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。     

内压、弯矩组合载荷作用下未焊透管道的安全评价方法研究

未焊透缺陷是压力管道焊接接头常见的一种缺陷,严重时可导致管道的承载能力明显降低,进而引发严重的安全事故。为了研究未焊透缺陷对管道安全性的影响,提出了采用非线性有限元分析方法,对含未焊透缺陷压力管道的影响因素进行简化,通过研究其极限内压和极限弯矩随未焊透深度、环向长度等影响因素的变化规律,进一步获得了单一载荷作用下的含未焊透缺陷压力管道的极限载荷估算公式和极限载荷曲线簇。最终在试验验证基础上建立一种未焊透管道的安全评价方法,并通过试验验证结果表明该方法可用于含缺陷工业管道的安全评定是可行的。     

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。     

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。     

钢制环氧套筒修复环焊缝缺陷管道影响因素研究

为研究钢制环氧套筒不同结构参数对X80管道环焊缝缺陷修复补强效果的影响,基于ANSYS有限元软件建立钢制环氧套筒修复含环焊缝缺陷X80管道的有限元模型,在内压与弯矩荷载联合作用下进行有限元模拟,并验证该模型的有效性及准确性。研究结果表明：随着钢制环氧套筒厚度(H)和长度(L)的增加,修复补强效果逐渐加强;当厚度(H)和长度(L)达到一定值后,修复补强效果不再改变;随着环氧树脂厚度(δ)的增加,修复补强效果逐渐变差;采用环氧树脂厚度为15 mm且钢制环氧套筒厚度和长度分别为27,1 800 mm时,对直径为1 016 mm且壁厚为15.3 mm的含环焊缝缺陷X80管道的修复效果达到最优。     

挖掘载荷下燃气PE管道损伤分析

为分析第三方挖掘施工下燃气聚乙烯(PE)管道的损伤状况,借助ABAQUS有限元软件研究挖掘载荷作用下燃气PE管道的动力响应与力学特征。建立管道、土体与管-土接触模型,其中管道模型采用Prony级数进行模拟分析;确定PE管道强度、应变和变形失效准则;从挖掘载荷直接作用与未直接作用于管道2方面进行数值模拟。研究结果表明,挖掘载荷作用下,PE管道最易达到强度失效极限;载荷直接作用于管道时,管道的应力集中现象明显,而未直接作用于管道时,载荷主要影响管道的变形;载荷直接作用下,PE管道的安全运行受到严重威胁,而有覆土保护时,载荷对管道失效的影响较小。     

基于模拟的腐蚀管道可靠性分析

腐蚀失效是压力管道失效的主要模式之一。通常采用腐蚀管道剩余强度估算的方法 ,评价腐蚀管道的安全性。腐蚀管道的剩余寿命则采用可靠性理论计算得到。以各种局部腐蚀缺陷的评定方法来建立模拟模型 ,直接采用蒙特卡罗模拟可以计算得到不同时间下的管道的失效概率 ,同时根据目标可靠度来确定腐蚀管道的剩余寿命。含多个腐蚀缺陷的管道的失效概率需要考虑缺陷间的相关性。采用模拟方法可以计算失效概率的秩相关 ,避免采用独立假设来计算管道的失效概率     

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。     

石化压力管道冲蚀失效数值模拟及影响因素分析

以镇海REAC出口压力管道系统碳钢弯管为例,结合冲蚀失效机理,建立冲蚀失效流固耦合数理模型。利用数值模拟技术分析腐蚀产物保护膜与多相流动之间的交互作用,揭示弯管内壁剪切应力分布及保护膜主位移、应力、应变的分布规律,研究石化压力管道系统冲蚀失效过程;结合现场测厚数据验证有限元分析软件流固耦合数值模拟方法的可靠性;并进一步对比分析了流体流动特性、管件结构特性等特性参数对冲蚀的影响。为石化压力管道输送系统的冲蚀失效分析、结构优化设计、RBI和定期检验测厚定位、寿命预测、风险评估等安全保障研究提供理论依据和分析手段。     

基于ANSYS对车用全复合材料CNG气瓶的安全研究

基于车用全复合材料CNG气瓶近年发生爆炸事故和定期检验中合格率偏低,主要问题在于气瓶内胆存在裂纹、开裂等缺陷。应用ANSYS有限元软件对现役全复合材料气瓶进行模拟,采用自上而下的建模方法,对全复合材料CNG气瓶进行建模,计算、分析全复合材料CNG气瓶在工作压力、试验压力、爆破压力下的应力、应变分布。模拟计算结论为现役全复合材料CNG气瓶出现的裂纹、开裂等缺陷与内胆材料强度不足和气瓶结构设计密切相关。全复合材料CNG气瓶的设计制造阶段要充分考虑内胆材料强度,合理选材,进一步完善气瓶瓶身与瓶阀过渡区域的结构设计,提出改进检验工艺方案。     

含缺陷主蒸汽管道的失效可能性分析

将单轴蠕变试验、紧凑试样试验得到的材料常数视为随机变量,考虑高温主蒸汽管道运行压力的波动规律,通过对处于高温条件下裂纹萌生和扩展的深入研究,提出电厂高温蒸汽管道失效可能性数学模型,通过Monte carlo方法计算得到初始裂纹检测结果的失效概率.给出了失效概率计算的应用实例,验证了此方法的适用性,为含缺陷高温主蒸汽管道失效可能性评估提供参考.     

基于DE-BPNN模型的含腐蚀缺陷管道失效压力预测

为提升含腐蚀缺陷管道失效压力预测精度,准确把控管道状态,建立基于DE-BPNN的含腐蚀缺陷管道失效压力预测模型,有效避免BPNN模型陷入局部最优问题,提升预测精度.基于61组管道爆破实验数据,分别用DE-BPNN与BPNN模型进行仿真计算.结果表明:DE-BPNN预测结果平均相对误差为3.26％,R2为0.98585,...     

RS-PSO-ELM下腐蚀管道失效压力预测

为提高腐蚀管道失效压力的预测精度并简化其计算过程,提出基于粗糙集(RS)和粒子群算法(PSO)融合极限学习机(ELM)的腐蚀管道失效压力预测模型。通过属性约简提取影响失效压力的关键因素,选用PSO优化ELM的输入权值和隐含层偏差,将归一化的核心指标数据代入计算。结果表明:该模型预测结果与实际值基本一致,与单一ELM模型相比,预测结果的均方差(MSE)降至0.255;与其他蚀管道失效压力评价模型相比,该模型预测结果的绝对误差平均值降至0.32。     

高含硫天然气泄漏爆炸与毒性影响因素分析

为探究高含硫天然气发生泄漏时危害影响因素的相互关系,基于火焰加速模拟器(FLACS)软件模拟,采用单因素分析和均匀设计法研究CH4和H2S体积分数含量比、通风速率和管道压力对高含硫天然气泄漏爆炸与毒性的影响。研究结果表明:影响高含硫天然气泄漏爆炸极限范围因素主次顺序为通风速率管道压力 CH4与H2S含量比,其中通风速率负相关,管道压力、CH4与H2S含量比呈正相关,通风速率对爆炸极限范围影响最显著;影响泄漏毒性敏感主次因素相反,通风速率、含量比呈负相关,压力呈正相关,CH4与H2S含量比影响最显著。     

基于模糊ANP的海底管道失效风险综合评价

为更准确地评价海底管道失效风险,综合采用德尔菲法、模糊理论、网络分析法(ANP)和模糊综合评价法,首先,依据专家意见与事故统计数据,从腐蚀、自然因素、第三方破坏、材料等4个方面辨识管道失效风险源;其次,邀请领域专家评估管道失效概率,判断各风险因素相互影响的重要度;然后,通过模糊理论处理评估信息,使用Matlab软件完成极限超矩阵和全局权重向量的编程计算;最后,以南海荔湾某在役输气管道为例,进行模糊综合评估。结果表明:该在役管道的风险评价等级为较低;第三方破坏与腐蚀是海底管道失效的主要原因,与事故统计数据基本一致,验证了基于模糊ANP的失效风险综合评估的合理性。     

基于韧性损伤模型的管道凹坑缺陷应变评估

为提高管道凹坑缺陷应变评估方法的准确性,基于韧性断裂模型和损伤力学,建立管道凹坑损伤评估模型。结合有限元方法,研究2种典型凹坑缺陷(平滑型凹坑和曲折型凹坑)不同区域的损伤程度,计算在不同管规格和内压下的凹坑缺陷临界失效应变。数值模拟结果表明:不同类型凹坑的各部位损伤程度不同,且可能产生裂纹的部位也不同;不同管规格之间的临界失效应变差别较小;由于内压的回弹作用,不同内压下的非约束型凹坑的临界失效应变不同,可进而得到内压和临界失效应变的拟合关系;凹坑缺陷的应变评估需要将凹坑分为约束型和非约束型,选用不同的应变标准分别予以评估。     

内腐蚀海底管道剩余强度的FOA-GRNN模型

为探究内腐蚀海底管道剩余强度,保证管道安全运营,基于管道壁厚、直径,腐蚀深度、长度、宽度和极限抗拉强度等影响因素,提出果蝇优化算法(FOA)优化广义回归神经网络(GRNN)的剩余强度计算方法,应用GRNN构建剩余强度预测模型;采用FOA优化模型,人为设置光滑因子的负面影响;通过有限元模拟生成影响因素和剩余强度数据库,并采用FOA-GRNN模型训练和预测;以巴西国家石油研究中心的极限强度爆破试验数据为例,分析验证预测模型。结果表明:FOAGRNN模型对有限元模拟数据的剩余强度预测平均相对误差(ARE)为16.53%,对试验数据预测ARE为7.81%,预测结果合理、准确。     

非均质黏土地基单桩基础水平极限承载力研究

为减少海上风机长期受到风浪流等水平荷载的影响,利用ABAQUS软件建立非均质黏土单桩基础极限承载力有限元模型,利用温度作为虚拟变量以反映非均质黏性土抗剪强度随深度变化的关系,采用生死单元法进行地应力平衡,并比较有限元得到的水平荷载下单桩基础承载力变化结果与离心机试验结果,以验证其准确性。结合刚性桩与刚柔性桩水平极限荷载下土体失效模式,分析不同长径比、土体弹性模量系数、桩土摩擦因数等参数对单桩基础水平极限承载力影响。结果表明：桩体预埋深度增加后,桩体从刚性桩向刚柔性桩转变,土体破坏模式从楔形、旋转破坏转变为楔形、满流和旋转破坏。土体弹性模量系数对单桩基础水平极限承载力影响较小,长径比和桩土摩擦系数对单桩基础水平极限承载力有较大影响。     

苯蒸气爆炸/燃烧火焰传播特性研究

为探究苯蒸气爆炸/燃烧火焰传播特性,在自主设计加工的长度1 m的透明可视化爆炸试验管道内,开展不同浓度苯蒸气的爆炸/燃烧试验,利用高速摄像仪拍摄管道内不同浓度苯蒸气爆炸火焰传播图像,并对比研究火焰图像。结果表明:低浓度苯蒸气-空气预混气体点燃后发生剧烈爆炸反应,随着苯蒸气浓度的升高,剧烈爆炸反应转为温和燃烧反应;火焰传播平均速度随苯蒸气浓度的增大而增大,在苯蒸气体积分数为2. 8%时,火焰传播平均速度达到最大值,之后,随着苯蒸气浓度的增大而减小;低浓度苯蒸气爆炸火焰传播过程经历了急剧加速、急剧减速、缓慢加速和缓慢减速4个阶段,高浓度苯蒸气火焰传播速度基本保持不变,火焰形态与火焰传播速度密切相关。     

基于数理统计和文本挖掘的埋地钢制燃气管道失效分析

近年来燃气管道事故频发,严重威胁周边人民群众生命财产安全。为准确认识埋地钢制燃气管道失效特征及致因,针对性开展风险管控,以某管道燃气公司2018—2021年共计1 338条埋地钢制燃气管道失效记录为分析蓝本,采用数理统计方法分析失效总体趋势及管道敷设位置、压力等级、外防腐层类型、失效原因、管龄对应的失效特征;采用文本挖掘技术共计提取26项埋地钢制燃气管道潜在失效致因,通过词云可视化方式分析高频失效致因;构建失效致因共现网络探索不同致因之间的耦合关系,并根据特征向量中心性辨识主要失效致因。结果表明：中压庭院管道是风险管理的重点;腐蚀失效频次与管龄总体呈正相关,且从第4 a开始失效频次快速增长,在第19 a左右达到峰值;土壤腐蚀、防腐层破损、杂散电流、未安装阴极保护系统、管道服役年限较长、管体缺陷、防腐层老化和敷设环境发生变化是埋地钢制燃气管道失效主要致因,是风险管控的关键点。