基于二维云模型的天然气管道腐蚀风险评价方法研究

天然气管道腐蚀因素具有模糊性和随机性,为有效保障管道安全运行,提高评价准确性,提出了一种基于二维云模型的风险评价方法。依据天然气管道历史失效数据建立天然气管道腐蚀风险评价指标体系,从土壤腐蚀、杂散电流、介质腐蚀性、其他腐蚀因素、防腐措施五方面展开研究。首先,运用改进层次分析法(AHP)及熵权法确定主客观权重,再经差异系数法调和得出组合权重。其次,根据等级量化区间得到各等级标准云,将指标的失效后果和失效概率作为二维云的两组基础变量,结合前面得到的权重矩阵,计算出各级风险云和综合云。最终,通过Matlab绘制云图及相近度计算确定风险等级。将该方法运用到新疆油田天然气管道腐蚀风险评价,得出其腐蚀风险为Ⅱ级,风险可接受,与工程实际一致,表明该风险评价方法具有一定的可行性,完善了天然气管道腐蚀风险评价方法。

大管径、高钢级天然气管道环焊缝焊接技术

唐山LNG外输管道是与规划建设中的中俄东线天然气管道、涿州—永清天然气管道等项目的互联互通工程,管道沿线主要地貌为沿海滩涂、连片鱼塘、水网、软土地基、果园和农田等,该工程采用了单管自重超过10 t、外径1 422 mm、X80钢级管道,焊接施工难度大、质量要求高,以往的半自动、手工焊等环焊工艺不能完全满足工程的需要。为此,基于X80钢管的环焊接头技术要求,结合该工程地貌特点和施工人力资源情况,提出了以管道环焊缝自动焊为主要焊接方法的环焊缝焊接工艺方案,并设计、确定了焊接坡口形式,优选了焊接材料和焊接设备,拟定了焊接施工管理措施。焊接工艺评定结果表明:所提出环焊缝焊接工艺获得的焊接接头、强度、韧性、硬度、低倍金相等理化性能试验结果均满足相关标准和设计的要求。该工程项目现场焊接实践证明,采用所提出的环焊缝焊接工艺进行焊接施工,焊接质量优良、施工效率高,从施工质量管控过程中总结出的质量管控关键点,可以为后续油气管道工程建设的焊接施工管理提供借鉴。

基于多灾种耦合的油气管道系统脆弱性定量评估研究

为预防油气管道事故,建立了一种多灾种耦合的油气管道系统脆弱性定量评价方法。首先,基于脆弱性概念明确其组成和演化过程,通过分析油气管道系统扰动特征,构建自然灾害和管道本体灾害下敏感性、暴露性以及韧性参数函数;其次,分析单灾种影响下的脆弱性,建立单灾种管道系统脆弱性的综合计算公式;再次,引入耦合系数模型和综合调和指数,建立多灾种耦合的脆弱性模型;最后,基于油气管道风险分级的基本原理,建立油气管道脆弱性分级标准,明确脆弱性状态和处置方式。实例表明,多灾种耦合下的油气管道系统脆弱性反映了各灾种的整体功效和协同效应,使计算结果更加准确和客观,是油气管道系统脆弱性定量评估研究的一次有益探索。

石油长输管道自动焊连头工艺的研究

管道全位置自动焊技术焊接速度快、焊接质量稳定,是比较成熟的管道施工技术。对石油长输管道施工过程中管道连头自动焊连头工艺特点进行了对比。同时对选择的CRC P-260焊接设备进行改造。实践证明,自动焊连头工艺可以改善连头焊口的力学性能,显著提高管道连头焊口的焊接合格率,从总体上提高长输管道运行可靠性。

自保护药芯焊丝管道全位置自动焊接工艺研究

针对目前城市管道建设中广泛存在的传统手工焊和半自动焊接工艺所导致的焊接质量不稳定等问题,设计了一种自保护药芯焊丝管道全位置自动焊接工艺。采用氩弧自动焊根焊+自保护药芯焊丝自动焊填充及盖面焊的焊接方法,选用22°U形坡口及Φ1.6 mm JC-29Ni1焊丝。结果表明,焊接接头力学性能能够达到标准要求。该工艺能够为城市管道全位置自动焊提供参考。

管道环焊缝拉伸应变容量模型分析及改进

为了确保石油天然气管线在复杂服役环境下的本质安全,探讨了目前国内外广泛应用的3种管道环焊缝拉伸应变容量模型(CSA Z662、PRCI-CRES、EXXON MOBIL),并对其参数选取范围性进行了汇总和对比分析。通过分析模型预测值和96组全尺寸管道及宽板拉伸试验数据的差异,对各拉伸应变容量模型在不同钢级下的预测精度进行了验证,并使用90%置信上限倒数法计算了模型安全系数。结果表明:由于CSA Z662模型断裂韧性取值上限过小,导致其对于中、高钢级管线的预测值过于保守;EXXON MOBIL和PRCI-CRES模型更为完善,二者预测结果相似,并与试验结果较为相符。针对EXXON MOBIL和PRCI-CRES模型计算所得的安全系数可以明显改善模型预测结果,可将非保守预测值最大误差控制在约30%范围内,从而有效满足较为保守的设计要求。研究结果可为管线基于应变设计提供理论指导。

管道自动焊典型缺陷焊接预制方法分析研究

焊接人工缺陷是一种基于人为焊接出来的缺陷,与人工预制不同,更能反映实际焊接生产过程中的实际缺陷,只不过是能够人为控制其缺陷性质、尺寸、位置和方向,包括裂纹、未熔合、夹渣、气孔等典型性缺陷。文中经过大量的管道自动焊焊接性实际试验摸索出了一套制作管道焊接缺陷的人为预制方法,通过对典型缺陷的设计、分析和试验,有效地掌握了缺陷的产生原理和焊接制作方法,并经过AUT设备、宏观金相检验证明了该方法的可靠性和稳定性。

管道焊接机器人焊枪摆动机构运动控制研究

管道焊接机器人以其焊接成形好、质量稳定性好、自动化程度高等优势在长输油气管道建设领域得到了大规模推广应用。针对管道焊接机器人焊枪高速、短行程往复摆动运动特点,对焊枪驱动步进电机加、减速运动控制进行了研究。通过分析S曲线的算法原理及其传统的七段模型,对该模型进行了优化修正,提出了一种基于分段插值和三角函数的S形运动曲线,将该运动模型与修正后的传统七段模型进行仿真比较。仿真结果表明,该运动曲线在运动过程中不存在柔性冲击,同时也保证了焊枪运动的稳定性。最后将该加、减速运动曲线应用到管道焊接机器人的摆动机构中,焊枪运动平稳可靠,取得了良好的效果。

大口径油气管道坡口加工机床研制及其关键技术研究

建设中的中俄东线天然气管道工程在国内首次采用了φ1422 mm×80 mm钢管,最薄壁厚21.4 mm。详细介绍了φ1422 mm超大口径油气管道钢管坡口成型加工机床设计的技术方案,分析了保证坡口加工精度在设计过程中所采取的多项关键技术,提出了一体式定位、夹紧同步技术及浮动式切削技术,保证了坡口加工过程中的机床定位精度和切削精度。通过工程现场应用表明,该机床设计合理,运行性能平稳。

油气管道防腐补口装备集成化研究

为解决管道工程现场防腐补口单功能设备简单组合的机组构成庞大、人员配置较多、施工组织复杂及施工成本难以降低等突出问题,结合热收缩带防腐补口施工工序特点,通过相邻工序所需功能的优化整合,研发了以具有无遗漏除锈与全覆盖加热功能的除锈&中频一体式设备,以及具有内外协同加热功能的中频&红外一体式设备为核心的集成化防腐补口装备,制定了配套的补口工艺。模拟试验与工程测试结果表明,集成化防腐补口装备与工艺实现了管道待补口区域表面处理与预热的工序整合及同步作业、底漆加热与热收缩带收缩熔胶的工序整合及协同作业,以及机械化防腐补口施工方式由四工位向三工位的重大转变,在施工方式、设备构成、人员配置、施工效率、机械化程度和施工成本等方面优势明显。且自主开发的数据采集与无线传输功能模块与控制系统的嵌入融合,实现了防腐补口关键施工数据的实时采集、存储及与数据终端的无线传输,可为智能管道数字化移交及完整性管理提供数据支撑。针对管道工程连续口、连头口及返修口等不同类型焊口的防腐补口,提出了集成化防腐补口装备的优化组合建议,可为工程单位优化配置防腐补口机组提供参考依据。

单枪自动焊在管道连头口应用中的改进研究

利用内焊机根焊+实心焊丝气保下向自动焊进行长输管道焊接施工具有过程易于控制、焊接效率高、质量稳定的优势。然而,由于组对和坡口因素,原有的自动焊技术在管道连头施工中难以应用。连头口具有宽窄不一、错边量大的特点,为实现管道连头的自动化焊接,以CPP900-W1单焊炬管道自动焊系统为基础,采用药芯焊丝气保护焊工艺,通过试验对装备功能及工艺参数进行优化,在坡口组对错边量3 mm,平焊位置和仰焊位置组对间隙相差2 mm(平焊位置组对间隙2.5 mm,仰焊位置组对间隙4.5 mm),得到能够满足连头口自动焊要求的焊接装备和焊接工艺参数,焊缝无损检测结果及力学性能均满足相关标准的要求。该设备和工艺现已在中俄东线现场得到应用且效果良好,大幅降低了焊工劳动强度,同时提高了焊接效率。

激光-电弧复合焊技术在长输管道焊接中的研究进展

重点介绍了国内外管道激光焊接技术的发展,对不同类型激光器的激光-电弧复合焊技术在油气长输管道焊接上的研究进展和应用进行了详细回顾。结果表明,CO_(2)激光器和闪光灯触发的Nd:YAG激光器由于传输方式和效能的不利因素,不适于油气管线长途作业,而高能Yb光纤激光技术推进了激光-电弧复合焊接技术在管道焊接现场应用的步伐;同时,对目前该技术在应用中存在的问题进行了总结分析;最后对激光-电弧复合焊技术在管道焊接上的应用前景进行了展望。激光-电弧复合焊技术已在试验室条件下成功焊接了管径1219 mm、钝边高度8 mm的X80钢管,焊缝外观和焊缝力学性能均能满足长输管道焊缝合格标准要求,但后续为适用长输管道现场焊接,还需进行焊接工艺现场适应性试验。

在役焊接接头拉伸和疲劳性能的微观动力学研究

采用有限元模拟的方法,建立在役多道焊接头物理模型,获得系统的温度场信息,并以此作为沟通宏、微观模拟的桥梁,利用分子动力学的方法研究在役焊接接头分别在拉伸和疲劳载荷作用下的微观力学行为,从原子层面揭示在役焊接接头在长期服役过程中失效的微观机理。结果表明:循环加热后的体系势能分布不均匀,裂纹附近和C原子所在区域势能低,而其周围原子的势能相对较高。两种载荷加载的过程中均发生了BCC-FCC-HCP的结构转变,裂纹两端应力集中,产生位错。位错沿滑移面发射,裂纹迅速扩展形成贯穿性裂纹,导致结构失效。拉伸过程中伴随着层错现象的产生,而疲劳裂纹扩展的速度相对缓慢,未发现层错等现象。

X80厚壁管道自动环焊接头性能研究

分别采用GMAW自动焊和GTAW+FCAW-G组合自动焊两种工艺,对φ1422 mm×32.1 mm的X80钢管进行了环焊缝焊接。借助常规拉伸和示波冲击试验测试了环焊缝接头的强度和韧性,并采用宽板拉伸试验方法测试了带缺陷环焊缝接头的应变容量和结构可靠性。结果表明,采用GMAW自动焊,匹配ER80S-G实心焊丝所焊接的X80环焊缝接头为高强匹配;采用GTAW+FCAW-G组合自动焊,匹配ER55-Ni1和E91T1-K2MJ焊丝所焊接的X80环焊缝接头为等强匹配;两种工艺的环焊接头均具有较好的低温韧性,焊缝和热影响区的韧脆转变温度分别低于-65℃和-45℃;即使存在尺寸为50 mm×3 mm的焊接缺陷,GMAW自动焊、GTAW+FCAW-G组合自动焊接头的平均拉伸应变容量分别为6.0%、3.5%,说明这两种环焊缝接头在拉伸载荷下也是安全可靠的。

大口径X80钢级管道环焊缝断裂韧性需求研究

采用有限元方法建立了D1 422 mm厚壁X80钢管自动焊焊接接头数值模型,通过环焊缝强度匹配、母材屈强比等参数对焊缝裂纹驱动力的影响规律进行研究,确定在不同管材强度等级及焊缝特性等工况下的韧性指标。结果表明:提高焊缝区强度匹配能够有效减小接头的裂纹扩展驱动力,降低断裂韧性需求,降低母材屈强比会使相同强度匹配条件下的裂纹扩展驱动力更小。目前工程标准中的断裂韧性值能够满足管道断裂控制要求。

鸣锐160GH石油钻杆耐磨带堆焊药芯焊丝性能研究及应用

对新研发的鸣锐160GH石油钻杆接头耐磨带堆焊药芯焊丝进行了金相组织分析、硬度及耐磨性试验,并进行了工程实际应用。结果表明:耐磨带堆焊层显微组织中存在细小的NbC硬质相并呈弥散分布,该NbC硬质相提高了耐磨带的硬度和耐磨性能,与国外同类进口产品相比,鸣锐160GH石油钻杆耐磨带在磨损率、抗裂性方面都较优。

长输管道激光-电弧复合焊接技术研究

传统的电弧焊工艺由于受到焊接速度和焊层厚度的制约,难以进一步提高焊接施工效率。激光-电弧复合焊将激光和电弧两种热源复合在一起,实现优势互补,为管道施工提供了一种新的焊接方法。激光-电弧复合焊速度快,熔深大,可以显著提高施工效率。国外多家研究机构在试验室内成功实现了管道全位置激光-电弧复合焊,但未能实现工业化应用。光纤激光器的发明为激光-电弧复合焊现场应用提供了可能。初步试验表明,光纤激光-电弧复合焊能够满足管道环焊缝焊接的要求,力学性能满足现行标准要求。

光固化高强玻璃纤维复合材料管道补强技术研究

为了有效控制管道施工质量,提高施工效率,针对国内复合材料修复普遍采用的湿缠绕法存在的现场质量管控困难、效率低、易受污染、环境影响大等缺点,开发了一种光固化高强纤维复合材料预浸料,并对该预浸料的拉伸强度、拉伸模量、吸水性、剥离强度、微观形貌以及修复能力进行了试验研究。研究结果表明,光固化高强纤维复合材料预浸料各项性能优异,明显高于湿缠绕法的同等试样水平;光固化高强纤维复合材料预浸料的显微结构更加紧凑,树脂对纤维的浸润效果更好。此外,修复结构的水压试验表明,该纤维复合材料的修复作用是通过缺陷塑性变形实现应力传递的,且纤维复合材料修复结构的变形由内到外逐渐减弱。

长输管道全位置激光-电弧复合焊应用技术研究

为了提升油气管道的建设效率,将高效的焊接技术应用于管道环焊缝焊接中,提出采用激光-电弧复合焊根焊的单面焊双面成形的焊接方法。先后开展了X70/X80钢管的激光-电弧复合焊接设备和工艺研究。研究表明,激光-电弧复合焊在管线钢焊接上具有可靠性和适用性,随着大功率激光器的工业化应用,激光-电弧复合焊在管线钢焊接方面的应用具有非常好的前景。最后从技术和经济性方面提出了激光-电弧复合焊技术在工业化应用中需要解决的问题。

管道环焊缝的全聚焦检测

全聚焦技术是一种基于全矩阵采集的虚拟聚焦图像后处理技术,全聚焦算法将成像区域分割为多个网格,对每一网格都进行聚焦,使得超声成像结果更加均匀平滑,成像质量优于常规相控阵超声检测方法的质量。根据全聚焦成像的技术特点开展管道环焊缝相控阵超声全聚焦检测工艺方案的研究,参照管道环焊缝试块设计标准设计并制作全聚焦验证试块,针对全聚焦验证试块、全自动超声检测(AUT)校准试块开展相控阵超声全聚焦检测试验。试验结果表明,对于V型坡口,全聚焦成像效果好;对于小角度的自动焊坡口,常规全聚焦检测时接收超声回波困难,存在检测灵敏度低的问题;通过对全聚焦算法的优化改进,提高了小角度缺陷的检出率,证明全自动焊焊缝可采用全聚焦技术进行检测。