[发明专利]一种不规则缺陷管道内压作用下的失效压力计算方法

说明书

一种不规则缺陷管道内压作用下的失效压力计算方法，属于管道施工技术领域。该方法根据深腐蚀缺陷相互作用的轴向极限间距，得到不规则缺陷失效压力的评价长度。并依据不规则形状缺陷深度剖面的不规则性，将缺陷分为三类：第一类缺陷的轴向投影形状可以等效为矩形，第三类缺陷的轴向投影形状可以等效为抛物线，第二类缺陷的轴向投影的等效形状介于矩形和抛物线之间。基于等效形状的有效深度和评价长度，提出了一种预测不规则形状缺陷管道失效压力的新方法。采用新的评价方法对不规则形状缺陷管道的失效压力进行了预测，结果与不同等级管道的试验结果吻合较好。

技术领域

本发明涉及一种不规则缺陷管道内压作用下的失效压力计算方法。针对不规则缺陷中深腐蚀缺陷的相互作用，提出了一种新的评估长度计算方法。同时根据不规则缺陷失效压力的有限元计算结果，将评估长度范围内的不规则形状缺陷的等效形状与缺陷的不规则度相结合。基于等效形状有效深度d_eff和缺陷评估长度L_eval，得到了一种更准确、更有效的评估方法，该评价方法相比常规评价方法结果更准确，评价步骤更简单。

背景技术

海底管道被称为海上油气开发的命脉，是远距离油气运输最经济的方式之一，因此管道结构完整性评价是近年来工业界的一个重要研究领域。管道内输送的腐蚀性介质和管道外海水、土壤中的腐蚀性物质，常在管道内外壁产生局部腐蚀缺陷。腐蚀一方面会导致管壁整体或局部变薄，另一方面应力集中会降低管道的承载力。根据单个腐蚀缺陷在轴向平面上投影的形状，可以将单个腐蚀缺陷分为规则形状和不规则形状。规则形状的缺陷具有相对平滑的深度剖面，深度上没有多个极值点。如果腐蚀缺陷的深度分布呈现一个或多个极值点，则可以将其视为不规则形状。腐蚀是一个复杂而随机的化学过程，随着管道服役时间的增加，相邻的腐蚀缺陷会重叠形成腐蚀缺陷，因此真正的腐蚀缺陷通常是具有不同深度极值点的长而不规则形状的腐蚀缺陷，而不是底面光滑的规则缺陷。

在管道设计中，内压荷载是决定管壁厚度的关键因素。因此，研究内压作用下局部减薄腐蚀管道的承载力和失效模式具有重要意义。规则形状缺陷的内压承载力是最大缺陷深度d和总长度L的函数。随着深度d的增加，失效压力p_f减小，p_f减小的速率随着缺陷的加深而增大。随着缺陷长度L的增加，破坏压力p_f减小，p_f减小的速率随着缺陷长度的增加而减小。对于不规则形状缺陷的失效压力p_f与几何形状参数之间的关系是复杂的。与规则形状缺陷相比，简单参数d和L对压力p_f的影响较小。实际上，不规则形状缺陷的内压承载力与缺陷深度轮廓密切相关。随着总长度L的增加，不规则形状缺陷失效行为的复杂性增加。根据最深点之间的距离，在达到破坏之前，两个或多个最深点之间可能发生相互作用。对于由两个重叠缺陷组成的不规则缺陷，断裂将在最深处区域开始。对于浅腐蚀缺陷中含有多个深腐蚀缺陷的不规则缺陷，在达到破坏之前，根据深腐蚀缺陷之间会发生相互作用而且失效位置可能发生在相互作用的深腐蚀缺陷的连接位置。

不规则缺陷由于其形状的复杂性，很难对其失效压力进行评估，因此将不规则形状缺陷等效成规则形状缺陷进行评价。等效形状是评估不规则形状缺陷失效压力的关键因素之一。对于缺陷的等效形状，主要集中在矩形和抛物线形状。DNV-RP-F101(复杂形状)评价方法将不规则形状缺陷分成矩形浅腐蚀缺陷和深腐蚀缺陷进行评估；有效面积法和RSTRENG 085dL方法将评估范围内缺陷的轴向投影近似为矩形和抛物线的混合形状；ASME-B31G方法将缺陷的轴向投影近似为抛物线形状；RPA方法将短腐蚀缺陷轴向投影近似为矩形和抛物线的混合形状，对于长腐蚀缺陷，轴向投影的等效形状随腐蚀长度的增加而变化，腐蚀长度越大，等效形状越接近矩形。

评估不规则缺陷失效压力的另一个关键因素是评估长度。可以仅考虑减缩长度来评估非常长的不规则形状缺陷(长度大于的缺陷)。其它研究成果表明减缩长度为2D而不是