CN107806986A - 油气输送管道用热挤压三通验证试验评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种油气输送管道用热挤压三通验证试验评价方法，包括以下步骤：1)对热挤压三通试样进行初步检验；2)对初步检验合格的热挤压三通试样进行爆破验证试验；3)对热挤压三通试样进行承压能力评价。本发明针对热挤压三通的制造工艺和结构特点，利用静水压爆破试验方法进行三通的极限承载能力测试，结合承压系统的等强度连接分析和相关工程经验，给出了大口径高强度油气输送管道用热挤压三通承压能力设计的门槛值，进行承压能力评价，成功填补了爆破验证试验方法在承载能力设计上的不足，为管道工程三通的设计和安全运行提供指导依据。

Description

油气输送管道用热挤压三通验证试验评价方法

技术领域

本发明涉及一种油气输送管道用热挤压三通验证试验评价方法。

背景技术

三通是油气输送管道的重要组成部分，能够改变管道输送方向，进行管道分支、实现特殊连接等作用，三通的合理性设计和完整性是保证管道安全不可缺少的内容。目前国内、外标准中三通的设计多采用等面积补强方法，即是由于三通的大开孔结构，存在几何形状不连续因素，在相贯线的拐角处会形成极大的应力集中，管道开孔丢失的材料指定面积需要依靠补强材料的指定面积进行替代补强。然而大量的工程实践表明，按照面积补强方法所确定的三通几何尺寸十分保守，尤其是针对大口径高强度三通设计时，其设计要求已接近现有材料热加工临界壁厚，不仅使得三通制造技术难度倍增，且质量稳定性大大降低，风险控制水平陡增。

极限载荷直接反映了实际构件的承载能力，是衡量结构设计合理性和可靠性的一个重要参量，在压力容器及受压部件的分析设计和完整性评定中具有重要意义。实际工程中常用爆破验证试验方法进行三通设计，即采用静水压注法在密闭的试样上持续加压，使管件发生变形直至爆破，获得三通的极限承载能力。该方法直接有效，但是，针对三通这一结构件，当其设计压力一定时，选用多大的承压能力作为门槛值，以考核指标爆破验证试验的有效，此类研究成果的报道非常少，还没有成熟的理论依据可供参考。ASMEⅧ规定了内压容器液压试验时任一点的压力至少要取最大设计压力的1.3倍，气压试验压力不超过1.1倍。GB 50251-2015《输气管道工程设计规范》规定了输气管线强度试验压力应符合：一般地区的线路管段水压试验压力不应小于设计压力的1.25倍，而采用空气进行强度试验时，试验压力应为设计压力的1.25倍；严苛地区的线路管段水压试验压力不应小于设计压力的1.5倍；输气站和阀室内的工艺管道强度试验压力不应小于设计压力的1.5倍。以上评价参数适用于管线钢管和常规压力容器的试验评价，而不能完全适用于三通管件，主要是因为三通的制造特点。按照制造方式不同，三通可分为挤压三通、焊制三通、锻造三通和铸造三通。目前我国使用的大口径高强度油气输送管道用三通通常采用热挤压成形工艺方法制造，主要是因为焊接三通的高应力区正好位于焊缝上，容易留下事故隐患；大口径高强度锻造三通受制于工业能力，难以制造；铸造三通的质量不易保证，内部容易出现缺陷。热挤压成型方式能够克服以上问题，还可以改善三通肩部的应力集中，特别适合于大口径高强度油气输送管道用三通的生产，得到了广泛的应用。区别于管线钢管和常规压力容器，热挤压三通的承压能力受制于结构复杂，结构参量甚多(主管直径及壁厚，主管最小肩部壁厚，支管高度、直径及壁厚，曲率半径等)，载荷也相当复杂(内压、面外弯矩、面内弯矩、扭矩及轴向力等)。

从以上信息可知，热挤压三通适合于大口径高强度油气输送管道应用，但是大开孔接管设计仍然是工程界的一大难题，没有可靠的设计计算公式，并且其结构复杂，结构参量很多，载荷也相当复杂。工程实践中经常采用的爆破验证试验方法虽能获得三通的极限承载能力，但是在三通设计时需要明确给出三通的最小承压能力，尤其是在设计压力已知情况下选用多大的承压能力作为门槛值，这些问题不再是常规压力容器、管线钢的压力试验和传统的三通爆破验证试验方法所能解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种油气输送管道用热挤压三通验证试验评价方法，解决了背景技术中存在的上述技术问题。

本发明的技术解决方案是：一种油气输送管道用热挤压三通验证试验评价方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)对热挤压三通试样进行初步检验；

2)对初步检验合格的热挤压三通试样进行爆破验证试验；

3)对热挤压三通试样进行承压能力评价。

进一步地，步骤1)的实现方式是：对热挤压三通试样进行外观检测、尺寸检测、无损检测和工艺性能试验。

进一步地，步骤2)的实现方式是：利用静水压爆破试验对热挤压三通试样进行极限承载能力测试，获得热挤压三通试样的极限承载能力。

进一步地，上述静水压爆破试验是采用静水压注法在密闭的热挤压三通试样上持续加压，使热挤压三通试样发生变形直至爆破。

进一步地，步骤3)的实现方式是：结合热挤压三通承压系统的等强度连接分析，以设计压力的3倍作为热挤压三通承压能力的门槛值进行承压能力评价；如果热挤压三通试样的极限承载能力高于所述设计压力的三倍，则热挤压三通适合在所述设计压力下使用；如果热挤压三通试样的极限承载能力低于或等于所述设计压力的三倍，则热挤压三通不适合在所述设计压力下使用。

本发明的有益效果在于：本发明针对热挤压三通的制造工艺和结构特点，利用静水压爆破试验方法进行三通的极限承载能力测试，结合承压系统的等强度连接分析和相关工程经验，给出了大口径高强度油气输送管道用热挤压三通承压能力设计的门槛值，进行承压能力评价，成功填补了爆破验证试验方法在承载能力设计上的不足，为管道工程三通的设计和安全运行提供指导依据。当管道工程的设计压力一定时，采用本发明的方法可以指导三通的选用；同时，采用本发明的方法进行三通的验证试验评价，根据结果可确定该批次三通的适用工作压力，指导该批次三通的应用。

具体实施方式

热挤压三通制造工艺复杂，毛坯管需要经历压扁、反复热鼓包、开孔、拉拔成型和热处理等多道工序。其几何尺寸复杂，属于大开孔结构，目前各生产厂家制造时多依赖于经验，不同厂家、不同生产工艺以及按不同的模具生产的同规格热挤压成型三通各部位几何尺寸并不完全相同，其强度存在较大差异。同时，承压载荷更加复杂，用于管道改向，是管系载荷的集中部位。另外，由于流体冲刷、介质腐蚀以及疲劳载荷作用，使得三通上更容易发生腐蚀凹坑、局部减薄和疲劳裂纹等缺陷。因此，针对大口径高强度油气输送管道用热挤压三通设计，ASMEⅧ和GB 50251-2015中的强度试验方法只能仅供参考。

长输管道包括干线管道、站场、阀室及压气站等，是一个封闭的系统，系统中各站场、阀室及压气站用站场钢管和三通管件等强度连接是管道设计的基本要求。即长输管道系统中，管道承受内压状态下，流经三通和站场管内流体压力相同，三通(主管、壳体及支管)与钢管应具有等同的承载能力。目前工程应用中大口径高强度油气输送管道用钢管的极限承载能力约为设计压力的1.8～2.0倍。热挤压三通成型过程中，高温金属在三通模具内塑性流动、变形具有其自身规律性，主管壁厚基本与毛坯管相同(不考虑高温氧化损耗)，支管端部壁厚存在一确定的形变系数，即三通主管壁厚与支管最小壁厚成一定的比例关系，根据相关经验，支管端部壁厚相对于主管端部壁厚的形变系数约为0.55～0.75。

三通设计壁厚越大，其承压能力越高，但是当设计壁厚已接近现有材料热加工临界壁厚时，不仅使得三通制造技术难度倍增，且质量稳定性大大降低，风险控制水平陡增，其承压能力不再增高。在工程实践中，通过大量三通的静水压爆破试验结果分析，发现随着三通设计壁厚的增加，其承压能力达到设计压力的3倍后，增长就不再明显。

结合以上承压系统的等强度连接分析，以及大口径高强度油气输送管道用热挤压三通的应用业绩，本发明给出承压能力设计的判定依据，即以设计压力的3倍作为三通承压能力的门槛值进行三通的承压能力评价，如果三通的极限承载能力高于设计压力的3倍，则该三通适合于在该设计压力下应用，反之则不建议使用。

以某管道工程设计压力为12MPa的大口径高强度热挤压三通应用为例进行说明，采用本专利方法实施技术方案如下：

(1)试样检验。试样在试验前按GBT 29168.2-2012《石油天然气工业管道输送系统用感应加热弯管、管件和法兰第2部分：管件》进行外观、尺寸检测，无损检测和工艺性能试验，合格后进行后续试验；

(2)爆破验证试验。利用静水压爆破试验方法进行热挤压三通试样的极限承载能力测试，即采用静水压注法在密闭的试样上持续加压，使钢管发生变形直至爆破，获得热挤压三通的极限承载能力；

(3)承压能力评价。管道工程试制热挤压三通爆破试验结果如表1所示，热挤压三通的极限承载能力均高于设计压力的3倍，则该热挤压三通适合于在该设计压力下应用，与实际应用相符。

表1某管道工程试制热挤压三通爆破试验结果

Claims (5)

1.一种油气输送管道用热挤压三通验证试验评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对热挤压三通试样进行初步检验；

2)对初步检验合格的热挤压三通试样进行爆破验证试验；

3)对热挤压三通试样进行承压能力评价。

2.根据权利要求1所述的油气输送管道用热挤压三通验证试验评价方法，其特征在于，步骤1)的实现方式是：对热挤压三通试样进行外观检测、尺寸检测、无损检测和工艺性能试验。

3.根据权利要求1所述的油气输送管道用热挤压三通验证试验评价方法，其特征在于，步骤2)的实现方式是：利用静水压爆破试验对热挤压三通试样进行极限承载能力测试，获得热挤压三通试样的极限承载能力。

4.根据权利要求3所述的油气输送管道用热挤压三通验证试验评价方法，其特征在于：所述静水压爆破试验是采用静水压注法在密闭的热挤压三通试样上持续加压，使热挤压三通试样发生变形直至爆破。

5.根据权利要求1所述的油气输送管道用热挤压三通验证试验评价方法，其特征在于，步骤3)的实现方式是：结合热挤压三通承压系统的等强度连接分析，以设计压力的3倍作为热挤压三通承压能力的门槛值进行承压能力评价；如果热挤压三通试样的极限承载能力高于所述设计压力的三倍，则热挤压三通适合在所述设计压力下使用；如果热挤压三通试样的极限承载能力低于或等于所述设计压力的三倍，则热挤压三通不适合在所述设计压力下使用。