雙層壓力管道及其在線安全監(jiān)控技術(shù)研究.pdf

1、管道作為一種安全、經(jīng)濟(jì)、便捷、對(duì)環(huán)境影響小的運(yùn)輸方式，在石油、天然氣和煤漿等能源的運(yùn)輸中得以廣泛應(yīng)用，其安全性至關(guān)重要。傳統(tǒng)的泄漏檢測(cè)方法雖然一定程度上緩解了事故的發(fā)生，但其作為事后處理方法，沒有從根本上改變管道的安全性；而風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)雖然在國外管道安全上發(fā)揮了巨大的作用，但其是靠真實(shí)可靠的管道運(yùn)行參數(shù)支持下進(jìn)行的，在我國由于歷史等原因，多數(shù)管道存在運(yùn)行數(shù)據(jù)資料不全現(xiàn)象，因此目前在我國推廣該項(xiàng)技術(shù)還存在諸多困難。而雙層管正是管道在結(jié)構(gòu)上

2、的一次重大改進(jìn)，尤其適用于長輸油氣管道。其在安全性、可靠性、抗爆抑爆、實(shí)時(shí)監(jiān)控、定期檢測(cè)等方面有著單層管無法比擬的優(yōu)勢(shì)。本文在教育部高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金“承壓設(shè)備強(qiáng)度數(shù)值模擬關(guān)鍵技術(shù)研究”(資助號(hào)：20010335032)、“教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃”和橫向項(xiàng)目“雙層大型壓力管道及其在線安全狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)研究”的資助下，對(duì)雙層管的制造、使用、設(shè)計(jì)和安全監(jiān)控等相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了一系列的研究。主要研究成果有： 1.根據(jù)彈塑性

3、理論，分析了雙層管液壓脹合過程中內(nèi)外管的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，得到了脹合液壓力與殘余接觸壓力的關(guān)系表達(dá)式、脹合液壓力與層間接觸壓力的關(guān)系表達(dá)式以及脹合液壓力的工作范圍，提出了雙層管能夠?qū)崿F(xiàn)液壓脹合的判據(jù)準(zhǔn)則，即內(nèi)外管的材料性能參數(shù)及幾何尺寸必須滿足的條件。計(jì)算公式物理意義明確，對(duì)內(nèi)外管壁厚沒有嚴(yán)格的限制，既適用于內(nèi)外管為薄壁的情況，也適用于內(nèi)外管為厚壁的情況。 2.提出了適用于雙層管液壓脹合的當(dāng)量屈服強(qiáng)度概念，給出了液壓脹合時(shí)內(nèi)層管與外

4、層管接觸時(shí)的應(yīng)變對(duì)應(yīng)某一應(yīng)力值確定材料當(dāng)量屈服強(qiáng)度的方法。該方法不需要測(cè)定材料的真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線，僅需知道材料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率等幾個(gè)必要參數(shù)，簡(jiǎn)單易行，能很好地將材料的應(yīng)變強(qiáng)化現(xiàn)象考慮在內(nèi)。試驗(yàn)研究及有限元數(shù)值模擬均表明，將內(nèi)層管材料的真實(shí)屈服強(qiáng)度以當(dāng)量屈服強(qiáng)度代替進(jìn)行的理論分析，可使計(jì)算結(jié)果精度大大提高。 3.在國內(nèi)外液壓脹合裝置研究成果的基礎(chǔ)上，開發(fā)出一套適用于大尺寸、高壓力場(chǎng)合的雙層管液壓脹合生產(chǎn)裝置。該裝置采

5、用多根螺栓結(jié)構(gòu)，不但解決了軸向力過于集中的問題，還使得操作方便，提高了工作效率；借鑒唇形密封圈依靠兩側(cè)唇形變形實(shí)現(xiàn)自緊密封的基礎(chǔ)上，自行設(shè)計(jì)了Y形密封圈，增加了徑向自緊式密封的功能，使原來兩個(gè)密封面變成三個(gè)密封面，具有較大的徑向彈性變形能力和回彈能力，徑向變形達(dá)11mm。 4.雙層管的安全監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)雙層管的層間氣體壓力的實(shí)時(shí)采集任務(wù)，并具有在線報(bào)警及實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，操作簡(jiǎn)便?？蓪?shí)時(shí)顯示各通道壓力的變化，起到實(shí)時(shí)監(jiān)控的作用