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含群腐蚀缺陷的立式储罐静力与动力性能研究

含群腐蚀缺陷的立式储罐静力与动力性能研究

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作者：朱东林东北石油大学

学位级别：硕士

自21世纪以来,石油逐渐成为各国不可或缺的重要资源,石油同时也是世界三大能源之一,各国对作为工业血液的石油资源越来越重视,一个国家的战略石油储备能力成为评价综合国力的重要指标之一,各个国家开始进行战略石油储备,大规模的石油储... 详细信息

自21世纪以来,石油逐渐成为各国不可或缺的重要资源,石油同时也是世界三大能源之一,各国对作为工业血液的石油资源越来越重视,一个国家的战略石油储备能力成为评价综合国力的重要指标之一,各个国家开始进行战略石油储备,大规模的石油储存设施相继被建立。我国早在上世纪90年代就开始进行战略石油储备,先后建立多个石油储备库。随着科学技术的发展,中国的石油储备总规模将达到100天左右的石油净进口量,同时也达到了国际能源署规定的战略石油储备能力达标线。但是随之而来也出现一些问题,例如石油储罐的腐蚀现象,严重的腐蚀将会发展成穿孔,造成火灾等次生灾害,同时地震对石油储罐的力学性能影响也不可忽略。本文利用大型有限元软件ABAQUS并引入附加质量法对带有群腐蚀的立式钢制储罐进行模态振型分析,探究静力作用下腐蚀处对储罐承载力的影响,选取不同的地震波施加到含群腐蚀缺陷的储罐,模拟真实情况下地震对含群腐蚀缺陷储罐的响应分析,对实际工程中的储罐设计及防护提供参考。具体研究内容如下:1、首先对储罐进行模态分析,引入附加质量法,通过子程序进行编程实现液固耦合的效果,完成不同储液比之下无腐蚀缺陷的钢制储罐的模态分析。将附加质量法得出的结果与规范对比,验证模型的正确性,将群腐蚀缺陷施加至罐壁进行模态分析,对两种不同工况下储罐罐壁的振型和周期开展深入研究。2、考虑到实际工程储罐尺寸较大,本文利用有限元软件建立缩尺浮顶储罐模型,其中储罐尺寸取1000m,根据规范进行无腐蚀储罐在静水压力下的应力状态和各个部分的径向位移验证,通过对比模拟径向位移与规范计算的结果,验证模型合理性。对不同储罐腐蚀处展开分析确定不同的腐蚀工况。基于储罐静力分析,研究不同腐蚀情况下储罐的承载力,找出不同腐蚀参数对罐壁许用应力的影响,提取出储罐破坏的临界值大小。3、使用耦合欧拉-拉格朗日(CEL)技术模拟罐内储液,运用时程分析法对不同工况下的含群腐蚀缺陷储罐施加不同的地震波进行地震响应分析,观察腐蚀处的应力规律和地震作用下含群腐蚀缺陷储罐对储罐动力响应的影响,为储罐的设计和维护提供参考依据。

关键词：罐壁腐蚀液固耦合地震作用群腐蚀缺陷

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含腐蚀缺陷高钢级管道失效力学分析

含腐蚀缺陷高钢级管道失效力学分析

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作者：周芮长江大学

学位级别：硕士

当今形势下,油气资源最理想的输送形式是钢制管道。由于其所处的土壤、温度等环境复杂多样,钢质管道腐蚀不可避免,导致管道失效压力降低,严重时使得管道发生穿孔、泄漏和开裂等现象,造成环境污染和经济损失,因此针对腐蚀缺陷管道的失效... 详细信息

当今形势下,油气资源最理想的输送形式是钢制管道。由于其所处的土壤、温度等环境复杂多样,钢质管道腐蚀不可避免,导致管道失效压力降低,严重时使得管道发生穿孔、泄漏和开裂等现象,造成环境污染和经济损失,因此针对腐蚀缺陷管道的失效压力及剩余强度研究具有十分重要的现实意义。但目前研究大多限于单或双腐蚀缺陷,国内外少有学者对更多个数、更为复杂的群腐蚀缺陷管道的失效机理开展深入研究,尤其是在X80高钢级管道的相关研究。因此,本文利用ABAQUS仿真软件,针对单腐蚀、双腐蚀、群腐蚀缺陷X80钢管道,进行了失效分析及管道的剩余强度预测,主要的研究内容和研究成果如下:(1)在调研国内外的含腐蚀缺陷高强钢管道失效分析及管道剩余强度评价现状的基础上,制定了本文的研究技术路线;建立了单腐蚀、双腐蚀、群腐蚀缺陷管道非线性有限元模型,并结合真实爆破试验数据以及与现有各评价标准的误差对比,验证了模型的合理准确性。(2)在含腐蚀缺陷高强钢管道模型的基础上,研究了不同缺陷的深度、长度、宽度、轴向间距以及管道内压对管道应力的影响。针对各因素进行了敏感性分析,得到如下主要结论:(1)单腐蚀缺陷高强钢管道失效的各影响因素敏感性从强到弱的顺序为:缺陷深度、缺陷长度、缺陷宽度。(2)失效压力会随双腐蚀缺陷深度或长度的增加而减小,随着轴向间距的增大而增大、其增长速率逐渐减小;相互作用大小受双腐蚀深度和缺陷之间轴向间距的双重影响。(3)腐蚀群中最深缺陷的深度是影响群腐蚀缺陷管道破坏形式和失效压力的最关键因素。腐蚀缺陷深度的大小是影响群腐蚀管道失效和管道最大等效应力位置的主要因素,Ⅱ类缺陷长度以及腐蚀群间的轴向间距是影响管道失效压力的次要因素。腐蚀缺陷处壁厚变薄明显降低管道的失效压力,在实际工程中需要注意。(3)基于DNV准则的基础上,引入了修正系数β改良DNV公式,建立含群腐蚀缺陷管道的剩余强度预测模型,研究结果可为含群腐蚀缺陷的高钢级管道失效研究及剩余强度评价提供参考。

关键词：非线性有限元方法群腐蚀缺陷高钢级失效压力预测模型

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