[发明专利]一种油气管道环焊缝裂纹缺陷修复用B型套筒厚度的计算方法

说明书

本发明公开了一种油气管道环焊缝裂纹缺陷修复用B型套筒厚度的计算方法，属于油气输送管道领域。本发明的油气管道环焊缝裂纹缺陷修复用B型套筒厚度的计算方法，一方面通过裂纹尖端应力场强度因子计算可以明确裂纹缺陷在当前服役情况下是否会发生起裂，保证管道服役安全，在保证管道服役安全的前提下有效减小了B型套筒厚度，从而降低现场焊接工作量及焊接缺陷产生的概率。

技术领域

本发明属于油气输送管道领域，尤其是一种油气管道环焊缝裂纹缺陷修复用B型套筒厚度的计算方法。

背景技术

B型套筒是当前所有标准公认的油气管道管体及环焊缝缺陷永久性修复方式。参见图1，B型套筒2由两个半圆管筒通过焊接组成，其中两个纵焊缝3通常通过单V型坡口焊接在一起，两个端部通过角焊缝4与待修复母管1焊接在一起。相对于另一种公认的永久性修复方式—换管，B型套筒可以在役带压焊接，不用放空，大大降低对管网运行的影响，作业时间、维抢修成本等优势十分明显，一直是管道维抢修的主要方法。

当前使用的B型套筒材质以16MnR为主，强度等级为Q345。当管道材质普遍在X52及以下时，由于Q345套筒良好的焊接性，且与管道基本等强度，因此在低钢级管道上使用较为普遍。随着X70/X80高强度管线钢的普遍应用和长周期服役，需要永久修复的高钢级管道环焊缝越来越多。按照PRCI、ASME及国标规定，B型套筒厚度设计按照等强度匹配原则，在考虑管道完全泄露，B型套筒环空带压情况下计算得到套筒厚度。

由近年来油气管道割口环焊缝缺陷解剖分析统计结果可知，环焊缝上裂纹缺陷深度和长度普遍较小，远未达到泄漏的程度，且对于尺寸较大的缺陷，现场通常采用换管进行处理。B型套筒材料强度等级较管道较低时，例如对于OD1219mm×18.4mm，X80钢级管道，采用Q345材质B型套筒修复，按照现有标准进行设计，B型套筒厚度要达到35mm以上，目前Q345材质B型套筒厚度大多在40～60mm范围内，局部地区达到70～80mm。对在役焊接造成了巨大压力，不仅焊接工作量巨大，而且焊接质量难以保证，容易产生焊接缺陷，而且套筒作为局部集中载荷作用于管道上，将对管道长周期服役造成未知影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有B型套筒的设计厚度大易产生焊接缺陷的缺点，提供一种油气管道环焊缝裂纹缺陷修复用B型套筒厚度的计算方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种油气管道环焊缝裂纹缺陷修复用B型套筒厚度的计算方法，包括以下步骤：

(1)获取待修复管道、环焊缝信息及环焊缝裂纹缺陷检测信息；

(2)基于环焊缝夏比冲击功CVN换算得到环焊缝断裂韧性值K_IC；

(3)利用有限元方法建立服役条件下的含裂纹缺陷管道的有限元模型；

(4)判断管道是否处于地质稳定区，若处于地质稳定区，则在所述有限元模型上施加内压载荷，所述内压载荷大小为设计压力P；

否则，在所述有限元模型上施加内压载荷和轴向载荷；

(5)基于步骤(4)的所述有限元模型计算得到裂纹尖端应力场因子K₁；

(6)比较K₁和K_IC，若K₁K_IC，则表明在服役载荷情况下裂纹不会发生起裂，B型套筒厚度T_s取T_c；

所述T_c为按照套筒材料热加工时不发生变形所对应的最小厚度值；

若K₁≥K_IC，则表明在服役载荷情况下裂纹会发生起裂，采用B型套筒对所述裂纹缺陷进行修复时，B型套筒T_s按照以下步骤进行计算：