对穿越黄河管道悬空段治理措施的分析.pdf

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1、第38卷第2期石,it程建设79女。*

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4、啦。1≈0*喃。；j瓣鬻越鬣镄麓瀵纛警鞭勰舞糕麓麴据丁鹏，张敏2(1．中国石油规划总院，北京100083；2．中国石油安全环保技术研究院，北京100083)摘要：由于河流的冲刷作用，某穿越黄河输油管道悬空段长度达到49m，受力状态十分危险。针对其特定的地理位置及环境条件．提出了设置拉索的治理方案。文章通过对悬空管道治理前后应力及涡激振动的计算分析．得出该治理方案可有效减小悬空管道应力。但还不能防止悬空管道因涡激振动产生疲劳破坏的结论关键词

5、：输油管道；涡激振动：悬空长度：应力分析doi：l0．3969／j．issn．1001-2206．2012．02．022某穿越黄河管道始建于1984年．由于黄河水如果按当地4月黄河的最大水流速度2．0m／s流的长时间冲刷．2008年4月黄河北岸的管道已计算．悬空管道发生涡激振动的临界悬跨长度为经裸露悬空．经潜水员入水检测．悬空段长度达351TI。而实际检测到的管道悬跨长度已经达到49in．49m．如图1所示管道使用单位对该管道的安全可见。该悬空管道已处于较危险的涡激振动状态状态十分担心．为保证管道的安全运行．采取了因此．必须采

6、取有效措施以减小管道的悬空长度相关措施对悬空管道进行治理鉴于悬空管道处于黄河水道上．传统的打桩方法无法实现通过对穿越黄河输油管道的现状调黄查．结合其特定的地理位置及环境条件．提出施加拉索的解决方案具体措施为：在悬空管道距黄河北岸18In处和36m处各设一条拉索，拉索施加预应力20kN．对悬空管道进行约束．缓解悬空管道的受力2悬空管道治理前后安全状态分析图1某舅越黄河雷遭悬空段示意通过对悬空管道治理前后应力及振动的计算分1穿越黄河管道悬空段的治理措施析．对治理措施的效果进行定量评价该穿越黄河输油管道为双层管加重结构．钢2．1悬空

7、管道治理前后应力分析管材料为16Mn．内管尺寸为D529mmx7mm．外对于该悬空长度达到49in的输油管道．考虑管为D630mmx6mm内外管的中间层注入水泥悬空管道两端的约束情况．可假定悬空管道两端为浆，泥浆固化后密度为2200kg／m3．弹性模量为固支．对治理前后悬空管道的受力进行计算．得到60GPa。管道操作压力为4MPa．输送原油密度为治理前、后悬空管道的弯矩图分别如图2和图3所850kg／m。黄河水的密度为1000kg／m3．最大流速示．应力计算结果见表22．0rn／s。悬空管道在不同水流速度下发生涡激振动的临界悬

8、跨长度计算结果见表1表1悬空管道涡激振动临界跨长的计算结果M=372．05图2治理前悬空管道弯矩分布／kN·m80石油工{jc建设2012年4月理前后管道悬空段固有频率及折算速度的计算分析．研究了治理措施对悬空管道振动参数的影响．计算结果见表3。125．48表3采取治理措施前后悬跨管道振动参数计算图3治理后悬空管道弯矩分布／kN．m赫宥频率ll、_折算速度表2治理前后悬空管道受力比较；纳流遵l5m，s流速2．Om／s流速2．5m／s载荷--0一治理前lll蠢穗零寅■艇羞誊{治理前O．693．024．035．04最大弯矩／kN·

9、m744．1257_3965．4％治理后O．7142．9l3．894．86最大Mises应力／MPa343．3203．840．6％从表3可以看出．采取治理措施前．悬空管道可以看出．未加固前悬空管道的最大弯矩为固有频率为0．69Hz．采取治理措施后固有频率为744．1kN·1TI．加固后悬空管道的最大弯矩为0．714Hz．可见．治理方案对悬空管道的固有频率257．39kN·m．减少了65％。有一定影响。当黄河水流速度达到2．5m／s时，治从表2可以看出．加固前悬空管道的最大理前悬空管道的折算速度为5．O4．治理后减小到Mises

10、应力达到343．3MPa．已经十分接近管道材4．86．但仍然超过悬空管道发生横向涡激振动的折算速度4．5．此时。悬空管道易发生横向涡激振动。料16Mn的屈服强度(351MPa)。加固后悬空管道最危险节点(黄河北岸管道端点)承受的应力减虽然当地4月份黄河水流速度最大为2．0rn／s．尚不能引起悬空管道的涡激振动现象．但随着夏季小为203．8MPa．比治理前减少了40％由此可见．采用悬索方式的治理措施对悬空管的到来．降水增多．黄河水流速度将进一步增大，当水流速度达到或超过2．5s时．现有的治理方道的受力情况改善较大．可以防止管道悬

11、空段的强案并不能有效缓解悬空管道的涡激振动现象．长时度破坏。间的涡激振动极可能造成管道的疲劳破坏。2．2悬空管道治理前后振动分析当垂直于管道的水流流经管道时．管道所受3结束语的流体质点压力就从自由流动压力升高到停滞压(1)通过对穿越黄河管道悬空段治理前后的应力分析。可以得到：