海底管道剩余強(qiáng)度與壽命評(píng)價(jià)方法研究.pdf

1、海底輸油管道作為一種輸送石油的重要工具,它將海上油田整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程緊密的聯(lián)系起來(lái),形成了縱橫交錯(cuò)的海底管道輸油網(wǎng)。管道一旦發(fā)生失效將會(huì)對(duì)海洋環(huán)境、操作人員造成巨大的傷害,甚至?xí)a(chǎn)生嚴(yán)重的社會(huì)影響。因此,對(duì)海底管道剩余強(qiáng)度和剩余壽命評(píng)價(jià)方法進(jìn)行深入的研究,對(duì)保證海底輸油管道正常運(yùn)行,降低管道事故發(fā)生的幾率,具有重要的理論和實(shí)際意義。
　　管道失效包括腐蝕損傷與振動(dòng)疲勞兩個(gè)方面。目前,雖然關(guān)于管道腐蝕、振動(dòng)對(duì)管道剩余壽命作用的研究已趨成

2、熟,但沒(méi)有考慮兩者聯(lián)合作用對(duì)管道剩余壽命的影響。本文在查閱了大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,提出了一種評(píng)估腐蝕與振動(dòng)聯(lián)合作用時(shí)剩余壽命的新方法。本文研究?jī)?nèi)容與研究成果如下:
　　(1)提出海底管道剩余壽命預(yù)測(cè)模型。根據(jù)海底管道內(nèi)、外部缺陷類型及缺陷對(duì)管道剩余強(qiáng)度及壽命的影響,基于靜強(qiáng)度失效準(zhǔn)則和應(yīng)力累積損傷失效準(zhǔn)則,提出海底管道存在腐蝕狀態(tài)下的腐蝕損傷剩余壽命預(yù)測(cè)模型和存在懸空狀態(tài)下的振動(dòng)疲勞剩余壽命預(yù)測(cè)模型,為管段和管線剩余壽命的評(píng)估奠定基礎(chǔ)

3、。
　　(2)提出海底腐蝕管道剩余強(qiáng)度計(jì)算方法和剩余壽命評(píng)估方法。對(duì)海底管道內(nèi)部缺陷采用應(yīng)力集中系數(shù)法、外部缺陷采用有限元法進(jìn)行管道各向應(yīng)力的計(jì)算,以材料第四強(qiáng)度理論與可靠性理論為基礎(chǔ),推導(dǎo)出腐蝕損傷管道的剩余強(qiáng)度計(jì)算公式和剩余壽命評(píng)估公式。
　　(3)提出海底懸空管道振動(dòng)疲勞剩余壽命預(yù)測(cè)方法。采用改進(jìn)的vander Pol尾流振子模型對(duì)懸空管道尾流進(jìn)行描述,推導(dǎo)出外部流體與管道相互作用的耦合振動(dòng)微分方程,并求解出管道渦激振

4、動(dòng)應(yīng)力幅值,以Miner線性損傷理論與可靠性理論為基礎(chǔ),推導(dǎo)出懸空管道振動(dòng)疲勞剩余壽命評(píng)估公式。
　　(4)開(kāi)發(fā)海底管道強(qiáng)度分析與壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng)。在Windows7平臺(tái)上基于Visual Studio2010軟件開(kāi)發(fā)出海底管道強(qiáng)度分析與壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng)(OPSALPS),該系統(tǒng)具有海底管道(缺陷)建模、管道缺陷發(fā)展趨勢(shì)、管道強(qiáng)度分析、管道壽命預(yù)測(cè)、輔助功能等功能模塊,能夠完成外部缺陷、內(nèi)部缺陷對(duì)海底管道強(qiáng)度與壽命的影響分析,并能預(yù)測(cè)缺陷