浮拖法铺设海底管道接头处破坏机理研究.pdf

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1、第26卷第5期2011年10月中国海洋平台CHlNAOFFSH()REPLATFORMV01．26No．50Ct．．2011文章编号：1001—4500(2011)05—0038-06浮拖法铺设海底管道接头处破坏机理研究成红武，李昕，周晶(大连理工大学，大连116024)摘要：基于浮拖法铺设海底管道接头处全寿命期受力条件。开展有限元数值仿真模拟．给出了存在焊接错边缺陷情况下管道接头处典型的局郝屈曲变形模式，分析了循环加裁对临界屈曲荷裁的影响，并对多种因素进行了参数分析。关键词：海底管道；焊接缺陷I局部屈曲I循环荷栽I参数分析中图分类号：P756．2文献标识码：AStudyonFailureM

2、echanismforWeldedJointsofPipelineLayingbySurfaceTowMethodCHENGHong—wu，LIXin，ZHOUJing(DalianUniversityofTechnology，Dalian116024，China)Abstract：Basedonfiniteelementmethod，anumericalproceduretosimulatethewholelifecycleloadinghistoryforweldedjointsofsubmarinepipelinelayingbysurfacetowmethodisproposed．T

3、hetypicallocalbucklingmodesofthepipelinejointwithweldimperfectionsarecalculatedandstudied．Theeffectsofcyclicloadingonthecriticalbucklingloadareanalyzed．Aparametricstudyisperformedatlast．Keywords．．submarinepipeline；weldimperfections；localbuckling；cyclicloading；pa-rameteranalysis0引言海底管道被称为海上油气田的生命线。对

4、海上油气田的开发、生产和产品外输起着关键作用。海底管道的铺设安装主要采用拖航法和铺管船法，拖航法主要可分为浮拖法、离底拖法和底拖法。浮拖法由于操作简单、投资少等优点，在我国近岸与浅水海域管道铺设工程中得到广泛应用。浮拖法安装海底管道分三个步骤：(1)海底管道分段浮拖就位、沉放，(2)水平管段海上对接；(3)立管安装。许多现场资料表明，经浮拖法铺设的管道在运行过程中容易在管道接头附近产生皱曲。图1为我国胜利埋岛油田海底管道接头处届曲破坏的现场照片。这种皱曲通常发生在非常短的长度内，称之为局部屈曲[1～。收稿日期：2011-05·16基金项目：中央高校基本科研业务费专项(DUTl0ZD201)资

5、助项目．作者简介：成红武(1986-)。男，硕士．第5期成红武等浮拖法铺设海底管道接头处破坏机理研究’39‘———————————————————————————————————————●___——___-_●———_-_______-_________，_-●_--_-_____'-●__-________________●____-__-_-_●_-●●__●-—_____——-本文考虑浮拖法的施工过程，应用大型有限元软件ANSYS对管道在运行工况下的破坏机理进行了模拟与分析，并研究了多种因素对此类管道屈曲破坏的影响。1力学建模浮拖法铺设管道过程中需要通过悬索将海底管道吊起(如图2所示)

6、，在浮吊船上进行焊接，然后再侧向放管至海底。因为管道再次下沉时采取的是侧向偏倒的方法，所以接头处管道在海底存在初始变形，呈弯曲状态。为了确定管道接头处的破坏原因，有必要开展管道从浮拖法施工到正常运行的全过程研究。海底管道全寿命期受到环境荷载、工作荷载及其他条件的共同作用，影响因素众多，为了分析管道接头的破坏机理．本文建立管道全寿命力学受力模型如图3所示。管道接头处首先因为吊装对接而受到轴向力N、弯矩M和剪切力Q的共同作用(如图3(a)所示)；铺设完成后的管道状态则可简化为如图3(b)所示，在接头附近出现弯曲变形’在高温高压条件下运行时，管道因与周围土体发生相互作用而产生轴向力，其力学简图如图

7、3(c)所示，最后接头处管道受内压P及两端轴力的联合作用而进一步弯曲至局部屈曲破坏[3]。2数值建模2．1缺陷模拟因海洋潮汐及风浪等影响，造成海底管道对接时经常处于运动中，从而在焊缝处产生初始缺陷，其中最为常见的为错边和气孔缺陷。为了充分考虑焊接对管道屈曲的影响，本文将图4所示的管道对接错边作为初始加工缺陷引入到分析模型申[“。2．2有限元模型基于建立的力学模型，应用大型有限元软件ANSYS对管道接头处大变形