工程临界评估(ECA)在海管铺设中应用的经济性

工程临界评估(Engineering Critical Analysis,ECA)在海底管道铺设工程中已有非常广泛的应用。为了评估工程中采用ECA后的经济性,通过解读基于API 1104:2013附录A选项3和BS 7910:2013中的塑性破坏和断裂分析模式下的ECA分析过程和方法,对比某项目海底长输管线铺设过程中采用ECA结果的焊缝自动超声波检测(Automatic Ultrasonic Testing,AUT)统计数据进行分析,探讨海底管道铺设过程中运用ECA与经济性之间的关联。分析表明,在一定的条件下使用ECA可以大幅提高施工过程的一次焊接合格率,节省施工周期,产生巨大的经济效益。

长输油气管道环焊缝工程临界评估技术的应用现状及探讨

环焊缝是长输油气管道的薄弱环节,其失效主要是由缺陷与载荷共同作用引起的开裂。利用基于“合于使用”原则(Fitness-for-service,FFS)的工程临界评估(Engineering Critical Assessment,ECA)技术来评估焊缝中的各种缺陷,可以在确保管道安全运行的同时,降低返修率与运行成本。介绍了现行的环焊缝缺陷评估规范,其中基于塑性破坏和断裂双判据的失效评估图法(Failure Assessment Diagram,FAD)是目前ECA中应用最广泛的方法。并以BS:7910标准为例分析了基于环焊缝断裂行为的ECA技术,并探讨了ECA技术在长输油气管道环焊缝缺陷评估中可能存在的问题,包括载荷应力参数的确定、缺陷的精确识别和环焊缝性能指标的表征等。

工程临界评估技术在海底管道焊接缺陷质量控制中的应用

随着AUT检测技术的应用逐渐增多、管道铺设水深的增加以及服役环境的变化，DNV-OS－F101和API1104等规范给出的海底管道焊接缺陷的接收标准，已不能满足实际工程的需要；工程临界评估技术（Engineering Critical Assessment，ECA）采用断裂力学的方法，根据海底管道的铺设和服役条件，结合管道的实际性能进行计算和分析后，给出了海底管道的缺陷验收尺寸。文章介绍了ECA技术的基本原理以及评估参考的标准和基本的评估流程，并以荔湾3．1海底管道项目为例，说明ECA技术在海底管道安装过程中的应用。

自升式海洋平台桩靴裂纹工程临界评估(ECA)

采用理论和数模计算相结合的方法对某深水自升式海洋平台桩靴裂纹的安全性进行工程临界评估:依据BS 7910导则中提供的理论公式进行桩靴裂纹的断裂韧性估算;在Abaqus软件中建立桩靴的有限元模型,依据BS 7910导则对桩靴裂纹进行简化,利用3D高级裂纹扩展行为分析软件Zencrack插入裂纹,并嵌入Abaqus进行计算,通过计算桩靴在不同方向上的极限承载力完成裂纹的断裂评估;计算裂纹在多次撞击下的裂纹扩展完成疲劳寿命的预测,并给出评估结论和建议。

海底管道工程临界评估(ECA)参数敏感性分析

文中以某海管安装期间的缺陷验收为背景,依据BS7910标准《金属结构缺陷可接受性评价方法指南》,利用Crackwise4.0软件对埋藏裂纹进行了2A级断裂评估,并应用敏感度函数和敏感度因子的方法,分析了断裂韧性、主应力和材料力学性能对极限裂纹尺寸的影响,得到了它们各自的敏感度值.结果表明,在以文中选用的基准参数集为前提下,对于固定裂纹长度,室温下的屈服强度对极限裂纹高度影响最大;随着极限裂纹长度的增加,主应力对极限裂纹高度的敏感性有所增加,而断裂韧性和室温下屈服强度对极限裂纹高度的敏感性相对减小;而室温下抗拉强度对极限裂纹高度不敏感.

基于CRACKWISE的X65管线环焊缝焊接缺陷工程临界评估

以X65ф762×28.6 mm管线环焊缝为研究对象,针对管线焊接接头区域不同位置分别进行了CTOD试验,对焊接接头的断裂韧性进行了测定。利用CRACKWISE软件对该管线环焊缝在服役条件下所能接受的缺陷尺寸进行了计算,获得了静荷载服役条件下管线环焊缝中缺陷的最大允许尺寸。结合服役环境中洋流等疲劳荷载的作用,在初始裂纹的基础上对该管线的服役寿命进行了评估,计算出了环焊缝中不同类型缺陷的最大服役寿命,为管线铺设过程中缺陷的修补以及管线服役过程中服役安全性的评判等提供了工程指导。

双钟形喷管的临界评估

本文对双钟形喷管作了临界评估。对双钟形喷管内基本流场的发展、基准喷管型面的设计方法和喷管延伸段的壁面反射进行了讨论。重点考虑从海平面状态到真空状态的转捩性质和它对喷管延伸段型面类型的依赖性。本文中给出了双钟型喷管的参数法数值模拟性能结果,这些计算用来研究双钟形喷管型面造成的附加性能损失,由欧洲航天局完成欧洲未来空间运输研究计划中的先进空间运输构思合同。强调了对双钟形喷管作进一步实验研究的必要性,从而更好地理解双钟形喷管的流场转捩。最后,讨论了转捩现象对系统的附加影响,通过改变室压来保证从壁面反射(海平面工作)到出口平面(真空工作)可控制分离点的突然跳跃,以改善性能。

基于BS 7910的管道环焊缝缺陷工程临界评估研究

依据标准BS 7910,对含缺陷环焊缝进行了工程临界评估。借助管体与焊缝拉伸试验结果确定评定曲线,选取最低值作为评定断裂韧性值,采用评估失效图(FAD)方法进行工程临界评估,在评定计算中考虑了静态应力、残余应力和应力集中等的影响,并进行了宽板拉伸试验验证。结果表明,在管道工作载荷下,根据BS 7910评估方法,当夏比冲击吸收功CV>60 J时,环焊缝中的缺陷尺寸均在可接受范围内;在管道设计极限载荷条件下,当夏比冲击吸收功CV>60 J时,环焊缝在现有条件下评估点均位于FAD曲线内,结果可接受;宽板拉伸试验结果进一步验证了环焊缝中各缺陷在评价输入参数条件下是可接受的,表明含缺陷焊接接头的安全裕度较高。

临界评估:针对以检索系统为核心的高校科研水平评估的补充方法

现行高等院校科研水平评估方案有许多共同之处。其中对检索系统的应用和利用检索系统原理创建的评估方法最为人诟病。评论指责它们为追求高效率过度依赖科研结果质量保证单位的数据,使得科研评估对于现在高校学术界的学术失范现象负有不可推卸的责任。为使以检索系统为核心的高校科研水平评估更加科学,文章提出临界评估作为补充。

半潜式生产平台船体结构关键节点工程临界评估

半潜式生产平台需要在海上连续服役30年左右,对船体结构的耐疲劳性能提出了较高的要求。传统基于S N曲线的疲劳分析方法无法针对船体节点的实测外形、材料特性、焊缝韧性和残余应力等进行分析,而基于断裂力学的方法可以利用实测数据进行个性化的分析。通过对半潜式生产平台关键节点进行断裂力学工程临界评估,建立了一套船体结构疲劳评估方法和流程,从另一角度保证了结构安全。

大变形海底管道工程临界评估研究进展

大变形海底管道作为长距离深海油气运输的主要载体,其性能非常重要。Reel-lay卷管铺设方法是在传统的S型和J型铺管技术发展而来的可以陆上焊接的铺管技术,在卷管和铺设过程中管道会受到超过屈服强度的较大塑性变形,超出了常规意义上金属材料的力学应用范围,因此需要对管道的安全性进行工程临界评估(ECA)。含缺陷金属材料在塑性阶段的力学评估研究对于大变形海底管道的应用至关重要。工程临界评估常用方法包括EPRI法、参考应力法和参考应变法。介绍EPRI法,包括弯曲条件下管道环向裂纹的J积分解和高、低匹配V型坡口焊缝的极限载荷解,以及通过滑移线理论对冶金复合管V型坡口焊缝的等效转化方法。介绍参考应力法,包括管道极限载荷解的优化以及其在管道双轴应力条件下的修正。介绍修正的参考应变法,使之能够应用于大尺寸裂纹评估。最后将各种方法的优缺点和适用范围予以总结,并提出目前工程临界评估尚未解决的问题。

深水钢悬链立管工程临界评估关键参数敏感性分析研究

工程临界评估(engineering critical assessment,ECA)的目的是确认缺陷的严重程度,以避免在工程安装和操作阶段因承受极端载荷或疲劳而导致不稳定断裂(和泄漏)。论文针对钢悬链立管工程设计中焊接检验可接受的缺陷开展ECA方法的研究,重点分析ECA方法中关键参数对评估结果的敏感性。针对工程实际中1500m水深18英寸钢悬链立管,基于敏感性研究结果提出适用于工程设计的ECA参数确定原则和缺陷疲劳扩展曲线使用原则,为深水钢悬链线立管的工程设计提供参考。

半潜式钻井平台浮箱表面裂纹前沿断裂参量和临界状态评估研究

对于半潜式钻井平台浮箱,裂纹的扩展不仅影响结构的水密性甚至可能对结构的安全产生巨大威胁,并直接决定平台的整体使用寿命。以南海某平台为研究对象,对浮箱板壳椭圆形表面裂纹前沿应力强度因子的分布规律,以及裂纹形状系数对裂纹前沿应力强度因子分布规律的影响等进行了研究。在此基础上,基于BS7910规范中‘合于使用’原则,对裂纹的临界状态进行了分析和评定,为海洋环境条件下半潜式钻井平台浮箱表面裂纹的极限尺寸研究提供了一种科学的方法。

深水导管架ECA断裂及疲劳评估研究

与常规导管架相比,深水导管架的节点形式和受力更为复杂。在进行ECA分析时,除断裂评估外还需进行疲劳分析,以保证深水导管架节点焊缝的抗断裂性能与疲劳寿命同时满足要求,方能免除焊后热处理。以陆丰12-3WHP导管架为例进行了深水导管架断裂及疲劳等ECA研究。通过对其在位状态进行评估分析,选取典型的疲劳评估节点和断裂评估节点,进行极限载荷和疲劳载荷谱提取。参照BS7910:2019标准,通过断裂力学分析方法,针对给定的初始缺陷尺寸和位置,给出了在疲劳载荷作用下扩展后的最终裂纹尺寸以及临界条件下不同位置的裂纹尺寸,并与无损检测验收准则相比较,确定了免除焊后热处理的可行性,为深水导管架免除焊后热处理提供了新的依据和借鉴。

管道裂纹有限元分析与ECA评估研究

油气管道输送介质具有易燃、易爆特性,所面临的危害因素多,运营风险高,特别是管道出现裂纹的危害较大,在疲劳、应力腐蚀的作用下易导致管道破裂失效。本文针对某长输管道内检测中发现的裂纹,基于静裂纹的模拟方法在对含裂纹缺陷管道进行有限元模拟计算方面,具有更高的计算精度和效率,建立了静裂纹管道的有限元模型,采用运动式耦合方法与管道端面进行耦合,获得裂纹尖端张开位移(Crack Tip Opening Displacement,CTOD)随应变的变化关系,并使用FAD图(Failure Assessment Diagram)评估方法进行工程失效评估,最终有效评估管道的安全性,该方法的联合使用,对于含裂纹管道的安全性精准评估具有重要意义。

基于BS 7910海底外输管线ECA评估

依据英国标准BS 7910对海底外输管线API5L X56焊接接头焊趾处表面裂纹进行了ECA(engineering critical assessm ent)评定。评定根据母材和全焊缝拉伸试验结果建立评定曲线;根据英国标准BS 7448:Part 4采用多试样方法进行了低温断裂韧度试验,建立了焊缝和HAZ的CTOD-R阻力曲线,从而确定了启裂CTOD值0δ.2。在评定计算中取不同水深的应力最大值,分别考虑应力集中和残余应力的影响,针对无错位和最大错位情况,给出了在铺设条件下的容许表面裂纹尺寸。为管线铺设工程中的焊接缺陷验收和拒收提供了依据。

导管架主腿及钢桩关键焊接节点的安全性评估

我国海洋采油事业发展迅速,工作重心逐渐向深海发展,这对导管架的安全性要求越来越高。目前国际上普遍采用焊后热处理的方法提高接头性能,而由于导管架结构庞大,热处理难度极大,因此,通过ECA(Engineering Critical Assessment,工程临界评估)实际工程案例,结合CTOD(Crack Tip Opening Displacement)试验,给出了T/K/Y形焊接节点免除焊后热处理的可靠证据,为提高工程结构安全性和降低工程难度提供了保证。

ECA技术在海洋平台结构延期服役评估中的应用

依据断裂力学理论,按照英标BS 7910规范的要求,通过工程算例对海洋平台低疲劳节点进行极限裂纹尺寸和裂纹扩展分析,验证方法的可行性和有效性。此方法可以优化平台的检测周期,降低平台水下检测费用,为在役导管架平台结构的完整性管理和平台延期服役提供参考。

钢悬链线立管不同区域焊缝ECA评估

钢悬链线立管是连接海上平台和海底管道的一种新型立管形式,SCR长期经受波浪和海流的作用,极易发生疲劳破坏。SCR的疲劳预测对于结构的安全性至关重要。文中依据英国标准BS 7910,运用Crackwise软件,对含有缺陷的SCR环焊缝进行工程临界评估,得到SCR疲劳关键区、非疲劳关键区和平管区3个区域环焊缝外表面裂纹的缺陷允许尺寸,并分析了3个区域允许的裂纹宽度对于裂纹深度增加的敏感性。结果表明,初始裂纹深度较小时疲劳关键区允许的裂纹宽度最小,而平管段允许的裂纹宽度最大;随着裂纹深度的增加,各区域允许的裂纹宽度都在变小,但是平管区的变化最为显著,平管区允许的裂纹宽度对于裂纹深度的增加更敏感。