冲击力下薄壁内衬复合管界面黏结强度效应分析

【目的】研究薄壁内衬复合管在受冲击力作用下的界面黏结强度对层间剥离屈曲的影响。【方法】建立薄壁内衬复合管在弹性阶段的非线性分析模型,对薄壁内衬复合管材模态试验与分析模型的分析结果进行对比,验证有限元分析模型可靠性。通过改变衬层与原基层管壁间的界面黏结强度,研究复合管在冲击力下的动态特征。【结果】研究结果表明,当冲击荷载较小、管道变形处于弹性阶段时,薄壁内衬复合管的损伤大都集中在层间界面处。界面黏结强度对层间剥离屈曲有较大的影响,随着层间界面黏结强度的增加,外基层管与内衬层的最大等效应力差值减少。此外,外基层管和内衬层的变形协调性能力随着黏结强度增加而增大,径向层间位移减小,增加了复合管的整体性和连续性。【结论】研究结果可为薄壁内衬修复管道设计方法及层间界面效应分析提供参考。

不锈钢内衬修复复合管层间缺陷处应力分析

为研究不锈钢内衬修复前后复合管道内腐蚀缺陷处的应力分布规律以及修复效果,基于有限元软件,建立含单腐蚀坑缺陷的管道模型,改变腐蚀坑的深厚比,忽略黏结层厚度及对腐蚀坑的填补影响,层间采用黏接行为建立界面相互作用分析模型,将修复前后腐蚀缺陷处的应力进行对比。随着腐蚀缺陷深厚比的增加,管壁腐蚀缺陷处的径向应力、周向应力、Mises应力都有增大的趋势;修复前缺陷处的周向应力最大,且其值与Mises应力相近;经不锈钢内衬修复后,缺陷处的周向应力下降了11.3%,Mises应力下降了7.12%。腐蚀缺陷的深厚比对管道的应力分布有着显著的影响,所以在进行复合管线安全评估时应注意腐蚀深度的影响;在修复前后,管道腐蚀缺陷处的控制应力一直是周向应力,复合管道的失效可依据周向应力进行判断;经不锈钢内衬修复后,原始缺陷处的应力发生了重分布,其周向应力与Mises应力均有减小,修复效果明显。

柔性复合管在油田服役后的性能

为评价柔性复合管在油气田地面集输系统中的应用效果,采用宏观观察、微观分析、水压爆破试验、气密封性能测试、结构组成分析、热分析、红外光谱分析、力学性能测试等方法对两条柔性复合管进行分析,以确定其在不同工况下的适用性。结果表明:在经过一段时间的服役后,两条柔性复合管结构层保持完整,未发现明显缺陷,内衬层颜色加深;两条管道的失效形式均为管体爆破,其中1号试样因长期高温运行,其爆破压力不满足标准要求;两条管道的内衬层分别为交联聚乙烯和普通聚乙烯,增强层分别为芳纶纤维和涤纶纤维,热分解温度分别为580℃和440℃,但芳纶纤维的抗拉强度明显小于涤纶纤维。

聚乙烯管材内衬材料耐介质性能研究

采用万能力学试验机、维卡软化温度测定仪、差示扫描量热仪、傅立叶红外光谱分析仪(FTIR)等设备,对比分析了聚乙烯管材内衬材料PE100在油田采出水模拟液中浸泡1080 h后的拉伸性能、热变形性能、结晶熔融性能和分子结构变化。结果表明:PE 100聚乙烯材料在介质浸泡试验后,溶液介质小分子向PE100内部渗透致使塑料材料溶胀,引发分子链断裂,导致其拉伸性能、抗热变形性能、结晶度、熔融温度均明显下降,其拉伸强度下降23.47%;屈服强度下降20.66%,断裂伸长率下降25.27%,维卡软化温度衰减13.15%,熔融温度由134.05℃降至128.36℃,结晶度下降3.24%。

HDPE管内衬盾构隧道复合式衬砌结构极限承载力试验研究

为研究采用HDPE双壁缠绕管作为内衬的盾构隧道复合衬砌结构的破坏机理,依托桃浦污水处理厂初期雨水调蓄工程涉铁段排水隧道工程,开展整环足尺试验研究,得到如下结论:(1)复合衬砌结构破坏过程经历协调变形阶段和各自承载阶段,弹性极限点为顶底部纵缝处界面的剥离脱开,各纵缝及管片本体相继发生破坏,纵缝处填充层混凝土发生拉剪或压剪破坏;(2)复合衬砌结构的薄弱位置为各纵缝处的界面及填充层混凝土,其中顶部和腰部纵缝处最为薄弱;(3)复合衬砌结构不同位置纵缝处的界面破坏和填充层破坏形态均源自于纵缝转动变形导致刚度差异引起的界面应力和填充层应力突变。

全球油田用聚烯烃管材专利技术现状与分析

借助智慧芽(Patsnap)专利分析工具,从申请趋势、地区分布、技术构成、申请人、重点专利等角度分析了全球油田用聚烯烃管材技术领域的相关专利文献。分析结果表明,全球油田用聚烯烃管材技术依然处于高速发展阶段,中国企业拥有绝大部分专利权,但核心专利技术集中在美、日的专利商手中;目前研究开发的重点是以RTP管为代表的聚烯烃复合管技术,特别是复合管中的聚烯烃内衬管材料的选择和配料技术。聚烯烃管材核心技术由美、日等国家掌握,而中国企业虽然起步较晚,但申请量巨大,综合实力不容小觑。

825衬里双金属复合管层间与焊缝的电化学腐蚀行为

采用三电极体系对825衬里双金属复合管进行电化学测试,得到了层间三个不同界面及焊缝四个不同界面的极化曲线与电化学阻抗谱。结果表明:层间区域X65界面的腐蚀倾向最大,焊缝区域三种混合界面的腐蚀倾向最大。

316L/X65复合管管端的耐腐蚀性研究

对油气管道用316L/X65双金属机械复合管管端进行了微观组织分析、成分分析及晶间腐蚀、点腐蚀测试。结果表明,复合管的化学成分符合条件,性能都满足要求。复合管管端堆焊层分为内外两层,Inconel625堆焊层组织主要为奥氏体组织,外层相比内层晶粒更细小,因内层堆焊层的阻隔作用,外层堆焊层没有受到X65基管的影响,保持了良好的耐蚀性能,复合管管端晶间腐蚀测试符合工程应用要求,耐点蚀性能由低到高的顺序为316L-Inconel625焊接区<316L衬管<Inconel625堆焊层,温度升高显著降低管端的耐点蚀性能。316L衬管与Inconel625堆焊层之间的焊接区因电偶作用,使得316L更易发生腐蚀。

加胶内衬复合钢管制造工艺探索及质量评价

通过在内衬复合钢管两层之间添加特殊黏合剂,并根据胶黏剂特性采用适当的加热温度和复合工艺提高两层之间的黏结强度的方法解决了铺管船Reel-Lay铺设方法卷曲时衬管的分离和起皱问题。试制的φ273.1 mm×(12.7+3)mm规格L450+316L内衬复合钢管的黏结强度达到30 MPa以上。对试制样品进行弯曲半径R为8.19 m和9.56 m的弯曲试验评价,基、衬管没有分离和起皱。结果表明,这种两层之间加胶的工艺方法可以满足海上Reel-Lay铺设钢管的卷曲要求。

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。

氧化铝陶瓷内衬不锈钢复合钢管的组织与性能

用自蔓延铝热－重力分离法制备了氧化铝陶瓷内衬不锈钢复合钢管．测定了复合钢管的机械性能，并用金相显微镜、扫描电子显微镜、Ｘ射线衍射分析仪分析了复合钢管的组织结构．试验结果表明：外层钢管与内衬陶瓷间因形成ＦｅＯ·Ｃｒ２Ｏ３尖晶石相而产生反应润湿，陶瓷层由隐针状内层、柱状中间层和外层树枝晶组成．由于陶瓷与钢管结合模式的改变，复合钢管的压剪强度由普通碳钢复合管的１５．４ＭＰａ提高到不锈钢复合管的２６．５ＭＰａ．

金属添加剂对SHS陶瓷内衬复合管微观结构与界面连接的影响

基于重力分离SHS法制备陶瓷内衬复合管,以(CrO3+Al)为燃烧体系,通过添加并调整(TiO2+Al+C)子体系与Ni金属添加剂之间的成分比例,合成出具有钢基体、中间过渡合金层与内衬陶瓷三层结构的复合管。研究金属添加剂Ni对燃烧行为、碳化物颗粒原位合成与分布、陶瓷/金属微连接及复合管力学性能的影响。研究发现,随着Ni添加量增多与(TiO2+Al+C)含量降低,反应体系的绝热燃烧温度与燃烧速率上升,Ni的添加与熔化促进反应中亚化学计量比的富Ti碳化物形成,同时也因液相传质促进该碳化物溶解于金属熔体中,并经结晶形成呈梯度分布于中间过渡合金层上的富Ti碳化物。经对复合管力学性能测试与SEM观察,发现添加适量的Ni粉,可以控制中间过渡合金层中碳化物的体积分数与分布,有利于内衬陶瓷层、中间过渡合金层与钢基体之间的连接,从而使复合管径向压溃强度与抗剪强度提高。

求水山隧道下穿机荷高速段新奥法施工有限元计算

结合求水山隧道的暗挖法施工方案,对软土地区浅埋隧道下穿高速公路的施工过程进行了有限元模拟,以用于评价按该施工方案施工时对其上部高速公路的影响。由于该段隧道最小埋深仅4m,且上部还有高速公路车辆荷载,因此,在设计时采用了新奥法结合管棚工法的方案。有限元建模使用平面应变单元,通过引入应力释放分析步和使用追踪单元等方法充分体现了新奥法的特点,并通过设置耦合和弹簧的方法实现了管棚工法的模拟,在计算中还考虑了开挖顺序和支护顺序的影响。研究结果表明:对于上部有荷载的浅埋暗挖隧道,控制衬砌的水平向变形能改善衬砌环的工作状态,因此,可显著减少开挖引起的隧道顶面沉降,新奥法结合管棚工法可较好地控制该类型隧道开挖引起的地表沉降变形。

自蔓延高温合成陶瓷内衬复合铜管的研究

结合自蔓延高温合成与离心铸造技术 ,开发陶瓷内衬复合铜管技术。用铝热法在铜管内表面涂敷耐磨性和耐蚀性优良的陶瓷涂层 ,在铝热剂中加入SiO2 ,CrO3,陶瓷涂层的致密度提高 ,加入Na2 B4 O7,结合强度提高 ,加入ZrO2 ,断裂韧性提高。陶瓷内衬复合铜管应用于管坯结晶器 ,使用寿命提高 2 5～ 3

重力分离SHS陶瓷内衬复合管界面现象

利用自蔓延高温合成 -重力分离法制备了陶瓷内衬 2 0碳钢、Cr2 5 Ni2 0耐热钢和 1Cr18Ni9Ti不锈钢高炉煤粉喷吹复合管。对其界面现象的研究表明 ,金属 /陶瓷间的结合主要表现为机械结合。其中 ,在不锈钢复合管中除有更强的机械锚固效应外 ,还兼以由 Ti元素扩散而形成的溶解和浸润结合迹象。各复合管经使用后 ,碳钢、耐热钢复合管界面仍表现为机械结合 ,而在不锈钢复合管中 ,钢基中 Ti元素和煤粉中 C元素在界面区富集 ,陶瓷 /金属间过渡区加宽 ,且陶瓷一侧组织中出现 Ti C新相 ,使其结合方式逐渐向扩散结合过渡 。

陶瓷内衬复合管金属/陶瓷SHS瞬间液相连接

基于重力分离SHS法制备陶瓷内衬复合管 ,采用CrO3 +TiO2 +C +Al+NiO燃烧体系合成出具有钢基体、中间过渡合金与内衬陶瓷三层结构的复合管 .内衬陶瓷中α -Al2 O3 以树枝晶沿径向向心分布 ,(Al2 O3+Ti2 O3 )共晶两相形成枝晶晶界且沿径向存在着成分偏析 .中间过渡合金是以Fe -Cr -Ni-Al -Ti为基且富Ti的碳化钛颗粒呈梯度分布而构成 ,与钢基体形成冶金熔合 ,并与内衬陶瓷通过碳化物的桥接作用及与因重力分离不完全而残留于陶瓷上的Cr -Ni -Ti合金相连接 ,实现金属 /陶瓷间SHS瞬间液相连接 (SHS -TLPB) .

重力分离SHS内衬陶瓷涂层合成机理及添加剂行为

在采用SHS铝热 -重力分离技术制备陶瓷内衬复合管的基础上 ,研究了陶瓷涂层的合成机理及相应添加剂在合成过程中的行为 .研究得出 ,重力分离SHS合成过程经历燃烧合成、液相分离和陶瓷凝固三个基本过程 ,陶瓷层致密化贯穿于三个过程之中 ;SiO2 、CrO3 及NaF添加剂通过对三个过程的影响进而影响内衬陶瓷涂层与复合管的各项性能 .研究表明 ,在铝热剂为Al+Fe2 O3 +2 %SiO2 + 6%CrO3 + 1 %NaF条件下 ,内衬陶瓷涂层及复合管具有良好的综合性能 .

SHS离心机改进设计

介绍了 SHS离心机的工作原理、结构及性能 ,简述了在设计制造中的几个主要问题。介绍的 SHS离心机可方便地制备外径为 50～ 150 mm,长度为 10 0～ 2 0 0 0

重力分离SHS双衬陶瓷复合管耐蚀性研究

通过重力分离SHS技术制备双衬陶瓷复合管 ,发现复衬陶瓷层的尖晶石含量和组织形貌发生改变 ,双衬陶瓷层间存在着Al2 O3 基体和 (Al2 O3+FeO·Al2 O3)共晶组织的重熔区 ,引起底衬及复衬陶瓷裂纹密度下降。复合管的耐蚀性测试结果表明 ,双衬陶瓷复合管的腐蚀失重率分别不超过 1Cr18Ni9Ti不锈钢管 0 .5%和单衬陶瓷复合管 2 .0 %。

超高摩尔质量聚乙烯内衬复合管应用前景展望

通过对超高摩尔质量聚乙烯内衬复合管的技术特点及国内外现场试验效果的阐述；证明了超高摩尔质量聚乙烯内衬复合管自身的各种物理特性。对延长旧管使用寿命,减少杆管偏磨,延长油井清蜡周期具有良好的效果。