腐蚀体积参数对X80钢级管道剩余强度影响的特性研究

发布时间：2020-08-03 06:17

【摘要】：管道运输作为我国油气资源的主要输送方式,其承担着不可忽视的重任。长输管线的敷设里程随着油气需求量的逐年增涨也在逐年增加,与此同时,管道遭受腐蚀而发生的事故也越来越多,因此研究腐蚀缺陷管道的剩余强度有着至关重要的意义。保守判断可能导致管道的不必要更换,冒进的结果判断可能会导致管道的泄露、爆炸等,都会构成一些不必要的损害。关于影响管道失效因素的大量研究,可以明确各种因素对腐蚀管道失效压力影响程度,做到更好保护管道,延缓管道受损失效,减少管道不必要的替换和维护。现有的剩余强度评价方式在X80管道适应性不足,特别是对于不同腐蚀参数的应用上差别很大。本文从单体积腐蚀和群腐蚀两方面系统的展开了体积腐蚀参数对X80管道的剩余强度影响的特性研究,力争对X80管道剩余强度评价方法能够完善起到一定的借鉴意义。本文首先归纳出几种油气管道腐蚀方式,包括自然环境、介质腐蚀、杂散电流、其他缺陷因素等四个方面,之后基于灰色关联度的数学模型分析了管道腐蚀的致因因素,为文章选题提供一个理论基础。随后详细介绍了N-G-18方程、ASME B31G-1984标准、RSTRENG方法、DNV RP-F101标准和PCORRC方法,并应用在带有腐蚀缺陷的X80管道上,将各计算公式的计算值与全尺寸压力爆破数据对比得出各公式的适用性。最后基于以上模拟数据拟合出适用于X80钢级管道的失效压力计算公式。利用Solidworks软件建立腐蚀缺陷模型,通过ANSYS WORKENCH中的线性静力分析模块展开腐蚀体积缺陷参数对管道剩余强度影响的仿真模拟研究。首先将腐蚀体积缺陷模型分为单体积腐蚀体、群体性腐蚀两种。研究结果如下:1、将单体积腐蚀模型简化成方形和圆形两种,对方形体积缺陷腐蚀的轴向长度、轴向角度、腐蚀深度三个单参数进行数值模拟分析,发现轴向长度小于90mm时,随着长度的增大,管道对应的剩余强度在逐渐减小,且剩余强度的下降速率逐渐减小;当腐蚀长度增大到100mm时,管道腐蚀长度的增长不会对剩余强度产生较大影响;另外腐蚀深度的增加,也会造成管道剩余强度的减小。轴向角度方面表现出在0~45°角度范围内,体积缺陷管道的剩余强度随着腐蚀角度的增大而减小,且腐蚀深度的逐渐增大会加速腐蚀轴向角度增大带来的管道剩余强度的减小。2、探究了轴向长度和角度的单参数因素对管道失效压力的影响后,主要展开轴向腐蚀角度分别与轴向长度和腐蚀深度的交互作用。发现角度与长度之间存在这样的关联,在0~20°范围内随着角度的增大,角度对管道最大等效应力影响超过长度的作用,在20~45°范围内随着角度的增大,轴向角度的对腐蚀管道的剩余强度的影响也越来越小。而腐蚀深度的逐渐增大会加速腐蚀轴向角度(0~45°)增大带来的管道剩余强度的减小。3、圆形腐蚀缺陷主要做了单体积模型和群体性模型两方面的模拟研究。发现圆形体积缺陷模型的腐蚀深度有着同方形类似的腐蚀效果,而直径参数对管道失效压力几乎没有影响。在群体腐蚀方面,建立两个圆形体积缺陷模型,并定义系数k为轴向两圆的半径之和与圆心距之比,发现k值在轴向对管道剩余强度大小影响巨大。
【学位授予单位】：安徽建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE988.2
【图文】：

灰色关联分析法,基本流程图

0 (k) (k)| | 0 (k)) (k)| | 0 (k) ，则 ( ) 法和流程色关联分析方法时，遵循如下步骤：历史运行记录定位出管道发生腐蚀事故的腐蚀事故类型的诱发因素。学模型整理运算以上分析得出的数据。数值比较和风险排序。基本流程下图 2-2 所示。事故因素分析

示意图,体积型缺陷,腐蚀管道,示意图

984标准984 标准是最原始且应用最广泛的腐蚀管道失效的研究提供了基础[34]。ASME B31G-1984 最初上制定出的适合腐蚀管道计算方法，其表达式如2 123 123 1 0 8[ ]2[ ] ≤ 4 0 2 1 1 1 0 8[ ]2[ ] 4 0olias 鼓胀因子，为了区别不同形式的表达式，分；—等于 1.1SMYS；

模型图,腐蚀缺陷,钢级,管道

道有限元模拟的X80管道的模型建立一段长输管道某一区域含有的腐蚀缺陷仅对体，故在建立模型时本着节约资源、减少计算量此外为方便建模，根据管道内壁的腐蚀缺陷体进行简化处理，分别建立方形和圆形腐蚀的 X形为例，本文利用 Solidworks 软件建立如图 4D=800mm，壁厚 t=18mm，腐蚀深度 d=9mm，m，在进行模拟仿真时需要对管道施加约束力，管道模型的长度设为 L=1200mm，管道的钢材如下表 6 所示。

【参考文献】