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高压管汇破损预测技术研究

刘春城  
【摘要】: 随着石油化工行业的发展,高压管汇在石油和天然气管道中被普遍使用。 高压管汇又称高压流体控制件的总汇。由于内部承受很高的冲击压力和交变 荷载,厚度磨损较大。随着使用年限的增长,在高压管汇中产生疲劳断裂。 在石油化工等生产中,管道、管汇担负着输送各种物料的任务,一旦发生事 故就会导致危及装置的正常生产,甚至可能引起火灾、中毒、爆炸等恶性事 故,因此对高压管汇的破损预测和使用寿命评判已越来越多地引起工程界的 关注。 本文在大量查阅有关文献的基础上,将对此作以较为深入的研究,首先 从强度分析入手,应用固体力学中的有限元方法,采用8节点块体单元对其 典型构件进行弹塑性分析。在此基础上应用相应的断裂力学理论或准则进行 一次性断裂分析、疲劳断裂寿命预测及裂纹扩展寿命预测。 (1)高压流体控制件直管的强度分析:按规格分高压件有3″、2″和1.5 ″三种,在三种类型中选择有代表性的三个高压件在荷载工况为50MPa、 70MPa、100MPa内压下做强度分析计算; (2)高压流体控制件的活动弯头强度分析:亦是从 3″、2″和1.5″三种 规格选择有代表性的三个高压件在荷载工况为50MPa、70MPa、100MPa内 压下做强度分析计算; (3)高压流体控制件的三通有限元强度分析,选择进口和国产各一种在荷 载工况为50MPa、70MPa、100MPa内压下做强度分析计算; (4)高压流体控制件的直管端头的有限元强度分析,在荷载工况为 50MPa、70MPa、100MPa内压下做强度分析计算,因端头曾产生过断裂,要 对断裂的原因进行理论分析; (5)应用线弹性断裂力学准则对高压流体控制件的直管、直管端头、弯头、 和三通管做一次性断裂破坏分析; (6)应用低周疲劳理论对对高压流体控制件的直管、直管端头、弯头、和 三通管进行疲劳断裂分析; (7)应用Paris公式及Miner的线性累加公式对高压流体控制件的直管、 直管端头、弯头、和三通管进行裂纹扩展寿命分析。 最后,本文得出高压管汇破损预测的结论,本文研究的原理和成果还可 以推广到油田及石油化工等行业的油管、套管、钻杆、钻铤等材料和零件的 破损预测分析。


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