地质灾害作用下油气管道环焊缝适用性实时评价方法

高钢级油气管道环焊缝断裂失效是目前中国油气管道工业最为关心的问题。分析近年来管道环焊缝断裂失效事故发现,导致环焊缝断裂的最主要原因是地质灾害引起的作用在管道上的土壤位移载荷。为保证管道安全,需要对土壤位移作用下含缺陷管道环焊缝进行完整性评价。在此,集成中国石油大学（北京）油气储运设施安全团队近十年来在地质灾害段管土相互作用、环焊缝失效机理与适用性评价方面的研究成果,介绍土壤位移与管道环焊缝裂纹断裂关联关系的建立及对含缺陷管道环焊缝进行适用性实时评价的系统方法,并就其中相关的具体环节所涉及的理论和方法进行讨论。（图7,参26）     

直径1422mmX80管道环焊接头应变能力数值模拟方法

鉴于高钢级管材的组织特征及焊缝失效对于管道安全的重要影响,管道环焊缝承载能力成为当前管道行业的研究热点,以中俄东线全自动焊口为研究对象,准确考虑环焊接头根焊、热影响区、母材、填充焊4个区域材料本构关系的差异性,基于有限元方法建立了分析管道环焊接头应变能力的数值仿真模型。定量分析了母材屈强比、运行内压、载荷类型等组合工况下焊缝强度匹配系数等对管道环焊缝裂纹扩展驱动力的影响。采用静裂纹起裂的失效判定方法,以表观断裂韧性值为临界准则,结合中俄东线管材及环焊接头材料特性参数实际变化范围,计算了在设计工况范围内最不利条件下中俄东线环焊接头的应变能力。结果表明:提高焊缝区强度匹配能够有效减小接头的裂纹扩展驱动力,增加管道内压或提高母材屈强比会使相同强度匹配条件下的裂纹扩展驱动力更大,拉伸载荷下的裂纹扩展驱动力要大于弯曲载荷下的裂纹扩展驱动力。该方法既可以用于根据焊接接头性能要求指导焊接参数的确定,也可以用于在役管道含缺陷焊接接头的适用性评价。     

重车碾压作用下X65管道力学响应及影响因素

随着中国城市化进程的加快,道路与管道交叉的情况日益增多,使管道运行安全受到威胁.以X65管道为研究对象,通过现场试验开展了空载、半载、满载3种动载荷作用下管道力学响应状态研究.基于试验结果建立考虑管土非线性相互作用的参数化数值计算模型,实现了车辆动载荷的精准模拟,数值计算结果与试验结果误差小于5％.在此基础上,探究了重...     

地质灾害作用下油气管道设计应变计算模型北大核心

根据基于应变与基于可靠性的两种管道设计新方法的工程需要,对我国油气管道面临的断层、采空、冻土、滑坡等常见地质灾害类型及其土壤位移模式进行了分类总结。以断层作用下管道设计应变计算的有限元分析力学模型及设计应变经验公式为基础,将其推广到采空、冻土、滑坡等其他地质灾害类型的研究中,提出简化的管道地质灾害综合位移模型及管道设计应变计算模型,模型将地质灾害位移类比为水平面和垂直面内的断层位移形式,从而衍生出其他地质灾害形式管道应变计算方法。该方法计算精度高、效率高、适用性广,特别是满足了多种地质灾害作用下油气管道可靠性的设计需要。     

逆断层作用下X80埋地管道的非线性屈曲分析北大核心

埋地高强钢管道是油气长距离输送的主要方式,而地震造成的断层位移错动严重威胁管道的安全运行。建立了埋地X80高强钢管道在逆断层作用下的有限元模型,采用弯管与管单元模拟管道,非线性土弹簧模拟管土相互作用。考虑了管材、管土、几何大变形造成的非线性,模型采用非线性稳定算法,保证了求解的收敛性。依据西气东输二线工程参数,详细分析了逆断层作用下管道的两种屈曲失效形式,即梁式整体屈曲失效与壳式局部失稳失效。同时,讨论了断层倾角、管道壁厚及埋深对管道屈曲失效形式的影响。研究成果对穿越断层管道的设计与安全评价有一定的指导意义。     

焊接材料强度对高钢级管道环焊缝应变能力的影响

为了评价母材、根焊材料、填充焊材料的强度对X80管道环焊缝应变能力的影响,采用非线性有限元方法,以中俄东线直径1 422 mm、壁厚21.4 mm的高纲级管道为研究对象,考虑焊接接头完整几何形貌与性质有明显差异的4种材料分区,采用钥匙孔(Key Hole)模型准确模拟裂纹张开过程中裂纹尖端的钝化行为,研究了拉伸载荷作用下根焊内表面周向裂纹的起裂行为。计算结果表明:对于双V形坡口焊接接头,根焊材料强度对焊接接头整体应变能力影响很小,可以忽略不计;填充焊材料与母材强度的高强匹配对保证焊缝区应变能力最为重要,在难以提高填充焊材料强度的情况下,限定母材的强度指标是提高高钢级管道焊接接头应变能力的有效方法。(图7,表1,参25)     

基于IMU数据的冻土区管道融沉风险段识别方法

惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)可检测得到管道全线的弯曲应变海量数据,但目前缺乏高效利用IMU数据进行管道定量评价的方法.为此,提出一种基于IMU应变检测数据的冻土区融沉风险段管道识别方法,其主要包括IMU应变数据预处理方法,即数据对齐和弯头、凹陷、三通等非融沉段大应变特征识别...     

高钢级管道环焊缝表观断裂韧性影响因素数值模拟

为准确表征高钢级管道环焊缝与小尺寸试样表观断裂韧性的关联性,采用有限元方法,开展了含裂纹型缺陷管道环焊缝及小尺寸单边切口梁(Single Edge Notch Beam,SENB)试样的断裂数值模拟分析.通过对比全尺寸管道环焊缝与SENB试样二者之间表观断裂韧性的差异,引入表观断裂韧性转化系数,定量研究了管径、壁厚、裂...     

断层作用下海底管道应变的改进解析分析方法

活动断层是海底管道的主要地质灾害威胁之一,断层作用下管道会产生过量的轴向变形而失效。提出一种改进的走滑断层作用下海底管道应变解析分析方法:根据线性强化模型考虑了管材的非线性本构关系,通过理想弹塑性本构的非线性土弹簧模型准确计算土壤非线性约束对管道结构响应的影响,由管道受力微分控制方程推导得到管道内轴向应变的解析结果,并给出管道伸长量的显示表达式。最终基于平衡方程和迭代计算,可以精确计算管道应力应变。对比有限元计算结果,改进后的管道应变解析分析方法较现有的推荐方法(Newmark法)计算精度更高。     

基于SBAS-InSAR与有限元的滑坡段管道应力计算方法

【目的】滑坡是目前造成管道失效事故的主要地质灾害类型之一,滑坡区管道运行状态监测是亟需解决的难题。【方法】提出了一种基于SBAS-In SAR遥感技术的管道上方地表位移测量方法,实现了公里级范围管道地表位移毫米级高精度监测。基于管道中心线空间坐标数据以及管道几何特征数据,结合三次样条插值算法,提出了管道三维空间路由的重构方法。考虑管道真实路由与温度、压力等工艺载荷条件,采用空间管单元与非线性管土单元建立管道应力分析有限元模型,以遥感感知滑坡位移为准确边界条件,提出了滑坡段管道应力状态计算方法。【结果】通过陕京三线良乡—西沙屯某高风险滑坡区管段2021—2022年的应用实践表明,该计算方法得到的管道应力结果与分布式应变片监测结果最大相对误差不超过16%,经评估,该段管道目前处于安全状态。【结论】该方法结合了SBAS-In SAR技术与有限元分析方法,能够准确计算滑坡段管道的应力分布情况,可以有效实现滑坡段管道应力状态的空间重构与安全评价,对于提高滑坡段管道的安全性和可靠性具有指导意义,对于其他类似工程的监测和设计也具有参考价值,同时为未来地质灾害段管道安全状态的数字孪生体构建提供了技术基...