大直徑天然氣管道焊接支管三通連接補(bǔ)強(qiáng)分析

陳志立

摘 要：隨著石油工業(yè)的不斷發(fā)展，長(zhǎng)輸管道已成為石油天然氣運(yùn)輸?shù)闹匾绞?。大直徑的管道時(shí)有運(yùn)用，在較大的管內(nèi)壓作用下，管道的接頭處往往成為了受力較復(fù)雜的部位，極有可能造成局部破裂，而發(fā)生大面積泄露，這給管道安全運(yùn)行帶來(lái)了極大的危害。文章結(jié)合巴西GASCAV天然氣管道項(xiàng)目，對(duì)天然氣管道TEE連接的方案進(jìn)行比選并對(duì)其力學(xué)性能采用有限元的分析方法展開(kāi)較深入的分析。

關(guān)鍵詞：大直徑天然氣管道；三通連接補(bǔ)強(qiáng)；有限元的分析

1 工程背景

巴西GASCAV天然氣管道采用直徑為28″，壁厚為15.88mm的主管，設(shè)計(jì)壓力為10Mpa，在壓縮機(jī)站場(chǎng)內(nèi)有多處TEE型連接。如果直接采用焊接管段的方法，經(jīng)按規(guī)范公式及三維有限元計(jì)算機(jī)防真計(jì)算，在其連接部位出現(xiàn)多處強(qiáng)度不足部位，必須采取加強(qiáng)措施。

2 方案比選

通常情況下，可采用的加強(qiáng)方法有以下幾種：等徑三通、異徑三通、插入加強(qiáng)管接頭、局部補(bǔ)強(qiáng)、整體補(bǔ)強(qiáng)等方案、近年來(lái)出現(xiàn)的較新的補(bǔ)強(qiáng)方法有碳纖維復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)。

其優(yōu)缺點(diǎn)歸納如下：

本工程采用的是整體補(bǔ)強(qiáng)的方案，主要是考慮市場(chǎng)上沒(méi)有28″管徑的TEE型接頭，如果定做時(shí)間周期太長(zhǎng)。在工期要求非常緊的情況下，考慮到施工單位有能力現(xiàn)場(chǎng)制作補(bǔ)強(qiáng)TEE接頭，選擇了質(zhì)量可靠的整體補(bǔ)強(qiáng)的方案，如圖1所示。

3 計(jì)算分析

文章對(duì)整體補(bǔ)強(qiáng)三通受力采用有限元計(jì)算機(jī)仿真模擬。

計(jì)算軟件采用國(guó)際通用有限元分析軟件ANSYS10.0

問(wèn)題描述：本工程TEE型連接，設(shè)計(jì)內(nèi)壓為10MPa，管材為Y70，屈服強(qiáng)度為482MPa。物力及幾何參數(shù)分別如下：

選擇主管徑為711.2mm，支管為354.74mm，經(jīng)整體補(bǔ)強(qiáng)后的幾何模型如圖2所示； 鋼材的物理力學(xué)本構(gòu)參數(shù)輸入如圖3。

計(jì)算結(jié)果分析：

未經(jīng)補(bǔ)強(qiáng)時(shí)TEE接頭部位出現(xiàn)應(yīng)力較集中的部位在TEE肩部?jī)?nèi)側(cè)，最高應(yīng)力達(dá)到357MPa，如圖4所示，超過(guò)了材料考慮安全系數(shù)后的屈服強(qiáng)度。

經(jīng)過(guò)整體補(bǔ)強(qiáng)后，最高應(yīng)力下降到289MPa，如圖5所示，小于考慮安全系數(shù)后的屈服強(qiáng)度，應(yīng)力值下降了約19%，效果非常明顯。

完工后的TEE連接如圖6所示，經(jīng)實(shí)踐運(yùn)行，此做法安全可靠，運(yùn)行正常。