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）     

管径1524 mm的X90螺旋埋弧焊管研发

采用高压力、大口径、高钢级管道进行长距离的天然气输送已成为管道工业的重要发展趋势。X90管线钢管的应用将提高管道输送量,减小钢管有效壁厚,降低管道建设成本。采用低C、高[Mn+Nb]、高[Mo+Cr]的合金化成分设计及纯净钢冶炼技术与控轧控冷技术,开发出以粒状贝氏体为主的壁厚20.3 mm的X90热轧卷板;通过焊接工艺试验研究,优化设计出壁厚20.3 mm的X90管线钢管的焊接工艺;通过制管成型参数的优化设计,实现了高强度、大口径螺旋埋弧焊管的低残余应力控制。测试结果表明:试制开发的管径1 524 mm、壁厚20.3 mm的X90螺旋埋弧焊管的各项性能指标均达到相关技术规范要求,为X90高强度大口径钢管在中国的建设应用做好技术储备。(图6,表11,参26)     

中俄东线站场X80异径三通低温韧性指标的确定

针对中俄东线站场低温环境(-45℃)用X80异径三通断裂控制问题,考虑三通的壁厚效应、结构的应力集中等影响,建立含缺陷X80异径三通有限元模型,应用BS 7910-2019《金属结构裂纹验收评定方法指南》和API 579-1/ASME FFS-1-2016《合于使用》中的失效评定方法,计算X80三通管体及焊缝的启裂韧性,通过断裂韧性与夏比冲击功关系式,确定了-45℃下X80三通夏比冲击韧性指标。结果表明:三通焊缝断裂韧性应大于37.79 MPa·m~(1/2),夏比冲击功单个最低值不小于32.22 J;三通管体肩部内表面应力强度因子最大,其断裂韧性应大于42.46 MPa·m~(1/2),夏比冲击功单个最低值不小于38.85 J。结合国内外管件标准要求,确定了中俄东线天然气管道工程用直径1 422 mm×1 219 mm的X80异径三通的低温韧性指标。(图5,表3,参19)     

高压力大口径输油气管道钢管壁厚的选择

对于油气长输管道系统,合理选用线路钢管,不仅对管输系统的安全运行至关重要,而且可以节省管道建设投资。描述了相关标准选择钢管壁厚的传统原则以及高等级地区钢管壁厚的选择原则。分析了在人烟稀少地区采用0.8的强度设计系数选取管道壁厚的可行性;鉴于厚壁钢管生产难度的限制,研究了在高等级地区降低输气管道壁厚的实用性问题以及材料可用厚度的断裂力学限定问题。通过对管道断裂力学的限定分析,结合工程实例计算验证,得出高压力大口径管道在选用不同钢级钢管时理论壁厚的参考值。     

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。     

X80钢级大口径三通应力分析与结构优化

利用非线性有限元分析技术和双线性材料模型,分析了大口径三通两个应力集中区域的应力分布特性。利用VS2005、ANSYS和Pro/E开发了三通优化模块,给出了优化结果,得到了合理的三通结构,可以有效降低三通的应力集中程度。分析了壁厚、支管半径与三通最优结构参数之间的关系,为高钢级三通热压成型工艺参数优化提供了参考依据。     

高钢级大口径油气管道在役自动焊工艺

随着长输油气管道建设朝高压力、大口径、高钢级、大壁厚方向发展,油气管道在役焊接涉及的开孔三通、修复套筒等管件的壁厚也随之增大,采用手工电弧焊进行油气管道维修焊接效率低,且焊接质量难以保证,因此亟需实现油气管道在役焊接的机械化施工。从焊接工艺的选择、焊接试验过程、焊接材料选择、保护气体的影响以及焊接工艺评定试验等方面,开展了油气管道在役焊接自动焊工艺研究。通过自动焊技术在中国高钢级、大口径天然气管道B型套筒在役焊接中的现场工程应用,论证了在役焊接自动焊工艺的可行性。最后,提出了在役油气管道自动焊技术推广的建议。(图2,表1,参20)     

中俄输气管道技术方案研究

根据中俄输气管道工程可行性研究报告中的基础参数,通过对输气工艺的水力计算、X70和X80两种钢级用管壁厚计算以及投资对比分析,提出了未来中俄输气管道项目可采用的输送技术方案,并根据管道建设的需要,提出了当前应积极组织X80级管道钢应用研究的建议。     

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。     

中俄东线站场用直径1422 mm×1219 mm三通设计

针对中俄东线站场低温环境用直径1 422 mm×1 219 mm三通设计难题,通过国内外管件标准对标、类似工程调研等手段,从设计温度的确定、材料选择、结构尺寸设计、夏比冲击韧性的制定等方面进行全面研究,确定中俄东线站场管件最低设计温度为-45℃,三通材料选用X80;采用SY/T 0609—2016《优质钢制对焊管件规范》中的极限分析设计方法确定三通原始厚度为57 mm,三通支管端部到主管中心线长度为1 090 mm;夏比冲击试验温度确定为-45℃,三通焊缝及热影响区夏比冲击功均值不小于50 J,管体夏比冲击功均值不小于60 J。技术指标的确定为中俄东线站场低温环境用三通制造技术条件的制定提供了依据,新产品的设计制造能力达到了世界先进水平。(图1,表4,参26)