多工况下地下管道结构疲劳可靠度分析

疲劳破坏是埋地管道主要的失效方式之一,超载、地下空洞等因素都会加剧地下管道结构的疲劳损伤,对其安全运行构成威胁。对管道服役期在各种不利影响因素组合下的动力响应特征进行数值模拟分析,确定其疲劳应力谱;基于材料S-N曲线和Miner线性累积损伤准则,利用可靠性理论建立了交通荷载作用下地下管道结构疲劳的极限状态方程,计算了管道结构的疲劳寿命和疲劳可靠度指标;以某软土路基环境下地下燃气管道为例,定量评估了超载和地下空洞对地下管道结构疲劳可靠度的影响。将管道在荷载作用下的结构动力分析与疲劳可靠度相结合,为地下管道结构疲劳可靠度评估提供了一种新的分析方法,可为城市地下管道的设计、施工、维护及检修提供科学依据。     

基于相邻内腐蚀缺陷交互作用的油田注水管道剩余寿命研究

为研究内表面含多腐蚀缺陷的油田高压注水管道剩余寿命问题,采用现场腐蚀挂片试验得到注水管道内腐蚀速率并分析腐蚀缺陷分布规律,在此基础上通过有限元方法研究含不同尺寸的相邻内腐蚀缺陷管道的失效压力,得到油田注水管道的剩余寿命。结果表明,腐蚀缺陷深度越大,双腐蚀缺陷交互作用间距越大,当d/t≤0.4时,相邻腐蚀缺陷轴向间距的极限作用距离L_(lim)=2.0 mm;d/t≥0.6 mm时,极限作用距离L_(lim)2.0 mm;腐蚀缺陷越长,腐蚀缺陷之间交互作用越小,极限作用距离也越小。选取胜利油田8条注水管道为计算实例,可得管道的剩余寿命在1～5年范围内,其中2号和6号管道较为危险,在实际运行中应该加强关注和管理。     

定量风险分析方法在埋地燃气管道风险评估中的应用

为了探索埋地燃气管道风险评估的可靠方法,针对埋地燃气管道的风险特点,基于失效频率和泄漏后果定量分析模型,建立埋地燃气管道的定量风险评估模型,通过对某段埋地燃气管道进行实例应用和分析,确定该段埋地燃气管道泄漏事故造成的对个人和社会的风险水平。结果表明,采用定量风险分析方法对埋地燃气管道进行风险预测,评估结果可量化,能够实现管道风险定量评估,可为推动企业燃气管道风险管理和政府应急决策提供技术支持。     

引入失效数据的腐蚀管道结构可靠性评价方法

管道失效数据和随机变量之间的相关性对腐蚀管道结构可靠性评价十分重要,但之前的研究对此考虑不足。为完善目前的腐蚀管道结构可靠性评价模型和方法,建立了考虑失效数据和随机变量之间相关性的腐蚀管道结构可靠性评价方法。该方法首先应用Copula函数研究了随机变量之间的相关性对腐蚀管道结构可靠性评价的影响;然后基于贝叶斯推断引入失效数据对腐蚀管道结构可靠性评价结果进行更新和校正;最后采用我国某天然气管道的实际失效数据对上述方法进行验证。结果表明:多种相关性的综合作用会引起腐蚀管道小孔泄漏失效概率和总失效概率降低,对腐蚀管道爆裂失效概率的影响显现出双向性;贝叶斯方法可以挖掘腐蚀管道失效数据所蕴含的完整性信息,实现对腐蚀管道结构可靠性评价结果的更新和校正,从而更准确地反映腐蚀管道的安全水平。该研究结果可为腐蚀管道的安全管理提供理论支持。     

含裂纹缺陷油气管道失效概率定量评估

腐蚀是造成油气管道失效的重要因素,腐蚀缺陷包括体积型和平面型两大类,但目前针对以裂纹类为主的平面型缺陷油气管道风险的定量评估方法研究较少。本文基于API 579规范,结合结构可靠性理论,通过引入不确定性概念,建立了含裂纹类缺陷油气管道失效概率的定量评估方法,对悬跨疲劳等其他失效类型管道风险的定量评估具有借鉴意义;同时,就Monte Carlo方法求解失效概率的适用性进行了讨论,并通过实例分析表明,相对于一定的失效概率级别,需要达到一定的模拟次数才能保证运算结果的可靠性和稳定性,但两者的对应关系还有待进一步研究。     

成品油管道基于内检测的适用性评价与维修决策

目的 建立成品油管道基于内检测的适用性评价及维修决策方法.方法 针对某成品油管道内检测数据中的管道缺陷,进行缺陷尺寸特征与环焊缝关系等统计分析.考虑缺陷形态对管道安全运行的影响,结合国内外相关标准,制定成品油管道缺陷维修判定准则.结合缺陷强度评价、腐蚀速率计算以及剩余寿命预测,确定缺陷维修计划和再检测周期.结果 该管道内外腐蚀较突出,管道外部腐蚀缺陷分布相对较为均匀,而内部腐蚀缺陷分布较为集中.通过腐蚀缺陷点与最近环焊缝距离分析,发现疑似焊缝处防腐层补口失效3处.经评价分析,该管道建议无立即修复缺陷,所有93处腐蚀类金属损失缺陷计划响应时间都在5年内.通过管道适用性评价、腐蚀缺陷剩余寿命预测,确定管道再检测时间间隔为5年.结论 采用ASME B31G、分段腐蚀速率预测等方法实施管道完整性评价,并以此确定缺陷维修响应等级和时间具有较好的实施效果.当现场开展开挖修复工作后,应根据开挖测量结果修正管道缺陷维修计划.     

含凹陷管道的适用性评价

凹陷作为管道缺陷的一种常见形式,严重威胁着管道的安全运行,甚至引发管体失效。对比国内外管道凹陷评价准则,分析各评价方法的优缺点和科学性,并提出基于深度的评价准则已不能满足工程应用,对于深度大于6%管道直径的凹陷,应进行有限元分析。针对中国石化现场的2处管道凹陷进行几何形状检测,采用有限元方法对管道进行适用性评估,获得管道的应力应变。结果表明,2处管道凹陷的深度、应力和应变均超出许用值,建议进行换管及B套筒修复。     

电子部件失效模式试验与仿真研究

目的研究焊点在热应力下的等效应力和等效蠕性应变。方法通过测定某子弹电子部件的工作极限温度、破坏极限温度,利用阶梯变化的温度来验证电子部件的极限适应温度,找出电子部件的主要失效模式。通过有限元仿真来模拟热载荷作用下焊点的应力应变行为。结果应用Garofalo模型仿真得出的蠕变效应与实际试验结果基本相近。结论通过仿真方法与试验结果相对比,证明使用Garofalo模型来研究电子部件焊点的蠕变效应是可行的。     

直升机桨叶安装螺栓强度与疲劳寿命计算分析

目的 分析桨叶安装螺栓在不同位移载荷真实试车载荷以及螺牙缺齿情况下的剩余强度以及疲劳寿命。方法 基于有限元方法分析不同载荷下桨叶安装螺栓的对数应变,依据失效应变判定其强度,提取有限元模型的单元应力,通过临界平面法计算最大组合应力平面,运用曲线走势、损伤准则预估桨叶安装螺栓的疲劳寿命。结果 0.36 mm位移载荷下螺栓应变未达到破坏值,真实试车载荷超过4倍情况下,螺栓失效的可能性较高,螺栓断牙超过2个,失效风险较高。依据试车载荷谱,初始长度螺栓寿命为20 794 h,初始长度螺栓断1螺牙寿命为10 912 h,拉伸至29.36 mm螺栓疲劳寿命为7 725 h。结论 在额定载荷状态下,材料结构破坏的可能性小。实际载荷超过4倍、螺栓断牙超过2个情况下,应力应变状态显著恶化,桨叶安装螺栓失效的风险较高,需要预防超载荷过大的情况,还需在修理过程中关注螺栓螺纹的损伤情况,即螺纹的正常磨损可不作为故障进行更换,但出现掉牙、断牙情况则需要更换。     

海底管道腐蚀防护状态检测方法

目的 介绍一种海底管道腐蚀防护状态的非接触式检测方法 ,验证基于远地参比电极电位差测量的海底管道腐蚀防护状态检测方法 的可行性.方法 论述基于远地参比电极电位差测量的非接触式检测方法 的原理,并应用数值模拟软件模拟计算964.6 m长的海底管道的电位,分析5种不同工况下埋深海底管道的整体电位在200 m水深范围内的分布...     

埋地钢质管道阴极保护电绝缘测试方法应用分析

围绕近年来普遍出现的埋地钢质管道输油气站场和阀室电绝缘失效问题,结合已开展的80座站场和阀室的电绝缘测试结果,介绍了目前阴极保护系统电绝缘失效的现状及失效形式,以实际工程案例分别阐述了目前常用的电绝缘测试方法的适用性和应用条件.基于现场测试数据和电路模型,分析和探讨了现有电位法和漏电率法测量误差的成因,以及采用电流环法和电压法判断绝缘失效时的应用条件.此外,结合实际工程经验,介绍了外部搭接、导电介质沉积和绝缘装置失效等3种典型的埋地钢质管道电绝缘失效故障的特征,并推荐了不同电绝缘失效形式下的排查方法,可帮助测试人员快速准确地排查电绝缘失效故障.     

地铁运行状态变化下杂散电流对埋地管道干扰数值模拟

目的 研究地铁系统运行状态多变性导致地铁杂散电流对埋地管道的干扰规律.方法 构建具有多个牵引区间、排流网、地铁站接地系统及停车场的地铁系统,埋地管道及其阴极保护系统等模型,基于数值模拟方法,采用专业软件计算地铁机车数量、位置及牵引电流变化,地铁排流网、站内接地系统和停车场与线路轨道电导通状况等地铁运行状态变化下轨道对地电位分布,轨道和排流网泄漏杂散电流密度分布,接地系统和停车场杂散电流量、以及杂散电流干扰时的埋地管道电位分布,分析确定地铁运行状态变化下杂散电流对埋地管道干扰规律.结果 地铁系统采用焊接而成的长走行轨回流时,任何牵引供电区间内运行的机车及电流变化,均会对靠近地铁线路的埋地管道造成干扰,干扰有叠加效应.干扰最大位置出现在埋地管道与轨道的交叉点或并行段,且并行间距越小,最大干扰水平越接近交叉点处的干扰水平.当地铁排流网、站接地系统和停车场轨道不与线路轨道电连接时,能够一定程度降低干扰水平,当与轨道在局部电连接时,会使得邻近埋地管道所受干扰程度剧增.结论 地铁运行状态变化致使埋地管道电位波动,且波动程度与机车运行状态、接地系统或停车场轨道频繁与线路轨道电连接状态、排流网性能及工作状态等地铁运行状态息息相关,在干扰检测和防护中应关注地铁运行状况变化.     

横向滑坡作用下埋地管道力学响应分析

在Winkler假设的基础上,基于滑坡推力横向分布模型建立了埋地管道在横向滑坡作用下管-土相互作用的力学模型,利用滑坡体内与滑坡体外管道的变形协调性,通过求解埋地管道的弯曲微分方程,得到了埋地管道的挠度、转角、弯矩和剪力的解析解。通过算例,编程计算得到了埋地管道内力和变形的分布曲线,由分布曲线可以看出滑坡边界和滑坡体中间位置是埋地管道最容易发生破坏的位置。选取主滑断面处剩余下滑力P0、管道径厚比D/t以及滑坡宽度L三个影响因素,利用控制变量法分析了各因素对埋地管道受力和变形的影响。结果表明:主滑断面处剩余下滑力和滑坡宽度的增大会使埋地管道的挠度、弯矩和剪力增大,因此在潜在滑坡区应尽量使用小管径、厚管壁的管道,并加强监测,以降低滑坡对管道运营造成的危害。     

基于模糊故障树的输油管线地下水风险评价

以地下水环境风险评价为目标,建立了输油管道失效的故障树,通过三角线性模糊数来表达管道失效的模糊概率,计算得到了各底事件的临界重要度,并分析得出管道失效的主要原因为第三方破坏(自然外力和人为破坏)、管道的承压能力低及管道本身的缺陷。以某段输油管道为例,针对埋地输油管道工程的特点,结合管道沿线的水文地质条件,依据地下水溶质运移模型对管段进行事故状态下污染物的运移预测。结果表明:若管道发生事故,原油污染晕约在2.2 a运移到预测点;污染中心约在4.1 a到达预测点,而此时石油类浓度达到0.37 mg/L,超标1.23倍,将会对地下水造成污染。针对预测结果,提出相应的风险应急预案和防控措施,为其他段输油管道的地下水环境风险评价提供参考。     

埋地管道缺陷非开挖检测技术应用研究

为探测非开挖条件下埋地长输管道中主要缺陷的位置,促进油气长输管道安全运行,研究了弱磁检测技术理论及其在埋地管道检测中的应用效果。在对弱磁检测技术原理研究的基础上,通过试验分析得出磁场强度、管道埋深和缺陷尺寸之间存在的指数关系,结合磁场梯度变化得出缺陷判断依据。研究结果表明:在管道非开挖条件下,弱磁检测技术可以为油气管道安全运行提供有效技术支持,并对埋地金属管道缺陷状况进行评估,从而提高了管道安全运行能力。     

双辊夹持板料旋压成形过程塑性变形行为的研究

双辊夹持式板料旋压成形是用来加工薄壁回转体法兰零件的新工艺。为了研究其旋压成形过程中的塑性变形行为,利用ABAQUS软件建立了双辊夹持旋压成形过程的三维有限元模型,并进行了薄壁回转体法兰零件的旋压成形过程的数值模拟,获得了成形过程中等效应力、应变及壁厚的分布。研究了翻边长度对成形件应力应变及壁厚减薄率的影响规律。结果表明等效应力、应变及最大壁厚减薄率均随着翻边长度的增大而增大,由此根据不同的毛坯材料可以确定相应的最大翻边长度。     

长期立贮固体发动机药柱变形预估方法研究

目的 研究老化与颠振影响下长期立式贮存固体发动机药柱的蠕变特性,基于广义Kelvin模型,构建一种考虑老化和损伤因素的蠕变本构模型。方法 通过开展温度与应力加速蠕变试验、高温加速老化试验以及往复拉伸损伤试验,获得老化与损伤对蠕变的影响规律,建立蠕变预测模型,获取模型参数,并将其嵌入有限元软件。结果 利用所得蠕变本构模型计算了某型发动机立式贮存15 a后药柱蠕变的应力应变,结果表明,考虑老化因素后,发动机药柱的最大等效应力增大了96.84%,最大等效应变减小了4.07%,在同时考虑老化与损伤因素后,最大等效应力增加了82.77%,最大等效应变减小了3.62%。结论 对比不同条件下的仿真结果,老化和损伤对发动机蠕变状态的影响较大。使用该模型能够较好地体现出固体发动机药柱的老化硬化和损伤软化。     

崩塌落石冲击荷载作用下埋地管道的安全评价

野外调查人员在进行崩塌落石灾害的风险分析和评价时,由于没有科学的判别依据,往往只能根据以往经验主观加以判断。本文在前人研究成果和野外调查资料分析的基础上,探讨了崩塌落石冲击力的计算方法,并运用LS-DYNA显式动力学分析软件建立了崩塌落石冲击荷载作用下埋地管道的三维有限元模型,进行了数值模拟,研究了某些因素对埋地管道安全的影响规律,得出一些具有实用性的曲线或公式,可供评价实际问题时查询应用,以为埋地管道的安全运营及崩塌落石的防护设计提供决策依据。     

基于KPCA-CSO-RVM模型的工艺管道腐蚀速率预测

针对石油化工企业内工艺管道的腐蚀问题,提出一种基于核主成分分析(KPCA)算法、鸡群优化(CSO)算法、相关向量机(RVM)算法组合模型的工艺管道腐蚀速率预测方法,即KPCA-CSO-RVM组合模型。该方法首先对KPCA算法、CSO算法、RVM算法进行理论介绍,提出算法的组合方法;然后使用KPCA算法对工艺管道腐蚀速率的影响因素进行优选,使用CSO算法对RVM算法中的参数进行优选;最后采用某石油化工企业工艺管道腐蚀速率及其相关影响因素数据对KPCA-CSO-RVM组合模型进行训练,对部分工艺管道腐蚀速率进行预测,并通过计算预测误差来验证KPCA-CSO-RVM组合模型的预测效果。结果表明:基于KPCA-CSO-RVM组合模型的工艺管道腐蚀速率预测结果的最大预测误差不超过4%,平均相对误差仅为2.03%,均方根误差为0.003 5,其预测效果优于其他预测模型,证明KPCA-CSO-RVM组合模型在工艺管道腐蚀速率预测方面具有可行性和先进性。     

铌酸锂调制器加速贮存寿命评估

目的研究铌酸锂调制器加速储存寿命的评估方法。方法基于韦布尔分布的方法,应用加速老化寿命评估试验理论和技术,建立恒加速应力老化寿命评估的理论模型。对集成光学调制器在不同温度应力下的加速贮存寿命进行统计,分析不同时间段器件失效概率,对其可靠性进行评估。结果计算出了器件韦布尔分布的形状参数m为0.314,表明调制器贮存时早期失效多。结论通过对器件失效数据进行分析,确定了阿伦尼斯加速模型,并计算其激活能为1.1 e V,分析得到在25℃环境条件下Li Nb O_3调制器器件贮存1年的可靠度为0.9454。