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输油管弯头腐蚀缺陷应力分析

文档作者：陶春达孟坤六文档来源：西南石油大学		点击数：	更新时间： 2021年09月27日
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2OO7年
第4期
管 技 术 5 设 各
Pipeline Technique and Equipment
20cr7
No．4
输油管弯头腐蚀缺陷应力分析
陶春达，孟坤六
(西南石油大学，四川南充637001)
摘要：针对输油管弯头以及管壁上的缺陷，用有限元法对其进行了分析计算，找出了输油管弯头的危险部位，给出了
管壁危险部位腐蚀缺陷处的应力分布规律以及危险点，并研究了缺陷的长度、宽度和剩余壁厚对应力的影响；同时拟合了
缺陷处应力的计算公式，为工程技术人员的设计计算和现场管道安全运营动态管理提供了依据。
关键词：有限元；应力分析；腐蚀缺陷；输油管；弯头
中图分类号：TE973．1 文献标识码：A 文章编号：1004—9614(2(~37)04—0025—02
Stress Analysis of Corrosive Flaw on Curved Oil Pipe
TAO Chun—da，MENG Kun—liu
(South-West Petroleum University，Nanchong 637001，China)
Abstract：Wj山a finite element method，the flaws on curved pipes were analyzed，the distribution rule of stress at the flawed were ob—
tained，and the influence ofthe length，width and thickness ofthe the wall on the stres were analy~ ，As practice proves，this method can
be used to the design and safety management of the pipe ．
Key words：finite element；stres analysis；corrosive flaw；oil pipe ；curved pipe
0 引言
腐蚀造成的直接后果是长输管道的管壁减薄，由于管道输
油是加压输送，管内压力较高，当管壁局部位置减薄到一定程
度后，丧失了设计强度，在较大的管内压力作用下，因该局部位
置应力集中，有可能造成局部破裂，从而引发漏油、爆炸、燃烧
等事故，给油气田造成重大的经济损失，包括灾难性的事故和
环境污染[卜 。可见，管道表面存在的腐蚀缺陷直接关系到管
道能否正常安全运行，而且，随着时间的延长，腐蚀缺陷将进一
步发展，管壁处于不断减薄状态，这一过程给管道安全运行带
来了极大的危害。在管路系统中，通常在管道转角处，采用了
具有一定曲率的曲管(弯头)。这些曲管一方面在管道中增加
了管线的柔性，使管线易于变形，有利于减小管道的温度应力。
另一方面又由于弯曲管段的应力是不均匀的，与直管段情况不
同，它的最大应力一般高于直管的最大应力。因此，有必要研
究管壁特别是弯头腐蚀缺陷处的应力分布状态，以及剩余壁
厚、内压、缺陷长度、缺陷宽度等因素对缺陷处应力的影响，为
工程技术人员的分析、设计、计算和现场管道安全运营动态管
理提供理论依据及方便快捷的计算公式。
1 理论分析
在内压作用下，直管的周向应力沿整个圆周在管壁上是均
匀分布的，而弯头内侧周向应力最大，外侧周向应力最小，中线
处与直管的周向应力相等_4J。图1所示弯头，其周向应力如下：
内弧面上的周向应力为
= KIO"0
外弧面上的周向应力为
I聍 Kza0
收稿日期：2OO6—11—12 收修改稿日期：2OO7—03～15
式中 。为直管的周向应力；KI为弯头内弧周向应力的增强系
数；K2为弯头外弧周向应力的减弱系数。
鬈麓 麓=耱
图1 弯头结构示意图
由定义可见无论是周向应力的增强系数还是周向应力的
减弱系数都是R／D的函数。如图2所示，随着R／D的增加，
周向应力的增强系数K 和周向应力的减弱系数 都趋于1。
当R／D=5时，弯头内弧周向应力比直管周向应力仅大6％ ，弯
头外弧周向应力比直管周向应力仅小5％ 。可见对于R／D>5
的弯头，其应力完全可以由直管的应力近似代替，由此产生的
误差完全可以忽略不计。
2 有限元计算
2．1 无缺陷弯头的有限元分析计算
为了检验力学模型的正确性以及有限元法的计算精度，首

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