含体积型缺陷管道强度的有限元数学模型研究

届油工 量 更设 珠 订 含体积型缺陷管道强度的有限元数学模型研究 李毅 詹燕民 向安2 李再春2 刘伟2 陈雅楠z 曹宏远2 1 中海石油 中国 有限公司天津分公司 天津3 0 0 3 8 4 2 天津亿利科能源科技发展股份有限公司 天津 3 0 0 3 8 4 d o i 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 1 2 2 0 6 2 0 1 4 0 1 0 0 1 摘要 石油天然气管道普遍存在因腐蚀造成的体积型缺陷 而且随着服役时间的延长不断恶化 最终导致管道破坏失效 本 研究以保障管道运行安全为目的 对含体积型缺陷管道剩余强度进行了研究 利用有限元软件分析了由于管道内部腐 蚀缺陷引起的表面应力场 归纳了引起管道表面微应变变化的影响因素 利用软件拟合出相应的方程 建立了管壁应 变与影响因素对应的三维模型 为进一步进行管道安全评估提供基础理论依据 关键 词 含体积缺陷管道 有限元分析 应力场 数学模型 Ma t h ema t i c aI Mo d e I Ba s e d O n F i n i t e El e me n t An a l y s i s f or St r engt h o f Pi pel i ne wi t h Vol um et r i c Ty pe Fl a ws L i Yi 1 Zh an Ya n mi n 1 Xian g An 2 L i Za i c h u n 2 L i u W ei2 Ch e n Ya n an 2 Ca o Hon g y u a n 2 1 CNOOC CHl N A L i mit e d T i a n i i n T i a n I i n 3 0 0 3 8 4 Ch i n a 2 E T e c h E n e r g y T e c h n o l o g y D e v e lo p me n t Co L t d T i a n j in 3 0 0 3 8 4 Ch i n a A bs t r ac t Th e v o l u me t r i c t y p e fl a ws c a u s e d b y c o r r o s i o n a r e u b iq u i t o u s i n p e t r o le u m p ip e li n e s W it h t h e e x t e n s io n o f s e r v i c e t ime it wi ll b e wor s enin g and e v en t u all y lea di n g t o pi p eli n e f ai lur e I n or de r t o gu ar an t e e t h e pipeli n e sa f e op er a t i on t h i s r e se ar c h f oc us es on t he in fl u enc e f a c t or s of p i p el ine s t r e ng t h Ut i l iz i n g t h e fi n i t e elemen t s of t wa r e t o analy z e t he s u r f a c e s t r a in o f t h e p ip e l i n e wh ic h h a s t h e in t e r n a l v o lu me t r ic l y p e fl a ws a n d t h e n u me r i c a l e q u a t io n is in d u c e d l o r e fl e c t t h e f a c t o r s wh i c h a ff e c t t h e p i p e s u c e s t r a i n a n d a t h r e e d i me n s io n a I ma t h e ma t ic a l mo d e l is e s t a b l i s h e d Th i s r e s e a r c h p r o v i d e s t h e o r e t ic a l b a s i s o f p i p e l in e s a f e t y a s s e s s me n t Key wor d s p i p e l i n e wit h v ol u me t r i c t y p e f l a w f i n i t e e l e men t an a l y s i s s t r e s s f i e l d ma t h ema t i c al mo d e 油气输送管道长时间服役后 会因外部干扰 腐蚀 管材和施工质量等因素影响而发生失效事故 导致泄漏 火灾 爆炸 造成重大经济损失 人员伤亡和环境污 在油气管道失效事故发生后 及时对失效模式 机理和原 因进行分析和诊断 对于减少管道失效事故 防止类似事 故的重演具有重要意义 失效分析和完整性管理是保障油 气管道安全运行的重要手段 油气管道的腐蚀现象可以分为均匀腐蚀和局部腐蚀 实际上 完全的均匀腐蚀是不存在的 在油气管道腐蚀失 效实例中局部腐蚀最多 其中包括点蚀 缝隙腐蚀 晶间 腐蚀和应力腐蚀等 对于中低压的油气管道 其失效模式 主要是点蚀 3 经 资料分析和微观观测 结果表 明 微应 变 应力 是失效过程的共性表现 且缺陷扩展始终伴随 着表面微应变现象 临近失效阶段表面微应变明显增大 因此 可以通过管壁微应变来反映管道的腐蚀缺陷情况 当微应变达到设定的临界点时 说明缺陷可能造成管道失 效 需要及时检修 本文针对点蚀