管道焊缝缺陷的定量安全评定与容限尺寸

目前,焊缝缺陷已经成为影响老管道运行的重大安全隐患。某一老龄管道环焊缝、螺旋焊缝存在错边及明显的表面缺陷,对其母材和焊缝分别进行拉伸和断裂韧性试验,基于试验数据,结合管道的基本参数和运行情况,采用失效评定图(FAD)技术对环焊缝、螺旋焊缝缺陷进行了一级和二级评定,定量分析管道缺陷处的安全裕度,通过迭代计算得到了焊缝处的容许表面裂纹尺寸,并对环焊缝、螺旋焊缝裂纹容限尺寸进行了定量研究。研究结果表明:一级评定会低估管道的承载能力,计算得到的裂纹容限尺寸小于二级;管道在4 MPa运行压力下,螺旋焊缝缺陷处安全裕度很小,危险性高于环焊缝缺陷,焊缝处的裂纹容限尺寸小于环焊缝;相比于裂纹长度,裂纹深度对评估结果的影响更大。通过研究,为管道缺陷验收提供了依据,为焊缝评价的科学化、合理化提供了参考。     

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。     

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。     

弥散型腐蚀管道氢致微裂纹扩展的有限元分析

研究了弥散型缺陷管道氢致微裂纹扩展规律、裂纹扩展速率和裂纹扩展影响因素。利用ANSYS有限元分析软件,模拟了损伤管道微裂纹的扩展过程。结果表明:对于管道的弥散型腐蚀,管道内壁腐蚀最严重,由管道内壁向外腐蚀逐渐减弱。对弥散型腐蚀管道微裂纹扩展的有限元分析,可为腐蚀损伤管道的剩余强度和寿命评价提供技术支持。     

阴极保护状态下管道特殊位置的电位测量

阴极保护效果直接关系到埋地管道的寿命和运动安全。在管道特殊部位,采用常规方法评估阴极保护效果往往产生偏差,给安全运行留下隐患。通过对测式数据的分析,指出管道特殊位置产生问题的原因,为地面测试管－地电位评价法提供了有益的补充和借鉴。     

保障中俄东线天然气管道长期安全运行的若干技术思考

针对中俄东线天然气管道的实际服役状况,分析了土壤运动(冻胀与解冻沉降)对管道结构完整性的影响以及基于管体结构-土壤弹簧模型在确定管-土交互作用方面的局限性,即非线性、大应变与多轴加载评估的保守性、土壤本构模拟与真实状况的偏离,建议发展新型多模块耦合集成技术确定土壤运动产生的机械效应。明确了X80高强管线钢在服役条件下发生应变时效及其导致管线钢(尤其是焊缝区)材料韧性和止裂能力的降低,建议使用时效活化能与等效时效时间模拟、评估管线钢在漫长服役过程中发生应变时效的敏感性,并建立相应的理论基础。此外,详细分析3种常见的管道缺陷(机械损伤、腐蚀缺陷、裂纹)对管道完整性影响的评估技术现状。针对高压、大口径、高强钢天然气管道(特别是焊接金属与热影响区)在地质不稳定地区的材料韧性、裂纹扩展以及止裂能力开展实验与评价技术,建立精确的多物理场协同作用下的管道缺陷评估模型,是当前的国际性技术难题,这些问题的解决将有力保障中俄东线天然气管道以及相关油气管道的长期安全运行。(参29)     

含360°表面裂纹管道剩余强度评价

基于现场采样管段的材料力学性能测试资料和焊缝缺陷检测资料,采用FAD方法对某含360°内表面裂纹管道的剩余强度进行了评价。评价结果表明,该管道在0.8MPa压力下能安全运行,在1.4MPa压力下四级地区不能安全运行。     

海底管道腐蚀缺陷处阴极保护数值模拟

海底管道表面很容易因为腐蚀形成缺陷点,具有深度大、传播快且检测困难的特点,对管道安全运行产生很大隐患。通过数值模拟方法研究了X80海底管道钢表面存在腐蚀缺陷时缺陷点内部对阴极保护产生的屏蔽作用,利用有限元方法模拟缺陷处的局部电位和阳极/阴极反应电流密度。结果表明:在腐蚀缺陷处阴极保护电流被部分屏蔽,特别是在缺陷的底部位置;缺陷处对阴极保护的屏蔽作用随着缺陷深度的增加和宽度的减小而越来越强。研究结果可为现场海底管道腐蚀状况和剩余寿命的评估提供指导。     

在役压力管道断裂失效风险分析软件的开发

针对石油工业管道和油气输送管道上可能存在的各种缺陷类型，充分考虑缺陷尺寸、工况载荷、断裂韧性和机械强度等参数的不确定性，基于BSI PD 6493-95、R／H／R6-98和SAPV-99等权威评定规范，提出了含缺陷在役压力管道的断裂失效风险分析方法，应用面向对象的编程语言Microsoft Visual C 6．0企业版开发了通用含缺陷压力管系断裂失效风险分析软件(SAPP-2002)，运用该软件可以很容易计算出管道系统中每个独立缺陷的安全概率和整个管道系统的失效概率。根据风险分析结果，可以确定管道在短期内需要采取缓和措施的区域，并可进行预防性维修。另外，在制定管道的检修计划时，还可以利用该软件的结构应力分析模块方便地确定管道应力高度集中部位，以便有针对性地选择焊缝并进行射线探伤，从而获得更准确的管道安全状况分析结果。     

天然气管道极限压力有限元模拟研究

管道极限压力的确定能为管道设计提供优化参数和安全运行保障,节约建设成本,降低危险系数.但现有预测公式往往偏差较大,导致浪费和评估误差.利用三维有限元模型,模拟天然气管道在不含裂纹、不同长度纵向穿透裂纹和环向穿透裂纹三种情况下的极限压力,并根据模拟结果建立两种含裂纹情况下极限压力与管道材料性能、尺寸、裂纹长度的工程预测模型.与已知预测模型比较发现,在无裂纹存在时,Christopher公式的预测公式可很好地用于工程分析,但在含缺陷情况下,现有预测公式与本文所建公式相比存在较大保守性,尤其对环向穿透裂纹存在时,已知预测模型与模拟结果存在极大差异.     

含腐蚀缺陷占压管道的安全评估

针对含腐蚀缺陷管道因地面占压带来的安全问题,基于ABAQUS软件建立了地基-管道-堆载三维有限元模型,探讨了含腐蚀缺陷占压管道的应力和变形情况,研究了管道埋深、管道内压、堆载荷载以及腐蚀缺陷位置对埋地管道力学性能的影响。结果表明:增加管道埋深可以有效缓解管道应力分布,但同时会增大开挖工程量;当管道内压达到一定程度时,腐蚀缺陷作用下管道最大应力主要由管道内压控制,地面堆载荷载对其影响不大;管土切向摩擦因数对埋地管道力学性能影响较为显著,管道应力随着管土切向摩擦因数增加而近似线性增大;当腐蚀缺陷相对于管道截面的角度位置为5:15方向时,含腐蚀缺陷占压管道的应力最大。     

超声波检测对管道焊接缺陷类别的判断与分析

长输管道焊缝的焊接缺陷是影响管道安全性的主要因素之一,其危害的大小不仅与缺陷的大小和位置有关,还取决于缺陷的类别。因此,在管道焊缝缺陷检测中对缺陷类别进行判定,是提升检测结果准确率的有效途径。利用超声波技术对试样管道焊接部位缺陷扫查,根据静态和动态反射回波图对比出各类焊接缺陷基本特征图,对于管道监测、有效维护和维修具有重要的意义。     

腐蚀管道的安全评定

系统地阐述了在役管道的安全评定方法。根据管道不同形式的腐蚀缺陷，提出了爆破失效模拟的非线性有限元方法，建立了能反映缺陷深度、内压、缺陷处最大应力、管材性能参数等四关系的管道安全评定线图。考虑到影响管道安全诸多因素的复杂性和不确定性，提出了基于可靠性的评定理论与方法，即依据管道的腐蚀检测数据计算每公里管道的失效概率，可以全面反映管道沿线的安全状况，提出的腐蚀管道安全评定方法可大力提升管道安全运营管理的水平。     

输油管道运行参数及检测数据的统计分析

统计了某输油管道运行压力和温度、腐蚀检测数据以及管材性能等数据,并进行了分析.对于管道运行温度和压力,推荐了概率分布;对于腐蚀缺陷的深度和长度,分别推荐了指数分布和对数正态分布.拟合腐蚀检测数据,得到了缺陷深度和长度的统计特征值.对管材性能参数推荐采用正态分布,这种分布在95%的置信度下可通过假设检验.认为该输油管道的统计分析结果可以作为输油管道安全评定的基础.     

对东北原油管道安全隐患的几点看法

分析了东北原油管道在建设时期遗留的安全隐患,特别是钢管螺旋焊缝缺陷和管道对口环焊缝缺陷对管道安全的影响,认为在运行的管道上难以消除这些先天性焊缝缺陷隐患,提出了对东北原油管道安全技术改造的看法及应对措施。     

油气管道惯性测绘内检测及其应用

管道完整性管理是确保管道安全、经济运行的重要手段,管道位置参数是管道完整性管理的重要基础数据。油气管道惯性测绘内检测技术,以三维正交的陀螺仪与加速度计组成的惯性测量单元（IMU）为主要测量设备,以地面GPS参考点与里程计数据进行位置与速度修正,能够精确测绘管道中心线坐标,实现管道管理的数字化与可视化。利用获得的高精度中心线坐标参数,能够有效识别、评估由环境因素诱发的管道弯曲应变。将缺陷参数与管道中心线坐标相结合,可实现缺陷的精确定位,生成管道缺陷维修工程图。     

管道系统完整性评估技术进展及应用对策

全面探讨了管道系统完整性评估技术，线路完整性评估技术体系主要包括基线评估、试压评价、缺陷适用性评价、复杂地段管道评估、管道运行安全评估、外腐蚀直接评估（ECDA）、内腐蚀直接评估（ICDA）、应力腐蚀直接评估（SCCDA）等技术；场站完整性评估技术体系主要包括站场静设备泄漏及可靠性评估、动设备状态监测与故障诊断评估，具体包括场站风险评估技术、场站腐蚀检测与防护评估、场站运行状态安全评估等。针对管道系统完整性评估技术，提出了不同评价方法的适用范围，线路完整性评估技术重点阐述了复杂地区地段完整性评估技术的进展和应用，如并行管道完整性评估与应用、应力腐蚀评估、地区等级升级安全性评估、高钢级大口径全尺寸管道气体爆破试验完整性评估等技术的进展和成果；场站完整性评估技术重点阐述了场站工艺管路综合检测、阀门磨损与寿命分析、压缩机故障监测与诊断等技术的进展和成果。综合分析了目前管道完整性评估领域面临的问题，提出了进一步深化的发展方向和管理措施。（图5，参21）     

X80管线钢性能特征及技术挑战

针对X80管线钢研发与应用现状以及目前存在的问题,综述了影响X80管线钢性能的主要因素、研究进展以及发展X80钢管道面临的技术挑战。详细分析了X80管线钢的冶金特征与组织结构,概述了X80管线钢的焊接工艺、焊接冶金学特征及性能,总结了X80管线钢的机械性能和力学特征。具体讨论了X80管线钢在服役环境中的失效机制,包括腐蚀、氢致开裂、焊缝区失效、应变失效等,并以此为基础,探讨了发展X80钢管道需要克服的技术挑战,以保障油气安全、高效输送以及能源管道的可持续发展。(图1,表8,参86)