埋地悬空管道的安全评估影响因素研究.pdf

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1、第53卷第6期化工设备与管道Vol.53No.62016年12月PROCESSEQUIPMENT&PIPINGDec.2016埋地悬空管道的安全评估影响因素研究12冉龙飞，王晓霖（1.中冀石化工程设计有限公司，河北保定071000；2.中石化抚顺石油化工研究院，辽宁抚顺113001）摘要：鉴于管道失效的危害性巨大，有必要对处于悬空工况下的管道作出安全评估，以保证管道安全输送，因此应用基于应力、应变的理论计算方法以及选用ABAQUS有限元软件完成数值模拟计算，依据计算结果讨论不同影响因素对埋地悬空管道的应力、应变的影响情况。为了提高埋地悬空管道的安全评

2、估效率，应用VB编程软件，建立埋地悬空的管道评估系统。结果表明：埋深越大，悬空管道应力、应变变化小；壁厚越小，悬空管道应力、应变变化大；埋藏在砂土中的管道相较粘土中的管道更易发生屈服；处于明悬中的埋地管道相较暗悬管道更易屈服。关键词：悬空管道；应力；应变；有限元；VB软件中图分类号：TQ055.8；TH123文献标识码：A文章编号：1009-3281（2016）06-0085-000埋地管道由于受到土体结构突然变化或者管道前的管道轴向方向，Y轴为a-a中心对称轴线，h为周围环境发生改变，造成管道处于悬空工况，要想清埋地管道的埋深。楚地了解悬空对管道的

3、影响程度，需分析管-土之间的相互作用情况，管-土之间存在地基反力，有些学者建议考虑管道上部土壤结构刚度计算管道的沉降量、应力、弯矩，在数值计算方面，采用弹性地基梁[1]模型。埋地悬空管道的研究工作也在进一步的深入，过程较为复杂，因为埋地管道悬空段和非悬空段的受力情况存在相互牵连性，对这种管道很难做出精确的[2]图1悬空管道的受力模型评估，需要进一步解决。对埋地悬空管道的研究过Fig.1Forcemodelofsuspendedpipeline程中，有限元方法被作为一种常用计算分析方法应用其中，普遍选用有限元软件完成计算，如ABAQUS、2理论安全评估

4、方法Ansys。2.1基于应力的安全评估方法1埋地悬空管道的受力模型埋地管道在悬空距离较小时，管道的变形处于在一个完全悬空的埋地管道，悬空部分受到垂弹性阶段，对于处于该阶段的悬空管道，选用基于应直向下，均匀分布荷载q的作用，包括钢管的质量、力的安全评估方法对管道强度作出安全评估。根据要[5]输送介质的质量等载荷，非悬空段受到的载荷主要求，悬空管道强度满足以下两个条件：是埋地管道-土壤之间的作用。埋地管道悬空段和两（1）环向应力条件端埋地非悬空段均需考虑弯曲、变形，并且在受力和处于服役状态的管道，环向应力小于许用应力，理论分析过程中，认为土壤物性参数、

5、管材受力和收稿日期：2016--[3-4]变形情况均关于a-a轴对称。图1中全局坐标X-Y作者简介：冉龙飞（1989—），，，硕士研究生。现从事长输管道设平面为埋地管道受力和位移变化的平面，X轴为变形计方面的工作。·86·化工设备与管道第53卷第6期满足下式：数大。埋地悬空管道的强度必须同时满足环向应力条σh＜│σ│=φσs（1）件和组合应力条件，管道安全，否则，管道可能发生式中σh——管道的环向应力，MPa；失效。σs——管材的屈服强度，MPa；2.2基于应变的安全评估方法│σ│——管道的许用应力，MPa；（1）拉伸应变φ——设计系数。一旦埋地管道

6、存在一定程度的缺陷，拉伸应变（2）组合应力条件就有可能达到或者超过管材的极限值，管道就存在被[7]环向应力、轴向应力和径向应力共同作用于管拉断失效的危险，因此拉伸应变应满足下式：crit道，致使管道承受的载荷非常复杂，首先建立屈服条φεεtεt≥εtf（3）件。记微元体三个主应力为σ1≥σ2≥σ3，Tresca条式中φεεt——拉伸应变阻力因子；crit件的建立必须作出合理的假设，假设管道承受极值εt——管壁或焊接部位的极限拉伸应变；[6]时，管道发生屈服，屈服条件满足下式：εtf——纵向或周向的因子化拉伸应变。σTresca=σ1-σ3=σs（2）

7、在管材资料缺少时，可依据式（4）计算表面型crit式中：σs为单向拉伸或压缩时的屈服应力，缺欠的极限拉伸应变εt（%），式（5）计算埋藏型critMPa。缺欠的极限拉伸应变εt（%），但这种计算方法偏[8]在组合应力是否满足条件的最终校核中，组合保守。应力条件中采用的设计系数比环向应力中的设计系表面型缺欠：crit^23..61--58／畜01..01刁h--4450..2410-315（4）86t=^^10+-／畜hh..157+0239刁埋藏型缺欠：86tcrit=^10..80--6120刁畜..0735+0364“h^12..34-+65tt

8、0..495h^1181--06..／hc0514++0.99220.1“m“（5）34..91--46刁“