周震巖 王小偉 康凱 薄永澤 王強

摘要：管道作為天然氣運輸?shù)闹饕绞?，在我國石油和天然氣行業(yè)中又越來越廣泛，因此一旦管道發(fā)生破壞，就會造成嚴重的后果。在實際應用過程中，需要加強對輸氣管道的應力研究分析。針對管道所需要經(jīng)過的人口密集區(qū)，隧道、障礙物等特位，應當加強其安全檢測，才能夠有效提高數(shù)據(jù)管道的安全性，因此需要重點對輸氣管道特殊管段的應力分析和安全性研究。

關(guān)鍵詞：輸氣管道;特殊管段;應力分析

輸氣管道通常情況下是運送液體、氣體的密封設(shè)備，在使用過程中需要承載一定的壓力，因此對輸氣管道的安全性提出了更高的要求。合理分析輸氣管道的應力分析和選擇合適的設(shè)計方法非常重要。在確保輸氣管道的正常使用的前提下，在最大程度上實現(xiàn)輸氣管道的經(jīng)濟目標。我國根據(jù)輸氣管道的使用情況，出臺了相關(guān)標準以及技術(shù)要求等。不斷對輸氣管道進行改進，使輸氣管道的設(shè)計，制造，檢驗以及使用等環(huán)節(jié)都能得到充分保障，實現(xiàn)了壓力輸氣管道的迅速發(fā)展。

1輸氣管道特殊管段應力分析及安全性研究概述

管道應力分析是對管道的力學進行計算和評價，通過管道應力分析能夠有效了解到管道的內(nèi)力、位移和應力的物理學量，通過相應的評價工作，能夠得出管道在運行過程中是否處于安全運行狀態(tài)。因此管道應力分析是管道設(shè)計的重要環(huán)節(jié)，通過管道應力分析，不僅可以提高管道設(shè)計的可靠性，而且還能夠提高管道的安全性，降低其造價成本。

管道在運行過程中所受到的荷載較多，不同的荷載會對管道產(chǎn)生不同的影響，因此在實際運營過程中，需要采用不同的方法進行分析，根據(jù)荷載的變化特點通常情況下應力分析可以分為靜力分析和動力分析。荷載不會隨著時間發(fā)生變化或者發(fā)生較慢的現(xiàn)象稱之為靜力分析。荷載隨著時間變化而快速變化導致管道產(chǎn)生慣性力的分析為動力分析。經(jīng)理分析根據(jù)應力的特點，有多種的計算方法，常見的應力方法，包括壓力荷載下的強度進行壓力荷載和持續(xù)外載的強度計算，動力分析根據(jù)荷載特點分為沖擊振動、周期振動和隨機振動計算。

2應力分析的基本假設(shè)

在進行輸氣管道應力分析過程中需要加強對管道材料物理性質(zhì)以及構(gòu)成的研究，因此在實際運行過程中，相關(guān)的應力分析問題就會變得復雜化，需要提出相應的假設(shè)，才能夠?qū)崿F(xiàn)應力分析的準確性。

（1）管道的物質(zhì)結(jié)構(gòu)保持連續(xù)性。假設(shè)管道內(nèi)部完全有連續(xù)的介質(zhì)充滿沒有空隙，這樣在發(fā)生應力分析時能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)性。

（2）管道的彈性變形范圍為完全彈性。作用在管道外力撤除以后物體能夠恢復到原有的狀態(tài)，并且沒有發(fā)生任何變形，完全的彈性物體符合胡可定律，即應力與應變呈現(xiàn)出正比例關(guān)系。

（3）管道的物質(zhì)結(jié)構(gòu)是均勻性，由于整個管道是由相同材料構(gòu)成，因此在物體中的任何細小單元在方向上都是相同的，在進行應力分析時，不會隨著應力的變化而導致方向發(fā)生變化。

3有限元應力分析

傳統(tǒng)的輸氣管道設(shè)計方法是簡單計算得到薄膜應力或者彎曲應力，利用單一的許用應力來設(shè)計輸氣管道壁厚，這樣的做法能夠減少復雜的程序，但是在實際應用過程中會不符合實際生理情況。在輸氣管道的工作條件下，不僅會受到薄膜應力，還會受到彎曲應力，熱影力等影響，因此在實際輸氣管道的分析方法中，數(shù)值分析法是一種比較常見的方法。輸氣管道的應力分析主要包括：一次應力、二次應力以及峰值應力。一次應力是指在外荷載的基礎(chǔ)上，能夠滿足基本平衡條件的法向應力和剪應力。二次應力是指輸氣管道內(nèi)部部件與相鄰部件之間的結(jié)構(gòu)約束，自身結(jié)構(gòu)約束會引起法向應力和剪應力;峰值應力式輸氣管道內(nèi)部分結(jié)構(gòu)不連續(xù)或者局部熱應力集中在一起，從而引起一次應力與二次應力之和的應力增量，因此在實際應用過程中，峰值應力形成的過程中具有最高應力值。采用第三強度理論可以進行應力分析和應力分類，因此對輸氣管道內(nèi)進行應力分析時需要對第三強度理論進行細化研究。隨著有限元分析軟件的不斷發(fā)展，有限元分析軟件的功能也在不斷完善，有限元分析軟件已經(jīng)成為彈性應力分析的主要方式。利用等效線性化處理方法，可以使有限元分析軟件進行應力分析及評定，在實際計算過程當中，有限元分析軟件并不能直接得到應力的表達公式，因此在進行線性化時，應當通過對輸氣管道的應力點進行分析從而得出應力分布曲線，然后利用積分可以得出相應值，才能夠計算各項應力。

4提高輸氣管道特殊管段安全性的措施

4.1完善輸氣管道的安全管理制度

由于輸氣管道施工單位技術(shù)水平存在差異，因此需要對施工單位進行差別化的監(jiān)督管理，在進行輸氣管道建設(shè)過程中，要及時了解施工單位的技術(shù)水平，對承接項目工程的地理環(huán)境以及施工難點進行分析，及時掌握施工單位的質(zhì)量管理水平，并對施工單位進行差異化管理，才能夠?qū)崿F(xiàn)對輸氣管道安全管理的全面化，防止因為技術(shù)水平原因而導致輸氣管道出現(xiàn)安全風險事故，及時對施工單位的施工進度進行巡檢，對于輸氣管道的特殊管段要進行全程監(jiān)控，抓好質(zhì)量控制，從而實現(xiàn)輸氣管道的安全管理。

4.2提高輸氣管道的技術(shù)水平

需要對輸氣管道工程的方式不斷創(chuàng)新，在利用管道進行運輸?shù)耐瑫r，還需要拓展更為先進的運輸方式，在采用管道運輸過程中，需要定期對管道進行維修和排查，淘汰一些較為落后，使用時間過長的管道。不斷提高輸氣管道的研發(fā)力度，采用更為先進的管道材質(zhì)來提高管道運輸材料的耐用性和防腐性。另外，還需要提高工作人員的技術(shù)水平，注重培養(yǎng)專業(yè)性技術(shù)人才，為油氣儲運工程建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

5結(jié)束語

隨著我國科學技術(shù)的不斷發(fā)展，對輸氣管道的設(shè)計方法提出了更高的要求，不同的設(shè)計方法能夠?qū)崿F(xiàn)輸氣管道的不同作用。因此，在實際使用過程中選擇合適的設(shè)計方法非常重要。不斷改善設(shè)計方法，能夠有效提高輸氣管道的安全性和有效性。另外，對輸氣管道的設(shè)計方法進行評價，可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計方法中所存在的問題，進而提出相應的解決措施，能夠有效提高輸氣管道的發(fā)展。

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