發(fā)布時間：2020-05-17 02:24

【摘要】：伴隨著天然氣的需求量快速增長,以及管道建設(shè)事業(yè)的不斷推進(jìn),采用大口徑、高鋼級管材以提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性成為天然氣管道工業(yè)的主要趨勢。進(jìn)入21世紀(jì)后,X80作為新一代高強(qiáng)度、高韌性管線鋼,應(yīng)用量迅速增加,儼然成為國內(nèi)外高壓、長距離天然氣輸送的首選鋼級。然而,天然氣資源時常分布在偏遠(yuǎn)地區(qū),長輸管線的建設(shè)不得不經(jīng)過一些外部環(huán)境惡劣的地區(qū),這使得管道運(yùn)行安全受到極大威脅。其中,由腐蝕引發(fā)的管道表面金屬損失,強(qiáng)度減小是引發(fā)管道失效的重要因素之一。為了防止腐蝕后管道進(jìn)一步發(fā)生破壞,需要深入研究X80腐蝕管道的失效機(jī)理,從而準(zhǔn)確預(yù)測X80腐蝕管道的失效壓力,及時采取相應(yīng)對策。因此,研究含腐蝕缺陷X80管道的失效行為、失效壓力具有重大的理論意義和工程實(shí)際價值。有限元方法是本文的重要研究手段。借鑒過往X80管道爆破實(shí)驗的數(shù)據(jù),運(yùn)用Solidworks軟件建立腐蝕管道三維模型,利用ANSYS Workbench軟件對三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,包括優(yōu)選網(wǎng)格劃分方法,進(jìn)行網(wǎng)格層數(shù)無關(guān)性分析,最后驗證了網(wǎng)格質(zhì)量。通過計算結(jié)果對比,選定了適用于X80管線鋼的失效準(zhǔn)則以及失效參考壓力。通過101組有限元模擬計算,建立了單腐蝕X80管道失效計算數(shù)據(jù)庫,并據(jù)此對腐蝕管道的失效機(jī)理進(jìn)行了研究,包括單腐蝕X80管道的破壞模式、破壞過程以及應(yīng)力分析。對影響X80腐蝕管道失效表現(xiàn)的各項參數(shù)進(jìn)行了分析,如深度、長度、寬度、缺陷位置及管道徑厚比等。最后利用有限元計算結(jié)果,擬合了單腐蝕X80管道的失效壓力預(yù)測公式,并通過對比爆破實(shí)驗數(shù)據(jù)驗證了回歸公式的可靠性。針對軸向相鄰及環(huán)向相鄰的兩種典型雙腐蝕類型管道展開了研究,分析其失效機(jī)理,包括破壞模式及應(yīng)力分析等,分析缺陷間的軸向間距以及環(huán)向間距等參數(shù)對管道失效壓力的影響,并依據(jù)有限元計算結(jié)果,提出適用于X80管道的雙腐蝕缺陷間相互作用準(zhǔn)則以及軸向雙腐蝕和環(huán)向雙腐蝕的失效壓力預(yù)測公式。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合單腐蝕缺陷X80管道失效預(yù)測公式,提出交叉相鄰腐蝕管道的失效評價方法,并通過實(shí)驗數(shù)據(jù)驗證了評價方法具有較高的準(zhǔn)確性。在以上研究的基礎(chǔ)上,針對復(fù)雜形狀腐蝕X80管道展開了研究�；诂F(xiàn)有的爆破試驗,分析了不同試件的失效模式,對比了常用腐蝕管道評價標(biāo)準(zhǔn)的計算誤差。其次,利用有限元方法計算分析了含復(fù)雜形狀腐蝕缺陷X80管道在不同情況下的破壞模式、應(yīng)力分布,研究了深淺腐蝕相對深度、相對長度以及腐蝕坑剖面面積比等參數(shù)對失效壓力的影響。
【圖文】：

段及中俄石油管道工程的主干管線。逡逑油氣管道由投產(chǎn)至退役封存，其發(fā)生故障的幾率呈現(xiàn)Ｕ型，一般稱為“浴盆曲線”，逡逑也就是說在管道運(yùn)行的初期和末期最容易發(fā)生安全事故，如圖１－２所示。而當(dāng)前國內(nèi)的逡逑Ｘ８０管線鋼正處于幼齡期，處于風(fēng)險高發(fā)時期；此外天然氣資源時常分布在偏遠(yuǎn)地區(qū)，逡逑長輸管線的建設(shè)常常必須穿越外部環(huán)境惡劣的地段，這更加增加了高鋼級管線運(yùn)行過程逡逑中的安全隱患。逡逑故障率▲逡逑＾邐使用壽命邐？逡逑規(guī)定故障率逡逑早期逡逑故障期邐偶發(fā)故障期邐損耗故障期逡逑？逡逑圖１－２浴盆曲線示意圖逡逑根據(jù)美國、歐洲、加拿大境內(nèi)機(jī)構(gòu)的調(diào)研，美國自２０１０年以來共發(fā)生４３２起油品逡逑管道事故和２３８起天然氣管道事故，油品管道排名前三的失效原因分別為腐蝕（２５％）、逡逑管體／焊縫失效（２２％）和設(shè)備失效（１７％），而天然氣管道前三位失效原因則是管體／逡逑焊縫失效（２４％）開挖損傷（２２％）和腐蝕（１８％）；而歐洲在２００４－２０１３年間，天然逡逑氣管道事故的主要原因分別是外界干擾（３５％）、腐蝕（２４％）和施工／材料失效（１６％）；逡逑加拿大油氣管道失效的主要原因為內(nèi)腐蝕、第三方破壞和外腐蝕，三種事故原因在原油逡逑管道中占比為２１％、２０％和１６％

并且是導(dǎo)致油氣管道發(fā)生破壞的主要原因之一。管道發(fā)生腐蝕后，首先管壁會出現(xiàn)壁厚逡逑減薄，從而降低管道的承載能力，，造成應(yīng)力集中現(xiàn)象。隨著腐蝕程度的繼續(xù)惡化，甚至逡逑會導(dǎo)致管道失效，引發(fā)介質(zhì)泄漏或爆炸事故［４］，如圖１－３所示。逡逑圖１－３失效的油氣管道引發(fā)泄漏爆炸事故逡逑為了更好地對腐蝕管道進(jìn)行安全評價，準(zhǔn)確預(yù)測管道的失效行為及失效壓力，從２０逡逑世紀(jì)６０年代末開始，世界范圍內(nèi)的學(xué)者專家們進(jìn)行了大量關(guān)于腐蝕管道破壞機(jī)理的研逡逑宄，在這些理論和實(shí)驗研宄的基礎(chǔ)上，形成了一系列評價腐蝕管道性能的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。逡逑然而這些評估方法大多是建立在針對中低強(qiáng)度鋼研究的基礎(chǔ)之上提出來的，其理論基礎(chǔ)逡逑以及實(shí)驗驗證也都是針對中低強(qiáng)度管線鋼的管道完成的。將現(xiàn)有評價規(guī)范應(yīng)用Ｘ８０腐蝕逡逑管道失效評價時，準(zhǔn)確度始終無法令人滿意。因此，亟待展開針對Ｘ８０腐蝕管道的失效逡逑行為、失效評估的研究，填補(bǔ)目前高鋼級管道安全評價研究領(lǐng)域的空白。逡逑１．２國內(nèi)外研究現(xiàn)狀逡逑１．２．邋１單腐蝕管道失效評價逡逑從２０世紀(jì)６０年代末開始，世界范圍內(nèi)的學(xué)者專家們進(jìn)行了大量關(guān)于腐蝕管道失效逡逑行為和失效評估的研究。在這些理論和實(shí)驗研究的基礎(chǔ)上
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TE988.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2667766