[发明专利]一种含腐蚀缺陷的海底管道结构弯曲失效评估方法

说明书

本发明公开了一种含腐蚀缺陷的海底管道结构弯曲失效评估方法，具体为：检测管道最大尺寸腐蚀缺陷位置及腐蚀尺寸；根据管道检测数据、工况条件及环境条件计算管道承受的波浪及海流载荷，最终确定出被测管道所承受的最大弯矩位置和最大弯矩值；推导出含腐蚀缺陷管道的塑性极限弯矩公式，按照该公式可计算被测管道的塑性极限承载弯矩；将计算得到的最大弯矩值与塑性极限弯矩进行比较，在考虑安全系数的前提下判断被测管道是否失效。本发明的有益效果是：本发明能够对含有任意位置的小范围长轴向腐蚀缺陷的管道，进行整体弯曲强度计算评估，省去了有限元建模及分析过程，降低了计算难度，提高了计算的效率，同时又满足结果精度要求。

技术领域

本发明涉及海底管道失效评估技术领域，特别涉及一种含腐蚀缺陷的海底管道结构弯曲失效评估方法。

背景技术

近些年来，我国对石油、天然气等资源的需求量不断上升。石油、天然气等资源的开发和利用也越来越重要。海底管道作为油气资源开发、生产以及运输的“生命线”，确保管道结构安全有着极其重要的作用。由于海洋环境复杂，海底管道常常会因淘蚀和海水冲刷而处于悬空状态。当海底管道外防腐层出现损坏时，海水会沿防腐层损坏的方向发生侵蚀，易在管道外侧任意位置形成长腐蚀缺陷(环向尺寸小而轴向长度大的腐蚀缺陷，理想状态为轴向腐蚀长度不小于其中，R是管道半径，t是管道厚度)。管道腐蚀后，会造成管道局部变薄，极限承载能力降。管道的腐蚀是造成海底管道发生破坏的重要原因之一。另外，海底管道往往会遭受滑坡、河床变形等自然灾害，以及因淘蚀和海水冲刷导致悬空，此时，弯矩载荷便成为导致海底管道发生破坏的主要因素。

准确评估腐蚀管道的极限承载力或者极限弯矩(通过极限承载力可以计算极限弯矩，这两者可以互相转换)是确保管道正常工作的前提。在试验研究和理论模拟的基础上，国内外学者对腐蚀管道的极限承载能力进行了大量的研究。20世纪70年代，美国机械工程师协会提出了腐蚀管道极限内压载荷规范：ASME B31G，仍是目前最为广泛运用于管道极限承载能力评估的规范。考虑B31G在评估腐蚀管道极限内压载荷过于保守，Kiefer、Vieth对B31G中的流应力、Folias系数等参数进行了改进，进而提出了修正版的极限内压载荷规范：MB31G(0.8dl)。21世纪初期，挪威船级社(DNV)在考虑轴压和弯曲载荷的前提下，通过对海底腐蚀管道进行了一系列的数值模拟和试验研究，提出了DNV-RP-F101腐蚀管道极限承载能力的评估规范。2003年，Choi等对X65天然气腐蚀管道进行了爆破试验和数值模拟，回归出了含矩形腐蚀缺陷和椭圆腐蚀缺陷管道的极限内压公式。Zhu和Leis等应用有限应变理论和变形失稳理论，提出了适用于完好管道的塑性失效模型，并将模型扩展到腐蚀缺陷管道中。

但是，目前对于海底管道在受弯作用下塑性失效的极限承载能力的评估方法，多是将腐蚀缺陷设定在弯曲应力最大的位置，从而得到含腐蚀海底管道塑性失效临界荷载的下限。但实际海底管道表面腐蚀位置存在任意性，即腐蚀位置不一定位于弯曲应力最大的部位，因此研究包含任意位置海底管道受弯塑性极限承载能力的计算方法更具有实际应用价值，而目前要进行任意腐蚀位置缺陷的失效判定只能通过建立管道有限元模型进行模拟分析实现。

发明内容

针对传统评估方法是通过将腐蚀缺陷设定于管道弯曲最大位置，从而得出腐蚀海的管道塑性失效临界荷载下限，存在评测结果不准确、实际应用价值不高的问题，本发明提供了一种含腐蚀缺陷的海底管道结构弯曲失效评估方法，其包含任意位置海底管道受弯塑性极限承载弯矩的计算方法，而不仅限于腐蚀缺陷仅存在于管道弯曲最大位置的情况。

本发明提供了一种含腐蚀缺陷的海底管道结构弯曲失效评估方法，所述评估方法具体为：

步骤S1：选择一服役管道作为被测管道，检测被测管道最大尺寸腐蚀缺陷的位置及腐蚀尺寸；

步骤S2：根据步骤S1的检测数据，进行海浪荷载和海流载荷计算，确定被测管道所承受的弯矩大小及弯曲方向，从而确定出被测管道所承受的最大弯矩位置和最大弯矩值；