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《东北石油大学》 2011年
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庆—哈输油管道腐蚀缺陷评估与补强技术研究

马明利  
【摘要】:随着在役管道运行年限的增加,管体腐蚀趋于严重。在针对腐蚀缺陷管道的评估和修复技术方面,相关标准尚不够完备,给原油管道评估、维修带来不确定性,增加了管道运营的成本。目前国内对含腐蚀缺陷原油管道修复以传统的焊接修复方法为主,无统一的技术标准,按照各自的经验进行。采用不同补强方式维修后,管体强度恢复效果的评价处于探索阶段,缺少评价准则。 本文通过数据分析、有限元数值模拟计算和打压试验等方法,对庆-哈输油管道腐蚀缺陷特征进行了分析,对不同类型缺陷进行了强度评估,对管体补强后强度进行了计算和打压试验,为确定庆-哈输油管道的腐蚀缺陷评估和维修方法提供了技术支撑。 通过对大量的庆-哈输油管道漏磁检测数据进行统计分析以及现场开挖验证,表明管道金属损失缺陷以管体外壁腐蚀为主,长度(轴向)大于100mm、宽度(周向)大于40°的大面积腐蚀缺陷占严重腐蚀缺陷数量的97%以上;腐蚀区域在轴向上多位于管道环焊缝附近(防腐层补口位置),周向上多位于管体的中下部;腐蚀区域的形貌特征为中间区域较深,边缘区域较浅,腐蚀与未腐蚀区域之间基本呈现圆滑过渡。 采用有限元法对含腐蚀缺陷的管体承压能力进行模拟计算分析表明,大面积腐蚀缺陷的管体最大应力出现在壁厚最小处,随着管道腐蚀深度的增加,承受内压后管道最大应力逐渐增大,增加的幅度较大,管道剩余强度逐渐减小;随缺陷长度的增加或者随着缺陷宽度的减小,管体的最大应力值增加,但增大的幅度较小;当缺陷宽度大于100°且缺陷长度大于100mm时,不同缺陷宽度与长度的管体最大应力值变化不大,此时管道剩余强度和缺陷深度基本成线性相关。 对含腐蚀缺陷输油管道焊接补强模拟计算表明,对于管道全周腐蚀和大面积腐蚀缺陷利用焊接进行补强时,随着补强层与腐蚀缺陷区域压覆长度的增加或补强层厚度的增加,管道缺陷本体的最大应力值基本不变,即补强层的尺寸变化对管道本体补强效果的影响很小;由于补强板与管道本体之间无承载中间层,因而补强板对缺陷处管道本体起不到补强效果,焊接补强修复只起到腐蚀部位失效后替代管道缺陷本体承压的作用。 对含腐蚀缺陷输油管道采用碳纤维复合材料补强后的模拟计算表明,碳纤维补强层可使腐蚀管线的最大应力值大幅降低,对腐蚀管线的补强效果明显。随着碳纤维补强层厚度的增加,腐蚀管线的最大应力值降低,直至使腐蚀缺陷管道恢复到原设计强度。随着腐蚀缺陷深度的增加,需碳纤维补强厚度增加;而随着腐蚀缺陷长度和宽度的增加,需碳纤维补强层数基本不变,即碳纤维补强层厚度主要由腐蚀缺陷深度决定。 基于模拟试件的打压试验和模拟计算结果对比表明,两组数据基本相同,相差在10%范围内,表明本文对含腐蚀缺陷管道及其及补强后的模拟计算结果基本准确。打压试验验证了含腐蚀缺陷管道采用碳纤维复合材料补强修复与传统的焊接补强修复相比,在作业安全及强度恢复效果方面都具有突出的优点。
【学位授予单位】:东北石油大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TE88

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