公用热力管道缺陷成因分析及安全评定

介绍了某热电厂公用热力管道全面检验中发现的裂纹和未焊透两类缺陷.通过受力分析计算出管道在运行状态下的应力分布状况,详细分析了螺旋缝埋弧焊钢管在制造过程中产生裂纹的各种因素,指出应该重视焊接钢管的焊接质量检测.利用GB/T19624-2004<在用含缺陷压力容器安全评定>中给出的压力管道直管段体积缺陷安全评定方法,对环焊...     

内压作用下含体积型缺陷弯管极限载荷研究

油气管道一旦发生泄漏失效容易引发爆炸等灾难性事故,而管路中的弯管段是容易发生失效的部分,弯管段承载能力的高低将影响整个管道系统的安全性。为了解决油气管线中弯管的失效问题,考虑几何和材料非线性,建立内压作用下含体积型缺陷弯管的有限元模型,并与爆破试验结果对比验证模型的有效性,确定管道的失效判定准则。研究表明影响弯管极限载荷的主要因素有缺陷的几何尺寸、相对位置以及弯曲半径。基于模拟计算,讨论各因素对含缺陷弯管极限载荷的影响规律,通过对计算结果进行非线性拟合,提出内压作用下含体积型缺陷弯管的极限内压预测公式。该公式将为含缺陷弯管的剩余强度评价和完整性评价提供一定依据。     

在用工业管道未焊透缺陷评定及应用

本文依据对在用工业管道未焊透缺陷进行安全评定的尝试和应用,指出（催用工业管道定期检验规程（试行）》和GB/T19624—2004《在用含缺陷压力容器安全评定》附录H是对其行之有效的方法。     

含腐蚀凹陷压力管道极限载荷数值分析

为评估含腐蚀缺陷的凹陷压力管道的安全性,用有限元弹塑性分析法,建立管道数值计算模型。研究管道缺陷长度、深度、宽度、压头直径、下压深度和初始内压等敏感性参数对含腐蚀凹陷管道极限载荷的影响。基于PCORRC法,推导多因素失效评价公式基本形式。用非线性回归分析法,拟合公式中的待定系数。结果表明,除缺陷宽度外,其余因素对极限内压影响较大;随缺陷深度、下压深度和初始内压的增大,极限内压均呈减小趋势;压头尺寸与缺陷长度相对大小不同,极限内压变化规律存在差异;失效评价公式计算值与数值模拟结果吻合度较高,相对误差较小。     

氨制冷压力管道风险评估及检验

对氨制冷压力管道进行了风险分析，并按合乎使用原则进行了安全评定。结果显示：未焊透处壁厚1．5mm以上77．8％管道通过安全评定，而壁厚提高至2mm均能通过安全评定；氨含水量对管道安全性影响不大。     

搅拌摩擦焊焊缝未焊透缺陷的超声相控阵检测

采用A扫加S扫的超声相控阵检测模式对铝合金搅拌摩擦焊焊缝未焊透缺陷进行检测,研究了检测方向和未焊透长度对检测信号的影响,分析了不同未焊透长度超声相控阵检测图像的灰度共生矩阵纹理特性。结果表明,在返回边进行超声相控阵扫查其检测效果更佳;对于长度大于超声检测灵敏度的搅拌摩擦焊未焊透缺陷,随未焊透长度的增加,检测信号幅值相应增加;灰度共生矩阵的二阶矩参数可用来识别是否为未焊透缺陷,而对比度和相关性参数可有效判断未焊透缺陷长度。     

含未焊透缺陷压力管道U因子法安全评定

泰安市境内现有大量冷库及液化气站用工业压力管道,大多在90年代初期安装,为保证这些管道的安全使用。特种设备安全监察机构要求检验机构全面检验后进行使用登记,然而,全面检验过程中发现管道对接焊缝中大量存在未焊透缺陷,按照《在用工业压力管道定期检验规程（试行）》的规定,这些压力管道安全状况等级大部分属于4级,不允许继续使用,如果让这些管道停用返修,会造成企业难以承受的损失。笔者以某液化气站GC2管道为例。根据GB／T19624—2004（（在用含缺陷压力容器安全评定》附录G利用U因子法进行安全评定,探讨该类压力管道安全状况,并与《在用工业管道定期检验规程（试行）》安全状况等级的确定进行比较,提出安全状况等级确定的一些建议。     

补强管道复合材料的渐进失效分析

复合材料缠绕补强是一种有效的管道缺陷修复技术,复合材料渐进失效对承载能力的影响有待研究。管道缺陷的局部效应和剩余强度,导致其渐进失效历程与复合材料压力容器(Composite Overwrapped Pressure Vessels,COPV)截然不同。采用复合材料补强的缺陷管件进行极限承载试验。通过对比试验极限压力与有限元模拟的渐进失效的破坏压力,验证有限元模型的正确性。有限元模拟结果表明,复合材料缠绕层发生以纤维破坏为特征的破坏模式。复合材料的渐进失效分为稳定缓慢失效和急剧加速失效两个阶段。对比COPV的瞬间大面积失效特征,分析了缓慢失效和急剧加速失效现象产生的原因,提出了实用的补强管道"临界压力"确定方法,为复合材料补强管道的设计提供参考。     

小径管焊口未焊透深度射线检测特殊工艺

本文介绍了JB/T 4730.2-2005标准未能涵盖的、适用于在用压力管道的小径管焊口未焊透深度射线检测的一种特殊工艺,并配套设计了特殊的未焊透深度RT对比试块。     

基于内检测评价的管道安全维修决策

为科学合理地制定管道维修维护计划,研究含腐蚀缺陷管道剩余强度评价方法的估计维修因子(ERF)曲线,分析不同方法的适用性,提出腐蚀速率分段求解和基于边界条件约束的管道安全维修时限概念;依据检测深度、缺陷位置、其他缺陷影响等因素,定性评价凹陷是否可接受;采用SHANNON方法 ERF曲线量化分析含制造缺陷管道的剩余强度;在此基础上,制定不同缺陷的维修决策判定准则,形成一套全新的管道安全维修决策技术;最后,以某管道为例,分析管道的内检测(ILI)数据,验证成套技术的适用性。结果表明:用该套技术能确定管体各类缺陷的安全维修时限和维修响应等级。     

城镇燃气埋地含缺陷聚乙烯管道应力分析

建立了埋地含缺陷聚乙烯管道模型,应用有限元方法计算管道的应力和变形量,分别考虑管道内压、地面载荷和管道缺陷深度变化对管道应力和变形的影响。研究结果表明,管道最大应力随管道内压的增大而增大;随地面载荷的增加呈先减小后增大趋势;随管道缺陷深度增大而增大。管道变形量随内压增大而增大,但增长较小;随地面载荷增大而增大,增长较大;管道缺陷深度只对管道缺陷处变形量有影响。研究结果为确定城镇燃气聚乙烯管道工作能力提供了理论依据。     

外力作用下管道内表面缺陷处裂纹扩展研究

为提高油气管道安全风险评估的准确性,以含内表面缺陷管道为研究对象,利用ABAQUS软件线弹性及弹塑性分析不同尺寸缺陷对裂纹萌生特征的影响;采用扩展有限元法,建立管道3点弯曲模型与全尺寸静载物理试验,并非线性拟合裂纹扩展尺寸,研究内表面缺陷处裂纹扩展情况.研究结果表明:内表面缺陷中心处极易萌生裂纹,随着缺陷尺寸的增大,裂...     

堆载作用下埋地管道应力影响因素及失效荷载研究*

为探究地面堆载导致埋地油气管道失效的事故影响因素,通过对管道在堆载作用下的工程案例进行概化,以X70管道为研究对象,采用有限元软件建立管道在堆载作用下的三维模型,采用理论计算验证模型的可行性,开展管道应力与变形分析,探讨不同的堆载强度、管道埋设深度、下卧层土体杨氏模量、管道内压与堆载偏移距离对管道应力的影响,同时开展多因素耦合研究。研究结果表明:深埋管道会促进附加应力向两端扩散,管道中心部位以外的应力值呈现为深埋＞浅埋;当下卧层杨氏模量大于20 MPa后,管道偏于安全;内压在0~2 MPa时,可以抵消部分堆载对管道的影响,内压大于2 MPa后,管道应力整体增大,此时管道应力由内压主导;得到不同管道埋深与不同下卧层土体杨氏模量耦合工况下X70管道失效时的堆载强度。研究结果可为埋地管道在堆载作用下的安全防护问题提供参考。     

交通荷载作用下埋地含缺陷PE管道力学行为研究

为分析埋地含缺陷PE管道在交通荷载作用下的力学行为,选用Prony级数模拟管道,并采用ABAQUS有限元软件建立不同缺陷PE80管道模型和不同埋深的管土模型。通过对管道轴向与环向应力的研究,确定不同条件下管道的应力大小与分布。结果表明:当管道存在缺陷时,缺陷处会出现应力突变;不同位置的缺陷对管道的应力分布影响不同;缺陷相对深度改变会使缺陷处应力变化明显,通过建立多元回归方程得出对缺陷管道最大Von Mises应力影响程度为,缺陷相对深度（Q）>管道埋深（H）>车辆荷载（P）。     

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。     

油气管道本质安全影响因素分析及启示

管道运输是油气运输的主要方式,为了研究油气管道本质安全的影响因素和薄弱环节,通过分析美国和加拿大油气管道的事故原因,识别了3种影响因素和7个薄弱环节;通过统计管道工程各阶段的事故和影响因素的数量,分析了每个阶段存在的本质安全问题。结果表明:施工阶段的事故和影响因素的数量远多于其他阶段;施工和制管阶段的影响因素种类多,事故原因分散,本质安全提升难度较大;设计和运营阶段的影响因素种类少,事故原因相对集中,本质安全提升难度相对不大;各阶段都存在技术和管理的不足。根据油气管道本质安全影响因素分析结果,得出管道本质安全5个方面的启示。     

基于紧凑拉伸试验的含缺陷燃气管疲劳寿命预测分析

为分析预测含缺陷燃气管道的疲劳寿命,实现燃气管道分类分级监测和维护。在理论分析含缺陷管道疲劳寿命预测模型的基础上,通过MTS电液伺服疲劳试验机测试获得同一应力比下4种不同应力强度因子的疲劳裂纹扩展速率,进而构建含缺陷燃气管道疲劳寿命的实用模型。以安徽淮南天然气二气源管道工程实际参数为例,预测分析类似条件下含缺陷燃气管道的疲劳寿命,为燃气管道监测维护与分类分级管理提供可靠依据。结果表明:管道的疲劳寿命与裂纹深度变化近似成线性关系,与内压幅值变化近似成指数为负的幂函数关系,且管道输送压力变化幅值不应超过1.5 MPa。     

可变径管道漏磁检测有限元仿真与实验研究

为了更好地支持压力管道检验,降低事故率,本文基于漏磁检测原理,利用有限元分析软件建立了管道外漏磁检测模型,对管道漏磁检测进行了仿真计算,得到了缺陷处漏磁场特征曲线,模拟了圆柱形缺陷对管道外壁漏磁场的影响,得出了不同参数缺陷对漏磁场的影响规律,并且基于理论和有限元计算结果试制了可变径管道外漏磁检测仪的样机,利用该检测仪对壁厚为8mm的带有人工缺陷的管道进行扫描检测,研究不同参数缺陷对漏磁场信号的影响规律。结果表明,所得结果与有限元仿真的结果吻合良好,且缺陷检测精度及效果满足要求,另外,检测装置对内外壁缺陷检测同样可行有效,适合特种设备（压力管道）检测的工程应用。     

天然气管道局部等效应力及塑性变形评估

为了研究腐蚀及地面运动对埋地天然气管线安全性的协同影响,以X80管道为研 究对象,模拟腐蚀缺陷及土壤力作用于管道之上,利用有限元方法对有腐蚀缺陷与预应 变情况下的管道局部等效应力及塑性变形进行评估,结果表明腐蚀缺陷的深度对局部应 力和应力分布影响非常明显,在失效压力预测中起着决定性作用。随着腐蚀深度的增加 ,应力集中增强,导致内表面和外表面的等效应力大小进一步分化,腐蚀深度的增加对 管道内表面的等效应力的影响很大,但对有效塑性应变的影响却不大。模拟管道上施加 有纵向应变的土壤力,不论拉伸与压缩的情况下,都会降低管道的失效压力,在施加拉 伸预应变下的管道失效压力小于压缩预应变下的。塑性变形首先发生在外表面处,并扩 展到腐蚀缺陷相邻区域,管道内表面也具有一定的塑性变形,但强度低。