燃气管线在役抢修热过程分析与温度场控制

【摘要】：燃气管道在长期服役过程中,由于管材原因或外界因素影响,常常出现管壁减薄、腐蚀穿孔等问题,从而引起燃气泄漏及管道破坏,因此必须对管道减薄或损坏部位进行加固和修复。运行管道在役焊接修复技术以其方便快捷、环保经济、社会效益大等优点已经成为当前管道修复的主要方式。然而,由于在役焊接时管内高压快速流动的燃气介质会带走焊缝区大量的热量,因此在役焊接的工艺参数较难制定,且焊缝容易发生烧穿和氢致开裂。通过数值模拟技术对在役焊接温度场进行计算,研究燃气流动、焊接线能量对接头热循环的影响规律,从而为抢修工艺参数的制定和改善提供指导,为预测烧穿及氢致开裂提供依据。 本文针对L360管线钢局部燃气泄露补板在役焊接修复问题,基于焊接热过程传热基本原理,充分考虑材料性能随温度的变化关系,深入分析管内燃气与管壁的换热特点,利用有限元ANSYS软件建立补板在役焊接有限元模型,对四组焊接工艺规范进行数值模拟,获得了多道焊接的温度场及热循环曲线,并且研究分析了管内压力、燃气流速及焊接线能量对管道内壁最高温度分布的影响。 本文通过数值模拟获得以下研究结论: (1)采用文中四组焊接工艺规范进行焊接时,管道内壁的最高温度在280~600℃范围内,低于美国BMI研究所提出的980℃,这说明抢修焊接时管壁不会发生烧穿现象; (2)随着管道内压的升高及燃气流速的增大,管道内壁对流换热系数增大,从而使热影响区冷却速度加快,管道内壁最高温度降低; (3)相同工艺参数及燃气流动特性下,在役间断焊可使管道内壁最高温度明显降低,这有利于控制内壁最高温度避免发生烧穿。 通过模拟计算可知,在本文所研究的工艺参数及燃气流动条件下进行在役焊接抢修时,管道内表面最高温度低于BMI研究所提出的980℃,管壁不会发生烧穿。所以,本文的管道泄压及流速控制合理、四组工艺规范均可行。