基于可靠性方法的大口径天然气管段壁厚设计

我国陆上天然气管道规模庞大,管道路由地形、地貌和气候特征复杂多样。面对管道及管道所处环境的复杂性,提高油气管道的本质安全水平是行业和民众的共同需求,保证陆上天然气管道安全和可靠运行也越来越成为行业关注的焦点。为达到这个目标,可以采用从源头上对陆上天然气管道的设计方法进行改进的办法。目前天然气管道设计大多普遍利用传统的基于应力的设计方法,该方法由于采用单一的安全系数导致油气管道的安全裕度难以考量,针对此问题,基于可靠性的油气管道设计和评估方法(Reliability Based Design and Assessment,简称RBDA)正成为现代陆上天然气管道设计的趋向,该方法可量化管道全生命周期中的风险,避免采用不合理或过于保守的设计标准。故本研究综合CSAZ662《油气管道系统》标准规范的油气管道可靠性设计方法,并结合国内部分机构根据我国国情而修正的可靠性研究,利用RBDA方法流程,根据某段实际天然气管道确定该管道失效的主要原因(以腐蚀和第三方破坏为主),设计了管道在其生命周期内的极限状态,根据极限状态选择对应的极限状态方程类型,并利用多种数据统计分析方法和软件确定方程中所涉及各个随机变量参数的分布类型,之后利用蒙特卡洛法(Monte-Carlo法)计算设计壁厚条件下得到天然气管道失效概率,统筹考虑其他失效原因的权重,进而得到该管道的可靠度,将该可靠度数据与国内外标准规范确定的目标可靠度进行对比,检验是否满足可靠度目标。由此,对大口径天然气管段完成壁厚设计,实现了使用RBDA方法对1016 mm大口径天然气管道设计的整体流程。

输气管道工程热煨弯管标准编制和设计制造技术分析

回顾感应加热弯管标准编制的发展历程并介绍标准的重要内容,分析感应加热弯管外弧侧壁厚减薄率C计算公式的符号含义;分析感应加热弯管和钢板加热压制组焊弯管成形前后壁厚与应力变化,指出当前油气输送管道设计规范关于热煨弯管壁厚设计计算存在的分歧,提出变壁厚弯管和等壁厚弯管概念及其应力分布和壁厚计算方法;以ASME B31.3—2010《工艺管道》关于弯管壁厚计算公式的规定和感应加热弯管水压爆破试验启裂口位置实例予以佐证。建议相关设计规范对热煨弯管壁厚计算公式予以修改和完善。以热煨弯管应力分布状态和弯管强度条件下的危险位置为依据,提出双壁厚弯管概念和结构。

LNG真空绝缘双壁管应力的影响因素研究

管路的应力受多种因素影响,包括管道的基本参数(压力、温度、管径等)和外界因素。文中选取管径和壁厚进行研究,以LNG真空绝缘双壁管为例,分别对双壁管的内管和外管在不同管径和壁厚情况下的应力进行计算分析,研究这2个因素对管道应力的影响规律,以此得出4组内外管径和壁厚的组合方案,再次通过应力分析比较,初步确定双壁管内外管径和壁厚的最优组合方案,为后续的管路设计和布置优化提供参考。

沙特阿美陆上油气管道安全设计理念及启示

管道安全是各国管道工程标准的重要组成部分,也是石油天然气工业长期关注的问题,完善的管道安全设计标准对于确保管道建设、运行安全具有重要作用。沙特阿美油气管道安全设计规范的相关最低强制性安全要求涉及到油气管道设计过程中关于管道壁厚计算、安全间距、管廊化设计理念等诸多基本问题,提出了明确的定量设计要求,具有较强的可执行性。结合沙特阿美规范和国内规范在工程实践中遇到的问题,从编制安全设计专篇规范、安全间距要求、加强管道保护及征地赔偿立法的协调、管道路由及管廊化设计等方面提出建议。借鉴沙特阿美相关规范有助于提高标准规范和法律在设计层面的执行性,可对管道安全运行提供进一步保障。

西气东输三线0.8设计系数试验段水压试压方法及其应用

强度设计系数从0.72提高到0.8,一方面若保持壁厚不变,可提高管道运行压力,从而有效地增加管道输量和输送效率;另一方面如果保持管道设计压力不变,可有效降低管道壁厚要求,这将显著节约管道建设成本。在工程应用中,0.8设计系数管道需要进行高强度水压试验以验证管道的承压能力和系统可靠性,而我国目前设计和施工标准对高强度水压试验方法及控制措施还没有明确规定。为此,根据管道屈服强度的样本统计数据,利用概率方法,结合管道埋地时的双轴应力状态,并根据试压段高差,确定管道可接受的最高强度试压压力。采用压力—容积曲线实时监控试压进程,保证试压过程中压力—容积曲线不出现超过0.2%管容的非线性进水量,并开发出相应的压力—进水量曲线信号采集系统。在管道弹性变形的基础上,提出了考虑空气含量和水压缩性的压力—容积曲线理论表达式。在西气东输三线试压工程实践中,根据上述方法确定的管道试压强度为试压段高点不低于100.5%SMYS,实际监测所得的压力—容积曲线与理论曲线吻合较好,管道未发生泄漏。该方法可作为国内0.8设计系数管道试压的参考方案。

西气东输二线管道在罐罐岭地震断裂带的敷设

西气东输二线甘肃段输气管道与罐罐岭地震断裂带有1处相交。天然气长输管道在通过地震断裂带时,若遭遇高于该地区基本烈度的地震将会造成管道断裂、屈曲失稳及拉断等损坏。为此,阐述了地震断裂带处管道设计及施工需要注意的问题,介绍了西气东输二线管道通过罐罐岭地震断裂带时的敷设技术。通过不断调整设计,优化了线路与断裂带的交角,并对管道壁厚等参数进行了严格的计算分析,在国内首次采用了X80HD2大变形钢管,以便在遇到地震影响时避免或减少管道破坏并防止发生次生灾害。为确保管道安全运行,强化了抗震、防震设计理念及技术措施,为类似工程积累了经验。

空拔管壁厚计算模型

采用极值原理的功能平衡法 ,建立了空拔管壁厚的计算模型。结果表明 ,计算值与实验值吻合较好 。

管幕-结构法构件抗弯特性研究

为揭示管幕-结构法构件抗弯特性,以下穿太原火车站工程为依托,采用理论计算和数值模拟方法,对钢管与混凝土间界面状态、构件截面几何特征和管壁厚度等对结构构件抗弯能力影响进行研究。结果表明:(1)钢管与混凝土界面在自由滑移状态下的截面极限抗弯承载力约为完全连接状态的80%左右;考虑钢管与混凝土之间的粘结力作用时,截面的抗弯承载力为完全连接状态的93%,比自由滑移状态增大13%;(2)截面几何特征对承载能力影响较大;(3)截面极限抗弯承载力随管壁厚度的减小而呈线性减小规律;(4)随着荷载增加,结构变形由线性向非线性发展。

冷热水用塑料管道系统标准体系分析及基本计算

介绍了冷热水用塑料压力管道系统国际标准及国家标准体系,以及近年来相关标准制/修订变化情况。针对冷热水管道系统设计、生产和使用过程中存在的如何正确选择设计使用参数等问题,通过实例计算给出了冷热水用塑料压力管道系统标准中使用级别、设计应力和管材壁厚的确定方法。

供气工程管材比选与壁厚计算

随着天然气化进程的加快,我国的城镇燃气供应将逐步由清洁环保的天然气替代人工煤气。特别是最近10年,我国的天然气管道工程建设明显加快。本文就某工程在如何选取经济且安全的管材及直管段和弯管壁厚的计算进行了探讨和分析,可供工程设计参考。

更精确的管壁计算法

海湾州际工程公司对近期文献中谈及需要改进的设计管道壁厚的现行公式进行了研究,按照ASME B 31.4和B.31.8的基本原则,在直径和壁厚之比、沿管壁应力分布和管材的非线性方面得出了计算管壁的分析解。在考虑钢材等级和规定的设计压力基础上,确定的这种更精确的管壁计算法能减少管道壁厚7％,可节约大量的钢材。

顶管钢管的壁厚设计及验算方法

采用顶管法施工的污水管道,管材如采用钢管,接头在工作井内焊接后顶进,钢管在顶进期间和使用期间的受力与钢筋混凝土承插管有很大区别。以力学原理为基础,根据钢管在顶进期间和运营期间的受力与变形特点,针对现行规范尚不完善之处,补充了施工期间的钢管应力计算方法和计算公式。对现行规范计算管道顶为黏性土时竖向土压力的计算公式提出了修正建议。给出了工程示例。

医用真空管道设计及计算方法探讨

介绍了医用真空系统的组成及气体的流动状态,阐述了医用真空管道设计及不同应用部位管径的测算方法。

高压大口径输气管道用管件设计制造技术分析

高压大口径管件,特别是弯头、三通(含清管三通)是大型输气管道工程不可缺少的重要组成件。弯头、三通在介质内压作用下的受力状态远比压力容器内压筒体复杂,其结构和制造工艺导致弯头、三通各部位的形状和壁厚差别较大,尤其是三通属于变壁厚异形元件。高压大口径管件采用管件标准规定的公式法(即数学分析法)计算壁厚,技术落后保守,浪费资源,且在一定设计参数和环境条件下,有的厚壁三通已超出了中国的管件制造公司装备制造能力和工艺技术水平,三通产品某些重要性能如低温下的冲击韧性达不到设计技术要求,导致只有在工程上采用其他技术措施予以完善,管道长期运行存在潜在的安全风险。美国管件标准MSS SP-75 High-strength,wrought,butt-welding fittings和ASME B16.9 Factory-made wrought buttwelding fittings对管件设计计算规定了公式法和验证试验法两种方法,中国大型输气管道工程的陕京管道工程、西气东输管道工程和陕京二线管道工程进口管件的外国制造公司均采用验证试验法计算壁厚,较公式法计算的壁厚薄很多,运行至今安全可靠;解决中国大型输气管道工程用高压大口径管件设计计算技术落后和某些厚壁三通性能不合格困境的唯一方法,是采用验证试验法确定壁厚,以及采用验证试验法所进行的工作和技术程序。中国大型输气管道工程用管件钢标准及管件钢的使用尚处于初期发展阶段,标准规定的钢材类型、管件钢系列、夏比V型缺口冲击试验温度及管件钢原材料公司与管件公司的协调机制等内容均有商榷余地,改进三通制造工艺提高低温冲击功值的问题有待迅速解决。

球阀型式试验专用部分的设计计算及验算

按压力管道元件制造许可规则对球阀做型式试验,并根据型式试验的要求对球阀的设计依据、主要性能规范和结构形式做说明,分析球阀在做型式试验所需专用部分(阀体壁厚、阀杆的扭矩和直径的确定、中法兰强度和中法兰螺栓)设计计算及验算。

双金属冶金复合管结构设计理论研究

介绍了双金属冶金复合管的结构特点;从理论上分析和研究了双金属冶金复合管在弹性和弹塑性状态下对应的内压力水平、应力分布,以及内压力与内外层金属壁厚、强度的对应关系,获得了复合管内外层壁厚的计算模型.研究结果可为双金属冶金复合管的结构设计提供理论依据与参考.

一种大口径低压管道带压开孔技术应用

介绍了一种大口径无毒低压管道在带压情况下的开孔方法,区别于传统开孔方式,无需专业设备、无需外接动力电等,结构简单、制作方便、操作容易,经验证效果良好并有成功使用案例,在实际化工生产中可大大降低检修费用和难度,减少检修时间,具有一定的推广价值。

海底管道壁厚计算相关标准分析

国内外不同海底管道标准基于的计算原理存在差异,针对海底管道的壁厚计算,不同标准的要求也存在区别。这导致设计人员在进行管道设计时,采用不同标准选择的参数数值不同,计算的壁厚不同。文中分析了不同海底管道标准对壁厚计算中设计系数、壁厚校核的要求差异以及计算原理的区别,进行了工程实例计算与比较,并在软件中进行了验证。对海底管道设计中的标准选择提出了建议。

油气管道弯管的压力设计及加工规范差异分析

在石油天然气压力管道设计中,对于基于内压的弯管的压力设计及加工制作,有关规范要求千差万别。为便于设计师合理设计和采购工程师准确采购,对比了国际和国内站场工业金属管道、油气长输管道、油气集输管道、海底管道等压力管道中弯管的压力设计规范及加工制作规范,分析了基于内压的弯管压力设计中弯管壁厚计算方法、壁厚要求、壁厚减薄、母管壁厚计算、母管壁厚推荐的差异,尤其对比了弯管壁厚在弯管内弧侧、外弧侧、中性轴上要求的差异,并举例说明了这些差异引起的弯管壁厚不同,进而导致不能使用同批次的钢管作弯管母管的问题。经过综合分析,认为ASME B31.3中的弯管压力设计更加合理。

高炉煤气管道剩余壁厚检测装置研究

基于电磁激励式漏磁原理设计出一种新型检测装置,详细介绍检测原理、检测装置结构及参数确定。该装置周向均布有32组检测单元,确保了管道径向无漏检;采用由螺母丝杠副带动的变径机构,使之在Φ400~600 mm范围内的管道中均能可靠工作,大大提高了检测装置的作业环境适应性;柔性结构的设计为装置的过弯检测及弯管通过性提供了技术上的保障。该设计不但能够满足冶金企业高炉煤气管道剩余壁厚检测的需要,而且也可以应用于其他生产领域的金属管道无损检测中。