考虑管内流动的含体积型缺陷管道剩余强度评价方法研究

作     者：胡潜平 

作者单位：武汉工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨红

授予年度：2016年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 082003[工学-油气储运工程] 

主      题：高强钢管道 体积型缺陷 管内流动 流固耦合 剩余强度评价 

摘      要：近十年来,我国天然气行业进入高速发展阶段,国内天然气的运输量迅猛提升,整个行业对输气管道各方面的性能要求也随之提高。高强钢管道具备有屈服强度高,管径大,管壁薄,耐腐蚀等特点,因此已经逐步取代普通级钢材管道,成为世界主要的输气建设管道。由于高强钢管道的运行压力高,加上相对普通钢管更薄的管壁,管道内部细小的体积缺陷对管道的安全运行和剩余强度的影响不可忽视。然而,目前国内外高强钢管道剩余强度的评估仍然比较片面,大多忽略了管内高压流体的流动的影响。所以在考虑管内流体流动作用下,分析管内体积型缺陷对高强钢管道剩余强度的影响有着非常重要的意义。本文首先探讨了含体积型缺陷管道建模与流固耦合分析的一般方法。首先以管内的流体流动为研究对象,分析含体积型缺陷管内流体的压力分布,再以管壁为研究对象,将管道内流体流动所引起的压力降做为载荷条件加载到管壁上,分析了含体积型缺陷管道的应力,从而可对管道剩余强度进行评估。其次,对含内腐蚀体积型缺陷的X70高强钢管道进行流固耦合模拟,分析了腐蚀缺陷的几何参数和流动因素对管道剩余强度的影响。研究结果表明管道剩余强度随腐蚀深度增大而不断减小,且变化趋势越来越显著,在管道弹性形变过度到塑性形变的过程中管道最大等效应力迅猛增大;腐蚀长度增大,腐蚀缺陷区域的最大等效应力也随之增大,但影响效果不如深度明显;不同点在于,管道的最大等效应力随腐蚀缺陷宽度的增大而减小,一般可以忽略缺陷宽度对管道剩余寿命的影响。在考虑流动的情况下,缺陷部位的等效应力值小于纯压载荷下的应力值,且在考虑流动的情况下,流速增大也会使等效应力下降,而压力的增大则会直接引起腐蚀缺陷区域等效应力随压力线性增大。最后,对比分析了ASME B31G评价标准、DNV RP-F101和PCORRC评价方法在工程使用中的差异性,如果以传统方法评价高强钢管道剩余寿命,提出以PCORRC法为主,ASME B31G评价标准、DNV RP-F101方法作为对照的参考意见。并通过工程实例的计算,验证了本文有限元方法来评价含体积型缺陷高强钢管道的剩余强度的可行性。