轴向载荷下双金属机械复合管界面紧密度研究

为研究应用于油气田集输和海洋工程等领域的双金属机械复合管界面的紧密度特性,建立了液压成型及轴向载荷下双金属机械复合管力学模型,对比了梯形加载、递增式加载与脉动加载液压成型工艺对复合管界面紧密度的影响,探究了轴向载荷下成型压力与结构参数对复合管界面紧密度的影响规律。结果表明,脉动加载液压成型工艺与梯形加载、递增式加载加工工艺相比,管间残余接触压力提升45%,可以更好地保证双金属复合管成型的稳定性;提高成型后的残余接触压力,有助于增强复合管抗载能力;外基管壁厚对复合管承载力的影响最大;内衬管单独承受拉伸载荷时界面分离现象最明显,增加内衬管壁厚能延缓界面分离。

L360QS+UNS N08825双金属复合管热丝TIG自动焊接工艺

双金属复合管作为一种油气输送管道材料,具有较强的耐蚀性能,特别适用于输送强腐蚀性介质。我国川渝地区的油气资源含有较高的硫化氢(H2S)和其他硫化物,管道内部形成了复杂的腐蚀环境,易导致管道内壁腐蚀、应力腐蚀开裂等多种失效形式。川渝地区油气管道常采用镍基合金、不锈钢等高性能的耐腐蚀材料,其中铁山坡项目中选用了L360QS+UNS N08825双金属复合管作为输送管道材质。针对825镍基复合管传统手工焊接方式效率不高,质量受人为因素影响大的问题,通过焊材匹配、自动焊接设备选型、焊接工艺参数优化等手段,开展焊接试验,研发了L360QS+UNS N08825双金属复合管热丝TIG自动焊接工艺,并在铁山坡项目中进行了实施应用,取得了显著的效果,一次焊接合格率可达99.2%,同时针对焊接缺陷返修和易出现的质量问题进行了分析,提出了相应的工艺措施。该工艺对于同类材质管道焊接具有重要的指导意义和参考价值。

双金属复合管环焊缝耐蚀性能评价方法

目的建立双金属复合管环焊缝耐蚀性能评价方法,为双金属复合管在高酸性气田现场应用提供依据。方法针对双金属复合管环焊缝在高酸性环境中的主要腐蚀类型,参考标准Q/SY 06018-2016中冶金复合管直焊缝和堆焊层腐蚀评价内容,确定以晶间腐蚀、抗SCC/SSC性能、点腐蚀、模拟工况腐蚀为评价指标,并通过整管段试验验证评价结果的双金属复合管环焊缝耐蚀性能评价方法,同时以国产L360/825冶金复合管环焊缝为例对建立的评价方法进行验证。结果通过使用建立的方法对L360/825双金属复合管环焊缝耐蚀性能进行评价,验证了评价方法有效可靠,评价结果显示L360/825双金属复合管环焊缝具有良好的耐蚀性能。结论建立的评价方法可以直接应用于高酸性气田用双金属复合管的环焊缝耐蚀性能评价,为双金属复合管的现场应用提供依据。

双金属复合管引流式夹具注脂堵漏抢修技术研究

在油气长距离输送管线中,双金属复合管有良好的防腐作用,目前应用最为广泛,然而内衬刺漏和塌陷问题时有发生,是制约管道完整性和生产连续性的隐患,因管道结构的特殊性,现有的双金属复合管现场堵漏抢修技术无法对内衬层失效问题进行深层次修复,从根本上阻隔腐蚀源。基于双金属复合管结构特点及刺漏缺陷几何特征,试验和完善了双金属复合管引流式夹具注脂堵漏抢修技术手段,通过对引流式补强套筒、对开式卡具修复、带压开孔及封堵等作业的工具及设计方案的研究论证,建立了复合管引流式夹具注脂堵漏抢修的完整性方法,具有不动火、安全性高、抢修周期短和带压不停输的优点。样管堵漏后,夹具内壁和管道之间的空腔完全填充密封脂,可以彻底阻隔腐蚀源,当运行压力达到15 MPa时,无泄漏,循环2次加压和降压后,未发生渗漏或泄漏,最后通过对填充样进行工业CT扫描,内部塌陷填充效果良好,能够防止管道发生内衬刺漏后腐蚀介质进一步腐蚀基管。

埋地双金属复合管焊缝区域腐蚀风险及阴保效果评价

在模拟现场土壤溶液中,对L360QS/N08825双金属复合管基管(L360QS钢)与焊缝(625合金)的电化学行为进行了研究,探讨了阴保条件对焊缝区域电偶腐蚀风险的影响,并在过保护阴保条件下分析了焊缝区域电偶腐蚀致氢致开裂的风险。利用全尺寸管段探析了基管与焊缝暴露面积比对阴保效果的影响。结果表明:在无阴保条件下,基管在模拟土壤溶液中存在较高电偶腐蚀风险;强制电流阴极保护可以有效减缓管道腐蚀,且过保护阴保条件下焊缝无氢致开裂风险;在阴极保护下,随着基管暴露面积逐渐减小,基管的自腐蚀电位及断电电位受焊缝影响发生正移,阴保效果降低。

聚合物增强双金属复合管的弯曲性能分析

为了探究聚合物增强双金属复合管的抗弯性和抗鼓包性能,以规格为φ508 mm×(14.3+3) mm的复合管作为研究对象,通过仿真分析对比机械式复合管和聚合物增强双金属复合管的抗鼓包性能;并通过4点弯曲试验进行了验证。结果表明,模拟与试验结果规律一致,聚合物增强复合管弯曲半径的模拟值与试验值偏差仅为0.4 m,模拟计算结果可靠。试验结果表明,在临界弯曲状态下,聚合物增强复合管的最大应变绝对值是机械式复合管的2.56倍,弯曲半径是机械式复合管的0.39倍;聚合物增强双金属复合管的抗弯能力比机械式复合管更强,性能更优,在海洋石油开发的过程中更具优势。

双金属复合管屈曲失效机理及临界载荷研究

为探究双金属复合管的屈曲失效机理,利用ABAQUS软件建立了双金属复合管有限元模型,考虑成型残余应力的存在,分析了弯曲过程中弯矩、椭圆度和内衬褶皱幅值随曲率的变化规律;研究了内衬管屈服强度、内衬管径厚比以及外基管径厚比对双金属复合管屈曲失效的影响,并进一步给出了临界弯矩和临界曲率的预测公式。分析结果表明:屈服强度更高的内衬管可提高复合管的临界弯矩,但会降低复合管的临界曲率;更小的内衬管径厚比和外基管径厚比均可提高复合管的临界弯矩和临界曲率;相较于临界弯矩,内衬管屈服强度和径厚比的改变对临界曲率影响更为明显,外基管径厚比的改变则对两者均具有十分明显的影响;临界弯矩和临界曲率公式预测结果与有限元计算结果的相对误差不超过4%和12%。所得结论可为双金属复合管的设计和安全评价提供参考依据。

双金属衬里复合管内衬弹塑性失稳有限元分析

采用数值模拟的方法建立了含初始缺陷的受限衬管失稳力学模型,重点研究了受限衬管的临界失稳载荷和后屈曲构型之间的相互作用行为,并讨论了临界失稳载荷的缺陷敏感性,最后通过试验验证了仿真结果的计算精度。结果表明,相对于衬管半径1%幅度的内衬不圆度缺陷会使内衬的临界失稳载荷下降约65%;在相同的初始椭圆度缺陷δ_(0)前提下,随着内衬径厚比的增大,其临界失稳载荷不断减小;复合管内衬临界失稳载荷的有限元计算结果与试验结果的相对误差为1.82%。建立的平面应变有限元力学模型不仅可以准确求解出受限内衬的临界失稳载荷,还能够大量节约试验成本。

呼图壁储气库双金属复合管应用研究

为研究天然气中CO_(2)的腐蚀问题,根据腐蚀机理,对不同工况下介质腐蚀性分析,工程选材前针对性的开展腐蚀试验,优选双金属复合管基层、衬层材质,从设计、施工等方面进行探究,并结合现场实际应用情况,研究一套完整的双金属复合管应用架构。

20G/316L双金属复合管焊接接头数值模拟与分析

针对机械复合方式的双金属复合管,运用了ANSYS软件中的APDL进行有限元数值模拟,重点对20G/316L复合管模型的焊接接头进行了热分析和应力场分析。结果表明,在双金属复合管焊接完成后,焊缝两侧焊接温度场并没有出现偏移现象。焊接产生的应力主要残留在20G和316L不锈钢的焊缝区域,应力状态在x,z方向即横、纵方向表现为拉应力,在y方向即垂直方向表现为压应力。通过对比各个焊接速度产生的焊接应力场分布,当焊接速度为110 mm/min时,应力曲线比较平滑稳定;当焊接速度>110 mm/min时,应力较低但会造成焊接不充分,残余应力分布不均匀;而当焊接速度<110 mm/min时,应力峰值过大,应力集中较明显,表明焊后残余应力较大。

15CrMo-304离心浇铸双金属管开裂分析及改进措施

为了解决某厂离心浇铸15CrMo-304双金属管生产过程中金属管开裂的问题,通过金相显微镜观察、能谱分析及硬度测试等,分析了裂纹附近熔合区的金相组织、化学成分和力学性能。结果表明,由于实际生产过程中浇铸304/15CrMo的温度控制失误,在15CrMo温度未降至安全浇铸温度以下就开始浇铸304不锈钢,导致15CrMo熔化,界面处成分和组织改变,冷却过程中发生马氏体相变,热应力和组织应力的叠加过程导致金属管开裂。利用ProCast软件对离心浇铸的温度变化过程进行了数值模拟分析,生产过程中外圆管需要冷却到1318℃以下再进行浇铸,两种金属界面不会熔化。

离心铸造制备双金属复合管的选材设计

根据热平衡方程、凝固传热规律和内外层金属的物理性能,建立了双金属复合管内外层金属的熔点差与熔合层厚度比的关系模型。由关系式和关系曲线可知,熔点差△T与熔合层厚度比△d_(外)/d_(外)成正比,随着△d_(外)/d_(外)(0.02%-0.20%)的逐渐增大,△T的允许最大值也逐渐增大。在熔合层厚度比最大为0.20%的条件下,由关系式可得到组元金属的允许熔点差范围。

双金属管复合技术的研究进展(上)

介绍了国内外双金属管的发展现状,各种复合技术的生产工艺流程及其优缺点。重点从技术优势、创新性、应用种类等方面对离心工艺冶金熔合技术进行了详细的阐述,并对离心铸造复合管坯容易出现的缺陷进行了分析,提出了解决措施,对离心铸造冶金熔合技术的发展前景和研究趋势进行了展望。

20/316L双金属复合管旋压成形数值模拟与分析

旋压成形双金属复合管的质量与其工艺参数密切相关。为提高复合管成形质量以及合理选取旋压工艺参数,采用有限元分析软件ABAQUS模拟双金属复合管的旋压成形过程,分析衬管和基管径向、环向、轴向应力及其间的残余接触应力的分布;利用控制变量法研究旋压工艺参数嵌入量δ、衬管与基管间隙ψ、导向角β、进给率f对复合管残余接触应力的影响。结果表明,随着δ和f的增加,残余接触应力均先增加后减小;随着ψ的增加,残余接触应力几乎呈线性增加;而随着β的增大,残余接触应力下降,在δ=0.16mm、f=0.31、ψ=0.5mm、β=2°时,残余接触应力取得最大值。复合管的拉脱实验验证了数值模拟的正确性。

离心铸造双金属管复合界面的研究

对于用离心铸造成型的双金属复合管,结合层质量是衡量产品综合性能的主要指标之一。本文探讨了高铬铸铁与35钢在离心铸造工艺下其界面复合机理,根据理论计算得到最佳温度区间并以此为判据,通过对温度场的数值模拟,获得内外层浇铸温度、铸型预热温度、涂料层等工艺参数对复合界面结合效果的影响,确定了最佳工艺参数,为实际生产双金属复合管提供参考。

初始间隙对双金属复合管液压成形的影响研究

在双金属复合管液压成形中,基管与衬管之间的初始间隙是影响双金属复合管成形质量的关键因素之一。本文建立了双金属复合管液压成形过程的有限元模型。基于该模型,系统深入地研究了初始间隙对成形过程的影响。结果表明:随着初始间隙增大,在基管弹性回复的作用下,衬管中产生的压缩弹性变形减小,基管内壁的回弹量稍有下降,而衬管外壁的回弹量则逐渐上升,基管和衬管之间的残余接触应力逐渐下降。

双金属复合管的施工焊接技术

结合西气东输主力气源地新疆油气田双金属复合管的成功应用实例,介绍了双金属复合管的施工及焊接技术,该技术综合采用了特殊的坡口形式、焊接工序、焊接方法、焊接材料等工艺方法,解决了焊接难题,提出了常见缺陷的消减措施,为后续复合管在酸性高压腐蚀介质条件下的推广应用及施工提供技术参考。

双金属管复合技术的研究进展(下)

介绍了国内外双金属管的发展现状,各种复合技术的生产工艺流程及其优缺点。重点从技术优势、创新性、应用种类等方面对离心工艺冶金熔合技术进行了详细的阐述,并对离心铸造复合管坯容易出现的缺陷进行了分析,提出了解决措施,对离心铸造冶金熔合技术的发展前景和研究趋势进行了展望。

L415QB/UNS S31603双金属复合管环焊缝失效原因分析

针对国内油气田较多应用的L415QB/UNS S31603双金属复合管环焊缝失效原因,采用金相显微镜、显微硬度计、扫描电镜和能谱仪对失效裂纹进行了形态、组织、成分分布和断口分析。研究发现,焊缝不同焊层间的组织差异,是焊缝开裂的组织因素;内衬与基管间贴合性能差造成的径向应力和焊缝横向应力,是焊缝开裂的力学因素。L415QB/UNS S31603复合管环焊缝焊接应采用ER309Mo L或E309Mo L填充材料,不应采用低合金E71T8-Ni1J焊材作为填充材料;焊接应选用较低热输入量的脉冲焊接工艺方法,以降低熔合比。

热处理对双金属复合管X60／2205组织及力学性能的影响

研究了热处理对双金属复合管X60/2205组织及力学性能的影响,对不同热处理状态下的复合管进行了金相组织分析和力学性能检验。结果表明:经固溶+回火处理后,X60/2205的力学性能满足标准要求;随固溶温度的提高,强度逐渐降低,塑性先降后升;随回火保温时间的延长,强度、塑性明显降低,经过分析,主要是脆性相的析出所致。