储气井螺纹连接安全性有限元模拟分析及实验研究

储气井是一种新型压力容器,其螺纹连接的安全性目前既没有经过充分的研究论证,也没有经过实践的充分检验.通过实验和有限元模拟方法,对储气井螺纹连接的安全性进行了分析研究,得出了以下结论:(1)储气井模拟构件在极限内压实验过程中,在管体发生强度失效前,螺纹连接接头部位先发生泄漏失效,表明螺纹连接接头是储气井的薄弱环节;(2)储气井在极限内压条件下的破坏模式为“漏而不破”,这一特性有益于保障储气井的安全;(3)螺纹沟槽对于井管管体而言是一种“损伤”,但其并没有增高螺纹连接接头部位的结构应力,原因是因为接箍起到了加强作用;(4)螺纹连接接头部位螺纹牙底存在应力集中,可能会导致疲劳失效,建议设计时予以重点考虑,内压疲劳实验结果显示螺纹连接接头的抗疲劳性能满足储气井一般工况要求.     

螺纹连接预紧力在柱形高压气瓶中的安全应用

气瓶堵头是实现气瓶安全储存气体的重要部件,小的预紧力不能满足安全使用气瓶的需求;过大的预紧力也经常致使堵头变形、拧断等现象发生。本文从安全角度出发,通过受力分析给出了气瓶堵头螺纹连接的最大预紧力、最小预紧力和适当预紧力的计算方法,并结合实践,给出了拧紧力矩的计算方法。本文还分析了在气瓶检测实际中利用45钢代替不锈钢制作堵头的利弊,为安全使用气瓶和气瓶检测提供重要的数值依据。     

储气库注采管柱螺纹失效动态风险评估*

为解决储气库注采管柱螺纹失效问题,识别注采管柱螺纹失效致因与后果,基于蝴蝶结和贝叶斯网络方法构建注采管柱螺纹动态失效风险分析模型,采用模糊集理论计算模型变量先验概率,并评估注采管柱失效后果概率,从而推断注采管柱螺纹失效关键致因因素;引入先兆数据,评估注采管柱螺纹动态失效风险态势。结果表明:气体中携带固体颗粒、上螺纹速度过快、注采温度高、地层断裂等13个因素对螺纹失效风险影响较大;螺纹失效概率逐渐增大,螺纹失效后果也越来越严重,需要监控螺纹失效关键致因以降低螺纹失效的风险。     

油气井特殊螺纹接头连接安全性研究

针对油气井中API螺纹和常规特殊螺纹接头连接性能较差的问题,提出了1种新型特殊螺纹接头结构,采用有限元法,分析了该螺纹接头在上扣、拉伸、压缩、拉伸+内压、拉伸+内外压等5种工况下螺纹位移、接头接触应力和Mises应力的分布规律,研究了螺纹接头在极限载荷下的连接安全性,并通过全尺寸试验验证了有限元结果的正确性。分析和试验结果表明:在5种工况下,螺纹首尾3扣应力很大,中间段螺纹的应力分布较均匀,螺纹两端存在明显的应力集中;螺纹径向位移和轴向位移随拉伸、压缩、外压载荷的增加而增大,随内压载荷的增大而减小;极限载荷下,管体屈服而接头并未发生滑脱及泄漏现象;该螺纹接头连接强度、密封性能和抗粘扣能力达到了使用要求。     

N80油管接箍螺纹联接的应力分析与失效评估北大核心CSCD

油管与接箍的螺纹联接部分是保证油管正常工作的关键纽带。基于弹塑性力学理论,利用ABAQUS有限元软件建立了N80油管接箍的轴对称模型,对油管接箍的上扣过程进行了数值模拟,并结合实际工况分析了不同井深条件下油管接箍螺纹的应力状况,得到了油管与接箍螺纹的失效特征。结果表明:上扣过程中油管和接箍螺纹的Mises应力呈两端高中间低的形式分布,过盈上扣3圈时接箍两端的螺纹已经进入塑性状态;实际工况下,油管螺纹的Mises应力随着井深的增加呈下降趋势,井口处油管两端的螺纹已经超过屈服强度,而接箍螺纹的Mises应力随着井深的增加而增大,3 000 m井深时接箍两端的螺纹均已进入塑性状态,易发生粘扣而导致密封失效。     

N80油管接箍螺纹联接的应力分析与失效评估

油管与接箍的螺纹联接部分是保证油管正常工作的关键纽带。基于弹塑性力学理论,利用ABAQUS有限元软件建立了N80油管接箍的轴对称模型,对油管接箍的上扣过程进行了数值模拟,并结合实际工况分析了不同井深条件下油管接箍螺纹的应力状况,得到了油管与接箍螺纹的失效特征。结果表明:上扣过程中油管和接箍螺纹的Mises应力呈两端高中间低的形式分布,过盈上扣3圈时接箍两端的螺纹已经进入塑性状态;实际工况下,油管螺纹的Mises应力随着井深的增加呈下降趋势,井口处油管两端的螺纹已经超过屈服强度,而接箍螺纹的Mises应力随着井深的增加而增大,3 000 m井深时接箍两端的螺纹均已进入塑性状态,易发生粘扣而导致密封失效。     

基于三维模型的螺杆钻具传动轴螺纹强度评价研究

为了研究螺杆钻具传动轴在三维井眼轨迹空间中的受力状态,根据螺纹连接的有限元控制方程,建立1种带螺旋升角的直扣螺纹力学模型,采用有限元方法对其进行计算,研究相应工况下连接螺纹的强度,结果表明:分别在压缩、扭转、弯扭组合载荷作用下,公扣螺纹端整体受到的应力比母扣螺纹要大3~4倍;压缩载荷也是连接螺纹粘扣的重要原因;传动轴接头受到弯扭组合作用的影响最大,其次为扭矩载荷,影响最小的是压缩载荷;长期在弯扭载荷作用下工作,会导致螺纹接头发生屈服破坏。以上结论有助于对传动轴的力学强度进行定性和定量判断,为进一步研究传动轴连接螺纹的受力提供了1种新的认识。     

采用改进FRAM模型方法的管道爆裂事故分析

近年来,主蒸汽管道爆管事故频发,为了找出管道爆裂事故的致因路径,有效预防和控制此类事故发生,以某重大蒸汽管道裂爆事故为例,采用时间和事件序列图(Sequentially Timed Events Plotting, STEP)技术和蒙特卡罗模拟方法对功能共振分析法(Functional Resonance Analysis Method, FRAM)进行改进,进行事故致因分析并建立屏障措施。结果表明,改进后的FRAM模型可以全面识别功能信息并且定量确定FRAM模型中各功能的变化及耦合关系,减少功能性能变化及潜在耦合变化分析的主观性,找出系统发生共振的功能及失效连接。最后,根据失效连接制定相应屏障措施来预防此类事故的发生。     

在用储气井定期检验案例分析

本文对近年在储气井检验中发现的主要问题和案例进行了统计,对每一种案例进行了讨论,分析了缺陷形成原因,并提出了相应的处理方式和检验要点。统计表明腐蚀减薄是储气井最常见的失效形式,腐蚀缺陷应作为储气井检验的重点。在没有其它螺纹连接性能检验方法的情况下,耐压试验应作为储气井定期检验的必检项目。     

典型高温紧固螺栓不拆卸相控阵检测技术研究

近年来,随着国内科技的飞速发展,电力需求日期增大,国内火力发电厂总数也与日俱增,在役机组运行和检修过程中,发现高温紧固螺栓存在不少的质量事故和质量问题。高温紧固螺栓广泛应用于汽轮机内外缸中分面法兰、主汽门、调门以及高温蒸汽管道法兰等的连接,螺栓承受的载荷和所处工况非常复杂,在安装、拆卸等过程中承受冲击载荷作用,在结合面附近的螺纹根部形成应力集中,导致螺栓的断裂或失效,这是螺栓的主要失效形式之一。高温紧固螺栓使用常规超声波检测受到检测灵敏度低等因素影响严重,研制一种效率高、免拆卸、灵敏度高的相控阵检测技术迫在眉睫。     

基于失效模式分析的加氢釜全面检验

基于加氢釜的结构及氢化工艺,分析其失效模式。分析表明：加氢釜失效形式主要为上封头的孔蚀和下封头的应力腐蚀。基于此、在确保检验质量的前提下尽量减少检验项目、缩短全面检验时间,安全评定加氢釜的失效现状,同时提出了此类压力容器安全运行及检验的改进建议,提高安全监管的科学性和有效性,避免事故的发生,确保设备长周期安全运行。     

基于Bezier曲线的特殊螺纹密封面参数化设计

为提高油套管特殊螺纹密封性能,优化特殊螺纹密封结构,基于Bezier曲线理论方法,提出1套特殊螺纹球面对锥面密封结构参数化设计方法,并设计了1种基于Bezier曲线理论的特殊螺纹密封结构。通过数值模拟方法,对比分析新型特殊螺纹密封结构与传统球面/锥面密封结构形式密封面上接触应力分布。结果表明:基于Bezier曲线设计的特殊螺纹密封结构可提高密封面接触压力,改善螺纹接头密封区塑性区域分布,有利于提高特殊螺纹接头的抗疲劳性能,有效预防特殊螺纹接头应力腐蚀断裂,为深井、超深井油管柱螺纹接头的密封设计提供参考。     

顶紧螺栓的防松螺母安装位置探讨

顶紧螺栓配合防松螺母的结构在工程实际中得到广泛应用,防松螺母安装在顶紧螺栓的工作面侧和非工作面侧都比较常见,本文分析了这两种安装方式的螺旋副受力情况,认为两种方式各有优劣。安装在非工作面侧时,螺母预紧力的操作方向和螺栓的顶紧操作方向一致,拆卸方向也一致,操作方便,但是需要的预紧力要大于受到的外力;安装在工作面侧时,螺母预紧力的操作方向和螺栓的顶紧操作方向相反,拆卸方向也相反,防松效果较好,但是需要从工艺上保证防松效果。     

洪水冲击下法兰连接管道失效水速和长度研究

为确保管道安全运行,归纳分析洪水作用下管道的破坏类型,基于洪水冲击作用下管道及连接处的受力分析,构建洪水作用下管道法兰连接处螺栓失效判定模型;通过该模型判断洪水冲击作用下管道法兰连接处的螺栓安全状况,计算管道连接处失效时的洪水速度和管道的失效临界长度;以平焊环板式钢制管法兰连接的化工管道为例,分别计算不同外径的管道在洪水冲击作用下失效时的临界水速和临界长度。结果表明:洪水冲击下,随着洪水速度的增加,管道的失效临界长度逐渐缩短;相同水速时,管道外径越大,管道的失效临界长度越长。     

某小区X型号电梯制动器制动臂开闸顶杆螺栓失效分析

通过断口分析和力学性能试验对顶杆螺栓的断裂失效原因进行了分析。结果表明:失效螺检属于脆断,裂纹源主要起始于螺纹根部;依据GB/T 3098.1-2010,失效螺栓的冲击性能、金相组织不满足标准要求;失效螺栓内部的非金属夹杂物主要由硫化物及氧化物组成,在低温环境下一定程度上会加剧螺栓局部产生应力集中,降低材料的塑性和韧性。最后针对上述失效原因,提出了改进措施和建议。     

商业区与轻轨站厅开口处防火分隔失效时人员安全疏散评估

针对相连接部位开口处的防火分隔失效时人员能否安全疏散进行评估,研讨人员安全疏散评估过程中所采用的定性分析和定量分析方法。以某商场与轻轨站相连接开口处为例,考察当防火分隔耐火性能失效后,商场内人员和轻轨站的人员能否从火灾中得以安全疏散;通过火灾模拟的方法,采用BuildEvac和FDS软件分别对火灾时人员疏散状况和火灾烟气的蔓延情况进行人员疏散模拟和火灾烟气运动模拟。根据模拟计算结果,对商场内人员和轻轨站人员的安全性进行详细分析和讨论,从而得出实例评估结论:当排烟系统正常工作时,即使防火分隔(防火卷帘)失效,火场环境对商业区和轻轨站的人员生命安全在整个疏散过程中均不会构成威胁,所有人员都能安全疏散到安全地点。     

水下连接器试压帽结构动态仿真及密封性分析

为解决水下连接器现有力学模型过于简化，预紧力加载不够合理，密封性能分析结果不够准确的问题，基于ABAQUS有限元模拟提出了新的动态接触分析方法，针对水下连接器试压帽双头螺柱结构，探究了安装和试压工况中该结构形式的密封特性及其与等效拧紧力矩的非线性关联。研究结果表明:在塑性失效设计准则范围内，2种工况下密封环的Mises值最大为399.4 MPa；安装工况下，随预紧力的增加，密封环上、下锥面最大接触应力先增大后略微减小；1 145 Nm螺栓拧紧力矩可完成安装工况，并能在试压工况中保证各部件不被弹开；试压工况下，随试验内压的增加，密封环上锥面最大应力缓慢增加，下锥面最大接触应力几乎不变，最终2值近似相等约为850 MPa，密封宽度合理。     

基于CFD的注采管柱接头修复胶液渗流规律研究*

为探讨注胶方法修复井下注采管柱螺纹接头缝隙的可行性,采用计算流体动力学欧拉-欧拉多相流方法构建胶液在注采管柱接头缝隙内的渗流流动数值仿真模型,模拟注胶压力驱动下修复胶液在管柱接头螺纹缝隙内的渗流过程,通过多工况条件下胶液在螺纹缝隙内的渗流数值模拟,研究注胶压力、胶液密度和螺纹失效缝隙对胶液渗流过程的影响。结果表明:基于欧拉-欧拉多相流的数值模型可有效预测胶液在管柱接头缝隙内的流动;胶液在狭缝内的渗流深度与注胶压力呈正比;胶液渗流深度与胶液密度呈反比;胶液渗流深度与螺纹缝隙尺寸呈正比。     

承压染色机失效分析

通过对高温高压染色机失效原因的分析表明,应力腐蚀是造成染色机失效的主要原因。对此类压力容器以后的安全运行提出了意见。     

基于有限元的含腐蚀缺陷P110油管失效分析与安全评价

含有腐蚀缺陷油管在复杂的工作荷载下容易发生失效。建立了在内压与轴向力共同作用的复杂工作载荷下,含椭球型蚀坑缺陷与轴向沟槽型缺陷两种腐蚀缺陷的油管有限元模型。基于该模型研究了不同载荷工况下缺陷宽度、深度与长度对油管安全性及失效模式的影响。研究结果表明:腐蚀位置深度较浅时,椭球型蚀坑缺陷更危险,油管主要发生由轴力引发的断裂失效;腐蚀位置深度较深时,轴向沟槽型缺陷更危险,主要发生由内压引发的破裂失效。研究成果可为含腐蚀缺陷油管的安全评估提供依据。