在用燃气管道中含缺陷斜接弯管安全性分析.docx

在用燃气管道中含缺陷斜接弯管安全性分析-1--5-在用燃气管道中含缺陷斜接弯管安全性分析随着埋地管道服役龄期的增加埋地时间的增长管道内外腐蚀、外力的作用以及环境等各种因素的影响原有的埋地管道缺陷与存在的不足将渐渐显露出来埋地管道的安全情况渐渐发生变化。燃气埋地管道因防腐层破损或防腐措施失效管道腐蚀引起泄漏酿成事故的情况时有发生。因此在对城市埋地燃气管道开展必要的检验检测的基础上采用有限元及风险评估方法对埋地管道进行安全性分析与评定以确保城市埋地燃气管道的安全、经济、有效的运转显得十分必要。现针对某城市燃气公司工作人员在对一条公称直径400mm的城区埋地燃气输送主管道进行巡线检查时检出该管道一弯头处防腐层破损经开挖去除破损的防腐层准备修复时发现防腐层破损处管道已腐蚀的较严重打磨去除腐蚀锈层后管道壁上出现一个长约56mm宽32mm最深处达4mm的弧状凹坑。该弯头系采用钢管现场焊接而成的斜接弯管如图1所示缺陷出现在图中A点所示的位置。经查阅该管道原设计图纸及施工资料得到管道特性参数如下：该管道设计压力：0.4MPa；设计温度：-5℃~55℃；管道材质为Q235B；原设计要求该管段安装完毕后作特加强级防腐处理对接焊口作5%的X射线探伤。根据上述介绍该公司工程技术人员依据GB52022-0500《工业金属管道设计规范》取剩余壁厚作该弯管剩余强度校核如下：查得材质Q235B的钢管许用应力[σ]1=113MPa取该弯管腐蚀裕度C=1.0mm故剩余有效壁厚tsc=7-4-1=2mm依据文献[1]多接缝斜接弯管的最大许用内压应取以下两式中计算的较小值：式中：为管道平均半径；为管道焊接接头系数局部探伤检验取0.8；为斜接弯管的弯曲半径。最大允许内压力取两计算公式计算结果中的较小值即最大允许内压力仅为Pm=0.34MPa显然该值小于原设计压力值0.4MPa。当时该燃气公司考虑到该管道属于供气的主管道因此决定按常规做法将该弯管予以更换由于更换弯管的施工造成了较大范围的停气。该弯管仅是局部一处产生凹坑腐蚀是否就须更换还能否继续使用。按照应力分类分析结构壁厚的局部小范围的减薄与均匀减薄产生的应力情况有明显的不同局部小范围的减薄将引起结构在缺陷周边小范围以内的应力集中从而产生高应力区但这种应力影响范围很小当中的峰值应力部分还带有自限性为了判定在这样情况下结构是否安全还能否继续使用为以后在遇到类似情况时做出适当的决定因此有必要对该弯管壁厚减薄后的应力情况和缺陷对结构强度的影响程度以及结构的安全情况作相关的强度分析和安全性分析。一、弯管强度有限元分析分析90°斜接弯管结构其具备两个对称面因此对其进行有限元分析时只需取结构的1/4进行相关分析对于弯管壁面上腐蚀凹坑采用弧球面拟合形成建模时斜接弯管壁厚扣除1mm的腐蚀裕度。应用Ansys结构分析程序采用四面体单元忽略弯管焊缝余高的影响对于结构中有可能产生应力集中的区域尤其是腐蚀凹坑及其边缘部位采用减小单元几何尺寸加密单元的方法以提高有限元计算精度经Ansys结构分析程序划分结构网格整个模型共形成21291个节点70759个单元。由于结构的对称性对对称面上的单元节点进行约束取对称面法线方向位移为0。在分析结构所受的载荷时考虑到该管道为埋地管道且埋深0.8m以上此时地面温度的变化对其产生的影响很小且现场实际在离该弯头约80m处有一阀门井阀门的两侧均装有便于阀门装拆的柔性管接头其可以较好的释放管道因温差变化引起的热胀冷缩因此可以认为该弯管所受的弯矩很小可以忽略不计。故此时结构仅受压力载荷。当结构模型在0.4MPa的设计压力作用下经有限元法计算得到结构应力分布云纹图(如图2所示)。由图2可见该弯管结构在腐蚀凹坑处出现两处高应力区其一在腐蚀凹坑缺陷的位置最大应力强度(VonMises)达21.254MPa其应力强度分布如图3由图可清楚的看出该应力强度虽发生在腐蚀凹坑处壁厚最小的位置但其应力强度值很小远小于弯管材料的许用应力值113MPa按照应力分类原理可知该应力强度值中还包含有因结构局部薄膜不连续产生的带有自限性的峰值应力成分。因此从结构强度角度考虑该结构此时还是十分安全的。另一个高应力区发生在斜接管对接焊缝处该区域应力强度值相对来说比较小仅为18.6MPa从结构分析该处高应力是由结构总体薄膜不连续在内压力作用下结构变形协调而产生的应力集中。二、含缺陷弯管安全性分析根据缺陷实际情况可以确定该缺陷属于管道体积缺陷对其进行安全性评定。已知管道外径2Ro=457mm管道内径2Ri=221.5mm三、结论从以上的分析可见该带有腐蚀凹坑的斜接弯管不论依据有限元法得出应力强度还是从安全性评定的角度分析该斜接弯管在腐蚀凹坑达4mm时依旧是安全的。因此只要对该腐蚀管段在打磨除去腐蚀锈层并采用特加强级防腐处理后确保该结构不再继续受