 3D开展管土相互作用模拟是可行的;仅考虑管道、输送介质以及土体重力载荷得到的理论计算结果与实验及数值模拟的结果相差很大,需要考虑土体摩擦力以及黏聚力等参数的影响,对管道应力计算方法进行改进。     

关于内镶式滴灌带、管标准的探讨(英文)

该文通过采集不同壁厚,管径分别为￠12 mm、￠16 mm的内镶式滴灌带,同时施加不同力值。试验表明,滴管带管径越小、壁厚越薄、力值越大,合格率越低;管径越大、壁厚越厚、力值越小,合格率相对越高。应该将试验拉力改为90 N较合理。并针对试验中的问题,分析了存在问题的原因。分别是由于生产工艺导致无法满足标准要求、规格不同,技术要求却一视同仁、标准要求130N拉力不适应。     

一种新的等参数弯管单元一线性分析

管道弯头的强度研究是个很重要的问题。本文采用有限单元法中一种新的、有效的等参数四节点弯管单元,分析了弯头的应力与变形。导出了线性分析的应变位移矩阵及刚度矩阵。