埋地输油管道应力分析及锚固墩设计

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1、学兔兔www.xuetutu.com第12期一23一埋地输油管道应力分析及锚固墩设计杨立雷，王荣敏，张振宇，姬蕊，翟博文(长庆科技工程有限责任公司，陕西西安710018)[摘要]通过建立模型对埋地输油管道进行了应力分析，结合实例计算，确定了锚固墩的位置及推力大小，对油气管道X-程设计具有一定的指导意义。[关键词]埋地管道；应力分析；锚固墩；设计埋地输油管线在施工完成之时，其各个方向在ASMEB31．4中，将管道按照约束情况划分都是稳定的，但在投产运行后，由于温差和内压为轴向完全受约束和轴向不受约束的管道，如图1的作用，管道将

2、可能失去稳定性，在纵向上产生所示。当输油管线在生产运行过程中(加压和升变形，以致损坏与之相连的管件、设备，引发事温)，管线走向改变处(进出土点或弯头处)，故，造成财产损失及人员伤亡。因此，对埋地管C、D~flG开始移动，并引发土壤摩擦力，该土壤道进行详细的应力分析，根据生产实际，优选锚摩擦力的大小与移动部分的长度有关。如果土壤固墩的位置及大小，对油田地面设计工作有着很对管道的摩擦力足够大以抑制管道热膨胀，管道大的现实意义。就不会产生纵向的应变。在距离线走向改变处(进出土点或弯头处)1应力分析一段距离(即锚固长度)以后，由于土

3、壤对管线管道单元包括管道运动、锚固力、管道横向的摩擦力作用，使得管线自行锚固，不会产生纵土壤推力、土壤摩擦力、土壤和管道的相互作用向的应变。B，E和F点，称之为虚拟锚固点。不移等，埋地管道与土壤的摩擦力是非线性的，因此动的部分AB和EF称作完全约束管道。与地面的管道应力分析有着很大不同。图1埋地管道约束力示意图埋地管道一般处于冻土层以下、地下水位以oTE=EQAt(1．2)上。正常运行时管道受到的力有：内压产生的轴由内压引起的泊松效应应力向、环向应力，温度变化引起的温差应力，以及o。。：la0h(1．3)土壤对管道的约束反力

4、。Pd内压和温差共同引起的轴向应力hoL=IXoh+EaAt(1．1)作者简介：杨立雷(1982一)，男，陕西西安人，硕士，油气集其中：温度引起的压缩应力输工程师。2008年毕业于西安石油大学油气田开发专业，现在长庆科技工程有限责任公司从事油气集输地面工程设计工作。学兔兔www.xuetutu.com24一一论文广场石油和化工设备一2011年第14卷式中：O一由内压产生的管道环向应力，作用力。拉应力为正，负压力为负(MPa)；u一泊松系轴向摩擦力一土壤对管道轴向的摩擦力在数数：d一管线内径，mm；T一管线壁厚，mm；Q值上等

5、于管道与土壤的摩擦系数乘以土壤作用于一钢材线膨胀系数，mm／(mm~C)；E一钢材弹性模环绕管道的各方向正压力。由于摩擦力计算所需量，Pa；△t一升温值，℃；P一管线内压，MPa。各方向的力很难确定(如图2(b))，所以呵使埋地管线的应力校核条件参考规范ASME用一个简化模型，如图2(c)。存此模型中，埋B31．4{(PipelineTransportationSystemsforLiquid地管道受到的正压力简化为管道上部作用的w和HydrocarbonsandOtherLiquids~。管道下部作用的w+w，w是管道正上

6、方的土壤重埋地管道分析的主要问题是要准确地模拟管量，w是管道及管道内部介质重量之和。道与土壤的相互作用。管道与土壤的相互作用主W=pDoH(1．4)要表现在两个方面：土壤对瞥道轴向的摩擦力和式中：w一管道单位长度方t壤的重量，土壤对管道的横向推力。土壤对管道的轴向摩擦N／mm；p-_回填土的重量密度，N／mm；Do一管力，只有当管道存在轴向移动趋势时起作用，土道外径，mm；H一_十壤表面到管道顶部的深度，壤对管道的横向推力是管道产生横向位移时的反一口一／⋯1．星．1{al埋地营II1}土壤压力{c}简化模型图2埋地管道的分析

7、模型土壤密度和摩擦系数从管道沿线的土壤测试中获得。如果无法获得实验数据，可以使用以下w=兀Pp,叭脚／(1_5)摩擦系数。式中：w一单位长度的管道和介质重量，表1管道与土壤的摩擦系数N／mm；p。一管道的重量密度，N／ram；p厂管内介质重量密度，N／ram；D一管道的平均直径，土壤类型淤泥细沙砂砾粘f：mm；卜管道壁厚，mm摩擦系数O．30．4O．50．6—2．4根据以上两式，可得到管道单位长度上的摩擦力为：横向土壤力一当管道发生横向位移时，土壤F=ufW+W+WP)(1。6)对管道产生横向推力。土壤对管道横向推力的大小与

8、管道的横向位移之间的关系如图3所示，该模F=gtD(2psf+三Do，)(1．7)型分为两个阶段：当位移较小时，横向推力与横向位移之问为线弹性关系；当位移较大，超过其中：F～管道单位长度上的轴向摩擦力，定数值时，横向推力与横向位移之间的关系早理N／mm；l-t一管道与土壤问的摩擦系数想塑性