长输天然气埋地管道缺陷与安全性分析

发布时间：2017-07-07 03:04

  本文关键词：长输天然气埋地管道缺陷与安全性分析

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【摘要】：随着石油天然气能源工业的迅速发展,输油气管道不断向大口径,超薄壁,高压力方向发展,管道缺陷的产生也日益凸显,安全问题已经成为油气管道运行的隐患。研究管道缺陷与安全性问题对于管道的安全运行有着重要的意义。本文以西气东输一线新疆某段埋地天然气缺陷管道为研究对象,主要研究管道裂纹缺陷产生的原因以及影响在役天然气埋地管道裂纹扩展的因素,并对裂纹缺陷寻求合适的安全性评定方法。本文分析了埋地天然气管道裂纹缺陷产生的原因,由于缺陷基本都在焊接区,所以缺陷产生的原因主要由于焊接过程产生的微裂纹。重点研究疲劳裂纹的扩展机理,并对影响疲劳裂纹扩展的因素进行了分析,由于管道是在地下运行,所以影响管道疲劳裂纹扩展的因素主要是管道内压波动,地层的移动以及地震等的影响。同时也分析了埋地天然气管道在土壤及地震作用下的受力情况,并用有限元软件模拟了三种地震烈度下的管道截面位移变化情况,分析了不同烈度下的地震波对管道的影响,为地震载荷对管道疲劳裂纹扩展的影响提供了依据;用有限元软件对埋地管道裂纹进行了应力强度因子计算及裂纹尖端力学分析,并利用有限元软件和裂纹分析软件结合模拟了管道埋藏裂纹扩展过程,分析了裂纹的扩展规律。对管道裂纹缺陷寻求合适的安全评定方法,用于对管道进行合理的安全评定;分析了疲劳裂纹寿命预测的三种方法:基于Paris公式的裂纹管道剩余寿命预测,基于Manson-Coffin公式的低周疲劳寿命预测以及基于损伤力学模型低周疲劳寿命预测。管道裂纹的疲劳扩展主要是低周疲劳扩展,因此本文的疲劳寿命预测选用基于Manson-Coffin公式的低周疲劳寿命预测方法。
【关键词】：管道 疲劳 裂纹 安全性
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE973
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 引言8
• 1.2 课题背景8-9
• 1.3 国内外研究现状9-12
• 1.4 研究内容及意义12-13
• 第二章 裂纹的形成及疲劳裂纹扩展研究13-26
• 2.1 管线钢的焊接性13
• 2.2 管线钢焊接裂纹缺陷13-15
• 2.2.1 裂纹几何形式13-14
• 2.2.2 裂纹产生的原因分析14-15
• 2.3 疲劳破坏机理15-21
• 2.3.1 疲劳裂纹萌生机理15-16
• 2.3.2 疲劳裂纹扩展机理16-21
• 2.4 疲劳裂纹扩展分析方法21-22
• 2.4.1 应力疲劳法与应变疲劳法21-22
• 2.4.2 断裂力学法22
• 2.5 疲劳裂纹扩展22-23
• 2.5.1 应力疲劳裂纹扩展22
• 2.5.2 应变疲劳裂纹扩展22-23
• 2.6 影响裂纹扩展若干因素23-26
• 2.6.1 压力波动对裂纹扩展影响23-24
• 2.6.2 地裂缝对裂纹扩展影响24
• 2.6.3 冻土区对裂纹扩展影响24-25
• 2.6.4 断层对裂纹扩展影响25-26
• 第三章 天然气埋地管道裂纹扩展分析26-51
• 3.1 埋地管道应力分析26-27
• 3.2 埋地管道应力计算27-34
• 3.2.1 Marston模型27-29
• 3.2.2 膨胀土压力29
• 3.2.3 冰冻载荷29-30
• 3.2.4 地震载荷30-34
• 3.3 地震波作用有限元动态响应分析34-39
• 3.4 应力强度因子有限元计算39-42
• 3.4.1 几何建模及网格划分39-40
• 3.4.2 施加约束及载荷40
• 3.4.3 模拟结果分析40-42
• 3.5 裂纹扩展模拟42-45
• 3.5.1 ANSYS应力分析42-43
• 3.5.2 Franc3d裂纹建模43-44
• 3.5.3 应力强度因子计算44-45
• 3.6 裂纹扩展分析45-51
• 3.6.1 埋藏裂纹扩展形貌45-47
• 3.6.2 应力强度因子变化规律47-49
• 3.6.3 应力比对裂纹扩展的影响49-51
• 第四章 管道裂纹缺陷安全性评定51-60
• 4.1 含裂纹管道安全评价的理论51-54
• 4.1.1 断裂力学理论51-54
• 4.1.2 塑性极限载荷理论54
• 4.2 平面缺陷的疲劳评定54-60
• 4.2.1 疲劳评定所需数据55-56
• 4.2.2 应力强度因子幅值计算56
• 4.2.3 免于疲劳评定的判别56-57
• 4.2.4 疲劳裂纹扩展量计算57-58
• 4.2.5 容许裂纹尺寸计算与安全性评价58-60
• 第五章 管道裂纹疲劳寿命预测60-68
• 5.1 含裂纹管道剩余寿命预测60-61
• 5.2 管道低周疲劳寿命预测61-63
• 5.2.1 埋地天然气管道的低周疲劳寿命预测62
• 5.2.2 Manson-Coffin公式62-63
• 5.3 基于损伤力学低周疲劳损伤模型63-68
• 5.3.1 损伤力学基础理论63-65
• 5.3.2 低周疲劳寿命损伤力学模型预测65-68
• 第六章 结论68-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-74
• 攻读硕士学位期间发表的论文74-75

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本文编号：528624