含凹陷管道全尺寸爆破试验北大核心

为了准确评定凹陷管道的承压能力,开展了含凹陷管道全尺寸爆破试验。试验得出凹陷管道的变形、凹陷区域应变及裂口特征等信息,从而分析凹陷管道失效行为与机理。结果表明:管道存在的凹陷,在提压后凹陷区域相比远场发生了较大应变,加剧了凹陷周围的应力集中。通过全尺寸爆破试验,确定了管道的屈服压力为10.1 MPa,爆破压力为10.5 MPa,结合相关标准与设计规范,确定试验用管段的许可承载压力为3.88 MPa,为保障管道的安全运行与工程决策提供了技术参考。     

全尺寸管道的爆破试验及转变温度

本文论述了带预制裂纹的全尺寸管在低温下的爆破试验可求得全尺寸管的韧性转变温度。试验过程中测定的裂纹开裂压力和爆破压力值与理论公式所计算值相近。全尺寸管道存在起裂和扩展两类韧脆转变温度,起裂转变温度可根据断裂韧性防爆破温度的变化规律来确定,扩展转变温度一般用剪断口百分数所对应的温度来确定。     

管道全尺寸气体爆破试验完整性评估技术

中国石油天然气管道建设飞速发展,但高压力、大口径以及X70钢级以上高强钢管材的长期服役状况和极限状态缺乏历史数据,不能准确评估管道运行风险。针对目前国内试验技术的现状,充分借鉴国外管道全尺寸爆破试验场的使用情况,研究了高钢级大口径高压气体管道爆破试验场的功能,分析了试验场针对管道长期服役失效的应用领域,以及各类试验所需要的测试参数。研究结果表明：建立系统的全尺寸爆破试验完整性评估技术手段,对于管道运行安全可靠性以及全生命周期管理是必要的,系统设计管道爆破试验场的参数和功能,可为我国建立管道爆破试验场提供数据支持,必将有利于管道完整性评估技术的发展,提高管道本质安全。     

钢丝缠绕增强聚乙烯复合管集输服役后的承压性能北大核心

为探明钢丝缠绕增强聚乙烯复合管(简称复合管)在油田集输环境服役后的极限承压,以长庆油田第四采油厂试用的4731B型复合管、第五采油厂试用的防垢型复合管为研究对象,采用100 MPa耐压爆破实验机分别对新管、服役后现场管进行2组瞬态水压爆破对比实验,分析了爆破口的特征形貌及爆破压力,并借助应变数据采集系统记录爆破过程中管道不同位置的瞬时应变。结果表明:该类型复合管服役后的平均瞬时爆破压力有所降低,爆破口形貌发生显著变化,膨胀变形较新管显著增大;起爆前,应变随时间的变化分为零应变段、线性增长段、指数增长段共3个阶段;起爆后,应变发生振荡,直至稳定。究其原因可能是复合管施工期间钢丝与高密度聚乙烯基体之间的粘结剂局部失效所致。研究成果可为该类型复合管在集输油环境中服役时失效原因的分析提供借鉴。     

含体积型缺陷管道剩余强度的计算与试验

分别用一级评价、三维有限元和全尺寸实物爆破试验三种方法对含体积型缺陷管道的剩余强度进行了计算和试验,并对这三种方法进行了分析、比较.结果表明,有限元计算结果略低于全尺寸实物爆破试验结果,而一级评价结果又低于有限元计算结果,尤其对球面蚀坑和平底蚀坑这样的缺陷更加明显.     

爆破对输气管道本体影响的监测

通过管道震动加速度动态实时监测和管道本体变形实时监测相结合的方法,对受爆破影响区域的管道进行监测,并通过数据处理和分析,得到了爆破发生时管道的最大震动加速度和速度,以及爆破发生时刻和爆破前后的管道本体实时应变。结果表明:爆破时,垂直于管道的水平方向冲击最大,但与之相关的最大震动速度远远小于安全指标,平行于管道的水平方向和垂直于管道方向的加速度测量值较小。爆破对管道的变形有一定影响,但这种影响极其微弱,对管体不会产生破坏性影响。综合管道动态监测结果和管道本体应变监测结果表明,在与管道垂直距离200 m外及相当的爆破能量下的爆破对管道本体的影响极其微弱,管道处于安全状态。     

含腐蚀缺陷高钢级输气管道的失效压力模型

随着中国不断增长的天然气需求量和天然气管道建设的稳步推进,急需对高钢级管线钢的剩余强度进行评价,其中建立失效压力模型是剩余强度评价中最重要的组成部分。以X100钢级管道为研究对象,使用ABAQUS有限元软件对两种体积型腐蚀缺陷进行有限元建模,利用全尺寸爆破试验数据对模型进行准确性验证。基于35组X100钢级不同尺寸钢管和不同几何缺陷模型的仿真模拟值,采用1stOpt拟合软件构建出X100钢级输气管道的失效压力预测模型,并对构建的拟合计算公式进行误差分析,结合真实爆破试验验证了失效压力模型的准确性。研究结果可为完善现有高钢级输气管道剩余强度评价方法提供参考。     

基于内检测数据的管道凹陷应变计算

针对内检测中发现的凹陷对管道结构强度的影响问题,开展凹陷应变的计算分析,以期有效指导管道凹陷的开挖验证及修复工作。总结了基于内检测数据的凹陷应变计算方法和技术路线,指出了滤波分析的必要性和可行性。依据ASME B31.8-2010的相关规定,结合实际的管道内检测数据,得到了7种典型滤波方法下的应变计算结果。通过对比应变计算结果,分析了不同滤波方法对管道凹陷数据处理及应变计算的影响和适用性。结果表明:基于管道凹陷内检测数据的应变计算技术可行,低通滤波方法对管道凹陷数据的滤波效果较好,可获得较合理的凹陷应变计算结果;低通滤波方法中,选择合适的截止频率参数对凹陷应变的准确计算至关重要,截止频率的取值与内检测信号的噪声大小密切相关。     

基于内检测数据的管道凹陷应变计算北大核心

针对内检测中发现的凹陷对管道结构强度的影响问题,开展凹陷应变的计算分析,以期有效指导管道凹陷的开挖验证及修复工作。总结了基于内检测数据的凹陷应变计算方法和技术路线,指出了滤波分析的必要性和可行性。依据ASME B31.8-2010的相关规定,结合实际的管道内检测数据,得到了7种典型滤波方法下的应变计算结果。通过对比应变计算结果,分析了不同滤波方法对管道凹陷数据处理及应变计算的影响和适用性。结果表明:基于管道凹陷内检测数据的应变计算技术可行,低通滤波方法对管道凹陷数据的滤波效果较好,可获得较合理的凹陷应变计算结果;低通滤波方法中,选择合适的截止频率参数对凹陷应变的准确计算至关重要,截止频率的取值与内检测信号的噪声大小密切相关。     

CFRP修复城市燃气管道焊缝缺陷的可行性

焊缝缺陷是城市燃气管道一种常见的缺陷类型,严重降低管道的承压能力,进而影响管道的安全运行.管道缺陷CFRP修复技术作为一种新型免焊管体修复技术,具有施工方法简单、无需动火、修复效果优异等特点.分析了CFRP修复城市燃气管道焊缝缺陷的可行性:依据力学理论计算结果,要抵抗焊缝完全开裂时管道断裂产生的轴向剪切力,焊缝的CFRP的单边铺设长度不小于287 mm;全尺寸爆破试验、压力波动试验以及模拟管道带压弯曲应力试验结果表明,修复后的管道可完全恢复承压能力,并具有优异的耐压力波动性能和抗弯曲应力性能.应用研究表明,CFRP修复技术存在局限性,无法修复缺陷程度超过80％及泄漏型的管道缺陷.     

玻璃纤维增强连续塑料复合管道的应用性能

玻璃纤维增强连续塑料复合管是一种多层结构高性能柔性复合管,具有质量轻、抗腐蚀能力强、承压能力强、制作长度长、可弯曲、施工简易、维护方便、节能环保、使用安全系数高的优点,因此整体使用成本较低,有望逐步取代钢制管道,用于石油天然气的开采和输送.建模分析了玻璃纤维增强连续塑料复合管的力学性能,根据不同要求设计了6种玻璃纤维增强连续塑料复合管道,并实施爆破试验,结果表明:实际爆破压力与理论设计压力基本相同,压力范围为5.5～25 MPa,可以满足实际生产需求.     

天然气管道爆破对同沟敷设管道的影响试验

为了分析天然气管道爆破对同沟敷设管道性能的影响,利用管道断裂控制试验场开展了X90全尺寸气体爆破试验,分析管道爆破对同沟敷设管道变形行为、管材性能的影响。研究表明:天然气管道爆破会引起同沟敷设管道发生明显的弯曲、压扁变形,且变形管段中间部位的椭圆度较大;在热辐射作用下,钢管的性能发生了明显变化,裂纹的扩展抗力降低,且随着壁厚增大,显微硬度呈先升高再降低的趋势,受热层厚度约为700μm;热辐射能显著影响钢管的微观组织,受热部位表面组织晶粒发生一定的粗化,失去了原有生长取向,而深层组织的变化较小。     

管材力学性能与应力应变内检测技术及应用

附加应力应变的存在降低了环焊缝对缺陷与管材力学性能差异的容许值，并可导致缺陷扩展直至失效。长输油气管道在途经山地、冻土等地质灾害多发区域时，易受外部载荷影响，导致管道本体承受较大的附加应力，亟需可靠的技术手段以排查管体应力风险，确保管道安全运行。基于全尺寸牵拉试验平台，开展了S355、S235、X65共3种不同管材管道全尺寸试验，对管材力学性能与弯曲应变状态内检测技术的综合应用进行研究。结果表明，管材力学性能内检测技术是一种基于预先磁化的电磁涡流检测新型内检测技术，可以有效检测管材的屈服强度，并据此识别不同管节所使用的管道材料。该技术可用于环焊缝与母材强度匹配性预测，为管材力学性能快速在线检测和后期的完整性评价提供了一种较为新颖的方法。此外，该技术是基于惯性导航检测单元的弯曲应变内检测技术的有力补充，可对管道本体应力应变状态开展全面检测，及时发现并有效预防因附加应力较大而发生的管道失效。（图6，表2，参22）     

蒸汽爆破开启落叶松木材细胞通道

采用5种蒸汽爆破处理（压力0.2MPa,爆破重复10次;压力0.3MPa,爆破分别重复5次、10次和15次;压力0.4MPa,爆破重复10次）,结果表明：压力0.4MPa、爆破10次处理的木材细胞闭塞纹孔开启程度最大,开启率为38.5％;压力0.3MPa、爆破15次处理的开启率为31.2％;压力0.3MPa、爆破10次处理的开启率为28.5％;压力0.3MPa、爆破5次处理的开启率为18.3％;压力0.2MPa、爆破10次处理的开启率仅为13.9％.落叶松木材具缘纹孔膜塞缘出现不同程度的断裂,闭塞纹孔变成非闭塞纹孔,开启了落叶松木材细胞液体流动通道.     

梭式管道爆破保护装置的动态特性

梭式管道爆破保护装置是一种自力式全自动保护装置,当管道泄漏达到设定的保护值时,可迅速截断输制止泄漏。为防止水击采用减缓关闭时间,拉长关闭行程和向外泄压等措施。推出一种无冲击梭式管道爆破保护装置,并对该装置的动态特性进行了试验研究,测量出水击压力瞬态冲击波形、峰值大小和波动持续时间等动态特性,并对试验结果进行了分析,确定出最佳方案,使管道运行更加完全可靠。     

基于石墨密封的海底管道维修卡具设计

海底管道维修卡具是海底管道应急维修的关键设备。通过分析维修卡具的工作原理,确定密封结构尺寸设计是维修卡具设计的关键。采用压缩回弹试验的方式,对轴向石墨密封条的载荷-变形曲线进行了测定,计算出当石墨密封条工程应变达到0.18、氟橡胶密封条工程应变达到0.25时,密封条的工程应力达到3 MPa。通过对密封半环在不同压缩率下的平均接触压力的分析表明,当密封半环径向压缩率达到12.5%时,石墨、氟橡胶密封半环的平均接触压力均超过4 MPa。在确定密封结构尺寸后,通过水压试验对比了石墨和氟橡胶在维修卡具密封应用中的优劣。试验结果表明:石墨可以作为维修卡具的密封材料,在压力等级低于2 MPa的工况中表现良好;在相同的螺栓载荷下,氟橡胶的密封表现优于石墨;石墨材料不会由于老化而导致密封失效,因而基于石墨的海底管道维修卡具有更广阔的应用前景。(图4,表5,参20)     

小口径薄壁钢管爆破压力预测

精准可靠的管道爆破压力预测,不仅有利于油气输送管道系统的工程设计和完整性评估,而且可以提高管道的传输效率。针对油气管道常见的小口径薄壁钢管开展了静水压力爆破试验,对比了几种典型爆破压力的预测公式和方法,采用偏差分析将预测结果与试验结果进行比较。相比Von Mises屈服准则,基于Tresca屈服准则的爆破压力预测公式计算得到的小口径薄壁钢管承压能力更接近实际结果,而且Tresca屈服准则中的最大切应力塑性破坏更容易解释小口径薄壁钢管的静水压爆破过程。同时考虑钢管的几何尺寸特点,采用ASME公式、Barlow OD公式、Barlow ID公式、Max shear stress公式以及Turner公式计算小口径薄壁钢管的爆破压力,其适用性更强。     

小口径薄壁钢管爆破压力预测北大核心

精准可靠的管道爆破压力预测,不仅有利于油气输送管道系统的工程设计和完整性评估,而且可以提高管道的传输效率。针对油气管道常见的小口径薄壁钢管开展了静水压力爆破试验,对比了几种典型爆破压力的预测公式和方法,采用偏差分析将预测结果与试验结果进行比较。相比Von Mises屈服准则,基于Tresca屈服准则的爆破压力预测公式计算得到的小口径薄壁钢管承压能力更接近实际结果,而且Tresca屈服准则中的最大切应力塑性破坏更容易解释小口径薄壁钢管的静水压爆破过程。同时考虑钢管的几何尺寸特点,采用ASME公式、Barlow OD公式、Barlow ID公式、Max shear stress公式以及Turner公式计算小口径薄壁钢管的爆破压力,其适用性更强。     

高强度管线钢裂纹扩展速度的计算

裂纹扩展速度是预测管线钢止裂韧性的重要参数。根据目前世界各国全尺寸爆破试验分析总结的裂纹扩展速度计算模型,即BTCM模型、HLP模型和Sumitomo模型,对X80管线钢的裂纹扩展速度进行了计算,研究了管径、壁厚和强度对裂纹扩展速度的影响。分析发现,HLP模型和Sumitomo模型计算裂纹扩展速度与高强度钢全尺寸爆破实测数据较为一致,而BTCM模型预测数据较实测结果偏离程度较大。采用3种模型的计算结果表明:当管道壁厚和强度增加时,最大裂纹扩展速度均减小,因而有利于管道止裂;管径增加,最大裂纹扩展速度增大,管道所需止裂韧性也相应增大。     

管道腐蚀剩余强度评价

基于现场采样管段腐蚀缺陷检测数据和智能检测器现场检测数据,采用TGRC-ARSP软件、TCP-FEM数值分析方法和全尺寸试验方法评价了克拉玛依—乌鲁木齐复线声529×7(8)管道腐蚀剩余强度。对严重腐蚀管段,可采用全部更换或挖坑检测后再进行评价方案,若在最大允许操作压力(3MPa)下,能安全运行则不予更换;对处在四级地区的中度腐蚀管段则需进行全部更换;对处在一级、二级和三级地区的中度腐蚀管段可采取维修和加强阴极保护的措施。改造后的管道可在最大允许操作压力(3MPa)下安全运行,并能满足油改气后对输气量的要求。