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。     

支座处埋地管道的地震应力分析

在地震波作用下，埋地管道因地震波的剪切作用而产生弯曲应力，而支座处弯曲应力远高于远离支座处直管段的弯曲应力，需要在埋地管道的抗震设计中予以考虑。采用梁结构分析方法对各种支座处的管道弯曲应力进行了分析，即将埋地管道地成是带 有边界约束的弹性基础上的连续梁，忽略地下管道及其内输送介质的惯性作用，应用结构分析方法分析各种支座处的管道应力。给出了算例和几类特殊支座附近的管中应力的分析结果。     

埋地柔性管道的应力和变形分析

作用于管顶的总有铲垂直载和管底上的竖直反力分别沿管子水平直径和基床宽度近亿说不过去均匀分布,而管子两侧的被动水平压力按抛物线规律分布。据此分析了埋地柔性管道在无内压和有内压作用两种情况下的内力和变形,导出了管环弯矩和挠度的一系列普遍计算式,并列举了钢管道沟埋穿越的计算示例。其中的一些公式可直接用于穿越公路和铁路钢管道的结构设计,还可指导其它柔性管的设计 。     

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。     

消除埋地管道的不均匀下沉应力

一、前言埋地管道由于周围敷土的保护具有不受外部荷载和温度变化影响等优点,但由于直接与地层接触,却有受地基变形影响的缺点。特别是由于地基不均匀下沉等,在施工时产生不可预料的应力,有时引起埋地管道破裂,从而造成重大事故。不均匀下沉的程度不一,这在地上的管道也能产生。另外,关于不均匀下沉应力,在已颁布的石油管道事业法及省令、告示中均有安全管理的条款。     

埋地管道的温度应力试验与计算问题

文章以大量的试验数据,证实了文献〔1〕中对埋地管道受力状况的基本论断,提出了“约束度”的概念,根据试验结果修正了式(1)。在分析和测试数据基础上,给出了包括地温和“约束度”因素在内的埋地管道温度应力的修正公式。     

埋地管道的上浮屈曲分析

使用材料力学方法研究了埋地管道产生上浮屈曲的条件。上浮屈曲常见于海底和液化土中的埋地管道,在上浮屈曲过程中产生过量的垂直位移和塑性变形被认为是一种失效情形,根据分析结果提出了管道温升问题。     

不均匀沉降填海地基埋地管道应力计算

为寻求埋地管道在填海软土地基不均匀沉降工况下的变形规律,以唐山曹妃甸填海地区地质勘察资料为依据,基于固结压缩原理进行了填海地基沉降值的计算及预测,得出了填海软土地基沉降规律,并利用沉降修正系数校正高速公路段地基沉降量。通过对地基相对沉降量进行多组的定量设置,并以此作为管道变形的边界条件,采用等效弹簧模拟埋地管道中管土相互作用,采用有限元计算方法,分别计算了埋地管道在各变形作用下的应力值。结果表明：曹妃甸填海软土地基穿越公路管道在50年运营期间,不会发生断裂。（图6,表2,参15）     

直埋供热管道直管的应力分析

根据工程实际，利用弹性薄壳理论，将直埋管道直管段作为柱壳建立物理模型，并在相应曲线坐标下，对作用于管道上的荷载进行受力分析。根据所建平衡方程，利用边界条件，获得了直管段β向和n向的位移。利用此位移，根据物理方程，在理论上首次获得了以柱壳为物理模型的直管段α、β向应力解析解。     

城市埋地管道阴极保护及电化学理论分析

城市地下各种管网，电缆纵横交错，常与地下管道相邻或交叉，且管道沿线土质情况，复杂，造成较大的宏电池腐蚀。目前对城市埋地管道的防腐采用外防腐层加阴极保护的方法。     

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。     

基于直流电源的埋地管道阴极保护替代方案

在实验室进行埋地管道阴极保护模拟实验时,鉴于多种影响因素的考虑,需要同时进行多组实验,而阴极保护系统中的传统电源价格昂贵,数量有限,特别是对现场所埋试片进行阴极保护时,传统电源的使用极不方便。基于直流电源的埋地管道阴极保护替代方案,通过实验验证了以干电池作为强制电流阴极保护电源的阴极保护系统的有效性,利用失重法对替代方案中涉及的实验组与空白组的试件进行对比分析,结果表明:使用两节1.5 V干电池作为强制电流阴极保护电源的阴极保护系统,对于试件的保护至少在30天内是有效的。     

基于KPCA-GWO-SVM的埋地管道土壤腐蚀速率预测

为提高埋地管道土壤腐蚀速率的预测精度,对土壤腐蚀的影响因素进行了梳理和分析.通过核主成分分析法(Kernel Principle Component Analysis,KPCA)对影响因素进行了数据降维,随后对支持向量机(Support Vector Machine,SVM)关键参数进行了寻优,并将GWO-SVM、GA...     

基于CAESARⅡ的埋地热油管道应力计算

对于埋地管道,土壤和管道的相互作用是管道应力分析的重要组成部分,研究管道周围土壤的力学特性至关重要。基于CAESARⅡ应力软件建立了合理的埋地热油管道应力分析模型并进行数值计算,分析了操作温度与安装温度差值、管道埋深、土壤内摩擦角等参数对管道局部推力和位移的影响。研究表明:管道内外温差、埋深及土壤内摩擦角对埋地管道地上和地下部分的应力、位移、固定墩推力的大小和方向影响较大,设计时必须对土壤参数进行准确界定,以期达到理想效果。     

埋地混输管道热力计算分析

针对埋地混输管道运行温度普遍较高而导致原油集输系统生产运行成本过高的问题,根据热力学理论,推导出了混输管道沿程温降公式及井口掺水量、掺水温度公式。通过所编制的计算机程序,确定了埋地混输管道运行的工艺参数。     

X80埋地管道应力腐蚀开裂关键影响因素研究进展

随着中国高压力、大口径、长距离X80管线钢埋地管道建设的迅猛发展,应力腐蚀开裂(Stress Corrosion Cracking,SCC)风险开始严重威胁管道服役安全.针对土壤环境中X80管线钢SCC关键影响因素,首先分析了交流杂散电流对X80管线钢SCC行为的影响及其机制,提出交流电与弹性应力具有协同作用,可共同促...     

埋地钢质管道补口材料的失效分析

通过案例分析和研究调查，提出埋地管道补口材料的早期失效是影响管道外防腐层完整性的主要形式。对管道外防腐层补口材料失效的原因进行了分析，指出补口材料施工工艺复杂、现场施工难度高导致了补口材料失效。根据各种防腐涂料的不同性能和应用条件，提出了管道补口材料的选用应注意的问题。     

埋地钢质管道防腐问题

阐述了埋地钢质管道发生腐蚀的四个影响因素,即环境、腐蚀防护效果、钢管材质和制造工艺以及应力水平,统计了１９９０～１９９５年石油沥青、煤焦油瓷漆、挤塑聚乙烯、ＰＥ胶带、ＦＢＥ、复合覆盖层的涂敷量,指出防腐覆盖层各有优缺点,应根据管道的地质条件、腐蚀环境等而定,目前应建立防腐层的综合评价方法以解决防腐覆盖层的设计问题,同时还应对钢管表面处理、现场补口加以重视,在采用亲高强薄壁钢材时应考虑壁厚要求。     

埋地管道腐蚀规律初探

本文论述了埋地输油管道虽然采用阴极保护防腐,但在运行后发现尚有少数管道发生了腐蚀穿孔。究其原因是管道后期发生的腐蚀与初期施工质量差、阴极保护没有与管道埋地同期投入运行密切关系。文中提出有关“管中管”保温工艺的管道腐蚀是一个新的课题,目前的阴极保护方式及测量方法有待探讨。