体积型腐蚀缺陷对管道爆破压力影响三维有限元分析.pdf

第4期 一 一 体积型腐蚀缺陷对管道爆破压力影响的三维 有限元分析 孟波 ，张禹 ，王立思 (1．北京石油化工学院机械工程学院，北京 102617) (2．北京化工大学，北京 100029) [摘 要]利用三维有限元方法，系统研究了不同表面参数、不同深度的体积型缺陷对管道爆破压力的影响。结果表明：在本 文研究范围内，缺陷深度大于0．2倍壁厚时，每向内延伸O．1倍壁厚尺寸，爆破压力降低10％一30％，随着缺陷轴向尺寸的增加和 纵横比的降低，管道剩余强度出现明显降低，表面参数对管道剩余强度的影响不容忽视。 [关键词]体积型缺陷；管道；爆破压力；剩余强度；有限元 在长距离油气输送设计方案中，大 口径、高 法被证明是一种可靠的分析技术。【们。然而在研究 压管线成为设计的首选，因此管道的服役环境更 中，实际腐蚀缺陷的三维特性很难体现，管道缺 加苛刻和复杂。由于腐蚀缺陷而导致的管道破坏 陷三维特性的系统化研究 目前还较为缺乏[J”。为 约 占总事故的50％左右，建立高可靠度的管线剩余 定量分析不同缺陷参数对管道剩余强度的影响， 强度分析方法对管道的安全性评价 日益重要 1【】。从 本文利用三维有限元模拟方法，系统研究了缺陷 2O世纪60年代初，世界各国就开始了管道剩余强 深度、表面参数对管道爆破压力的影响，以期为 度评价方法的研究，提出了预测爆破压力的各种 工程应用提供参考。 数学表达式，如美国的AGANG一18、B31G标准， 1有限元计算 我国的SY／T6151．1995标准等 【圳。近年来，失效评 估图技术 (FAD)、可靠性分析技术、神经网络 1．1试验材料 方法、有限元方法等在管道的剩余强度评定中得 以x70管线钢作为实验材料 ，其弹性模 到广泛应用 [5】。特别是在研究复杂工况、复杂构 量E=2lOGPa；泊松 比V=0．3；屈服压力oy取 型缺陷变形对管道剩余强度的影响时，有限元方 620MPa，主要化学成分见表1所示。 表1 X70管线钢主要化学成分 I化学成份 C Si Mn P S Cr AI M0 lTi Cu Nb Ni V l 百分比 O．O9 O．2 1．54 0．01 0．01 O．07 0．O3 0．17ll0．02 0．11 O．O5 0．05 0．O4 1．2计算参数 已有研究成果表 明[8】，以含椭圆凹坑缺陷模拟 实际腐蚀缺陷具有较好的等效结果，因此，本文 侧重以下两个方面的研究： (I)缺陷的表面参数 对其爆破压力的影响，其中包括表面积变化所造 成的影响和纵横 比 (长短轴之比)变化所造成的 盈zzzzz ≥毯歪叠弼 亍辛d“ 影响； (2)缺陷深度变化对其爆破压力的影响。 i{ j1 取管道外径D=400mm，壁厚t=20mm，长半轴a、 ： 三====_二=zz：===芝=zZl二吐 t ill t 短半轴b及深度d为变量，几何模型示意