集输管道锚固墩推力计算方法探讨与优化.pdf

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1、２９６化工机械２０１７年集输管道锚固墩推力计算方法探讨与优化１２１３１陈俊文刘力升余洋吕娜汤晓勇（１．中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司；２．中国石油天然气股份公司西南油气田分公司输气管理处３．中国石化销售有限公司四川石油分公司）摘要结合埋地管道轴向受力规律，分析并优化了锚固墩推力计算方法。结果表明：锚固墩推力计算应充分考虑全线锚固墩的设置情况；优化后的计算结果大幅降低了锚固墩推力值；软件建模结果证实了优化后的公式计算结果的可靠性。关键词集输管道热应力热位移锚固墩探讨与优化＋中图分类号ＴＱ０５５８１文

2、献标识码Ａ文章编号０２５４６０９４（２０１７）０３０２９６０６随着油气开发的不断发展，井口的高温、高压一步探讨和优化锚固墩推力的计算方法，以达到［１］工况将成为油气田地面工程的常态。虽然井设计合理、节省投资的目的。口节流设备可在一定程度上降低介质的温度和压笔者将基于管道系统内应力基本规律，结合力，但受开发方案经济性的制约，节流后的介质温锚固墩的实质作用，探讨全管道系统下锚固墩推［２］度和压力仍处于较高水平。因此，油气集输系力的计算方法，并进一步提出优化锚固墩推力的统不可避免地面临高温、高压工况带来的诸多难

3、手段与措施。题与挑战，例如站内配管应力超标、埋地管道弯头１埋地管道系统运动规律［３～５］应力过大及绝缘接头失效等问题。目前，诸埋地钢制管道轴向应力主要包括内压应力多学者针对在温度和压力影响下的钢制管道应力（由内压引起）、温差应力（由操作温度与安装温［６～１０］和应变规律进行了深入的研究，也提出了较度差引起）、弯曲应力（由管道弯曲应力引起）和为可行的管道位移和应力控制措施，保障了管道其他应力（由外力引起）。根据目前常用的埋地［１５］上下游设备、管道及其附件的安全。其中，在埋地管道应力校核规范ＡＳＭＥＢ３１．８２

4、０１４和ＡＳＭＥ［１６］管道上设置锚固墩是解决上述问题的有效手段。Ｂ３１．４２０１６，埋地管道的基本状态可以分为锚锚固墩依靠体积庞大的混凝土块与土壤间的相互固态和非锚固态，其实质在于管道是否存在由前作用力对管道推力进行平衡，以约束管道位移，防述各种外因（如内压、温差、弯曲或外力）引起的止热膨胀位移传递给其他设备、管件后诱发这类位移或形变，可将在外因作用下依然保持原始位物件强度失效。目前，锚固墩推力计算研究已经置或形态的管道定义为锚固态管道；将在外因作［１１～１４］取得了长足的进步，且大量应用于实际工用下发生位

5、移或形变的管道定义为非锚固态管程，但较大的尺寸造成了较高昂的投资，有必要进道。其中，锚固态管道被外力嵌固，管道轴向应力一步讨论通过优化锚固墩推力计算方法以减小尺（绝对值）最大，但对连接直管段的弯头或设备几寸。同时，鲜有研究报道关注锚固墩的推力分析乎无附加位移；非锚固态下，部分管道轴向应力与整个管道系统走向和锚固点分布的关系。虽然（尤其是温差应力）被管道以位移的形式释放，但相关商业软件简化了分析过程，但计算结果也需会对连接直管段的弯头或设备产生附加位移，造［１７］用理论推导的公式进行复核。因此，有必要基于成应力集

6、中。前人研究成果，结合管道强度和位移本质规律，进运行过程中（温差和内压作用下）的埋地管作者简介：陈俊文（１９８７），工程师，从事油气田地面工程设计与研究工作，ｃｈｅｎｊｕｎｗ＿ｓｗ＠ｃｎｐｃ．ｃｏｍ．ｃｎ。第４４卷第３期化工机械２９７道系统，往往同时存在锚固状态和非锚固状态。管道走向如何布置，只要带压运行，或运行温度与如图１所示，由于管道存在出入土敷设、路由弯曲安装温度不同，管道均会产生轴向应力；管道转角等情况，因此长直管道（含大曲率半径的弹性敷与出入土处的弯头将破坏虚拟锚固状态的延续设段）需要纵向弯头、水平

7、转角弯头等管道附件性，这些管件必然承受管道收缩产生的附加位移。进行连接。由于弯头存在角度变化，因此弯头必在运行过程中，埋地管道系统中的埋地弯头和出然在两端受管道推力作用而发生形变，故属于非入土端所连接的露空管件由于自身的形变和长直锚固部件。长直管道的两端在管道轴向推力和土管道活动端的附加位移，会发生应力集中，造成这壤摩擦阻力的联合作用下能够轴向伸缩（轴向推些管件应力水平偏高。一旦其应力水平高于规范力大于土壤摩擦阻力），处于半活动状态，属于非允许最大值，将面临强度失效的危险。因此，设置锚固状态，称为活动端；但当活

8、动端长度足够时，锚固墩的主要目的就是对管道活动端引起的位移土壤摩擦阻力足够克服管道轴向推力，两活动端进行限制，防止弯头或其他主管道所连接的管件之间的管道被虚拟锚固，无轴向位移。因此，无论发生应力超标。图１埋地管道系统管道锚固状态分布示意图２锚固墩推力计算推力密切相关，且随总推力的增大而增大，因此，锚固墩一般设置在靠近过渡变形弯头的直管合理分析并计算锚固点推力，可优化锚固墩尺寸、段，以尽