[发明专利]一种单缺陷变径管极限内压计算方法

说明书

本发明属于石油与天然气工业技术领域，公开了一种单缺陷异径管极限内压计算方法，由于现今并没有缺陷变径管极限内压计算公式，且用缺陷直管极限内压公式计算变径管极限内压误差较大，故提出一种单缺陷异径管极限内压计算方法。该计算方法考虑缺陷深度和宽度的变化，利用Matlab软件拟合公式，分别得到单缺陷偏心异径管和同心异径管极限内压的预测公式，并通过有限元数值模拟验证了该公式的准确性。本发明可以通过公式计算得出增压站单缺陷变径管的极限内压，为我国制定单缺陷变径管失效压力的计算标准参考，为输气管道变径管的设计和使用提供指导。

技术领域

本发明属于石油与天然气工业技术领域，尤其涉及一种单缺陷变径管极限内压计算方法。

背景技术

变径管，也称异径管，作为管汇配置中的管道连接件，常用来调节介质流速，其压力损失等于各管段压力损失之和，多用于油气田的油气集输管网和站场中；在实际使用过程中，由于变径管处流体介质流速的改变，使得其受力情况更加的复杂。缺陷的存在会降低变径管的承压能力，影响站场的安全运营；因此需要建立针对于变径管极限承压能力的计算公式，准确计算其极限内压，进而做出维护维修决策，保障站场运营的安全性。

目前，国内外研究人员针对腐蚀缺陷管道的失效压力研究大多针对直管，并提出了一系列安全评价标准，如ASME B31G、Modified B31G、DNV-RP-F101等，而对含缺陷异径管的研究较少，尚未形成一套成熟的适用于缺陷变径管安全评定的方法，缺陷变径管的安全评定的规范也尚未形成。

对于相同径比的含局部减薄缺陷变径管与直管来说，其极限内压有很大的不同，如果采用直管的极限承压能力来计算变径管的极限承压能力，可能导致结果的不准确。以典型变径管Φ711mm/Φ508mm，δ＝22.23mm，材质X60为例对其多种缺陷情况进行计算，将AMSE B31G-2009、DNV-RP-F101和PCORRC体积型缺陷管道标准评价方法计算值与有限元结果进行对比，偏心异径管和同心异径管分别统计于表1和表2。可以看到标准值与计算值误差较大，最大误差达到42.31％。

表1偏心异径管有限元值与标准值对比

表2同心异径管有限元值与标准值对比

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供一种单缺陷变径管极限内压计算方法，单缺陷变径管在内压作用下的极限承载能力对站内管道的安全运行有着重要的工程意义。

本发明提供了一种单缺陷变径管极限载荷的计算方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：根据增压站设计资料，确定含缺陷异径管的基础参数：异径管大小管径、异径管壁厚、异径管长度、异径管屈服强度、异径管抗拉强度、缺陷长度和缺陷深度；

步骤2：计算变径管缺陷长度系数a、变径管缺陷深度系数c和变径管与大端直管的锥底角的正弦值sinα；

步骤3：根据变径管的类型，将各项参数带入所提出的公式中，确定单缺陷变径管的极限内压值。

借助前人的对缺陷直管极限内压的计算方法提出了一种新的单缺陷异径管的极限载荷计算方法。在缺陷直管极限内压评价标准基础上，利用Matlab软件拟合公式，得到单缺陷异径管极限内压的预测公式：

式中，P_f—缺陷异径管极限内压，MPa；

σ_f—材料流变应力，MPa；

t—异径管壁厚，mm；

r_1i—变径管大端内半径，mm；