油气输送管道焊缝复合缺陷分析及评价

论文摘要

焊缝缺陷是引起油气管道失效的重要因素。特别是服役时间较长的在役管道,受当时冶金、制管、焊接、检测等能力的限制,管道中存在大量的焊接缺陷,如裂纹、错边、未焊透、噘嘴、夹渣等。随着服役时间的延长,焊缝开裂和泄漏事故频发,造成人员伤亡、环境污染、停工停产等恶劣后果。为了保证老管道的继续安全使用,必须定期对管道中存在的焊缝缺陷进行检测分析和安全评估工作。目前,单个焊接缺陷的评估技术已发展的较为完善,但对于复合缺陷的评估,开展的研究工作还相对较少。本文对油气长输管道常见焊接缺陷的形成原因进行了分析,研究了错边与噘嘴引起的管道应力变化情况。利用断裂力学理论,分析了“裂纹+错边”与“裂纹+噘嘴”两种复合缺陷的断裂理论模型。基于API579《Fitness-for-service》适用性评价规范,采用权函数方法,并结合有限元分析技术建立了“裂纹+错边”与“裂纹+噘嘴”两种复合焊缝缺陷的应力强度因子计算模型,为复合焊缝缺陷的安全评价提供了重要的基础模型。本文为还对焊缝复合缺陷断裂参量进行了有限元分析,并给出了环焊缝“裂纹+错边”复与直焊缝“半椭圆形裂纹+噘嘴”两种复合缺陷应力强度因子的计算实例。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 创新点
• 第二章 输送管道的焊接缺陷分析
• 2.1 输送管道材料的焊接性
• 2.2 输送管道常见焊接缺陷
• 2.3 含缺陷管道的应力分析
• 2.3.1 管道受力情况
• 2.3.2 管道应力分析
• 2.4 管道缺陷的分布及简化
• 2.5 应力强度因子计算方法
• 2.6 含缺陷管道的安全评价方法
• 2.7 本章小结
• 第三章 焊缝复合缺陷“裂纹+错边”断裂理论模型
• 3.1 环焊缝“表面半椭圆形裂纹+错边”复合缺陷
• 3.1.1 应力强度因子
• 3.1.2 计算结果分析
• 3.2 环焊缝“360°表面裂纹+错边”复合缺陷
• 3.2.1 应力强度因子
• 3.2.2 计算结果分析
• 3.3 直焊缝“表面半椭圆形裂纹+错边”复合缺陷
• 3.3.1 应力强度因子
• 3.3.2 计算结果分析
• 3.4 螺旋焊缝“表面半椭圆形裂纹+错边”复合缺陷
• 3.4.1 受力分析
• 3.4.2 应力强度因子
• 3.5 本章小结
• 第四章 焊缝“裂纹+噘嘴”复合缺陷的断裂理论模型
• 4.1 环焊缝“半椭圆形裂纹+噘嘴”复合缺陷
• 4.1.1 应力强度因子
• 4.1.2 计算结果分析
• 4.2 环焊缝“360°表面裂纹+噘嘴”复合缺陷
• 4.2.1 应力强度因子
• 4.2.2 计算结果分析
• 4.3 直焊缝“半椭圆形裂纹+噘嘴”复合缺陷
• 4.3.1 应力强度因子
• 4.3.2 计算结果分析
• 4.4 螺旋焊缝“半椭圆形裂纹+噘嘴”复合缺陷
• 4.4.1 应力强度因子
• 4.4.2 计算结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 焊缝复合缺陷断裂参量有限元分析
• 5.1 计算方法简介
• 5.2 算例几何尺寸及基本参数
• 5.2.1 环焊缝“裂纹+错边”复合缺陷
• 5.2.2 直焊缝“半椭圆形裂纹+噘嘴”复合缺陷
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 附录 辉缝复合缺陷应力强度因子公式
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 详细摘要