含腐蚀缺陷X80管道失效分析

发布时间：2020-05-17 02:24

【摘要】：伴随着天然气的需求量快速增长,以及管道建设事业的不断推进,采用大口径、高钢级管材以提高运行经济性成为天然气管道工业的主要趋势。进入21世纪后,X80作为新一代高强度、高韧性管线钢,应用量迅速增加,俨然成为国内外高压、长距离天然气输送的首选钢级。然而,天然气资源时常分布在偏远地区,长输管线的建设不得不经过一些外部环境恶劣的地区,这使得管道运行安全受到极大威胁。其中,由腐蚀引发的管道表面金属损失,强度减小是引发管道失效的重要因素之一。为了防止腐蚀后管道进一步发生破坏,需要深入研究X80腐蚀管道的失效机理,从而准确预测X80腐蚀管道的失效压力,及时采取相应对策。因此,研究含腐蚀缺陷X80管道的失效行为、失效压力具有重大的理论意义和工程实际价值。有限元方法是本文的重要研究手段。借鉴过往X80管道爆破实验的数据,运用Solidworks软件建立腐蚀管道三维模型,利用ANSYS Workbench软件对三维模型进行网格划分,包括优选网格划分方法,进行网格层数无关性分析,最后验证了网格质量。通过计算结果对比,选定了适用于X80管线钢的失效准则以及失效参考压力。通过101组有限元模拟计算,建立了单腐蚀X80管道失效计算数据库,并据此对腐蚀管道的失效机理进行了研究,包括单腐蚀X80管道的破坏模式、破坏过程以及应力分析。对影响X80腐蚀管道失效表现的各项参数进行了分析,如深度、长度、宽度、缺陷位置及管道径厚比等。最后利用有限元计算结果,拟合了单腐蚀X80管道的失效压力预测公式,并通过对比爆破实验数据验证了回归公式的可靠性。针对轴向相邻及环向相邻的两种典型双腐蚀类型管道展开了研究,分析其失效机理,包括破坏模式及应力分析等,分析缺陷间的轴向间距以及环向间距等参数对管道失效压力的影响,并依据有限元计算结果,提出适用于X80管道的双腐蚀缺陷间相互作用准则以及轴向双腐蚀和环向双腐蚀的失效压力预测公式。在此基础上,结合单腐蚀缺陷X80管道失效预测公式,提出交叉相邻腐蚀管道的失效评价方法,并通过实验数据验证了评价方法具有较高的准确性。在以上研究的基础上,针对复杂形状腐蚀X80管道展开了研究。基于现有的爆破试验,分析了不同试件的失效模式,对比了常用腐蚀管道评价标准的计算误差。其次,利用有限元方法计算分析了含复杂形状腐蚀缺陷X80管道在不同情况下的破坏模式、应力分布,研究了深浅腐蚀相对深度、相对长度以及腐蚀坑剖面面积比等参数对失效压力的影响。
【图文】：

境内机构,浴盆曲线,美国,油品

段及中俄石油管道工程的主干管线。逡逑油气管道由投产至退役封存，其发生故障的几率呈现Ｕ型，一般称为“浴盆曲线”，逡逑也就是说在管道运行的初期和末期最容易发生安全事故，如图１－２所示。而当前国内的逡逑Ｘ８０管线钢正处于幼龄期，处于风险高发时期；此外天然气资源时常分布在偏远地区，逡逑长输管线的建设常常必须穿越外部环境恶劣的地段，这更加增加了高钢级管线运行过程逡逑中的安全隐患。逡逑故障率▲逡逑＾逦使用寿命逦？逡逑规定故障率逡逑早期逡逑故障期逦偶发故障期逦损耗故障期逡逑？逡逑图１－２浴盆曲线示意图逡逑根据美国、欧洲、加拿大境内机构的调研，美国自２０１０年以来共发生４３２起油品逡逑管道事故和２３８起天然气管道事故，油品管道排名前三的失效原因分别为腐蚀（２５％）、逡逑管体／焊缝失效（２２％）和设备失效（１７％），而天然气管道前三位失效原因则是管体／逡逑焊缝失效（２４％）开挖损伤（２２％）和腐蚀（１８％）；而欧洲在２００４－２０１３年间，天然逡逑气管道事故的主要原因分别是外界干扰（３５％）、腐蚀（２４％）和施工／材料失效（１６％）；逡逑加拿大油气管道失效的主要原因为内腐蚀、第三方破坏和外腐蚀，三种事故原因在原油逡逑管道中占比为２１％、２０％和１６％

失效行为,油气管道,爆炸事故,准确预测

并且是导致油气管道发生破坏的主要原因之一。管道发生腐蚀后，首先管壁会出现壁厚逡逑减薄，从而降低管道的承载能力，，造成应力集中现象。随着腐蚀程度的继续恶化，甚至逡逑会导致管道失效，引发介质泄漏或爆炸事故［４］，如图１－３所示。逡逑图１－３失效的油气管道引发泄漏爆炸事故逡逑为了更好地对腐蚀管道进行安全评价，准确预测管道的失效行为及失效压力，从２０逡逑世纪６０年代末开始，世界范围内的学者专家们进行了大量关于腐蚀管道破坏机理的研逡逑宄，在这些理论和实验研宄的基础上，形成了一系列评价腐蚀管道性能的标准和规范。逡逑然而这些评估方法大多是建立在针对中低强度钢研究的基础之上提出来的，其理论基础逡逑以及实验验证也都是针对中低强度管线钢的管道完成的。将现有评价规范应用Ｘ８０腐蚀逡逑管道失效评价时，准确度始终无法令人满意。因此，亟待展开针对Ｘ８０腐蚀管道的失效逡逑行为、失效评估的研究，填补目前高钢级管道安全评价研究领域的空白。逡逑１．２国内外研究现状逡逑１．２．邋１单腐蚀管道失效评价逡逑从２０世纪６０年代末开始，世界范围内的学者专家们进行了大量关于腐蚀管道失效逡逑行为和失效评估的研究。在这些理论和实验研究的基础上
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE988.2

【参考文献】