一种油气管道强力组对最小未回填长度的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种油气管道强力组对最小未回填长度的计算方法，该方法包括采用ANSYS软件建立油气管道有限元模型，并使用有限元方法，对影响管道强力组对的土壤参数和连头强力组对的方向分别进行分析计算，得到对管道应力状态最不利条件作为计算工况；并对连头强力组对的两侧预留未回填管段长度比例进行分析计算，得到能够最大发挥预留未回填管段作用的条件的作为计算工况，最终计算得出管道在不同管道夹角条件下强力组对最小单侧未回填长度L。本发明专利技术的有益效果为：进一步完善了与焊接施工相关的标准和管理规定，并在管道焊接施工过程中给出了更加合理有利的参考建议。

A Method for Calculating Minimum Unbackfilled Length of Strong Group of Oil and Gas Pipeline

The invention discloses a method for calculating the minimum backfilling length of oil and gas pipeline strength group. The method includes using ANSYS software to establish the finite element model of oil and gas pipeline, and using the finite element method to analyze and calculate the soil parameters affecting the strength group pair of pipeline and the direction of the strength group pair of connecting ends respectively, obtaining the most disadvantageous condition for the stress state of pipeline as the calculation condition. By analyzing and calculating the length ratio of the reserved non-backfilling section on both sides of the joint strength group pair, the condition that the reserved non-backfilling section can play the role of reserved non-backfilling section is obtained as the calculating condition. Finally, the minimum unilateral non-backfilling length L of the joint strength group pair under different pipeline angle conditions is calculated. The beneficial effect of the invention is that the standards and management regulations related to welding construction are further improved, and more reasonable and advantageous reference suggestions are given in the process of pipeline welding construction.

【技术实现步骤摘要】
一种油气管道强力组对最小未回填长度的计算方法
本专利技术涉及油气管道施工
，具体而言，涉及一种油气管道强力组对最小未回填长度的计算方法。
技术介绍
长输管道的线路焊接施工，大多是在一个作业机组内采用流水作业的方式进行的，即每一根新钢管顺序连接在已完成的管线上，前一道焊口完成根部焊接进行热焊的同时，下一道焊口开始管口组对，环焊缝的每层焊道分别由不同的焊工一次完成，长输管道线路施工中一般同时有若干个作业机组在工作。工程后期，将各个作业机组完成的管线连接起来就形成了最终的长输管道。像这样进行管线封闭连接是中长距离管道施工过程中必不可少的环节。管线封闭连接的最后一道或两道焊口称为连头口(tie-in)，俗称碰死口。此外，还有一种不能参与管道试压的连头口，多出现在新老管道连接处，或先管道试压、清洗再安装的管道连接、仪表灯位置，称为金口(goldenjoint)。如上所述管道建设过程中，连头位置处的两侧管道经常存在一定的夹角，管道不能平直对接在一起。处理这种工况时，通常在连头处预留一定长度的未回填管段，通过强力组对(即借助外力)将两侧管口对接并焊接在一起。这种处理方式，虽然将管道焊接起来，但是在管道上和焊缝位置处产生了附加应力，导致管道应力处于不利状态。我国的环焊接头质量控制标准多采标于美国API、ASME标准，环焊接头质量验收指标是采标引用或来自实际经验，对其理论基础了解不够，对焊接缺陷的验收缺乏理论基础。以往曾对管道建设中的焊接方法、低温施工环境等因素有过考虑，但对钢管冶金成分、焊接工艺措施、现场存在的强力组对等考虑较少，相应的管理措施操作性不强，质量管理人员不能明确、清晰地了解焊接施工质量控制关键点。另外，《油气长输管道工程施工及验收规范》(GB50369-2014)中第12.2.5条规定“下沟管道的端部，应预留出50倍管径且不小于30m管段暂不回填”，《油气管道工程线路工程施工技术规范》(Q/SYGJX131-2012)中第15.2.14条规定“回填至连头点时，应留有未填土管段，预留未填土管段的长度应依据管径等因素确定，但最小不宜小于3根～6根管的长度”。上述两个关于管道的预留未回填常长度的现有标准规范中，虽对未填埋管段长度分别给出了统一的要求，但没有考虑连头处的管道夹角、具体管道规格(外径、壁厚、钢级等)等因素的影响，并不能满足精细化施工的要求。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种油气管道强力组对最小未回填长度的计算方法，通过分析连接头组对对环焊接头安全性的影响，计算出管道两侧应预留的最小未回填长度，进一步完善与焊接施工相关的标准和管理规定，并提出有利的施工建议。本专利技术提供了一种油气管道强力组对最小未回填长度的计算方法，该方法包括以下步骤：步骤101：建立油气管道有限元模型；步骤102：采用有限元方法，分析计算土体类型与管道应力的关系，选取对管道应力最大的土体类型作为计算工况；步骤103：采用有限元方法，分析计算强力组对的方向与管道应力的关系，选取对管道应力最大的方向作为计算工况；步骤104：采用有限元方法，分析计算强力组对的两侧预留未回填管段长度之比对管道应力的影响，选取对管道应力最小的长度之比作为计算工况；步骤105：采用有限元方法，计算管道在不同管道夹角条件下强力组对的最小单侧未回填长度L和位移量δ。作为本专利技术进一步的改进，本方法采用ANSYS软件进行分析和计算作为本专利技术进一步的改进，步骤101中，建立油气管道有限元模型时，采用施加位移载荷的方式，模拟管道强力组对后的管道变形。作为本专利技术进一步的改进，步骤101中，油气管道有限元模型参数包括：管道及运行参数和土体参数。作为本专利技术进一步的改进，步骤102中，采用密实粘土作为计算工况。作为本专利技术进一步的改进，步骤103中，选取水平方向作为计算工况。作为本专利技术进一步的改进，步骤104中，选取强力组对的两侧未回填管段的长度之比为1作为计算工况。作为本专利技术进一步的改进，步骤105中，所述管道夹角为1°～5°。本专利技术的有益效果为：通过使用有限元方法，对影响管道强力组对的土壤参数和连头强力组对方向分别进行分析计算，得到对管道应力状态最不利条件作为计算工况；并对连头强力组对两侧预留未回填管段长度比例进行分析计算，得到能够最大发挥预留未回填管段作用的条件的作为计算工况，最终计算得出管道在不同管道夹角条件下强力组对最小单侧未回填长度L，进一步完善了与焊接施工相关的标准和管理规定，并在管道焊接施工过程中给出了更加合理有利的参考建议。附图说明图1为本专利技术实施例所述的一种油气管道强力组对最小未回填长度的计算方法的有限元模型图；图2为图1的局部放大图；图3为本专利技术实施例所述的一种油气管道强力组对最小未回填长度的计算方法的流程图。图中，1、管道；2、土弹簧。具体实施方式下面通过具体的实施例并结合附图对本专利技术做进一步的详细描述。如图1-3所示，本专利技术实施例所述的一种油气管道强力组对最小未回填长度的计算方法，该计算方法包括以下步骤：。步骤101：建立油气管道有限元模型；步骤102：采用有限元方法，分析计算土体类型与管道应力的关系，选取对管道应力最大的土体类型作为计算工况；步骤103：采用有限元方法，分析计算强力组对的方向与管道应力的关系，选取对管道应力最大的方向作为计算工况；步骤104：采用有限元方法，分析计算强力组对的两侧预留未回填管段长度之比对管道应力的影响，选取对管道应力最小的长度之比作为计算工况；步骤105：采用有限元方法，计算管道在不同管道夹角条件下强力组对的最小单侧未回填长度L和位移量δ。本计算方法中从步骤101到步骤105均采用ANSYS软件进行分析和计算。进一步的，步骤101中，有限元模型如图1所示，管道1(PIPE20，管单元)受到土弹簧2(COMBIN39，弹簧单元)的作用发生形变，即采用施加位移载荷的方式，模拟管道强力组对后的管道变形，进而模拟计算强力组对的管道应力。在计算时，管道应力在弹性范围内，采用弹性材料模拟；已回填处的管道受到土体约束作用，采用非线性土弹簧模拟；未回填管段两侧各建300m长度的管道模型，以模拟埋地管道对强力组对管段的约束作用；模型两端施加刚性固定；通过施加位移载荷的方式模拟管道的位错量和对接角度。进一步的，步骤101中，油气管道有限元模型参数包括：管道及运行参数和土体参数。管材及运行参数如表1所示。表1名称单位数值管道直径mm1422/1219/1016/813壁厚mm21.4/18.4/12.8/9.5管材X80/X80/X80/X70最小屈服强度MPa555/555/555/485设计压力MPa12/12/10/8温差(运行温度-安装温度)℃60杨氏模量MPa2.06×108泊松比0.3热膨胀系数mm/℃1.2×10-5土体参数采用密实砂土和密实粘土两种典型的土壤参数进行计算。密实砂土土壤参数如表2所示。参数符号单位数值土壤类型′/中密粘土土壤容重γkN/m316摩擦角φ°25土的粘聚力ckN/m20管道与土壤的作用系数f/0.6密实粘土土壤参数如表3所示。表3参数符号单位数值土壤类型//中密粘土土壤容重νkN/m318摩擦角φ°20土的粘聚力ckN/m210管道与土壤的作用系数f/0.6进一步的，步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种油气管道强力组对最小未回填长度的计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤101：建立油气管道有限元模型；步骤102：采用有限元方法，分析计算土体类型与管道应力的关系，选取对管道应力最大的土体类型作为计算工况；步骤103：采用有限元方法，分析计算强力组对的方向与管道应力的关系，选取对管道应力最大的方向作为计算工况；步骤104：采用有限元方法，分析计算强力组对的两侧预留未回填管段长度之比对管道应力的影响，选取对管道应力最小的长度之比作为计算工况；步骤105：采用有限元方法，计算管道在不同管道夹角条件下强力组对的最小单侧未回填长度L和位移量δ。

【技术特征摘要】
1.一种油气管道强力组对最小未回填长度的计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤101：建立油气管道有限元模型；步骤102：采用有限元方法，分析计算土体类型与管道应力的关系，选取对管道应力最大的土体类型作为计算工况；步骤103：采用有限元方法，分析计算强力组对的方向与管道应力的关系，选取对管道应力最大的方向作为计算工况；步骤104：采用有限元方法，分析计算强力组对的两侧预留未回填管段长度之比对管道应力的影响，选取对管道应力最小的长度之比作为计算工况；步骤105：采用有限元方法，计算管道在不同管道夹角条件下强力组对的最小单侧未回填长度L和位移量δ。2.根据权利要求1所述的一种油气管道强力组对最小未回填长度的计算方法，其特征在于：采用ANSYS软件进行分析和计算。3.根据权利要求1所述的一种油气管道强力组对最小未回填长度的计算方法，其特征在于：步...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉卿，张振永，余志峰，时效众，隋永莉，闫臣，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油管道局工程有限公司，中国石油管道局工程有限公司设计分公司，
类型：发明
国别省市：北京,11