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石油天然气学报 (江汉石油学院学报)2014年8月第36卷第8期
Journal of Oil and Gas Technology(J.JPI)Aug.2014 Vo1.36 No.8
国外某油气管道的纵向屈曲计算校核
何祖祥 (中国石油天然气管道工程有限公司,河北廊坊065000)
闰志强 (中国石油天然气管道局国际事业部,河北廊坊065000)
黄超,齐景斌 (中国石油天然气管道工程有限公司,河北廊坊065000)
[摘要]由于输送工艺的要求,部分油气管道需在高温高压的环境下输送,而高温高压会导致管道产生轴向
压缩力。若管道埋设在无黏性土或土壤黏聚力较差的地质环境中,对于陡坡凸起弯曲管段和点支撑缺欠下
的管道有可能发生纵向屈曲而变形,从而造成安全隐患或破坏。基于这类弯曲管段和点支撑缺欠两种敷设
情况,对管道纵向屈曲的可能性进行分析与校核,并据此给出了这些地段防止管道纵向屈曲的措施。主要
措施包括减小管道纵向屈曲的向下力和增加管道上方覆盖层的土抗力,以及加强运营期间管道的位移监测。
[关键词]油气管道;陡坡段;点支撑缺欠;纵向屈曲
[中图分类号]TE973.1 [文献标志码]A [文章编号]1000—9752【2014)08—0230—05
管道的纵向和横向屈曲问题
通常纵向和横向屈曲是海底管道从最初规划到设计阶段所必须考虑的固有问题,实际上陆上管道在高
温高压的运行条件下也可能发生纵向和横向的屈曲,尤其是当管道敷设在无黏性土或土壤黏聚力特性较差
的地质环境下…。
埋地管道由于内压及安装与运行期间的温差变化将导致管体扩张,管体表面和周围土体之间的摩擦力
阻止了管道的轴向扩张,这种对管道膨胀的约束沿管道截面产生了轴向压缩力,当轴向压缩力超过土壤与
管道问的摩擦力时,多余的能量将使管道沿一个阻力最小的路径移动,直到达到新的平衡。
轴向压缩力会对管道造成横向与纵向的屈曲失稳,由于管道为沟埋敷设,管沟侧壁的被动土压力限制
了管道的横向屈曲,工程实际中可以不考虑其影响。但是纵向凸起弯曲段的管道受到轴向压缩力的作用将
试图向上抬升,这种移动将产生纵向屈曲,造成管道上方覆土隆起或管道突出地面,如图1所示。管道的
抬升受到钢管自重及输送介质重量、回填土重量及其抗剪切力等综合因素的约束。
对于敷设在这类地质条件下的油气管道,国外很多项目要求对管道可能发生纵向屈曲失稳的区段进行
分析并出单独计算报告,如对地形起伏较大的凸起弯曲段及 “点支撑缺欠”状态下管道进行纵向屈曲分
析,下述分析的部分公式参考了壳牌公司的技术规范。
2 管道纵向屈曲分析
2.1 完全受约束管道受到的轴向压缩力
纵向屈曲的推力由受约束管道的轴向压缩力产生,由于温差和操作压力而作用在管壁上的轴向压缩力
由下式 。 计算确定。
Ne一 (1—2v) 4-2 EAt (1)
式中:N 为轴向压力,N;t为钢管壁厚,mm;R 为钢管内径,即0.5(D一2t),mm;R为钢管平均半径,即0.5(D
[收稿日期]2014…07 09
[作者简介]何祖祥 (1978一),男,2001年武汉大学毕业,工程师,现主要从事长输管道的线路设计工作。
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第36卷第8期 何祖祥等:国外某油气管道的纵向屈曲计算校核
地农 管道纵向屈曲 埋地管道
热膨胀 热膨胀
图1 管道的纵向屈曲
~ ,),n n ; 为弹性模量,N/ram。; 为泊松系数;a为热膨胀系数,℃ ; 为
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