CN108509758B - 一种油气管道下沟许用应力的计算方法 - Google Patents

一种油气管道下沟许用应力的计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种油气管道下沟许用应力的计算方法，该方法包括：从防止管材屈服、环焊缝断裂和管道局部屈曲方面确定油气管道下沟轴向应力许用值，综合考虑了上述管道下沟过程中的管材屈服控制、环焊缝断裂控制和管道局部屈曲控制因素，形成管道下沟许用应力的数学模型。本发明的有益效果为：实施方式简单，全面考虑了管道下沟过程中的危险因素，能得到合乎使用的油气管道下沟许用应力，易被广大油气管道设计和施工人员掌握，可广泛应用于油气管道设计和施工领域。

Description

一种油气管道下沟许用应力的计算方法
技术领域
本发明涉及一种油气管道下沟许用应力的计算方法，具体涉及一种基于避免油气管道下沟过程中发生管材屈服、环焊缝断裂和管道局部屈曲等三方面考虑的许用应力计算方法，属于油气管道设计、施工和强度评价领域。
背景技术
油气管道施工过程中，为了保证焊接效率和质量，通常采用沟上组焊的方式，待一定数量的钢管焊接连成“长龙”后，进行整体下沟作业将管道放置于沟底。在管道下沟过程中，管道将发生大的变形而经历高应力状态，对管道安全存在威胁。因此，为了保证管道质量和施工安全，很有必要对管道下沟过程中的应力状态进行控制，使管道应力处于合理的范围以内。
目前国内外标准规范中，只是笼统的规定管道下沟过程中的应力不可大于80％管材最小屈服强度，对执行不同建设标准、不同规格的管道未进行有效区分，不具有一致的安全性。
全面考虑油气管道下沟过程中的危险因素并提出一种合乎使用的许用应力标准，进而对管道下沟过程中的应力状态进行合理的控制，是油气管道设计和施工领域亟待解决的技术问题。
发明内容
为解决油气管道设计和施工领域存在的管道下沟过程中许用应力的取值问题，本发明的目的在于提供一种油气管道下沟许用应力的计算方法，从管道下沟过程中的管材屈服控制、环焊缝断裂控制和管道局部屈曲控制三个方面综合考虑，形成管道下沟许用应力的数学模型。
本发明提供了一种油气管道下沟许用应力的计算方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：计算环焊缝断裂临界轴向应力σat：
σat＝min{σat1,σat2} (1)
σat1为下面隐式方程(2)的解；
Figure BDA0001713834100000021
σat2采用式(3)计算；
Figure BDA0001713834100000022
式中，σc为塑性失稳应力(单位：MPa)，dn为J积分的CTOD转换因子，a为环焊缝缺陷高度(单位：mm)，Fb为与α、β和η相关的参数，α为径厚比，β为环焊缝缺陷长度与管道横截面周长之比，η为环焊缝缺陷高度与壁厚之比，ν为管材泊松比，δmat为CTOD韧性(单位：mm)，E为管材弹性模量(单位：MPa)，σf为管材流变应力(单位：MPa)，σs为管材最小屈服强度SMYS(单位：MPa)；
其中，
α采用式(4)计算；
α＝D/t (4)
式中，D为管道外径(单位：mm)，t为管道壁厚(单位：mm)；
β采用式(5)计算；
Figure BDA0001713834100000023
式中，c为环焊缝缺陷半长(单位：mm)；
η采用式(6)计算；
η＝a/t (6)
σc采用式(7)计算；
Figure BDA0001713834100000024
Fb采用式(8)计算；
Figure BDA0001713834100000031
其中，
Figure BDA0001713834100000032
m1＝-0.00985-0.163η-0.345η2，
m2＝-0.00416-2.18η+0.155η2，
计算时：
当η≥0.1且
Figure BDA0001713834100000033
时，α取式(4)的计算值，β取式(5)的计算值，η取式(6)的计算值；
当η≥0.1且
Figure BDA0001713834100000034
时，α取式(4)的计算值，β等于
Figure BDA0001713834100000035
η取式(6)的计算值；
当η＜0.1时，α取式(4)的计算值，β等于
Figure BDA0001713834100000036
η等于0.1；
dn采用式(9)计算；
Figure BDA0001713834100000037
式中，n为管材应变硬化指数；
n采用式(10)计算；
Figure BDA0001713834100000038
其中，εt＝-0.000254σs+0.22，
Figure BDA0001713834100000039
式中，εt为管材均匀应变，Y/T为管材的屈强比；
σf采用式(11)或式(12)计算；
Figure BDA00017138341000000310
式中，σT为管材最小抗拉强度SMTS(单位：MPa)；
Figure BDA0001713834100000041
步骤2：计算管道局部屈曲临界压缩应力σac，σac为下面隐式方程(13)的解：
f(σac)＝εac (13)
式中，f(σac)为工程用管材轴向应力应变曲线方程，εac为管道局部屈曲临界压缩应变；
其中，εac采用式(14)或式(15)计算；
Figure BDA0001713834100000042
Figure BDA0001713834100000043
式中，D为管道外径(单位：mm)，t为管道壁厚(单位：mm)；
步骤3：根据步骤1计算得到的环焊缝断裂临界轴向应力σat和步骤2计算得到的管道局部屈曲临界压缩应力σac，采用式(16)计算油气管道下沟许用应力[σ]，
Figure BDA0001713834100000044
式中，
Figure BDA0001713834100000045
为安全系数，σs为管材最小屈服强度SMYS(单位：MPa)，σat为环焊缝断裂临界轴向应力(单位：MPa)，σac为管道局部屈曲临界压缩应力(单位：MPa)。
本发明的有益效果为：通过提供了一种油气管道下沟许用应力的计算方法，使广大油气管道设计和施工人员能够得到合乎使用的油气管道下沟许用应力；本发明是在全面考虑管道下沟过程中危险因素的基础上得出的，能够得到合乎使用且具有一致安全性的油气管道下沟许用应力，易被广大油气管道设计和施工人员掌握，可广泛应用于油气管道设计和施工领域。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体的实施例对本发明做进一步的详细描述。
本实施例采用X80钢级、D1422mm管径、21.4mm壁厚的天然气长输管道为例，管道参数为：
D为管道外径，1422mm；
t为管道壁厚，21.4mm；
a为环焊缝缺陷高度，2.5mm；
c为环焊缝缺陷半长，4.0mm；
σs为管材最小屈服强度，555MPa；
ν为管材泊松比：0.3；
E为管材弹性模量，2.1×105MPa；
δmat为CTOD韧性，0.3mm；
步骤1：计算环焊缝断裂临界轴向应力σat，
(1)求径厚比α：
α＝D/t＝64.4486
(2)求环焊缝缺陷长度与管道横截面周长之比β：
Figure BDA0001713834100000051
(3)求环焊缝缺陷高度与壁厚之比η：
η＝a/t＝1.1682×10-1
(4)求塑性失稳应力σc：
ηβ＝0.0002<0.05
Figure BDA0001713834100000052
(5)求管材的屈强比Y/T：
Figure BDA0001713834100000053
(6)求管材均匀应变εt：
εt＝-0.000254σs+0.22＝7.9169×10-2
(7)求管材应变硬化指数n：
Figure BDA0001713834100000061
(8)求J积分的CTOD转换因子dn：
Figure BDA0001713834100000062
(9)求参数m1和m2：
m1＝-0.00985-0.163η-0.345η2＝-3.3600×10-2
m2＝-0.00416-2.18η+0.155η2＝-2.5672×10-1
(10)求Fb：
η＝a/t＝1.1682×10-1>0.1
Figure BDA0001713834100000063
Fb(α,β,η)＝Fb0(α,β,η)＝Fb0(66.4486,0.0018,0.1168)＝8.1921×10-1(11)在下列隐式方程中求解σat1，解得σat1＝467.7MPa
Figure BDA0001713834100000064
(12)求σf：
Figure BDA0001713834100000065
(13)求σat2：
Figure BDA0001713834100000066
(14)求σat：
σat＝min{σat1,σat2}＝467.7
综上所述，计算得到的环焊缝断裂临界轴向应力σat为467.7MPa。
步骤2：计算管道局部屈曲临界压缩应力σac，
(1)求εac：
Figure BDA0001713834100000067
(2)选取X80钢级管材轴向应力应变曲线方程为：
Figure BDA0001713834100000068
(3)在下列隐式方程中求解管道局部屈曲临界压缩应力σac，解得
σac＝530.2MPa
Figure BDA0001713834100000073
综上所述，计算得到的管道局部屈曲临界压缩应力σac为530.2MPa。
步骤3：计算油气管道下沟许用应力[σ]，
Figure BDA0001713834100000071
其中，取安全系数
Figure BDA0001713834100000072
综上所述，计算得到的油气管道下沟许用应力[σ]为374.2MPa。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种油气管道下沟许用应力的计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1：计算环焊缝断裂临界轴向应力σat：
σat＝min{σat1,σat2} (1)
σat1为下面隐式方程(2)的解；
Figure FDA0001713834090000011
σat2采用式(3)计算；
Figure FDA0001713834090000012
式中，σc为塑性失稳应力，dn为J积分的CTOD转换因子，a为环焊缝缺陷高度，Fb为与α、β和η相关的参数，α为径厚比，β为环焊缝缺陷长度与管道横截面周长之比，η为环焊缝缺陷高度与壁厚之比，ν为管材泊松比，δmat为CTOD韧性，E为管材弹性模量，σf为管材流变应力，σs为管材最小屈服强度SMYS；
其中，
α采用式(4)计算；
α＝D/t (4)
式中，D为管道外径，t为管道壁厚；
β采用式(5)计算；
Figure FDA0001713834090000013
式中，c为环焊缝缺陷半长；
η采用式(6)计算；
η＝a/t (6)
σc采用式(7)计算；
Figure FDA0001713834090000021
Fb采用式(8)计算；
Figure FDA0001713834090000022
其中，
Figure FDA0001713834090000023
m1＝-0.00985-0.163η-0.345η2，
m2＝-0.00416-2.18η+0.155η2，
dn采用式(9)计算；
Figure FDA0001713834090000024
式中，n为管材应变硬化指数；
n采用式(10)计算；
Figure FDA0001713834090000025
其中，εt＝-0.000254σs+0.22，
Figure FDA0001713834090000026
式中，εt为管材均匀应变，Y/T为管材的屈强比；
σf采用式(11)或式(12)计算
Figure FDA0001713834090000027
式中，σT为管材最小抗拉强度SMTS；
Figure FDA0001713834090000031
步骤2：计算管道局部屈曲临界压缩应力σac，σac为下面隐式方程(13)的解：
f(σac)＝εac (13)
式中，f(σac)为工程用管材轴向应力应变曲线方程，εac为管道局部屈曲临界压缩应变；
其中，εac采用式(14)或式(15)计算；
Figure FDA0001713834090000032
Figure FDA0001713834090000033
式中，D为管道外径，t为管道壁厚；
步骤3：根据步骤1计算得到的环焊缝断裂临界轴向应力σat和步骤2计算得到的管道局部屈曲临界压缩应力σac，采用式(16)计算油气管道下沟许用应力[σ]，
Figure FDA0001713834090000034
式中，
Figure FDA0001713834090000035
为安全系数，σs为管材最小屈服强度，σat为环焊缝断裂临界轴向应力，σac为管道局部屈曲临界压缩应力。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109583134A (zh) * 2018-12-21 2019-04-05 中国水利水电科学研究院 一种传输深水大粒径物料的管道设计方法
CN114896724A (zh) * 2022-04-29 2022-08-12 浙江大学 一种轴压圆筒许用压缩应力设计方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106355002A (zh) * 2016-08-26 2017-01-25 中国石油天然气集团公司 一种基于管道存在弹性敷设时轴向监测应力的预警方法
CN106404260A (zh) * 2016-08-26 2017-02-15 中国石油天然气集团公司 一种基于管道轴向监测应力的预警方法
CN107291980A (zh) * 2017-05-16 2017-10-24 胜利油田森诺胜利工程有限公司 一种热油埋地管道最小约束力的确定方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8386221B2 (en) * 2009-12-07 2013-02-26 Nuovo Pignone S.P.A. Method for subsea equipment subject to hydrogen induced stress cracking

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106355002A (zh) * 2016-08-26 2017-01-25 中国石油天然气集团公司 一种基于管道存在弹性敷设时轴向监测应力的预警方法
CN106404260A (zh) * 2016-08-26 2017-02-15 中国石油天然气集团公司 一种基于管道轴向监测应力的预警方法
CN107291980A (zh) * 2017-05-16 2017-10-24 胜利油田森诺胜利工程有限公司 一种热油埋地管道最小约束力的确定方法

Non-Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Analysis for the reliability based design and evaluation method of natural gas pipeline;Yu Zhifeng et al.;《ADVANCES IN ENERGY SCIENCE AND EQUIPMENT ENGINEERING》;20150531;第111-115页 *
ASME B31.12标准在国内氢气长输管道工程上的应用;张小强，等;《压力容器》;20151130;第32卷(第11期);第47-51页 *
Stress analysis and mitigation measures for floating pipeline;Liu Yuqing;《IOP Conference Series：Earth and Environmental Science》;20161231;第59卷;第1-4页 *
Study on impact of steel pipe performance parameters on reliability of oil-gas pipeline;Zhang Zhenyong et al.;《ADVANCES IN ENERGY SCIENCE AND EQUIPMENT ENGINEERING》;20150531;第1791-1799页 *
X65管线钢的本构关系及失效判据研究;徐震;《石油工程建设》;20140615;第23-27页 *
以应变为基础的管道设计准则及其控制因素;刘冰，等;《西南石油大学学报（自然科学版）》;20080615;第30卷(第3期);第143-148页 *
关于埋地管道的轴向许用应力及其它_省略_道结构设计规范_中若干问题的商榷;俞乐群;《油气储运》;19921226(第6期);第56-59页 *
基于应变设计方法在西气东输二线的应用;余志峰;《油气储运》;20100225;第29卷(第2期);第143-147页 *
基于轴向应力监测数据的管道应力状态预警模型;刘玉卿;《石油机械》;20180610;第46卷(第6期);第105-109页 *
油气管道规范中弹性敷设弯曲应力公式的改进;王明春;《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）》;20070115;全文 *
油气长输管道管体缺陷及修复技术概述;李荣光，等;《石油工程建设》;20160217;第42卷(第1期);第10-13页 *
管道应力计算中ASME B31标准系列的应用及比较;方立;《化工与医药工程》;20160615;第41-44页 *

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