石油天然氣管道服役時(shí)間比較長(zhǎng)，普遍存在腐蝕性體積缺陷，以及第三方破壞、地質(zhì)災(zāi)害和誤操作等因素造成的損傷[1]。為保障管道的安全運(yùn)行，避免管體腐蝕所導(dǎo)致的爆裂、泄漏事故，確定是否需要立即停產(chǎn)檢修更換管段，或因生產(chǎn)繁忙暫時(shí)不能停產(chǎn)而采取降壓運(yùn)行，需要及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷并評(píng)估其安全可靠性。鑒于含缺陷管道的極限應(yīng)力分析比較復(fù)雜，本文試用有限元法分析某一天然氣管道的極限強(qiáng)度及安全狀況，并與有關(guān)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對(duì)比。

　　1 管道極限載荷的有限元分析

　　本文研究對(duì)象為一含硫天然氣輸送管道的彎管段，管道材質(zhì)為20＃鋼，工作溫度為常溫，工作壓力0.05MPa，最小屈服強(qiáng)度3 13.95MP，管材的裂紋尖端張開位移(CTOD)值&=0.068mm，焊縫系數(shù)為0.8 。該管段在內(nèi)部介質(zhì)作用下，出現(xiàn)比較嚴(yán)重的腐蝕和減薄現(xiàn)象，最大蝕坑深度為3.8mm，最大縱向投影長(zhǎng)度6mm，環(huán)向腐蝕長(zhǎng)度120mm，利用有限元法分析其極限承載情況如下:

　　( 1 )有限元模型。管段的有限元單元模型如圖1 所示，共劃分1969個(gè)單元，4450個(gè)節(jié)點(diǎn)。

　　( 2 )材料的本構(gòu)模型。材料的本構(gòu)模型 (應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系)用雙線性表示。經(jīng)計(jì)算分析。材料的塑性極限許用應(yīng)力值為294MPa。

　　( 3) 彎管的彈塑性分析。當(dāng)內(nèi)壓增大到6MPa時(shí)， 管道內(nèi)彎處局部材料開始進(jìn)人屈服狀態(tài)， 但其屈服區(qū)域較小。此時(shí)屈服區(qū)域外圍未屈服的材料可限制屈服區(qū)域材料的變形， 隨載荷的增加， 管道不會(huì)無(wú)限制地變形， 因此管段還有進(jìn)一步承載的能力。

　　當(dāng)內(nèi)壓達(dá)到9.7MPa時(shí)，最大應(yīng)力處沿厚度方向整體屈服。由于屈服區(qū)域較大，此時(shí)隨載荷的增加，屈服區(qū)域外圍未屈服的材料已無(wú)法限制屈服區(qū)域中心部位的變形。因此管道此時(shí)已完全達(dá)到其塑性極限狀態(tài)，塑性極限內(nèi)壓為9.7MPa。

　　2 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)管道腐蝕缺陷的評(píng)價(jià)

　　SY/T6151-1995《 鋼質(zhì)管道管體腐蝕損傷評(píng)價(jià)方法》標(biāo)準(zhǔn)是在消化吸收ASME B3lG基礎(chǔ)上制訂的，考慮了環(huán)向腐蝕的影響，并將腐蝕區(qū)面積折算成當(dāng)量半裂紋長(zhǎng)，采用斷裂力學(xué)分別計(jì)算環(huán)向和軸向所能承受的 最大壓力值[2]。為便于對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)的使用，本文作者用 matlab軟件編制了與標(biāo)準(zhǔn)相配套的分析計(jì)算程序。將上述有關(guān)原始數(shù)據(jù)輸人程序，可直接求得該含缺陷管道的極限壓力為9.5MP，評(píng)定腐蝕類型為第2類，屬“ 管體腐蝕尚不很嚴(yán)重，能夠維持正常運(yùn)行”的情況。由此可知，標(biāo)準(zhǔn)SY/T6151-1995求得的極限壓力與有限元法求得的結(jié)果接近。

　　3 結(jié)語(yǔ)

　　有限元法是含缺陷管道極限應(yīng)力分析的有效手段，而SY/T6151-1995是一個(gè)比較實(shí)用的管道腐蝕損傷評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，利用本文編制的matlab軟件將有限元分析方法與該標(biāo)準(zhǔn)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，可有效地評(píng)價(jià)含缺陷管道的極限承載能力和安全運(yùn)行狀況。

　　參考文獻(xiàn):

　　[1]落紹華，管道完整性技術(shù)與管理 北京:中國(guó)石化出版社.2007.

　　[2]中國(guó)石油天然氣總公司.SY/T6151-1995《 鋼質(zhì)管道管體腐蝕損傷評(píng)價(jià)方法》[M]. 北京: 石油工業(yè)出版社，1995.