在役輸氣管道受荷載作用下的安全性研究

摘 要：近幾年隨著城市化的推進和發(fā)展，促進了眾多輸氣管道工程項目的開展與建設。與此同時由于地面建設施工、占壓、交通等原因嚴重威脅埋地在役管道的安全運行。文章就荷載作用下在役輸氣管道的安全性進行研究，選取工程項目中的某一特定荷載進行分析，提出合理的安全建議措施。

關鍵詞：管道；荷載；安全性

在日常的生產(chǎn)與生活中，埋地輸氣管道不同程度的受到交通道路、工程施工和物體占壓的影響。近幾年，更是由于管道泄漏發(fā)生的重大安全事故越來越引起人們對管道工程安全性的重視。為了保證埋地輸氣管道的安全運營，保護管道沿線人民的生命、財產(chǎn)安全。文章從力學的角度出發(fā)，結(jié)合安全學科就埋地輸氣管道的安全性進行研究，提出相應的安全保障措施，從而促進管道安全運營管理。

目前埋地管道受荷載作用下而發(fā)生變形的研究已取得較多的成果，特別是在管道的橫向受力變形特性計算方面[1-4]。文章主要針對外力瞬時沖擊荷載作用下，對在役埋地輸氣管道的應變情況和安全性進行分析，并利用有限元軟件對在役埋地輸氣管道的受力情況進行模擬分析，從而提出適宜的安全對策措施。

1 主要參數(shù)設置

1.1 管道參數(shù)

文章的在役輸氣管道設計壓力為7.50MPa，管道規(guī)格為φ813× 11.9 L485鋼管，在役管道主要參數(shù)見表1。

1.2 土體性質(zhì)參數(shù)

文章依據(jù)相關的工程材料數(shù)據(jù)并參照相關文獻進行綜合分析[5-7]，對土體性質(zhì)的相關參數(shù)進行設定，見表2。

2 模型建立與模擬

文章運用ANSYS有限元軟件對在役埋地輸氣管道進行實體建模。在此基礎上，假定不考慮在役埋地管道的總長度，以平面應變方式進行單元模擬。根據(jù)總體結(jié)構(gòu)的對稱特性，取其中的二分之一建立埋地輸氣管道的截面模型見圖1。

2.1 幾何建模

在ANSYS中的幾何建模方式有自下向上建模和自上向下建模兩種方式[8]。文章運用自下向上方式進行建模。根據(jù)上述表格首先創(chuàng)建了關鍵點，然后依次根據(jù)關鍵點創(chuàng)建線，根據(jù)邊界定義條件建立埋地管道的幾何模型。

2.2 網(wǎng)格劃分[9]

使用ANSYS軟件中手動尺寸控制功能，針對土體模型分別進行相關的設置，根據(jù)需要選擇埋地管道的網(wǎng)格尺寸，針對模型進行網(wǎng)格劃分。

2.3 施加約束和載荷

根據(jù)工程項目的實際情況，為了防止模型的求解失敗，需要在空間上對模型施加自由度約束來保證計算結(jié)果的準確性[10]。

2.4 瞬時數(shù)值模擬

在數(shù)值模擬過程中，對埋地輸氣管道所受到的瞬時荷載進行模擬分析。在不同時間點截取模擬圖形，可以得出在役埋地輸氣管道的右側(cè)首先受到荷載的沖擊作用。隨著沖擊載荷的不斷作用，埋地輸氣管道的有效應力迅速遍布整個管道。其中圖2截選時間為849.99us時，埋地輸氣管道上產(chǎn)生的有效應力圖，有效應力為159.7MPa。

3 安全性分析

由上述截選的圖可得，輸氣管道受到的在t=849.99us時的有效應力小于輸氣管道的屈服強度485MPa，輸氣管道未發(fā)生塑性變形，此時刻的沖擊荷載對在役埋地輸氣管道基本無損傷。但在分析中發(fā)現(xiàn)，管道受力較大部位在其兩端，即管道不排除疲勞損傷等危害。因此，在日常的生產(chǎn)和生活中，應盡量使埋地管道與交通道路、工程施工等處于安全允許距離范圍內(nèi)，定期對管道的可靠性進行安全特性檢查，保證在役埋地管道的安全運行。

參考文獻

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[10]孫超.ANSYS軟件在非開挖鋪設給排水管道中的應用研究[D].成都：西南交通大學，2004.

作者簡介：蘆媛（1991-），女，新疆人，碩士研究生，主要研究方向為石油安全技術及工程。