Cr25Ni35Nb合金炉管焊接残余应力模拟分析

Cr25Ni35Nb合金材料具有优异的高温强度、抗蠕变性能和抗渗碳性能。实际应用中,焊接残余应力会导致Cr25Ni35Nb合金焊接接头常常出现裂纹。本文运用ABAQUS有限元软件模拟分析了Cr25Ni35Nb合金乙烯裂解炉管焊接过程及其残余应力的分布,并研究了不同线能量输入和层间温度控制对应力场的影响。模拟结果显示:最大横向残余应力位于热影响区焊缝表层,纵向残余应力最大值分布在焊缝及热影响区,且达到屈服应力。进行Cr25Ni35Nb焊接应当采用小的线能量输入和较低的层间温度。     

X80天然气管道在役焊接应力分析与调控

为了探究X80天然气管道在役焊接的应力分布和变化规律,在考虑天然气介质的作用下,采用有限元方法模拟了X80天然气管道在役焊接应力场分布规律,分析了天然气工况参数和环境温度对X80天然气管道在役焊接应力的影响,并根据应力变化规律提出了降低X80天然气管道在役焊接应力的措施。研究结果表明:X80天然气管道轴向焊接应力和环向应力主要呈对称分布形式,且管道外壁的应力大于管道内壁上的应力;随着天然气压力和流速逐渐增大,轴向应力先增加后降低,而环向应力逐渐增大;当环境温度增大后,管道轴向和环向应力均呈下降趋势;降低天然气压力和流速、采用焊前预热能够有效降低焊接应力。研究结果可为我国X80天然气管道在役焊接安全提供参考。     

管道环焊接头残余应力及氢扩散模拟研究

为减小氢气对管道的安全服役产生威胁,研究考虑焊接残余应力对氢在焊接接头中扩散的影响,建立管道3层环向对接焊的三维模型.通过顺序间接耦合方法,对管道焊接的温度场、应力场以及氢扩散进行耦合计算,研究结果表明:第2层焊缝与第3层焊缝交界处为整个接头的应力集中部位,也是焊接接头中的富氢区域,适当地提高填充焊线能量或者降低盖面焊...     

软土沉降位移作用下大口径管道轴向应力状态研究*

为准确掌握大口径管道的轴向应力应变状态,保障管道的安全运行,通过假定4类不同形式的软土沉降位移,研究不同沉降形式对管道轴向应力状态的影响。采用非线性有限元方法建立管道轴向应力应变参数化数值计算模型,开展影响因素分析。结果表明:针对软土沉降位移作用下1 422 mm X80大口径管道,沉降量相同时,突变型位移载荷作用下管道受到的轴向应力最大,最大轴向应力位于两侧非沉降区距管道中心约53 m处;软土沉降量达到工程实际中可能的最大值1 m时,大口径X80管道内轴向应力小于0.9倍管材屈服强度,管道环焊缝可以采用基于应力的工程适用性评估方法开展ECA(Engineering Critical Assessment)评价。     

长输管道建设中焊接技术的研究

本文通过对X80钢制长输管道建设中焊接技术的介绍,比较了长输油气管线所用的X80高性能管线钢不同焊接技术的优缺点及适用性。研究了焊接自动化技术的发展现状,针对焊接工艺研发工程实例,提出长输管道焊接技术及参数的优化方案。目前的工程实践证明了各种焊接技术的综合应用可提升焊接效率、节省人力资源,为长输管道建设提供技术支持,提升我国长输管道焊接技术的综合实力。     

压力容器制造误差探究

大型化工容器快冷器制造过程中出现了筒体轴向严重收缩现象。通过详细分析设计图、施工工艺、焊接工艺评定和质保体系运行过程,得知奥氏体不锈钢板材的高收缩率是导致容器制造误差的根本原因。除此之外,容器壳程由多段筒节组焊而成,轴向收缩进一步累积;筒节之间组对装配时强制变形使得轴向应力远大于环向应力,促进了壳程轴向收缩;板厚12mm的筒体通过焊条电弧焊四层焊满,层间温度总是处在100～350℃范围的高位数值上,对焊缝及热影响区不充分的弹性膨胀和强有力的塑性收缩起到了推波助澜的作用,加剧了各条环焊缝的轴向收缩。     

基于事故管道断后碰撞痕迹的轴向载荷研究

针对典型油气管道焊缝事故案例,基于管道断口特征和现场痕迹,推断管道轴向承载和环焊缝开裂失效过程,是揭示管道环焊缝失效机理的途径之一。本文以某X70管道环焊缝开裂事故为例,根据管道断口碰撞痕迹,采用有限元仿真分析方法,通过反演推算方式研究了管道开裂后的运动碰撞过程,确定了管道开裂前的轴向承载情况。结果表明：管道环焊缝位置断裂前的轴向应力范围约为590～640 MPa,此时环焊缝的轴向应力已超过管道自身的屈服强度。该研究为事故管道轴向承载评估提供了一种估算方法。     

油气管道盗孔接管修复结构强度分析

管道打孔现象作为第三方破坏的主要形式威胁着油气输送管道的安全运行。焊接接管是一种常见的管道盗孔修复补强方法,但焊接接管导致管道几何形状突变,破坏了原有的应力分布。建立管道盗孔接管修复结构的有限元模型,运用非线性有限元方法对管道在内压载荷作用下的应力分布进行了计算。研究结果表明:焊接接管导致了管道开孔附近区域局部应力集中,且随内压增加应力集中面积逐渐加大;最大应力点出现在管道开孔0o处(管道开孔内壁轴向位置);在保证焊接工艺的情况下,较小的接管管径、与管道主体壁厚相近的接管壁厚具有更好的修复效果。     

地表载荷对硬岩区埋地管道应力应变影响分析

为研究地表载荷对硬岩区埋地管道力学性能的影响,建立了管-土耦合三维数值模型,分析了地表载荷大小、作用面积、管道压力、管道径厚比及回填土弹性模量对管道应力分布、塑性应变、椭圆度的影响。结果表明:地表压载作用下,高应力区首先出现在管道顶部且呈椭圆形;随着地表载荷及其作用面积的增大,管道高应力区逐渐扩大,管道截面左右两侧也出现应力集中;随着回填土弹性模量、管道壁厚及内压的增加,管道顶部高应力区及最大等效应力均减小。塑性应变首先出现在管顶,且塑性区随地表载荷、载荷作用长度增加而增大,随回填土体弹性模量及管道壁厚增大而逐渐减小;当内压为0~4MPa时,管道塑性应变及塑性区随内压的增大而减小。管道椭圆度随回填土体弹性模量、管道内压、壁厚增加而逐渐减小,随地表压载增大而增大。     

侧向载荷作用下X90管道局部屈曲研究

为了获取X90高强度管道局部屈曲临界载荷随管道尺寸、内压及管材参数的变化规律,基于ANSYS建立了侧向载荷作用下X90管道局部屈曲有限元数值模型,分析了X90管道局部非线性屈曲模态及特点,探讨了管道参数及管材性能参数对屈曲临界载荷的影响。研究结果表明:管道屈曲临界载荷随管径及壁厚的增大而增大;随内压的增大呈现先增大后减小的趋势;随材料幂硬化指数的增大而减小,同时还会受到环向应力的影响,环向应力越大,其随幂硬化指数减小的速率越快;管材屈服强度的提高可以在一定程度上提高X90管道的抗屈曲能力。研究结果可为X90管道的设计提供理论基础和参考。     

双金属衬里复合管堆焊及对接焊有限元力学分析*

为研究双金属衬里复合管堆焊及对接焊焊接后焊接处应力变化,针对Φ89(8+2) mm尺寸衬里复合管,基于热-力耦合理论,建立瞬态热-固耦合管端堆焊与对接焊V型槽环焊缝轴对称力学模型。探讨衬里复合管堆焊及对接焊过程中整个焊肉及热影响区的应力变化并对应力区进行完整、详细分析。结果表明:衬里复合管焊接完成后焊区产生较高的残余应力,最高达463.47 MPa;热处理工艺消除了90%的残余应力,然而投入使用的复合管仍然存在3个高应力区:对接焊焊肉内、过渡区中靠近对接焊焊肉的基管上及2次堆焊起始点,其中应力最大的位置在2次堆焊的起始点,最高达46.63 MPa。建立的模型和计算结果可为实际工况下衬里复合管焊接部位的力学性质研究提供参考。     

加油站新旧输油管线碰头焊接方法探讨

《汽车加油加气站设计与施工规范》(GB50156-2002)中提到加油站输油管道宜采用无缝钢管、连接方式采用焊接是输油管道敷设的基本要求,其优点是焊缝少、比较严密可靠、施工速度快、省材省工、便于防腐、不容易出现渗漏隐患。但加油站在改造输油管线时,新旧管线碰头焊接过程中产生的火花易点燃管线中的油气引发火灾及爆炸。因此,如何在新旧输油管线碰头焊接时安全施工就成为了需要我们探讨的问题。本文结合丹东太平湾加油站输油管线改造的实际情况,简要的阐述了加油站含油气管线碰头焊接的几种方法。     

油气管道剩余强度评价方法适用性研究

为了研究油气管道剩余强度评价方法的适用性,介绍了完整管道失效压力的计算方法以及NG-18,B31G,DNV RP-F101和PCORCC等4种计算含缺陷管道剩余强度的方法。对4种方法中的流变应力和膨胀系数进行了分析,同时采用4种计算方法计算了30组不同钢级管道的剩余强度。结果表明:流变应力的选取对中低强度钢管的影响较大,对中高强度钢管的影响较小,当管道钢级为X80及以上时,流变应力对剩余强度计算结果的影响可以忽略不计;各评价方法中,改进的B31G中的膨胀系数表达形式更加接近实际情况; NG-18和B31G适用于评价中低强度的钢管,其中,改进的B31G结果更为准确;DNV RP-F101和PCORCC适用于评价中高强度的钢管,其中,DNV RP-F101的计算结果优于PCORCC的计算结果;对于高钢级管道的评价方法还需要进一步研究和改进。     

Plastic buckling,wrinkling and collapse behaviour of dented X80 steel line pipes under axial compression

High strength steel pipes have found increasing applications in deep high pressure offshore oil/gas lines. Damages in the form of dent are among common causes of pipeline failure. Indentation, plastic buckling and residual strength of dented normal grade steel pipes under bending, axial and combined loading have previously been addressed by a number of researchers. The plastic buckling and collapse of dented high grades steel line pipes, however, have received less previous attentions.In the current study an experimental model testing was used to evaluate the residual strength of dented X80 steel pipes under monotonic axial compression. The tubular specimens were first laterally dented by an indentor while resting on a saddle shape support. The specimens were then examined under axial compression to study the dent effects on their collapse behaviour. Numerical simulations were also used to analyse the effect of the indentor ratio, shape and alignment on the residual strength of dented steel tubes under monotonic axial compression. The results from the current study on high strength steels were also compared with semi-empirical equations available in the literature for low strength steels. It was found that these equations provide reasonable predictions for the axial residual capacity of the high strength steel pipes when the dent depths are small. With deep dents, however, they considerably underestimate the axial residual capacity of the high strength steel pipes.     

一起氨制冷系统管道断裂事故的原因分析

制冷系统的库房回气管道发生了断裂失效,断裂位置在环焊缝中心且断口平整,焊缝存在未焊透缺陷。管道采用管束整体发泡保温,增加了管道的刚性,不利于管道的位移补偿。通过对管道材质进行分析,化学成分和力学性能符合设计要求。对管道受力状态进行分析并进行应力计算,结果表明,管道焊接接头未焊透,削弱了焊接接头的承载能力。管道在"冷缩"时不能补偿而产生较大的拉应力,导致在管道强度薄弱的焊接接头处发生断裂失效。     

基于参考应力法的海底腐蚀管道剩余强度评价

在役海底管道所处海洋环境恶劣,管道发生腐蚀后剩余强度降低。为了更加准确地计算管道的剩余强度,基于ANSYS非线性有限元模拟,采用参考应力法,研究了参考应力分别为(SMYS+SMTS)/2,1.1SMYS,SMYS+69,0.8SMTS,0.9SMTS,SMTS的海底管道剩余强度,将结果与爆破实验数据作对比,提出了参考应力和流变应力取值的推荐算法。研究结果表明,在海底腐蚀管道剩余强度有限元分析中,对于X46,X60和X80管道,建议分别使用(SMYS+SMTS)/2,0.9SMTS和SMTS作为参考应力;推荐使用(SMYS+SMTS)/2, SMYS+69和 1.1SMYS三者中的最大值作为流变应力。     

温度交变下液态乙烷回气管线热应力数值计算与现场测试*

为解决低温交变载荷下液态乙烷回气管线面临的安全问题,采用有限元法和现场试验研究管线在低温交变载荷下无裂纹和含轴向裂纹管线的热应力分布。结果表明:管内温度沿周向和轴向分布具有较大的不均匀性,内外壁温度分布趋势基本相似;随着计算时间的延长,管线整体热应力先增大再减小;卸压、温度回升过程中,管内温差逐渐减小,热应力逐渐减小;裂纹处的热应力大于远离裂纹及无裂纹处的热应力;对管线热应力变化进行现场监测,试验数据与仿真结果吻合。研究结果可为低温情况下液态乙烷回气管线的方案设计提供参考和指导。