【摘要】：伴隨著天然氣的需求量快速增長,以及管道建設事業(yè)的不斷推進,采用大口徑、高鋼級管材以提高運行經(jīng)濟性成為天然氣管道工業(yè)的主要趨勢。進入21世紀后,X80作為新一代高強度、高韌性管線鋼,應用量迅速增加,儼然成為國內外高壓、長距離天然氣輸送的首選鋼級。然而,天然氣資源時常分布在偏遠地區(qū),長輸管線的建設不得不經(jīng)過一些外部環(huán)境惡劣的地區(qū),這使得管道運行安全受到極大威脅。其中,由腐蝕引發(fā)的管道表面金屬損失,強度減小是引發(fā)管道失效的重要因素之一。為了防止腐蝕后管道進一步發(fā)生破壞,需要深入研究X80腐蝕管道的失效機理,從而準確預測X80腐蝕管道的失效壓力,及時采取相應對策。因此,研究含腐蝕缺陷X80管道的失效行為、失效壓力具有重大的理論意義和工程實際價值。有限元方法是本文的重要研究手段。借鑒過往X80管道爆破實驗的數(shù)據(jù),運用Solidworks軟件建立腐蝕管道三維模型,利用ANSYS Workbench軟件對三維模型進行網(wǎng)格劃分,包括優(yōu)選網(wǎng)格劃分方法,進行網(wǎng)格層數(shù)無關性分析,最后驗證了網(wǎng)格質量。通過計算結果對比,選定了適用于X80管線鋼的失效準則以及失效參考壓力。通過101組有限元模擬計算,建立了單腐蝕X80管道失效計算數(shù)據(jù)庫,并據(jù)此對腐蝕管道的失效機理進行了研究,包括單腐蝕X80管道的破壞模式、破壞過程以及應力分析。對影響X80腐蝕管道失效表現(xiàn)的各項參數(shù)進行了分析,如深度、長度、寬度、缺陷位置及管道徑厚比等。最后利用有限元計算結果,擬合了單腐蝕X80管道的失效壓力預測公式,并通過對比爆破實驗數(shù)據(jù)驗證了回歸公式的可靠性。針對軸向相鄰及環(huán)向相鄰的兩種典型雙腐蝕類型管道展開了研究,分析其失效機理,包括破壞模式及應力分析等,分析缺陷間的軸向間距以及環(huán)向間距等參數(shù)對管道失效壓力的影響,并依據(jù)有限元計算結果,提出適用于X80管道的雙腐蝕缺陷間相互作用準則以及軸向雙腐蝕和環(huán)向雙腐蝕的失效壓力預測公式。在此基礎上,結合單腐蝕缺陷X80管道失效預測公式,提出交叉相鄰腐蝕管道的失效評價方法,并通過實驗數(shù)據(jù)驗證了評價方法具有較高的準確性。在以上研究的基礎上,針對復雜形狀腐蝕X80管道展開了研究�；诂F(xiàn)有的爆破試驗,分析了不同試件的失效模式,對比了常用腐蝕管道評價標準的計算誤差。其次,利用有限元方法計算分析了含復雜形狀腐蝕缺陷X80管道在不同情況下的破壞模式、應力分布,研究了深淺腐蝕相對深度、相對長度以及腐蝕坑剖面面積比等參數(shù)對失效壓力的影響。
【圖文】：

段及中俄石油管道工程的主干管線。逡逑油氣管道由投產至退役封存，其發(fā)生故障的幾率呈現(xiàn)Ｕ型，一般稱為“浴盆曲線”，逡逑也就是說在管道運行的初期和末期最容易發(fā)生安全事故，如圖１－２所示。而當前國內的逡逑Ｘ８０管線鋼正處于幼齡期，處于風險高發(fā)時期；此外天然氣資源時常分布在偏遠地區(qū)，逡逑長輸管線的建設常常必須穿越外部環(huán)境惡劣的地段，這更加增加了高鋼級管線運行過程逡逑中的安全隱患。逡逑故障率▲逡逑＾邐使用壽命邐？逡逑規(guī)定故障率逡逑早期逡逑故障期邐偶發(fā)故障期邐損耗故障期逡逑？逡逑圖１－２浴盆曲線示意圖逡逑根據(jù)美國、歐洲、加拿大境內機構的調研，美國自２０１０年以來共發(fā)生４３２起油品逡逑管道事故和２３８起天然氣管道事故，油品管道排名前三的失效原因分別為腐蝕（２５％）、逡逑管體／焊縫失效（２２％）和設備失效（１７％），而天然氣管道前三位失效原因則是管體／逡逑焊縫失效（２４％）開挖損傷（２２％）和腐蝕（１８％）；而歐洲在２００４－２０１３年間，天然逡逑氣管道事故的主要原因分別是外界干擾（３５％）、腐蝕（２４％）和施工／材料失效（１６％）；逡逑加拿大油氣管道失效的主要原因為內腐蝕、第三方破壞和外腐蝕，三種事故原因在原油逡逑管道中占比為２１％、２０％和１６％

并且是導致油氣管道發(fā)生破壞的主要原因之一。管道發(fā)生腐蝕后，首先管壁會出現(xiàn)壁厚逡逑減薄，從而降低管道的承載能力，，造成應力集中現(xiàn)象。隨著腐蝕程度的繼續(xù)惡化，甚至逡逑會導致管道失效，引發(fā)介質泄漏或爆炸事故［４］，如圖１－３所示。逡逑圖１－３失效的油氣管道引發(fā)泄漏爆炸事故逡逑為了更好地對腐蝕管道進行安全評價，準確預測管道的失效行為及失效壓力，從２０逡逑世紀６０年代末開始，世界范圍內的學者專家們進行了大量關于腐蝕管道破壞機理的研逡逑宄，在這些理論和實驗研宄的基礎上，形成了一系列評價腐蝕管道性能的標準和規(guī)范。逡逑然而這些評估方法大多是建立在針對中低強度鋼研究的基礎之上提出來的，其理論基礎逡逑以及實驗驗證也都是針對中低強度管線鋼的管道完成的。將現(xiàn)有評價規(guī)范應用Ｘ８０腐蝕逡逑管道失效評價時，準確度始終無法令人滿意。因此，亟待展開針對Ｘ８０腐蝕管道的失效逡逑行為、失效評估的研究，填補目前高鋼級管道安全評價研究領域的空白。逡逑１．２國內外研究現(xiàn)狀逡逑１．２．邋１單腐蝕管道失效評價逡逑從２０世紀６０年代末開始，世界范圍內的學者專家們進行了大量關于腐蝕管道失效逡逑行為和失效評估的研究。在這些理論和實驗研究的基礎上
【學位授予單位】：西南石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TE988.2

【參考文獻】

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本文編號：2667766