發(fā)布時間：2020-08-31 16:53

　　 海底管道作為海上油氣資源開發(fā)的重要組成部分,被譽為海洋油氣生產系統(tǒng)中的“生命線”。鋼質管道腐蝕是不可避免的,腐蝕是管道破壞的主要因素之一。因此,開展腐蝕管道剩余強度的評估是保證管道安全運行的前提,也是對既有管道是否需要更換進行決策的依據,對于延長管道使用壽命,保障油氣田的安全生產具有十分重要的意義。經過多年發(fā)展,各國規(guī)范提出了不同的軸向單點腐蝕管道失效壓力評價方法。但是,實際腐蝕損傷的形成具有一定的隨機性,管道腐蝕往往以不同缺陷尺寸的腐蝕群的形式存在,相鄰腐蝕缺陷間相互作用對管道的破壞模式和失效壓力具有非常重要的影響。針對目前多點群腐蝕管道在內壓荷載作用下的破壞機理和失效壓力缺乏明確地分析理論和評價方法的狀態(tài),本文采用全尺寸爆破試驗和數值仿真相結合的研究手段,揭示了腐蝕缺陷間相互作用對管道爆破失效模式和失效壓力的影響;通過雙點腐蝕缺陷管道失效壓力影響因素的敏感性研究,確定了缺陷間發(fā)生相互作用的最小距離,提出了內壓荷載作用下的腐蝕缺陷間相互作用準則,并驗證了該相互作用準則的有效性。本文主要工作包括:(1)采用大連理工大學研發(fā)的管道幾何尺寸測量機,獲取了管道直徑、壁厚以及腐蝕缺陷剩余壁厚等相關數據。在此基礎上,采用研發(fā)的復雜荷載試驗機開展了軸向單點腐蝕管道在內壓荷載作用下的爆破試驗。研究了管道腐蝕深度、腐蝕長度等因素對缺陷管道的破壞模式和失效壓力的影響。(2)建立了軸向單點腐蝕管道在內壓荷載作用下的三維非線性有限元仿真模型,并通過試驗驗證了有限元模型的可靠性。給出了不同強度鋼管道達到破壞時的應力失效準則�；谳S向單點腐蝕管道失效壓力影響因素的敏感性研究,結合爆破試驗和理論分析,提出了含有軸向腐蝕缺陷的中高強度管道鋼失效壓力的半理論半經驗的簡化計算公式。(3)仍使用復雜荷載試驗機,以雙點腐蝕缺陷的基本組合形式為基礎,考慮不對稱雙點腐蝕缺陷管道情況,分別開展了軸向和環(huán)向雙點腐蝕管道在內壓荷載作用下的爆破試驗。通過對爆破實測數據的分析,揭示了腐蝕缺陷間相互作用對管道反應過程和爆破失效模式的影響。(4)建立了雙點腐蝕缺陷管道在內壓荷載作用下的三維非線性有限元分析模型,并考慮軸向和環(huán)向不對稱雙點腐蝕缺陷管道計算工況,開展了腐蝕深度、腐蝕長度、腐蝕寬度以及腐蝕間距等因素對缺陷間相互作用的影響規(guī)律分析。根據對爆破試驗和數值計算結果的分析,進一步發(fā)展了內壓荷載作用下的腐蝕缺陷間相互作用準則。
【學位單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TE832
【部分圖文】：

油事故頻發(fā)［３］。隨著海洋石油開發(fā)向深水發(fā)展，管道的失效概率明顯增大［４］。歐洲石油逡逑化工協(xié)會（ＣＯＮＣＡＷＥ）邋Ｗ將可能引發(fā)海底油氣管道故障的原因歸結為五大類：材料缺逡逑陷或施工故障、操作失誤、腐蝕、自然災害和第三方損傷［６］，如圖１．１所示。值得注意逡逑的是由于腐蝕導致的海底管道事故發(fā)生率占３０％�！叮校粒遥蹋希缅澹玻埃埃薄窋祿@示，從〗９７１逡逑年至２００１年北海和墨西哥灣海底管道泄漏事故調查統(tǒng)計發(fā)現，內部和外部腐蝕是引起逡逑海底管道失效最主要的原因［７，。目前我國許多在役海底管道己接近或超過設計役齡，逡逑運行狀況不佳，損壞率逐年升高，海底管道的安全性問題凸顯出來［９］。近年來由于腐蝕逡逑引發(fā)的海底管道漏油事故包括：２００４年，南海番禺油田４－２和５－１海底管道腐蝕泄漏；逡逑２００７年，南海潿洲１２－１至１１－４原油管道腐蝕泄漏ｎｍ。海底管道一旦發(fā)生失效泄漏，逡逑將會嚴重污染海洋環(huán)境，造成巨大的經濟損失，甚至導致人員的傷亡。而且海底管道的逡逑修復工作難度大、周期長、費用高

長期運行的壓力管道會受到腐蝕的侵害，嚴重威脅到管道的完整性Ｍ，１５］。腐蝕是一逡逑個復雜的電化學反應過程，引起海底管道的腐蝕因素眾多，影響機理復雜，腐蝕缺陷經逡逑常發(fā)生在管道的外部或內部表面，如圖１．２所示。海底管道外部腐蝕的形成可能是由于逡逑管道制造故障、涂層或陰極保護問題、殘余應力、循環(huán)加載、溫度或局部環(huán)境（土壤化逡逑學）等原因造成，其中涂層的破壞是形成外部腐蝕最主要的原因。由于管內輸送油氣中逡逑污染物（小顆粒、氨基酸等）的存在，管道內部表面會發(fā)生以點蝕為代表的局部腐蝕。逡逑點蝕可以深入到管壁，在管道內產生應力集中，降低管道的內壓承載力，嚴重時造成管逡逑壁穿孔導致海底管道失去抵抗力％邋］７］。逡逑（ａ）管道外部腐蝕邐（ａ）管道內表面腐蝕逡逑圖１．２管道外部腐蝕和內表面腐蝕逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｅｘａｍｐｌｅｓ邋ｏｆ邋ｐｉｐｅｓ邋ｗｉｔｈ邋ｅｘｔｅｒｎａｌ邋ａｎｄ邋ｉｎｔｅｒｎａｌ邋ｄｅｆｅｃｔｓ逡逑內壓荷載作為正常工作運行狀態(tài)下的海底管道的控制荷載，決定著管道壁厚等主要逡逑設計參數的選取。惡劣的海洋環(huán)境導致管道不可避免地發(fā)生腐蝕損傷，引起管壁局部減逡逑薄，降低了管道的內壓承載力，如果沒有得到及時的維修和更換，海底管道極易發(fā)生爆逡逑破失效。而且實際工程中管線腐蝕損傷的形成和缺陷位置分布具有一定的隨機性和不確逡逑定性，往往包含兩個或者多個缺陷形成的腐蝕群，相鄰腐蝕缺陷之間會發(fā)生相互作用，逡逑從而影響管道的破壞過程和失效壓力。準確地預測腐蝕管道失效壓力是保證管道安全運逡逑行的前提

，并將其應用到雙點腐蝕管道失效壓力的有限元計算中陷間相互作用準則逡逑，Ｋｉｅｆｎｅｒ等ＤＭ基于對移除的含多種腐蝕缺陷服役管道陷間相互作用：逡逑陷相互獨立且環(huán)向排列，沿管道壁厚方向軸向投影時，此類型１為相鄰環(huán)向排列的腐蝕缺陷間相互作用。逡逑陷相互獨立且軸向排列，沿管道壁厚方向軸向投影時，壁厚部分隔開。此類型２為相鄰軸向排列的腐蝕缺陷間間相互作用發(fā)生在由含深層腐蝕缺陷的淺層腐蝕斑塊形類為復雜形狀腐蝕缺陷的相互作用，也稱為不規(guī)則形互作用一般通過雙點腐蝕缺陷間距來表示。圖１．３為雙距示意圖，其中腐蝕間距分別由軸向間距＆和環(huán)向間缺陷深度；Ｚ，、Ｚ２分別為雙點腐蝕缺陷長度；ｉｖ，、ｗ２

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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相關博士學位論文 前1條

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相關碩士學位論文 前3條

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本文編號：2809073