长输油气管道裂纹失效案例调研

裂纹是管道的一种严重缺陷,可导致管道的突然开裂失效。通过对美国和加拿大管道裂纹失效案例调研,对比分析了北美地区国家及国内油气管道裂纹失效情况。结合典型失效案例从管道裂纹类型、失效原因等角度梳理了管道裂纹失效的主要风险类型、管控经验及相关法规标准,为国内油气管道裂纹失效的风险分析和相关决策支持提供参考。

基于全尺寸试验的X80管道腐蚀缺陷评价方法验证分析

文中在调研含腐蚀缺陷X80管道全尺寸压力爆破试验数据基础上,对ASME B31G-2012、ASME B31G-1991、PCORRC、LPC-1、SHELL 92评价方法的失效压力评价结果进行验证,并用线性回归分析方法对比分析了各评价方法用于X80管道腐蚀缺陷评价的准确性和可靠性。对比分析结果表明:管道腐蚀缺陷深度或长度较大时,各评价方法的预测失效压力差异更明显,其中流动应力、腐蚀面积参数、鼓胀因子等因素共同影响了评价结果的保守性;LPC-1方法预测的准确性最高,SHELL 92方法最保守。

油气管道环焊缝缺陷适用性评价现状与展望

油气管道的环焊缝质量好坏与管道能否安全运行密切相关,近年来管道环焊缝问题日益突显,因此准确评价管道环焊缝缺陷的适用性对于保障管道安全运行具有重要的意义。为了给环焊缝缺陷安全评定提供参考,系统总结了现行的环焊缝缺陷适用性评价方法并归纳为6种类型,剖析了各类方法的原理、特点及适用性,从焊接缺陷、内外部载荷及材料性能等3个方面分析了目前环焊缝缺陷适用性评价过程中遇到的瓶颈问题,并针对高钢级管道环焊缝所暴露出的新问题,提出了环焊缝缺陷适用性评价的未来展望。研究结果表明:(1)环焊缝缺陷可分为体积型缺陷和平面型缺陷两大类;(2)对于体积型缺陷,主要考虑塑性失效模式,推荐采用修正的Miller方法;(3)对平面型缺陷,应同时考虑塑性失效和断裂失效模式,推荐采用BS 7910:2015标准中基于失效评估图(FAD)的方法,并根据可用材料参数及保守性选用通用失效评估曲线(FAC)或特定FAC。结论认为,该研究成果有助于保障管道的安全运行。

基于有限元法的含凹陷油气管道应变分析

为对含凹陷的油气管道进行更合理的完整性评价,采用有限元法模拟管道在承受外部岩石挤压时的应变分布,讨论凹陷深度、管道壁厚和挤压体大小等参数对应变的影响.结果表明:在相同条件下,最大等效应变随凹陷深度增大而增大;在同样深度条件下,管壁较厚处的凹陷最大等效应变较大;挤压体半径越大,凹陷的轮廓越光滑,应变集中程度越小;管材等级对等效应变的影响很小.该方法和结论可用于改进凹陷评价方法和风险排序.

管土接触作用下埋地管道力学分析

为了研究管土间作用规律,运用ANSYS软件建立了基于接触单元的三维管土接触有限元模型,分析得到了管周接触应力的分布。给出了管土相互作用计算的弹性解,对比分析得出其与有限元模拟结果非常接近,表明管土接触分析模型能够较好地模拟管土相互作用。计算分析了管道埋深、土体粘聚力、管土摩擦因数、内摩擦角对管土接触应力的影响。

油气管道周向励磁漏磁检测技术优势与发展前景

为了研究周向励磁漏磁检测技术的适用性,基于漏磁检测原理分析了该技术对于检测轴向导向缺陷的潜在优势,以及存在的技术局限性。周向励磁在管壁产生的磁场是非均匀磁场,临近磁极的磁场强度大,远离磁极的磁场强度小,缺陷漏磁通与缺陷距磁极的距离相关,两磁极间仅存在一段有效检测区域,要求传感器探头必须具有很小的间距和较高的测量精度;周向励磁产生的磁力线垂直于管道轴线,信号采集对检测装置的运行速度提出了更高的要求。从励磁方式、磁场分布状态、检测适用性和技术成熟度四个方面对比分析了周向励磁与轴向励磁漏磁检测技术,得出结论:两种检测技术的本质区别在于励磁方式和磁场分布状态的不同,且分别对轴向导向缺陷和环向导向缺陷敏感;轴向励磁漏磁检测技术更成熟且应用更广泛。最后,阐述了周向励磁漏磁检测技术的国内外技术发展与应用现状。

基于应变的管道环焊缝表面裂纹有限元分析

现行的管道设计标准大多遵循传统的基于应力的设计准则,当管材出现屈服和应变强化时,准则便不再适用。为此,建立了内压作用下三维管道环焊缝缺陷仿真模型,采用基于应变的设计方法对其承载能力进行了分析,探讨了其影响参数的变化规律,计算了不同管径时管道的拉应变极限和失效压力。分析结果表明:材料韧性越好,裂纹尖端抗开裂性能越好,在管道设计施工中应合理选择焊材与管材的强度及韧性匹配;相比于管道尺寸,裂纹缺陷尺寸对管道承载能力的影响更大,尤其是缺陷深度。所得结论可为管道环焊缝缺陷完整性评估提供理论指导。

高钢级管道环焊缝裂纹失效分析

含裂纹缺陷的环焊缝失效分析,是解决X70及以上高钢级管道环焊缝质量风险的必要环节。文中对现阶段含裂纹缺陷的环焊缝排查和失效分析进行了梳理和成果总结分析,及时发现问题和规律,为后续安全管控和裂纹机理研究提供参考。已有失效分析规律总结如下:X70及X80管道环焊缝裂纹以根焊开裂形式为主;变壁厚、管道顶部和底部等位置容易发生环焊缝裂纹缺陷,焊接施工和缺陷无损检测及评判时应重点关注,尽量避免漏评误判;焊瘤、错边、余高等外观检测指标超标,导致环焊缝成形较差,影响裂纹缺陷的检出并加重根焊位置的应力集中。基于上述规律,建议对新建管道需加强针对管道环焊缝外观检测、根焊裂纹检测工艺。而对于在役管道,重点防范弯曲等附加载荷影响,依托环焊缝裂纹失效分析,进一步研究环焊缝裂纹形成的微观机理和控制参数。

长输管道环焊缝的射线数字成像检测技术应用

文中分析了长输油气射线数字成像检测的3种技术类型,及其在油气管道环焊缝检测方面的优缺点和发展趋势。开展了在役输油管道动火作业中射线数字成像检测技术(DR)的现场应用试验,初步验证了在役管道环焊缝DR检测的技术可行性和对缺陷检测的较高灵敏度。结合中俄东线输气管道建设,进行了传统射线胶片照相检测技术(RT)和DR检测技术工程应用效果的对比试验,试验结果表明现阶段RT检测胶片数字化技术能够较好地解决存量胶片检测影像资料的数字化存储和管理,而DR技术在缺陷检测数字成像方面呈现出较高的对比度,但目前DR检测效果不稳定。DR检测技术在长输管道工程的大规模应用推广,需进一步完善DR设备校验等方面的技术管理体系。

管道环焊缝检测图像智能识别技术研究

为提升环焊缝缺陷排查效率和智能化水平,对管道环焊缝的漏磁和射线检测图像进行了缺陷智能识别技术应用研究。基于管道环焊缝射线检测底片的数字化图像,进行了缺陷图像智能识别流程制订、算法设计和软件开发,实现了未熔合等样本缺陷的智能识别分析。对在役管道的漏磁内检测数据,开发环焊缝图像自动获取和识别分析算法工具,实现了环焊缝缺陷等特征图像的自动采集和识别分析。

中俄东线管道射线检测底片图像的智能识别

基于中俄东线管道射线检测底片图像和数据,采用Faster R-CNN、YOLO等深度学习算法,建立了全自动焊接环焊缝射线检测缺陷样本数据库,完成了未熔合等主要缺陷类型智能识别技术的研究和开发,初步实现了未熔合、裂纹等危害性缺陷的智能识别。在中俄东线智慧管道建设的目标框架下,射线检测底片图像识别等人工智能新技术的开发和应用,有助于实现管道大数据价值的充分挖掘,提升管道智能化运营管理的水平。

环焊缝缺陷漏磁内检测图像识别技术研究

为解决油气管道环焊缝信号复核及缺陷排查工作严重依赖人工问题,采用高斯混合模型(GMM)聚类分析方法完成漏磁检测伪彩色图像的颜色特征提取和缺陷识别分类算法开发。考虑了信号断点、变壁厚等常见异常信号的影响,研制出环焊缝缺陷漏磁内检测图像智能分析软件,实现了环焊缝漏磁内检测信号图像的自动采集和缺陷智能识别分析。与人工复核结果比较,缺陷智能识别分类的准确率达到90%以上,可应用于环焊缝漏磁内检测信号复核并提高缺陷排查效率和智能化水平。

基于应变的高钢级管道环焊缝适用性评价

现行管道设计标准大多遵循传统的基于应力的设计准则,当管材出现屈服和应变强化时,基于应力的设计准则便不再适用。为了有效开展基于应变的高钢级管道环焊缝适用性评价,需要解决驱动力的应变表征和失效准则确定两个关键问题。通过对含环焊缝根部裂纹的高钢级管道进行有限元分析,得到基于应变的裂纹扩展驱动力,研究了缺陷尺寸、强度匹配及压力等因素对环焊缝应变能力的影响;对比分析了两种管道环焊缝断裂失效准则并明确其适用性。分析结果表明:缺陷尺寸不仅影响裂纹扩展阻力,而且影响裂纹扩展的驱动力,裂纹深度较长度对基于应变裂纹驱动力的影响更为明显;高匹配焊接的环焊缝具备更强的应变能力,承载能力也相应增强;错边和变壁厚等根部不连续会削弱环焊缝的承载能力;基于裂纹失稳扩展失效准则评价的是极限应变能力,对环焊缝的断裂韧度要求很高,建议选择基于断裂韧度准则的评价方法。所得结论可为高钢级管道环焊缝应变能力评估提供技术参考。

管道斜接环焊缝适用性评价

斜接引起的应力集中效应致使斜接环焊缝比普通环焊缝更加危险,因此需进一步明确在役管道超标(斜接角度≥3°)斜接环焊缝的适用性。总结对比了现行斜接环焊缝(缺陷)评价标准,推荐采用SY/T 6477—2017 《含缺陷油气管道和强度评价方法》标准评价无缺陷斜接环焊缝,分别采用修正的米勒(Miller)方法和BS 7910:2019 《金属结构裂纹验收评定方法指南》标准评价含体积型缺陷和平面型缺陷斜接环焊缝,并将斜接导致的弯曲应力作为附加载荷考虑。通过有限元分析及全尺寸压力爆破试验明确了斜接与缺陷对于环焊缝失效的影响,评估了评价方法适用性及保守性。研究表明:纯内压作用下,内压导致的环向应力主导了无缺陷斜接管的失效,但随着斜接角度的增大,应力集中效应逐渐突显;压力试验数据验证了标准中斜接评价方法适用范围(斜接角度≤10°)的合理性;斜接和缺陷的存在导致钢管抵抗均匀变形能力及承压能力下降,对于含缺陷(尤其平面型缺陷)斜接,当斜接角度较小时,缺陷会成为环焊缝失效的主要致因。

基于内检测数据的管道凹陷应变计算

针对内检测中发现的凹陷对管道结构强度的影响问题,开展凹陷应变的计算分析,以期有效指导管道凹陷的开挖验证及修复工作。总结了基于内检测数据的凹陷应变计算方法和技术路线,指出了滤波分析的必要性和可行性。依据ASME B31.8-2010的相关规定,结合实际的管道内检测数据,得到了7种典型滤波方法下的应变计算结果。通过对比应变计算结果,分析了不同滤波方法对管道凹陷数据处理及应变计算的影响和适用性。结果表明:基于管道凹陷内检测数据的应变计算技术可行,低通滤波方法对管道凹陷数据的滤波效果较好,可获得较合理的凹陷应变计算结果;低通滤波方法中,选择合适的截止频率参数对凹陷应变的准确计算至关重要,截止频率的取值与内检测信号的噪声大小密切相关。

基于漏磁内检测的管道环焊缝缺陷识别与判定

为了实现基于漏磁内检测的管道环焊缝缺陷的有效识别与判定,对环焊缝异常信号的特征及其影响因素进行了分析。通过漏磁信号有限元仿真分析与内检测牵拉试验,系统分析了管道磁化水平、传感器提离值、环焊缝余高,环焊缝缺陷形状、位置及开口方位等因素对缺陷漏磁场的影响,明确了环焊缝缺陷与漏磁信号特征之间的对应关系,提出了基于漏磁内检测信号的环焊缝缺陷分类方法。将环焊缝缺陷分成了4类,并给出了环焊缝缺陷的漏磁内检测检出率和识别准确率。现场开挖验证结果进一步验证了识别与分类判定结果的准确性,为基于漏磁内检测的环焊缝缺陷识别与判定技术工业化应用奠定了基础。

油气管道体积型腐蚀缺陷有限元分析

为了研究体积型腐蚀缺陷对油气管道剩余强度的影响,以含点蚀缺陷、轴向槽状腐蚀缺陷两种体积型缺陷的油气管道为研究对象,通过Solid Works建立几何模型,并导入ANSYS软件进行有限元分析。采用管道缺陷评价计算方法 RSTRENG 0.85d L对各模型的有限元分析结果进行评价,误差均在可接受范围内,验证了采用有限元方法分析腐蚀缺陷参数对管道剩余强度影响的可行性。进一步计算得到了管道失效压力随载荷及腐蚀缺陷各参数的变化规律,得出各参数对油气管道剩余强度的影响。结果表明:腐蚀缺陷深度对管道剩余强度影响最大,腐蚀缺陷轴向长度的影响次之,而腐蚀缺陷环向宽度的影响很小,可以忽略。

我国天然气管网系统可靠性评价技术现状

为了保障天然气管网系统的运行安全,可以采用可靠性方法从系统层面定量评价与分析天然气管网的物理安全水平及整体供气水平,然而,我国在此方面的研究尚处于起步阶段。总结了我国天然气管网系统可靠性评价技术研究现状,从生产安全和供气安全两方面阐述了管网系统常用可靠性指标的概念和算法,分别探讨了长输管道和站场两个系统单元及整个管网系统的结构可靠度评估方法,以及系统供应可靠度和目标可靠度的确定方法,指出了管网系统可靠性评价技术的重要作用及发展方向。

基于漏磁内检测的管道补口失效识别与判定方法

管道补口一旦发生失效,腐蚀介质自破损处渗入,将会严重影响管道完整性。基于漏磁内检测原理和管道补口失效形式,提出了补口防腐失效的识别与判定流程:通过分析管道补口结构特点、失效形式、可能产生腐蚀缺陷的位置与形貌特征,明确管道补口失效导致外腐蚀特征及其与漏磁内检测信号特征之间的对应关系,从而识别可能已经失效的管道补口。通过对多条管道的开挖验证,得出采用漏磁内检测技术识别与判定补口失效准确率,并验证了该方法的准确性,为基于漏磁内检测的补口失效识别与判定技术的工业化应用奠定了基础。(图7,表1,参20)

基于漏磁内检测的管道补口失效评价方法

为了制定高效的管道补口修复计划,确保缺陷及时修复,提出了一种基于漏磁内检测的管道补口失效评价方法。该方法将补口失效内检测信号分为4种类型,其中第1类和第4类信号特征较明显,第2类和第3类次之。分别采用RSTRENG 0.85dL方法和Kastner方法对轴向缺陷和环向缺陷进行评价,并基于腐蚀增长速率边界值对腐蚀增长作出预测。结合信号类型与腐蚀缺陷评价结果,建立了补口失效分级评价与响应准则。现场应用结果表明:该方法具有较高的识别与评价符合率,可以满足现场应用需求。