CN112347583B - 一种增压站含双缺陷弯管极限内压的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增压站含双缺陷弯管极限内压的计算方法，包括以下步骤：首先根据增压站弯管的资料，确定弯管、弯管缺陷的基础数据，然后根据轴向和环向相互作用极限距离的判定条件，判断缺陷之间是否存在相互影响，如果缺陷之间相互影响很小，则可以按照单个缺陷计算方法来处理，如果缺陷间的相互影响不可忽略，则弯管极限内压必须考虑缺陷之间的相互影响；本发明揭示了双缺陷间相互影响对弯管极限载荷的影响，并确定了双缺陷间发生相互影响的临界距离，提出了适用于增压站内双缺陷弯管极限载荷的预测公式，对于保障管道安全运行及减少经济损失意义重大。

Description

一种增压站含双缺陷弯管极限内压的计算方法

技术领域

本发明涉及一种增压站含缺陷弯管极限内压的计算方法，具体是涉及了一种含双缺陷弯管极限内压的计算方法。

背景技术

目前，国内外研究人员针对含缺陷弯管极限载荷的研究，一般有两种分析方法：第一种是基于直管公式提出了含缺陷弯管极限内压的计算方法，第二种是根据有限元结果拟合出极限内压计算公式；但主要考虑单缺陷对于弯管极限载荷的影响，而实际管道受到腐蚀、冲蚀等造成的缺陷常以双缺陷、多缺陷的形式出现，在双缺陷、多缺陷情况下相邻缺陷可能存在相互影响，导致按照单缺陷弯管极限内压公式计算不准确。现有的国内外学者提出的腐蚀缺陷相互作用准则大多是建立在直管轴向或环向双点腐蚀缺陷的基础上，对于弯管双点腐蚀缺陷间距变化对极限压力的影响是否仍与直管双缺陷影响规律一致有待于进一步研究。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种增压站含双缺陷弯管极限内压的计算方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：根据增压站弯管相关资料，确定弯管外径D、壁厚t、弯曲半径R、抗拉强度σ_b、缺陷长度L、深度d、宽度w、轴向间距S_l、环向间距S_c；

步骤二：双缺陷发生相互影响时应同时满足以下两个条件：

(1)当两个缺陷的位置不能同时满足以上条件时，两缺陷之间的相互影响可以忽略不计，此时可分别计算两个单缺陷分别存在时弯管的极限内压，然后取其较小值作为双缺陷弯管极限内压，缺陷轴向长度系数、环向宽度系数、深度系数满足以下条件：

L是单缺陷轴向长度；

b＝w/πD，w是单缺陷环向宽度；

c＝d/t，d是单缺陷深度；

(2)当两个相邻缺陷同时满足以上条件时，说明双缺陷间发生相互影响，记两个缺陷的长度分别为L₁和L₂，缺陷宽度分别为w₁和w₂，缺陷深度分别为d₁和d₂，缺陷轴向间距S_l，环向间距S_c，则有：

缺陷的等效长度：L_eq＝L₁+S_l+L₂；

缺陷的等效宽度：w_eq＝w₁+S_c+w₂；

缺陷的等效深度：

此时缺陷轴向长度系数、环向宽度系数、深度系数满足以下条件：

L_eq是缺陷的等效长度；

b＝w_eq/πD，w_eq是缺陷的等效宽度；

c＝d_eq/t,d_eq是缺陷的等效深度；

步骤三：将参数带入下面极限内压计算公式中，最终计算出双缺陷弯管极限内压：

式中，P——缺陷弯管极限内压，MPa；

P₀——无缺陷弯管极限内压，MPa；

σ_f——流变应力，此处取的是弯管的抗拉强度，MPa；

t——弯管壁厚，mm；

r——弯管半径，mm；

R——弯管弯曲半径，mm；

a——缺陷长度系数；

b——缺陷宽度系数；

c——缺陷深度系数。

本发明的优点及积极效果为：

本发明提供的增压站含双缺陷弯管极限内压的计算方法，是在单缺陷弯管极限内压计算公式的基础上，考虑相邻缺陷间相互作用对弯管极限内压的影响，结合轴向和环向相互作用极限距离的判定条件，提出了双缺陷弯管极限内压的计算方法，完善了含缺陷弯管极限内压的计算方法。该方法与ABAQUS软件数值模拟结果相比，误差较小，具有很好的适用性，可以为管道的及时维修和更换提出建议。

附图说明

图1是本发明提供的增压站含双缺陷弯管极限内压的计算方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合具体实例对本发明的应用原理作进一步描述。

例：某增压站内输气弯管，管材为X60钢材，管径为508mm，壁厚为22.23mm，工作压力为8Mpa，弯管内壁受到输送介质的冲刷腐蚀，以本发明所给出的方法，计算双缺陷弯管的极限内压。

第一步：根据增压站弯管相关资料，确定弯管的基础数据如下表1所示。

表1增压站弯管基础数据

假设相邻两缺陷为大小完全相同的缺陷，缺陷的尺寸和轴向间距、环向间距如表2所示。

表2双缺陷尺寸及位置数据

第二步：根据轴向和环向相互作用极限距离的判定条件，判断出9个算例中弯管双缺陷间都存在相互影响，计算缺陷的相关参数如下表3所示：

表3缺陷相关参数

根据系数公式，计算出缺陷轴向长度系数、环向宽度系数、深度系数结果如下表4所示。

L_eq是缺陷的等效长度；

b＝w_eq/πD，w_eq是缺陷的等效宽度；

c＝d_eq/t,d_eq是缺陷的等效深度；

表4缺陷相关系数

第三步：将参数带入下面极限内压计算公式中，最终计算出双缺陷弯管极限内压：

按照这种方法计算表中的复合双缺陷弯管的极限压力，将公式计算得到的结果与有限元结果进行对比验证，如表4所示。

表4 ABAQUS模拟值与公式计算结果对比

通过表中公式计算值和有限元模拟结果对比发现，两种方法的计算结果比较接近，最大误差为8.1％，最小误差为1.0％，平均误差为5.1％。说明该方法能够用于计算含双缺陷弯管的极限内压。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种增压站含双缺陷弯管极限内压的计算方法，包括以下步骤：

步骤一：根据增压站弯管相关资料，确定弯管外径D、壁厚t、弯曲半径R、抗拉强度σ_b、缺陷长度L、深度d、宽度w、轴向间距S_l、环向间距S_c；

步骤二：双缺陷发生相互影响时应同时满足以下两个条件：

(1)当两个缺陷的位置不能同时满足以上条件时，两缺陷之间的相互影响可以忽略不计，此时可分别计算两个单缺陷分别存在时弯管的极限内压，然后取其较小值作为复合双缺陷弯管极限内压，缺陷轴向长度系数、环向宽度系数、深度系数满足以下条件：

L是单缺陷轴向长度；

b＝w/πD，w是单缺陷环向宽度；

c＝d/t，d是单缺陷深度；

(2)当两个相邻缺陷同时满足以上条件时，说明双缺陷间发生相互影响，记两个缺陷的长度分别为L₁和L₂，缺陷宽度分别为w₁和w₂，缺陷深度分别为d₁和d₂，缺陷轴向间距S_l，环向间距S_c，则有：

缺陷的等效长度：L_eq＝L₁+S_l+L₂；

缺陷的等效宽度：w_eq＝w₁+S_c+w₂；

缺陷的等效深度：

此时缺陷轴向长度系数、环向宽度系数、深度系数满足以下条件：

L_eq是缺陷的等效长度；

b＝w_eq/πD，w_eq是缺陷的等效宽度；

c＝d_eq/t,d_eq是缺陷的等效深度；

步骤三：将参数带入下面极限内压计算公式中，最终计算出双缺陷弯管极限内压：

式中，P——缺陷弯管极限内压，MPa；

P₀——无缺陷弯管极限内压，MPa；

σ_f——流变应力，此处取的是弯管的抗拉强度，MPa；

t——弯管壁厚，mm；

r——弯管半径，mm；

R——弯管弯曲半径，mm；

a——缺陷长度系数；

b——缺陷宽度系数；

c——缺陷深度系数。

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