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。     

关于输气管道氢致裂纹的研究

输气管道用钢氢致裂纹的研究源于两个方面:输送压力的提高,造成硫化氢的分压P_H2S的提高,使得氢致裂纹问题突出;世界范围内的天然气需求量增加,许多含硫化氢较高的气田正在开发之中,客观上促进了此项研究和抗氢致裂纹钢材研究的开展。认为减少氢致裂纹发生的可能性,应在两个大的方面采取措施:①输送介质脱硫、脱水;避开产生氢致裂纹的输送温度;输送介质的pH值应大于5。②提高管材起裂时最低氢含量C_th控制锰Mn和磷P含量,以减少管材偏析。     

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。     

输气管道裂纹动态扩展的数值模拟

作为输气管道止裂控制的重要依据,必须要求其裂纹驱动力小于管道材料的断裂韧性,在这种情况下进行裂纹动态扩展的数值模拟就显得非常重要.建立了输气管道裂纹动态扩展的有限元模型,用弹塑性、大位移四边形的壳体单元离散管道.裂纹尖端后面的气体压力简化为指数衰减模式.裂纹的开裂采用节点力释放方法来模拟,即根据裂纹扩展速度,依次解除裂纹尖端的节点连接.裂纹驱动力用能量释放率G和裂纹尖端张开角CTOA两个断裂力学参量表示.分析了裂纹驱动力随内压的变化规律.提出的计算模型可为输气管道的止裂设计提供分析工具.     

临氢X80管线钢量化氢压作用的疲劳裂纹扩展模型

随着中国对能源转型及氢能利用发展需求的日渐迫切,X80高强管线钢将面临在氢气环境中运行的风险。对管道而言,其在服役过程中同时存在静载荷和循环载荷,并且循环载荷与氢的交互作用更为复杂,因此评估管线钢临氢性能时要同时考虑拉伸性能和疲劳性能。通过高压氢气环境中的拉伸实验及疲劳裂纹扩展实验,分析了氢对X80钢拉伸及疲劳性能的影响,获得了量化氢压作用的X80管线钢疲劳裂纹扩展模型。结果表明：氢对X80管线钢的拉伸性能无明显影响;氢压越高,疲劳裂纹扩展速率越高,氢压3 MPa时的疲劳裂纹扩展速率为氮气环境中的10倍,氢对X80管线钢的疲劳裂纹扩展影响显著;当X80管线钢处于氢气环境中时,钢材的疲劳性能将成为管道安全设计和完整性评价的关键指标。（图8,表3,参27）     

棒料塑性剪切过程中裂纹的形成及扩展行为

通过轴向压力作用下棒料塑性切口工试验,获取了剪切分离面上断裂区形态,结果表明：断裂区呈对称月牙状,断裂面积比率随轴向压力的增大而减小。结合理论分析,提示了剪切过程中裂纹首先产生于棒料上活动剪刃与固定剪刃交叉的两水平端点,并沿活动剪刃和固定剪刃刃口迹线扩展。裂纹为Ⅱ、Ⅲ型的混合型,其中Ⅲ型裂纹扩展速度对于断裂区形态起着决定作用。     

含轴向裂纹管道内压作用下的稳定性评定

通过Ｊ积分的弹塑性解,计算了含轴向裂纹管道在内压作用下的撕裂模量,叙述了撕裂模量相对于Ｊ积分的裂纹扩展稳定性评定图的绘制方法,并结合实例,分析了受压管道轴向裂纹稳定扩展的载荷范围,预测了裂纹失稳扩展时的临界压力。     

高含硫管道氢致开裂的分形效应及扩展速率计算

氢致开裂是高含硫气田集输管网、长输管网管线钢失效的主要模式之一,为明确管道氢致开裂的机理与过程,对其开裂模式进行了研究。对氢质量浓度在金属裂尖扩展过程中的变化规律进行分析,考虑分形效应的影响,对氢致裂纹的动力学模型进行修正,提出了氢致裂纹扩展的直裂纹-剪切带分形模型:在Gerberich对氢致开裂研究的基础上,基于裂尖的氢化作用与裂纹扩展过程中存在的耦合因素,将断裂过程区的形状与裂纹的扩展长度进行结合,构建了氢致开裂裂纹扩展各阶段分形速率的表达式,得到了更为合理的基于分形效应的氢致开裂数学模型。以材质为16Mn和20钢的天然气管道为例,分别计算了母材与焊缝处的氢致裂纹扩展速率,对比得出两种材料抗H2S的性能,研究结果对于高含硫管道材料的选择具有一定指导意义。     

注水管道腐蚀缺陷裂纹扩展速率的确定方法

在试验的基础上，研究了注水管道中以腐蚀为主、疲劳为辅的腐蚀缺陷裂纹扩展机理，认为腐蚀缺陷裂纹扩展主要是由印化膜开裂引起的。在此基础上，建立了腐蚀缺陷裂纹扩展率的数学模型，并提出了求解此数学模型的有效方法，以胜利油田营－11试验区某段加缓蚀剂的注水管道为例，利用腐蚀缺陷疲劳裂纹扩展数学模型预测注水管道腐蚀缺陷尺寸随时间的变化趋势，预测结果和智能检测仪的检测结果基本一致。     

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。     

隧道内管道的敷设参数计算

介绍了忠县－武汉输气管道某段隧道内的管道敷设方式，分析了该输气管道低宫续梁式稳管，跨开及受压时轴向稳定和土堤埋设时压力管道的稳定等问题，计算了管道处于不同温度和内压情况下的单跨长度和受压杆临界长度，应根据隧道内管道的具体敷设方式，确定受力边界条件后再行计算，以制定安全，经济的敷设方案。     

顺序输送管道的罐容量计算

针对油品顺序输送管道的罐容量计算问题,指出了苏联学者计算公式中的错误,通过分析和演义,归纳并给出了新的计算方法,新计算方法表明,在顺序输送循环中,不输送某种油品的持续时间段有两个(两端的油品除外),对应油品所需的储罐容量应按两段时间中较长的时间段考虑.实例计算表明,传统的罐容量计算结果明显偏大.     

管道轴向裂纹面内压作用下的J积分计算

在管道的制造、安装和运行期间,不可避免地会产生类似于裂纹的缺陷,轴向理解纹是最常见的裂纹。确定含轴中裂纹管道在各种应力状态下的应力强度因子和Ｊ积分,是评价管道完整性和使用寿命的重要组成部分。根据Ｋａｒｌｓｏｎ和Ｂａｃｋｌｕｎｄ推导的考虑裂纹承载的修正Ｊ积分的表达式,结合帕里斯公式和权函数方法,论述了管道轴向理解纹面在内压作用下的Ｊ积分计算方法,并与其它计算方法进行了比较。     

用预测-校正法计算热油管道的轴向温降

针对长输埋地热油管道轴向温降计算误差大的问题,在充分考虑影响热油管道轴向温降各种因素的基础上,研究了油品物性(密度、比热容、粘度)和总传热系数与温度变化的关系,建立了热油管道稳定运行时轴向温降的数学模型,并采用预测-校正法求解数学模型.该模型较适用于有进出油点的管道,与常规的计算方法比较,该模型更接近实测值,精度较高.     

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。     

干线输气管道的优化设计

通过分析输气管道最优参数与管道建设中综合经济技术指标之间的关系,结合工程实际,提出了一个合理的输气管道工艺设计两级递阶优化模型。使用这种模型方法体系,编制了干线输气管道优化设计软件。该软件可方便、快速的求出各种输气方案下设计变量的最佳设计值,便于进行方案比较。结合我国的天然气管道工程,给出了一个优化计算实例。     

输气管道中缓蚀剂雾化浓度分布及加注量计算

利用液体雾化流动理论，对缓蚀剂在天然气管道内的雾化过程，雾化浓度分布及其保护管道的机理进行了研究。研究中发现，缓蚀剂的雾化在喷流状态下最为充分，且可形成均匀的保护膜；而雾化角、雾化细度、雾化均匀度和浓度分布等评定缓蚀剂雾化质量的，又可以用来检验管道是否得到了有效保护。     

湿天然气长输管道稳态分析

对湿天然气管道输送两相流动问题进行了研究。根据质量守恒、动量守恒和能量守恒等关系式,建立了湿天然气稳态计算模型,并根据计算模型进行了求解,结合算例给出了具体的说明。     

甬沪宁管道水击分析工况的选取与算例

概述了甬沪宁管道各站场及其输油泵的配备情况,分析了甬沪宁原油输送管道可运行的输油工况,介绍了用于水击分析时稳态极限工况的选取方法,并从水击源、产生水击时的工况、运用水击分析的管道瞬变过程理论和甬沪宁管道各站场边界条件的确定方法等方面阐述了甬沪宁管道的水击过程,给出了两种水击工况的计算分析结果。