考虑弯矩影响的含腐蚀缺陷X80管道失效内压的计算方法

通过非线性有限元方法研究了弯矩影响下含腐蚀缺陷X80管道失效内压与腐蚀缺陷深度、长度、宽度等参数的相关性,并给出相应的失效内压预测方法。结果表明:弯矩,腐蚀缺陷尺寸(深度、长度和宽度)等均会对含腐蚀缺陷高钢级管道的失效内压产生影响,给出的弯矩影响下含腐蚀缺陷高钢级管道的失效内压预测方法可以准确预测管道的失效内压,对实际工程具有指导意义。

含椭球腐蚀缺陷对油气管道极限载荷分析

借助Solidworks和ANSYS Workbench有限元分析软件,以单、双椭球腐蚀缺陷为研究对象,考察不同类型缺陷几何因素对管道极限载荷的影响。首先,对于单椭球缺陷,考察缺陷深度、缺陷长度、轴向夹角、长短轴比例变化对极限载荷的影响;其次,对于双椭球缺陷,考察轴向水平距离、环向相距角度变化对极限载荷的影响;最后,利用响应曲面法分析研究单腐蚀缺陷3种缺陷参数对极限载荷的影响。结果表明,对于单椭球腐蚀缺陷,由于缺陷深度、缺陷长度的增大,极限载荷逐渐降低;由于缺陷长短轴比例的减小,极限载荷逐渐降低;由于轴向角度的增大,极限载荷先减小后增大,出现极值;对于双椭球腐蚀缺陷,随着两缺陷轴向水平距离和环向角度的逐渐增大,极限载荷先减小后增大,出现极值;在单一参数中,缺陷深度对极限载荷的影响最为突出;在多参数交互作用中,缺陷长度和缺陷深度的交互作用对管道极限载荷影响最为突出。

基于同伦分析方法和神经网络的复杂腐蚀缺陷海底管道屈曲压力计算方法

针对含复杂形状腐蚀缺陷海底管道屈曲压力计算难的问题,本研究中采用同伦分析方法对含复杂腐蚀缺陷海底管道的屈曲压力进行了计算,并用有限元方法进行了对比验证,进而根据计算结果提出了基于神经网络模型的海底管道屈曲压力的计算方法。结果显示:同伦分析方法可以有效、准确地计算含复杂腐蚀缺陷海底管道的屈曲压力,在相同情况下抛物线形腐蚀管道的临界屈曲压力大于椭圆形管道的临界屈曲压力。基于神经网络模型的腐蚀海底管道屈曲压力计算方法具有良好的泛化性能,可以很好地应用于工程现场的计算。

轴向应变作用下含腐蚀缺陷X80管道氢渗透的有限元分析

目的研究在役天然气管道掺氢输送条件下氢原子在管道腐蚀缺陷处的扩散和分布情况及应变对腐蚀缺陷处氢扩散行为的影响。方法利用COMSOL软件,将固体力学模型和扩散模型相结合,建立了基于有限元的氢原子扩散渗透模型,研究了在纵向拉伸应变作用下X80钢制管道不同尺寸腐蚀缺陷处氢原子的分布情况。结果在没有拉伸应变的情况下,氢原子一旦进入管道内,在浓度梯度的驱动下,沿径向梯度扩散到管道内。当在管道上施加应变时,氢原子的扩散受到静水应力的驱动。氢原子在腐蚀缺陷处的最大浓度超过了进入管道的氢原子初始浓度。结论氢原子在腐蚀缺陷处聚集。此外,施加的拉伸应变也影响氢原子聚集的位置,随着缺陷长度的减小和深度的增大,在内壁腐蚀缺陷处,更多的氢原子会集中在缺陷中心和尖端。

掺氢环境下含腐蚀缺陷X52天然气管道的结构强度失效机理研究

[目的]旨在探究掺氢环境下含腐蚀缺陷管道的结构强度劣化规律。[方法]基于试验数据分析X52钢在不同掺氢比例下的承载性能,采用非线性有限元方法研究X52掺氢天然气管道在不同腐蚀缺陷下的结构强度失效机理。[结果]研究结果表明:掺氢比例增大到50.0%时,管道在组合载荷下达到失效的位移最小为2.58 mm,结构韧性劣化程度较大;掺氢比例为25.0%时,缺陷深度越大,结构失效程度越严重,通过对正方形和圆形缺陷的对比,发现正方形缺陷的最大应力高于圆形缺陷。[结论]基于材料性能构建的含缺陷管道模型能够实现对不同掺氢环境下天然气管道服役状态结构承载力劣化程度的评估,所做研究可为新能源管道设计及健康监测提供工程化建议。

电磁超声SH波输电杆塔接地扁钢腐蚀缺陷检测

为实现接地扁钢腐蚀缺陷方便且快速的检测,提出了基于电磁超声SH波检测接地扁钢腐蚀缺陷的方法。建立接地扁钢及其腐蚀缺陷的三维有限元仿真模型,分析接地扁钢中SH0波的传播情况以及其缺陷检测时的衰减特性。结果表明,随着SH0波传播距离的增大,其回波信号位移幅值减小,且下降幅度逐渐减缓,并有转向稳定的趋势;腐蚀缺陷深度和长度增加会导致回波信号幅值增大,而腐蚀缺陷宽度对回波幅值影响很小。通过实验探究不同腐蚀缺陷对检测结果的影响,验证了电磁超声SH0波检测接地扁钢腐蚀缺陷的可行性。仿真和实验结果表明,电磁超声检测方法可以准确判断接地扁钢缺陷的位置。该方法为现场接地扁钢腐蚀缺陷的检测以及量化识别提供新思路,具有重要参考价值。

含双腐蚀缺陷高钢级油气管道剩余强度研究

为了加强含双腐蚀缺陷高钢级管道的安全评价,基于塑性失效准则,利用Workbench有限元分析软件对缺陷处的等效应力和剩余强度进行了模拟,考察了缺陷长度、缺陷深度和缺陷间距等参数对剩余强度的影响,利用99%相互作用准则确定极限作用距离,形成双腐蚀缺陷剩余强度评价方法,并进行数据验证。结果表明,随着内压的增加,管道先后经历弹性阶段、屈服阶段和强化阶段;在缺陷深度较深时,轴向间距对缺陷轴向分布时的最大等效应力影响较大,不同环向间距下的最大等效应力几乎不发生变化。当相邻腐蚀轴向间距系数n小于2.5、相邻腐蚀环向间距系数c小于1.26时,需考虑缺陷间的相互作用和影响;修正后公式可用于计算含双点腐蚀缺陷的高等级钢剩余强度,结果较DNV-RP-F101规范更接近有限元分析结果,最大相对误差不超过1.74%。研究结果可为提高管道完整性管理水平提供理论依据和实际参考。

含腐蚀缺陷管道弱磁信号的正演模型

针对埋地集输管道在非开挖条件下的腐蚀检测难题,结合磁偶极子模型以及应力磁化强度模型,建立一种含缺陷管道弱磁信号正演模型。通过数值模拟方法研究了腐蚀缺陷磁感应强度波形特征及离地高度、磁化强度对磁感应强度的影响。结果表明:腐蚀缺陷处Bx和By出现极值特征且方向相反,Bz出现过零点特征且峰值改变方向;分别讨论了离地高度以及磁化强度对信号的影响。通过开展现场检测,验证正演模型的准确率,其误差率为11.11%。

管道非对称双腐蚀缺陷相互作用极限间距

管道长期运行过程中会产生形态不一的腐蚀缺陷,相邻腐蚀缺陷间存在相互作用,从而影响管道的失效压力。然而,针对非对称腐蚀缺陷管道的相互作用极限间距尚还没有系统的研究。有鉴于此,采用有限元方法对含非对称双腐蚀缺陷管道相互作用极限间距进行研究。首先,验证了Benjamin爆破试验中多腐蚀缺陷有限元建模的可靠性。在此基础上,对轴向方向上长度非对称腐蚀缺陷和深度非对称腐蚀缺陷进行研究,同时对环向方向上长度非对称腐蚀缺陷和深度非对称腐蚀缺陷进行研究。研究结果表明:对于含非对称腐蚀缺陷的管道,本文得出的非对称腐蚀缺陷的相互作用极限间距在评价非对称腐蚀缺陷时要更加准确。

喇嘛甸油田含腐蚀缺陷套管剩余强度模拟预测模型研究

喇嘛甸油田老井套管不特定点蚀现象频发,导致基于均匀腐蚀和圆形点蚀的安全评价方法准确度不足。为提高老井安全评价准确性,通过带有不同尺寸模拟腐蚀缺陷试样的特殊拉伸试验,结合有限元数值模拟仿真分析手段以及SY/T 5724给出的套管强度计算公式,建立了含腐蚀缺陷套管剩余强度预测模型。该模型可针对任意尺寸的腐蚀缺陷开展套管剩余强度预测计算,为后期老井剩余寿命评价构建数据基础,指导现场老井套管剩余强度预测。

烷基糖苷对硅片化学机械抛光腐蚀缺陷的影响

针对化学机械抛光(CMP)后硅片表面出现腐蚀缺陷的问题,研究了烷基糖苷(APG)对硅片表面腐蚀缺陷的影响。结果表明APG对硅片的抛光速率和静态腐蚀速率都有抑制效果,当APG质量浓度为0.8 mg/L时能获得较快的抛光速率(836 nm/min)、较低的静态腐蚀速率(3 nm/min)。经过不含APG的抛光液抛光后,硅片表面缺陷数目344个,采用扫描电子显微镜发现缺陷类型主要是腐蚀缺陷,此时硅片表面粗糙度0.58 nm。当抛光液中加入0.8 mg/L的APG时,缺陷数目下降到43个,表面粗糙度下降到0.28 nm。接触角和Langmuir吸附计算结果证明,APG主要依靠其亲水端的羟基和醚键在硅片表面物理吸附成膜,从而隔绝了抛光液中有机碱对硅片表面的腐蚀。

腐蚀缺陷对储罐接管阴极保护效果影响的数值模拟研究

由于储罐接管常年处于腐蚀环境中,容易形成腐蚀缺陷,腐蚀缺陷不易检测,且不断向纵深扩展,导致接管泄漏事故发生,因而具有很大的潜在风险。该文主要采用数值模拟的方法研究了储罐接管表面腐蚀缺陷对接管阴极保护效果的影响。通过测试极化曲线得到模拟所需要的电位和电流密度等边界条件。采用ABAQUSCAE有限元分析软件模拟接管表面不同腐蚀缺陷处的局部电流密度和电位变化情况。结果表明:接管腐蚀缺陷内的阴极保护效果与腐蚀缺陷部位的形状、大小及深度有关。在腐蚀缺陷部位,阴极保护电位和电流密度分布不均匀,使得接管上有腐蚀缺陷的部位不能得到完全有效的保护。阴极保护电流在腐蚀缺陷处被部分屏蔽,尤其是在缺陷底部。随着缺陷深度的增加或宽度的减小,缺陷底部阴极保护电位变正,电流密度增加,缺陷对阴极保护的屏蔽作用增强,使阴极保护效果变差。更负的阴极保护电位有助于提高接管腐蚀缺陷部位的阴极保护效果。试验所得结果可以为储罐接管的阴极保护效果评价提供参考。

火电厂锅炉给水系统金属材料腐蚀缺陷自动检测

常规的锅炉给水系统金属材料腐蚀缺陷自动检测节点的部署形式一般设定为固定形式,自动检测覆盖范围较小,导致最终得出的缺陷深度检测偏差加大。为此,提出对火电厂锅炉给水系统金属材料腐蚀缺陷自动检测方法的设计与实践分析。根据当前需求,采用边缘的形式扩大自动检测的覆盖范围,实现自动感应检测节点边缘部署,进行快速扫描及模糊缺陷面积计算。以此为基础,构建自动化锅炉给水系统材料腐蚀缺陷检测模型,采用低频复核处理的方式来实现自动检测。结果表明,针对随机选定的5个测试组,对1.2 mm、1.6 mm、1.8 mm和2.2 mm厚度的材料进行分析,最终得出的缺陷深度检测偏差控制在0.25 mm以下,说明此次设计的金属材料腐蚀缺陷自动检测方法更可靠、高效、真实,自动检测的效率较高,具有实际的应用价值。

含多腐蚀缺陷油气管道的相互作用准则及剩余强度

利用ABAQUS软件,采用控制变量法和无量纲分析法,求解只含轴向或环向多腐蚀缺陷管道的等效应力,并提出了管道多腐蚀缺陷间的相互作用准则、判定流程和影响因素;在考虑腐蚀缺陷间相互作用效应的情况下,结合控制变量法,对处于复杂腐蚀状态下含多腐蚀缺陷的管道的剩余强度进行了数值模拟,并提出了剩余强度变化系数;采用正交试验设计法,分析了影响腐蚀管道剩余强度的主、次要因素。结果表明:当只有轴向或环向腐蚀缺陷时,轴向间距系数是影响管道应力状态的主要因素;当腐蚀轴向间距大于■时,腐蚀缺陷间无相互作用;当轴向、环向均有腐蚀缺陷时,腐蚀长度系数和腐蚀宽度系数是影响管道剩余强度的主要因素,腐蚀深度系数和轴向间距系数次之。

不同腐蚀缺陷下的HL级抽油杆疲劳分析研究

为分析腐蚀缺陷对抽油杆安全性能的影响,应用ANSYS有限元软件,对腐蚀坑、环形腐蚀两种缺陷下的HL级抽油杆进行疲劳寿命数值模拟。通过方差分析两种腐蚀缺陷下腐蚀深度与腐蚀坑半径(环形腐蚀宽度)等因素对HL级抽油杆疲劳寿命的影响,并利用多元线性回归方法得到了各影响因素与疲劳寿命的回归方程。研究结果表明:抽油杆在服役过程中最大应力集中在杆体与镦粗凸缘结合的变截面处;腐蚀半径(宽度)对HL级抽油杆疲劳寿命影响非常显著,与其呈正相关性;腐蚀深度对其影响显著,呈负相关性;两组回归方程对判断HL级抽油杆的安全性提供依据;同等工况下环形腐蚀比蚀坑腐蚀对抽油杆疲劳寿命的影响更大。

气田金属管道腐蚀缺陷评价方法适用性分析

管道金属腐蚀缺陷的评价方法多样,其适用性也各有差异性,评价结果也存在一定的不确定性。为准确评价某气田金属管道腐蚀缺陷的实际状况,对现有4种常用的金属腐蚀缺陷评价方法从理论上分析了原始计算公式中流动应力的取值、腐蚀面积的投影方式和鼓胀因子的计算方法对评价结果存在差异性的原因。在4条不同的金属管道上选取腐蚀缺陷管段分别计算其剩余强度,即预测失效压力及压力比,同时结合金属管道应用管材现状,对4种评价方法从计算结果的准确性、保守性进行综合对比分析其适用性。结果表明:Rstreng0.85dL方法更适合用于某气田金属管道的腐蚀缺陷评价。

基于有限元法的含腐蚀缺陷钻杆剩余抗拉强度分析

基于有限元法研究含腐蚀缺陷钻杆的剩余抗拉强度问题,分别讨论轴向腐蚀长度、环向腐蚀长度、腐蚀深度、腐蚀半径等因素对钻杆剩余抗拉强度的影响。研究结果表明:对于均匀腐蚀缺陷钻杆,其剩余抗拉强度受腐蚀深度的影响最大,受环向腐蚀长度的影响次之,受轴向腐蚀长度的影响最小;对于点腐蚀缺陷钻杆,其剩余抗拉强度受腐蚀深度的影响最大,且随着腐蚀半径的增大而增大。与该有限元法相比,依据现行石油行业标准计算所得的钻杆剩余抗拉强度较大,按此强度设计的钻杆存在一定安全风险,因此,设计中应充分考虑不同腐蚀形态的影响。

双圆柱形腐蚀缺陷油气管道失效压力研究

对X70钢双圆柱形腐蚀缺陷油气管道进行有限元分析,首先对其应力分布情况进行研究,其次对缺陷参数如缺陷深度、腐蚀间距和缺陷布置位置等对等效应力和失效压力的作用进行研究。结果表明:应力云图可以分为3部分;当双圆柱形腐蚀深度系数增大时,最大等效应力随之增大,基本成线性关系,失效压力随之减小,并出现临界值;当双圆柱形腐蚀缺陷间距增大时,最大等效应力呈减小的趋势,失效压力呈增加的趋势;轴向腐蚀缺陷最大等效应力大于环向腐蚀缺陷最大等效应力,环向腐蚀缺陷失效压力大于轴向腐蚀缺陷失效压力。

高落差埋地X80含腐蚀缺陷管道地震响应研究

由于我国西南地区山脉连绵,存在大量高落差埋地输气管道,并且随着服役年限延长也会出现不同程度的腐蚀。同时山区高落差埋地含腐蚀管道在地震作用下受力复杂,而目前难以通过实地监测或者在试验中完成其地震响应研究。为此,基于西南地区某一典型高落差埋地X80管道的实际工况,建立了地震作用下高落差埋地含腐蚀X80管道有限元模型,探讨了腐蚀深度、腐蚀宽度和腐蚀长度对高落差埋地含腐蚀管道地震动力响应的影响规律。研究结果表明:在地震波和内压的加载下,腐蚀深度的增加会使最大等效应力呈线性向上增加趋势,而内压和敷设角度会影响管道发生腐蚀后的初始应力值;最大等效应力随腐蚀长度的增大而增大,当敷设角度为60°时,腐蚀长度超过0.3D(D为管道外径)后,敷设角度对管道最大等效应力的影响超过了腐蚀长度;最大等效应力随腐蚀宽度的增大而减小;通过参数敏感性分析得出,腐蚀深度对地震作用下高落差埋地管道最大等效应力影响最大(占比为0.71),其次为腐蚀长度(占比为0.27),腐蚀宽度影响最小(占比为0.02)。在天然气管道设计和施工阶段,应避免敷设角度大于45°,对于在役管段出现腐蚀处应重点监测其腐蚀深度。所得结论可为山区长输管道的设计、运营安全和工程管理提供参考。

某油田三相分离器支撑板腐蚀缺陷超声波检测方法

针对三相分离器支撑板腐蚀缺陷超声波回波信号中包含大量噪声信号,导致腐蚀缺陷识别性能较低的问题,提出一种三相分离器支撑板腐蚀缺陷超声波检测方法用于缺陷的识别,实验结果表明,笔者所提方法相比其他方法能够有效增强回波信号采集处理能力、缩短回波信号检测识别算法的训练时长、提高了算法的识别率。