陜京輸氣管線工程中三通封堵結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及安全性評定研究.pdf

1、石油天然氣管道封堵技術(shù)是管道泄露維修、改線工作中一項必不可少的且十分重要的技術(shù)，其中三通封堵結(jié)構(gòu)是管道封堵技術(shù)中的關(guān)鍵部件，因為它最終要與管線長期共存，如果它出現(xiàn)問題，后果將不堪設(shè)想。對于三通封堵結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作，我國的相關(guān)單位在得不到國外保密技術(shù)資料的情況下，僅憑經(jīng)驗設(shè)計，缺乏足夠的理論依據(jù)，還未對其結(jié)構(gòu)設(shè)計及強(qiáng)度評定等進(jìn)行深入探討。另外，封堵器三通的焊接安裝是在管線不停輸情況下進(jìn)行的特殊焊接，為保證焊接質(zhì)量必須制訂嚴(yán)格的焊接工藝。因此

2、為推進(jìn)和完善我國的封堵技術(shù)，本項目的研究具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。本研究的主要工作和成果有以下幾個方面： (1)、采用華脫爾斯彈性應(yīng)力分析法設(shè)計三通封堵結(jié)構(gòu)的法蘭，由于此法蘭需經(jīng)特殊改制(開卡環(huán)槽)，并且工況特殊，所以設(shè)計時采用了較低的應(yīng)力水平。 (2)、應(yīng)用ANSYS大型有限元分析軟件，建立了三通封堵結(jié)構(gòu)的法蘭與卡環(huán)的三維接觸應(yīng)力分析有限元模型，采用線性強(qiáng)化的彈塑性材料本構(gòu)關(guān)系，有效地模擬了實(shí)際承載工況和應(yīng)力-

3、應(yīng)變場的變化趨勢。 (3)、為了得到開槽的最佳位置，采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計思想，分別選擇8個不同開槽位置，進(jìn)行了詳細(xì)的有限元數(shù)值計算分析。其具體思路是，首先根據(jù)結(jié)構(gòu)的對稱性選取4個準(zhǔn)危險截面，并將連接結(jié)構(gòu)危險截面的最短連線定義為應(yīng)力分類線，將作用在危險截面上的應(yīng)力分量分別沿應(yīng)力分類線進(jìn)行均勻化和當(dāng)量線性化處理，其次利用應(yīng)力分類方法將原應(yīng)力分量分解為：一次平均薄膜應(yīng)力、二次彎曲應(yīng)力和非線性峰值應(yīng)力，然后應(yīng)用第三強(qiáng)度理論進(jìn)行強(qiáng)度校核與評定

4、。 分析結(jié)果表明，8種情況下的法蘭均能滿足安全要求，最大VonMises應(yīng)力發(fā)生在卡環(huán)與法蘭接觸處，此現(xiàn)象為應(yīng)力集中所致，分布范圍極小，不會是法蘭失效的因素。法蘭環(huán)槽根處的應(yīng)力水平較高，螺栓孔周圍的應(yīng)力水平較低。在法蘭錐體與筒體交界處的應(yīng)力水平雖然也較高，但并不象傳統(tǒng)的華脫爾斯法確定的那樣，為此處附近的最大應(yīng)力，此附近的最大應(yīng)力位于錐體上，產(chǎn)生這種結(jié)果的原因是特殊載荷形式以及遠(yuǎn)離固定端致使彎矩較大引起的。 (4)、三通封