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輸油管彎頭腐蝕缺陷應(yīng)力分析

文檔作者：陶春達(dá) 孟坤六文檔來源：西南石油大學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年09月27日
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2OO7年
第4期
管 技 術(shù) 5 設(shè) 各
Pipeline Technique and Equipment
20cr7
No．4
輸油管彎頭腐蝕缺陷應(yīng)力分析
陶春達(dá)，孟坤六
(西南石油大學(xué)，四川南充637001)
摘要：針對(duì)輸油管彎頭以及管壁上的缺陷，用有限元法對(duì)其進(jìn)行了分析計(jì)算，找出了輸油管彎頭的危險(xiǎn)部位，給出了
管壁危險(xiǎn)部位腐蝕缺陷處的應(yīng)力分布規(guī)律以及危險(xiǎn)點(diǎn)，并研究了缺陷的長(zhǎng)度、寬度和剩余壁厚對(duì)應(yīng)力的影響；同時(shí)擬合了
缺陷處應(yīng)力的計(jì)算公式，為工程技術(shù)人員的設(shè)計(jì)計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)管道安全運(yùn)營(yíng)動(dòng)態(tài)管理提供了依據(jù)。
關(guān)鍵詞：有限元；應(yīng)力分析；腐蝕缺陷；輸油管；彎頭
中圖分類號(hào)：TE973．1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004—9614(2(~37)04—0025—02
Stress Analysis of Corrosive Flaw on Curved Oil Pipe
TAO Chun—da，MENG Kun—liu
(South-West Petroleum University，Nanchong 637001，China)
Abstract：Wj山a finite element method，the flaws on curved pipes were analyzed，the distribution rule of stress at the flawed were ob—
tained，and the influence ofthe length，width and thickness ofthe the wall on the stres were analy~ ，As practice proves，this method can
be used to the design and safety management of the pipe ．
Key words：finite element；stres analysis；corrosive flaw；oil pipe ；curved pipe
0 引言
腐蝕造成的直接后果是長(zhǎng)輸管道的管壁減薄，由于管道輸
油是加壓輸送，管內(nèi)壓力較高，當(dāng)管壁局部位置減薄到一定程
度后，喪失了設(shè)計(jì)強(qiáng)度，在較大的管內(nèi)壓力作用下，因該局部位
置應(yīng)力集中，有可能造成局部破裂，從而引發(fā)漏油、爆炸、燃燒
等事故，給油氣田造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，包括災(zāi)難性的事故和
環(huán)境污染[卜 ?？梢姡艿辣砻娲嬖诘母g缺陷直接關(guān)系到管
道能否正常安全運(yùn)行，而且，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，腐蝕缺陷將進(jìn)一
步發(fā)展，管壁處于不斷減薄狀態(tài)，這一過程給管道安全運(yùn)行帶
來了極大的危害。在管路系統(tǒng)中，通常在管道轉(zhuǎn)角處，采用了
具有一定曲率的曲管(彎頭)。這些曲管一方面在管道中增加
了管線的柔性，使管線易于變形，有利于減小管道的溫度應(yīng)力。
另一方面又由于彎曲管段的應(yīng)力是不均勻的，與直管段情況不
同，它的最大應(yīng)力一般高于直管的最大應(yīng)力。因此，有必要研
究管壁特別是彎頭腐蝕缺陷處的應(yīng)力分布狀態(tài)，以及剩余壁
厚、內(nèi)壓、缺陷長(zhǎng)度、缺陷寬度等因素對(duì)缺陷處應(yīng)力的影響，為
工程技術(shù)人員的分析、設(shè)計(jì)、計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)管道安全運(yùn)營(yíng)動(dòng)態(tài)管
理提供理論依據(jù)及方便快捷的計(jì)算公式。
1 理論分析
在內(nèi)壓作用下，直管的周向應(yīng)力沿整個(gè)圓周在管壁上是均
勻分布的，而彎頭內(nèi)側(cè)周向應(yīng)力最大，外側(cè)周向應(yīng)力最小，中線
處與直管的周向應(yīng)力相等_4J。圖1所示彎頭，其周向應(yīng)力如下：
內(nèi)弧面上的周向應(yīng)力為
= KIO"0
外弧面上的周向應(yīng)力為
I聹 Kza0
收稿日期：2OO6—11—12 收修改稿日期：2OO7—03～15
式中 。為直管的周向應(yīng)力；KI為彎頭內(nèi)弧周向應(yīng)力的增強(qiáng)系
數(shù)；K2為彎頭外弧周向應(yīng)力的減弱系數(shù)。
鬈麓 麓=耱
圖1 彎頭結(jié)構(gòu)示意圖
由定義可見無論是周向應(yīng)力的增強(qiáng)系數(shù)還是周向應(yīng)力的
減弱系數(shù)都是R／D的函數(shù)。如圖2所示，隨著R／D的增加，
周向應(yīng)力的增強(qiáng)系數(shù)K 和周向應(yīng)力的減弱系數(shù) 都趨于1。
當(dāng)R／D=5時(shí)，彎頭內(nèi)弧周向應(yīng)力比直管周向應(yīng)力僅大6％ ，彎
頭外弧周向應(yīng)力比直管周向應(yīng)力僅小5％ 。可見對(duì)于R／D>5
的彎頭，其應(yīng)力完全可以由直管的應(yīng)力近似代替，由此產(chǎn)生的
誤差完全可以忽略不計(jì)。
2 有限元計(jì)算
2．1 無缺陷彎頭的有限元分析計(jì)算
為了檢驗(yàn)力學(xué)模型的正確性以及有限元法的計(jì)算精度，首

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