管道盗油孔缺陷焊接应力分析及修复方法优化

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1、★石油化工安全环保技术★2013年第29卷第l期PETR0cHEMIcALsAFETYANDENvIRONMENTALPROTEcTl0NTEcHNOLOGY管道盗油孔缺陷焊接应力分析及修复方法优化高安东(中国石油化工股份有限公司管道储运分公司，江苏徐州221008)摘要：经济利益驱动下频繁发生的不法分子打孔盗油现象，已严重威胁到输油管道的正常运营，盗油孔缺陷焊接修复产生的应力及缺陷修复方法的选用对输油管道长期平稳运行产生重要影响。为掌握管道盗油孔焊接修复后应力变化情况，并合理地选择缺陷修复方法，通过模拟盗油孔

2、管道应力分布，分析焊接以及应力集中对管道强度造成的影响，采用有限元方法计算出不同缺陷修复方法下管道的应力变化，得出相对最优的盗油孔缺陷修复方法，为管道的安全运行提供了依据。关键词：输油管道盗油孔缺陷焊接应力有限元分析修复方法优化管道打孔盗油对管道安全运行的影响主要有的重要因素。两个方面：一是盗油孔所引起的管道局部应力集1．1内压作用下无盗油孑L管道应力分析中，二是对打孔管道焊接修复时产生的残余应输油管道内直径d=704mm，外直径D=力。这两个因素将不可避免地对管道材料和整体720mm，壁厚6=8mm，在工程上

3、属于薄壁圆性能产生影响，使其整体强度降低。关键是要分筒，其应力分析方法与厚壁压力容器应力分析方析盗油孔管道在实际运行工况下的应力应变分布法不同。当管体上没有盗油孔时，忽略其所承受情况，研究管道强度能否满足管道生产运营要的外压，仅受内压P作用时，管体环向应力【1J：求，只有综合考虑上述因素才能对管道的安全性M1=PD／2艿做出正确判断。若取P=4MPa，贝0M1=180MPa。本文通过综合考虑管道焊接残余应力与内压1．2内压作用下有盗油孔管道应力分析的共同作用，模拟盗油孔管道应力应变分布，分盗油孔对管道应力分布的

4、影响是明显存在的析由于焊接以及应力集中对管道强度造成的影响的，但由于结构、约束和载荷条件的复杂性，求情况，提出新的盗油孔修复方法模型，为管道盗得应力场的解析解较难。采用有限元方法进行数油孔的修复措施提供参考。该研究将为盗油孔修值模拟具有一定的作用，能获得一定的参考值，复、管道安全运营提供一定的理论基础，对管道一般情况下工程中参考此值具有一定的安全性。的极限承载力做出估计，减少事故发生率，提高利用ANsYs三维大型有限元计算软件，对存在盗管道生产输送能力。油孔的输油管道应力分布进行有限元计算。l内压作用下管道应力

5、分析根据某输油管道盗油孔及管体螺旋焊缝的实际分布情况心1(见图1)，采用节点三维实体单元输油管道上打孔盗油，使管道局部的截面形solid45建立有限元计算的整体模型(见图3)。为状和尺寸急剧改变，应力不再均匀分布，开孔处的局部区域内应力急剧增大，而稍远处的应力迅速减小并渐趋均匀。管体盗油孔的存在削弱了管收稿日期：2012一12一13。道壁的强度，易成为输油管道的破坏源，因此，作者简介：高安东，男，2010年毕业于中国石油大对盗油孔处的应力分布情况进行分析是输油管道学(华东)油气储运工程专业，硕士，主要从事油气强

6、度计算的重要内容，是保证输油管道安全运行储运面的运营管理和研究工作，高级工程师。均匀，为了保证精度又节省计算机时，在焊缝区和盗油孔及其附近区域单元划分较密，管体其他部位网格划分较稀，整个模型的节点数为48294，单元数为33825。忽略重力的影响，仅考虑模型承受内压的作用(P=4MPa)，分析盗油孔对输油管道应力分布的影响(焊接残余应力忽略)。经计算分析可以得出管道盗油孔附近存在高应力区，这是由于盗油孔缺陷造成管道结构改变图1盗油孔及修复焊帽的输油管道引起应力场发生变化∞]。随机提取管体上受盗油孔及边界约束影响

7、较小的第44751号节点，其环向应力为：M2=173MPa。可以看出，有限元分析结果和经典力学理论解比较接近，有限元分析与经典力学误差：R=(M1一M2)M1=(180—173)／180=3．8％式中：M1——无盗油孔状态下的管道环向应力；M2——无盗油孔状态下的管道环向应力。图2盗油孔局部放大图利用ANsYS进行管道应力的有限元分析，采用实体单元建模是较好的计算工具。^N盗油孑L及焊帽主要对盗油孔局部存在影响，结构改变造成应力集中，内压作用时最大应力发生在孔边。通过提取ANSYS计算的数据，可以得出最大环向应

8、力发生在盗油孔边缘处的7490节点，M一=378．5MPa，是无盗油孔情况下管体环图3有限元计算的整体模型向应力的2．1倍。为了便于与现场测试结果进行对比，在内压4MPa时选取1、3、5、7号孔处的^NSYS人N最大环向应力与无盗油孔存在普通管体处环向应力(180MPa)进行比较，求得应力集中系数结果如表1所示。表l盗油孑L导致的应力集中系数表项目I号盗油孔3号盗油孔5号盗油孔7号盗油