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架空管道的修復(fù)前后抗震性能分析

地震是引發(fā)管道失效的主要地質(zhì)災(zāi)害之一，地震波的作用下，含腐蝕缺陷的管道很容易發(fā)生強(qiáng)度屈服、局部屈曲甚至斷裂。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)非地震作用下含腐蝕缺陷輸油管道的剩余強(qiáng)度、極限承載力，以及不含缺陷管道的抗震性能進(jìn)行了研究，但對(duì)于正常工作狀態(tài)下的含腐蝕缺陷輸油管道的抗震性能研究甚少。以下綜合考慮腐蝕后管道在正常服役期間所受的內(nèi)部壓力、管道與液體的自身重力，以及地震作用力，利用有限元軟件建立架空輸油管道腐蝕及修復(fù)后的模型，對(duì)其抗震性能進(jìn)行分析。

建立點(diǎn)蝕缺陷管道模型主要通過有限元分析法，本次研究選擇了某油田長(zhǎng)輸管道中的一段架空管道，研究過程需確定管道的材質(zhì)、輸送壓力、跨度、內(nèi)徑、壁厚、彈性模量、泊松比、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等參數(shù)，以及輸送介質(zhì)的流速、密度和粘度。缺陷位于管段中間內(nèi)側(cè)底部，深度為管壁厚度的0.3倍。修復(fù)方式采用整圓B型套筒補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)技術(shù)。

模型的建立分別針對(duì)管道的三種情況，分別是完好管道、含腐蝕缺陷管道和對(duì)缺陷處修復(fù)后的管道的有限元模型，除腐蝕區(qū)段外，其余位置管道參數(shù)完全相同。根據(jù)工程實(shí)際情況以及管道的腐蝕特點(diǎn)，對(duì)有限元模型作如下簡(jiǎn)化：①考慮單點(diǎn)腐蝕缺陷；②不考慮風(fēng)載、雪載等可變荷載的影響。采用Parasllid建模方式，模型的腐蝕缺陷區(qū)域形貌簡(jiǎn)化為拋物線形腐蝕，選擇EI型地震波，沿管道軸向垂直作用于管道。

1．位移分析

模擬結(jié)果顯示，完好管道與腐蝕后管道的位移時(shí)程曲線幾乎完全重合，而修復(fù)后的管道位移略有增加，且修復(fù)段的長(zhǎng)度越大，位移增幅越大。這是因?yàn)楣艿佬迯?fù)后，腐蝕區(qū)管壁厚度變大，質(zhì)量增加，在地震波作用下，慣性較大。因此，套筒修復(fù)造成的位移增加量需考慮管道擾度的設(shè)計(jì)極限。

2．環(huán)向應(yīng)力分析

腐蝕前的完好管道環(huán)向應(yīng)力分布較均勻，但是腐蝕后的管道在腐蝕區(qū)域出現(xiàn)了很明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，與完好管道相比，本次研究案例腐蝕后管道環(huán)向應(yīng)力增大近50％。修復(fù)后管道與腐蝕管道相比，環(huán)向應(yīng)力有所降低，說明所選修復(fù)方式提高了腐蝕段管道的強(qiáng)度，且修復(fù)套筒的長(zhǎng)度對(duì)管道修復(fù)效果也有影響，在一定范圍內(nèi)，適當(dāng)增加修復(fù)套筒的長(zhǎng)度，可明顯增加對(duì)腐蝕區(qū)段管道的補(bǔ)強(qiáng)作用。

3．軸向應(yīng)力分析

腐蝕前的完好管道軸向應(yīng)力分布較均勻，但是腐蝕后的管道在腐蝕區(qū)域出現(xiàn)了很明顯的軸向應(yīng)力集中現(xiàn)象，本次研究案例腐蝕后管道軸向應(yīng)力增大近1.8倍，而這種應(yīng)力集中問題在修復(fù)后得到了極大的緩解，僅增加了3％左右。

綜上所述，套筒補(bǔ)強(qiáng)是修復(fù)架空管道的有效手段，套筒越長(zhǎng)補(bǔ)強(qiáng)效果越好，但同時(shí)會(huì)降低管道抵御地震波的能力。因此，架空管道的套筒修復(fù)有必要在維修前進(jìn)行有限元抗震性能分析，最大限度的保障管道的安全運(yùn)行。

祝愨智編輯自《油氣儲(chǔ)運(yùn)》2015年11期“含點(diǎn)蝕缺陷輸油管道修復(fù)前后的抗震性能”

（原作者管友海等）