考虑温度波动的含体积型缺陷管道剩余寿命评估开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

石油工业及能源工业的发展,使得管道运输行业有了积极蓬勃的发展，管道运输与传统的公路、铁路、水运方式相比，有着特点和突出的优越性，使管道输送成为产品输送的理想方式。与其他运输方式相比,管道运输具有下列优点：（1）运输运量大、转运换装环节少、连续性强。（2）管道运输与其它方式相比占用的土地少。其投入运行后,对于地面的一般性建筑施工和人员活动几乎不会产生影响。（3）以运输石油为例,管道运输、水路运渝、铁路运输、公路运输的运输成本之比为1:1.2:1.7:17.5,可见其运输成本之低。（4）管道运输不仅耗能少,而且效益好。理论和实践也经证明,随着管道口径的增大和传送距离的加长,其运载量越大,而耗能随之越少。

另外，油气输送管道的长度也在不断增加，这使得管道在制造、安装过程中可能产生各种缺陷，同时在使用过程中，随着使用年限的增长，管线存在各种潜在危险，进入事故多发期。油气输送管道在制作、安装以及使用过程中可能产生各种缺陷，包括平面型缺陷和体积型缺陷。平面型缺陷主要包括裂纹以及存在尖锐夹角的分层等，体积型缺陷主要包括腐蚀坑、划槽、局部减薄以及外力造成的凹坑等。在役压力管道安全可靠运行近年来逐渐成为世界各国尤其运输业的深入研究和广泛研究的对象.我国多数老油气管线已运行二三十年,不可避免地存在原始的或使用过程中出现的缺陷,给管道的安全运行造成重大的隐患,为此有必要对管道进行安全评估.含缺陷管道剩余强度评价是管道适用性评价及完整性评价的重要组成部分之一,它是在缺陷检测的基础上,通过严格的理论分析、试验测试和力学计算,确定管道的最大允许工作压力(maop)和当前工作压力下的临界缺陷尺寸,为管道的维修、更换以及升降压操作提供依据.

对于体积型缺陷的评定,形成了以asme b31g(1991)和can/csa z144-mb 6(1986)为代表的评价标准和规范.从90年代开始,为避免b31g方法的过分保守性,国际上对局部腐蚀缺陷的评定方法开展了大量研究,并颁布了新的标准和方法,包括dnv rp-f101(1999)和apirp 579的第5章(2000)等,我国也制定了相应的行业标准,如sy/t6151- 1995,sy/t6477- 2000.目前，对于油气管道体积型缺陷的剩余强度评估方法包括有：（1）基于全尺寸实物半经验关系式(ansi/asme -b 31g)的计算；（2）dnv rp-f 101。dnv方法主要是研究在载荷作用下的管道腐蚀的安全评定,包括分安全系数法和许用应力法.分安全系数法着重考虑有关缺陷深度尺寸和材料性质的不确定性,使用概率修正公式来确定腐蚀管道的许用操作压力；（3）y/t 6151- 95评价法。该评价方法按照腐蚀深度、腐蚀区轴长、腐蚀区环长和强度四个层次进行评价,其结果将管体腐蚀状况划分为五类.（4）apirp 579- 2000标准。美国石油学会的api 579(1997)标准总体分二级评价:一级用于较均匀腐蚀缺陷;二级用于危险截面上剩余厚度起伏较大的缺陷,采用剩余强度计算和考虑不均匀腐蚀影响,来更精确地确定其安全性.

2. 研究的基本内容与方案

(1)依据油气管道体积型缺陷的剩余强度评估的理论知识，在役埋地管道所接触的外界媒质温度在各个季节会因温度的变化而受到影响，在这种条件下会使管道产生不同程度的热应力，从而影响在役燃气管道的使用寿命。

（2）在役管道因第三方造成破坏的管道缺陷随处可见，拟采用ansys有限元分析软件中的热-应力耦合分析功能模拟实际情况下的管道条件，选取含表面不完全破坏近似椭圆形缺陷管道为研究对象来建立模型，得出管道在不同温差条件，不同缺陷大小下的应力分布，以此评估在役含缺陷管道的剩余寿命。

（3）在热-应力耦合分析的基础上，进行含表面不完全破坏近似椭圆形缺陷高强钢管道内温度参数及应力分析计算不同缺陷参数变化对管道内部应力的影响，包括缺陷的长度、宽度、深度、不同位置及管道内的工作压力，拟合得到管道热固耦合下的失效压力公式。

3. 研究计划与安排

2016年02月16日--02月28日: 调研. 拟定提纲. 完成《开题报告》。

2016年03月11日--03月20日: 建立含体缺陷管道几何模型和有限元分析模型。

2016年03月21日--04月21日: 利用ansys软件计算不同温差条件，不同缺陷大小管道的热应力分布。

4. 参考文献（12篇以上）

4.1.研究主要成果

4.1.1油气长输管道系统适用性评价

安全评价又称适用性(fitness for service)评价,是对含缺陷结构能否适合于继续使用的定量工程评价。它是在缺陷定量检测的基础上,通过严格的理论分析与计算,确定缺陷是否危害结构的安全可靠性,并基于缺陷的动力学发展规律研究,确定结构的安全服役寿命。