基于有限元的成品油管道应力分析和剩余强度研究

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管道运输具有投资少、效率高等优点,已成为物资运输的重要方式之一。随着使用时间增加,会逐步引起管道本体腐蚀,造成各类管道安全事故,管道剩余强度已成为管道安全性可靠性的重要指标,通过研究管道腐蚀成因、失效应力、管道剩余强度及剩余寿命,有利于项目单位降低管道建设成本,提高管道运营安全性以及可靠性,降低管道维护运营成本。研究管道剩余强度和剩余寿命对于提高管道安全性有重要意义。本文对API X60成品油管道腐蚀情况进行研究,探讨管道腐蚀处尺寸变化对于管道失效应力的影响,运用ANSYS有限元软件对腐蚀管道进行研究,并进行试验验证。通过实验检测研究APIX60成品油管道腐蚀速率,进而得出管道剩余寿命。主要研究如下:(1)研究API X60成品油管道腐蚀缺陷,分析腐蚀机理和失效应力,运用管道评价准则进行理论计算,将理论计算结果与试验检测结果进行比较分析。(2)建立ANSYS有限元分析模型,模拟API X60成品油管道失效应力,同试验检测结果进行比较分析,确定有限元分析模型的准确性。(3)研究API X60成品油管道腐蚀特性,通过有限元模拟分析管道腐蚀失效应力情况,确定管道失效应力的主要影响因素。(4)在不同的内压载荷作用下,对API X60成品油管道的失效应力进行研究,并通过实验检测研究剩余强度,从而建立管道剩余寿命研究模型,计算出管道腐蚀程度,预测剩余寿命,并通过试验检测进行验证。研究表明:DNV-RP-F101评价标准适用范围较广;有限元网格划分按照四面体进行效率较高,便于模拟;有限元分析同实际试验模拟数据进行比较,相对误差在1%-6%左右;管道腐蚀缺陷长度和深度是影响APIX60成品油管道失效应力的重要因素,失效应力随着腐蚀长度和深度的增加而减小,腐蚀宽度对失效应力影响不大,失效应力大小随腐蚀宽度增加在5%范围内浮动;通过管道腐蚀深度达到壁厚的50%确定剩余寿命临界点,有限元方法同实际检测剩余寿命误差在5%左右,可作为验证管道剩余寿命辅助方法。应用本研究方法,可以降低管道建设成本,确定管道使用剩余寿命,提高管道使用安全性、可靠性。
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