[发明专利]一种油气管道环焊缝缺陷修复用B型套筒的长度确定方法

说明书

本发明公开了一种油气管道环焊缝缺陷修复用B型套筒的长度确定方法，属于油气输送管道领域。本发明的油气管道环焊缝缺陷修复用B型套筒的长度确定方法，在弯曲载荷作用下角焊缝上的等效应力水平，以完整管道及环焊缝所能承受的外部载荷为依据，保证修复后B型套筒角焊缝能够承受相同的外部载荷而不发生破坏，确定B型套筒长度的第一范围；基于避开环焊缝和角焊缝的焊接热影响区宽度确定B型套筒长度的第二范围；将第一范围和第二范围的交集作为B型套筒的最终长度；本发明解决了现有标准对B型套筒长度要求不统一的问题；按照本方法所确定的B型套筒长度，能够解决B型套筒服役过程中局部应力集中的问题，保证管道服役安全。

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缺陷修复用B型套筒的长度确定方法。

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。

B型套筒修复为在役焊接修复方式，需要在在役管线上动火，会出现烧穿(对于壁厚在6.4mm以下的管道)、B型套筒角焊缝延迟裂纹等风险。在B型套筒修复中面临的主要问题为角焊缝焊后出现裂纹，仅2019年收集到10余例B型套筒角焊缝开裂案例。失效案例分析结果表明当前B型套筒焊缝裂纹属于延迟裂纹，主要与套筒结构尺寸设计不合理引起的安装应力和焊接残余应力以及焊接预热后热工艺不到位有关。

国内外的B型套筒相关文献及研究报告主要以B型套筒焊接工艺，焊后残余应力以及B型套筒修复相关实物试验等为主，针对B型套筒结构设计的研究较少，特别是对于B型套筒长度的确定，缺乏相应的理论依据，没有形成统一的设计准则。B型套筒长度作为其结构的重要几何尺寸，目前各标准规定不统一，最严苛的标准认为长度需要大于2倍的待修复管道外径，部分标准规定大于1倍的待修复管道外径，部分规定最短达到150mm即可。因此给现场施工造成了极大的困扰，如考虑最严苛情况，以西二线为例，其干线修复用套筒长度将达2.4m，按50mm壁厚计算，重量达到约3.5吨，这不仅极大增加了焊接工作量，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的设计B型套筒长度过长会造成管道上局部载荷集中的缺点，提供一种油气管道环焊缝缺陷修复用B型套筒的长度确定方法。

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缺陷修复用B型套筒的长度确定方法，在弯曲载荷作用下角焊缝上的等效应力水平下，以管道和环焊缝所能承受的外部载荷为依据，求取B型套筒长度的第一范围，所述第一范围满足B型套筒的角焊缝承受相同的外部载荷而不发生破坏；

基于管道环焊缝和套筒角焊缝焊接热影响区，求解B型套筒长度的第二范围，所述第二范围能够避开环焊缝和角焊缝的热影响区；

将第一范围和第二范围的交集作为B型套筒的最终长度L。

进一步的，求取B型套筒长度的第一范围包括以下步骤：

1)利用有限元方法建立服役条件下的含环焊缝管道的有限元模型；

2)在管道的有限元模型上施加内压和弯曲载荷，直至管道环焊缝上最大等效应力S_max达到0.8倍的管道屈服强度，获取此时施加到管道上的弯曲载荷值；

3)利用有限元方法建立安装有B型套筒的管道有限元模型；

4)将所述弯曲载荷施加到安装有B型套筒的管道有限元模型上，在载荷及边界条件完全相同的条件下，计算B型套筒角焊缝上应力值及分布情况；