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钢质管道内腐蚀剩余强度评价的数值研究

金京福  
【摘要】: 管道运输一直是石油运输的重要方式。大量的管道长期埋置地下,受到内在和外来诸多因素的破坏,随着埋地长输管线服役年限的增加,管线腐蚀情况越来越严重。而石油管材破坏失效的主要原因是内腐蚀,占管道失效事故的30%~50%。因此对内腐蚀管线的剩余强度预测技术进行研究对于制定管线的运行、维修、更换等决策具有重要的意义。 首先,本文阐述了管道腐蚀机理和剩余强度评价的历史背景、发展情况,系统地总结了各种管道腐蚀剩余强度评价方法,以及它们的优缺点。 其次,用有限元方法对内腐蚀管道的剩余强度进行了分析评估。分析采用了线弹性有限元模型,考虑了几何非线性和材料非线性,采用了线弹性-线性加工强化模型和Bin Fu失效准则,得到了不同腐蚀尺寸对极限荷载的影响以及管壁缺陷处的应力分布状态,以及随内压改变而变化的应力应变图。同时利用Matlab、SPSS数据处理软件对所得的最大内压进行非线性最小二乘估算法的回归分析,拟合出了一个轴向内腐蚀极限荷载的回归方程,并把有限元分析的结果和现在的准则进行比较。研究表明用回归方程得出的轴向内腐蚀极限荷载与有限元结果比较接近,在一定程度上克服了B31G准则的保守性,说明拟合得出的回归方程具有一定的精确度。 再次,以内腐蚀管道最大极限压力为评价出发点,提出内腐蚀缺陷剩余强度评价的分级评价方法,建立了管道腐蚀缺陷的多级评价体系。以局部腐蚀管线为例,对腐蚀缺陷进行分级评价。


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