一种能够控制断裂行为的天然气管线及其延性断裂控制方法技术

一种能够控制断裂行为的天然气管线及其延性断裂控制方法，该天然气管线由相连通的i-1根运行管以及与第i-1根运行管相连通的一根止裂管构成的管线。根据排列组合的概率统计方法，得到扩展超过i-1根运行管的概率；根据超过i-1根运行管的概率Pni-1和高于钢管韧性要求值的运行管中不能止裂的概率Pc，得到在i-1根运行管内不能止裂的概率；根据止裂管的单管止裂概率Pb和在i-1根运行管内不能止裂的概率得到天然气管线止裂的概率；根据天然气管线止裂的概率对天然气管线的延性断裂进行控制。该天然气管线具有良好的安全性，其能够获取管线的止裂的概率和韧性要求，达到控制管线断裂行为的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种能够控制断裂行为的天然气管线及其延性断裂控制方法
本专利技术属于储运工程领域，具体涉及一种能够控制断裂行为的天然气管线及其延性断裂控制方法。
技术介绍
随着国民经济对天然气日益增长的迫切求，在高压、大输量的背景下，天然气输送管线在强度级别提高的同时，对韧性的要求也越来越高，再加上管线钢的服役环境非常恶劣，从而提高了产生裂纹的概率，因此对管线钢安全运行提出了更高的挑战和要求。在现有TMCP工艺下，通常采用细晶强化的方式来提高管线钢的韧性。而现有管线钢已经过了超细化晶粒的处理，继续采用细化晶粒来提高韧性的效果有限。除此之外加入一些合金元素如镍、铜、钼等，可提升材料的韧性，但合金元素的加入必然会引起材料成本的上升，同时对焊接工艺也提出了更高的要求。因此大量采用高强度、高韧性的钢管作为天然气管线的运行管具有成本高、经济性差、焊接难度大等缺点。传统方法通过改变材料成分、改进生产工艺，可提高钢管韧性的平均值、增加较高韧性钢管的比例、提高钢管的单管止裂概率，从而达到保障管线运行的安全的目的。但这种方法在保证钢管强度的同时也要提高钢管的韧性，需要用到大量高韧性的钢管，成本较高，经济性较差。除此之外，这种方法是以韧性高于规定值时钢管单管完全止裂的假设为前提，而管道的止裂概率实际上是要低于预期值，因此存在一定风险和隐患。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够控制断裂行为的天然气管线及其延性断裂控制方法，该天然气管线具有良好的安全性，其能够获取管线的止裂的概率和韧性要求，达到控制管线断裂行为的目的。为了达到上述目的，本专利技术能够控制断裂行为的天然气管线由相连通的i-1根运行管以及与第i-1根运行管相连通的一根止裂管构成的管线。一种基于所述的天然气管线的天然气管线延性断裂控制方法，包括以下步骤：1)根据排列组合的概率统计方法，得到扩展超过i-1根运行管的概率Pni-1，且Pni-1＝(i-1)pa(1-pa)i-1+(1-pa)i；其中，pa为运行管的单管止裂概率；i为运行管和止裂管的总数量；2)根据超过i-1根运行管的概率Pni-1和高于运行管材料韧性要求值的运行管中不能止裂的概率Pc，得到在i-1根运行管内不能止裂的概率Pni-1+Pc；3)根据止裂管的单管止裂概率Pb和在i-1根运行管内不能止裂的概率Pni-1+Pc得到天然气管线止裂的概率P＝1-(Pni-1+Pc)×(1-Pb+Pc)；4)根据天然气管线止裂的概率P＝1-(Pni-1+Pc)×(1-Pb+Pc)对天然气管线的延性断裂进行控制。所述的步骤1)中运行管的单管止裂概率pa是根据运行管材料的韧性分布得到的。所述的步骤1)中扩展超过i-1根运行管的概率Pni-1是采用以下方法得到的：根据排列组合的概率统计方法得到裂纹扩展至第i-1根运行管的概率为：Pi-1＝(i-1)(1-pa)(i-1)pa2，由裂纹扩展至第i-1根运行管的概率Pi-1＝(i-1)(1-pa)(i-1)pa2得到Pni-1＝(i-1)pa(1-pa)i-1+(1-pa)i。所述的步骤3)中的止裂管的单管止裂概率Pb是由服从标准正态分布的查表得到的；其中，为止裂管的韧性均值；σ为标准差。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术利用韧性较好的止裂管与运行管组合使用以达到控制管线断裂行为，可达到控制管线断裂行为，在一定范围内达到管线自身止裂的目的，具有较好的经济性和安全性，且容易使用。与传统提高整个管线钢管韧性的方法相比，本专利技术在保证天然气管线运行的安全性的同时，减少了高韧性钢管的数量，可显著节约成本，具有较好的经济性优势。本专利技术针对管道建设过程中管线裂纹止裂性能的要求，为运行管及止裂管的韧性提出要求(钢管韧性分布的平均值)，而根据运行管和止裂管的止裂概率计算出天然气运行管线的止裂概率，将计算出的天然气运行管线的止裂概率应用于实际的天然气管线制造中，能够很好的控制天然气管线的延性断裂，提高了天然气管线的延性断裂控制技术。另外，本专利技术在管线建设过程中已知计算规定长度内天然气管线的止裂概率，可通过解方程的方法计算运行管或止裂管的单管止裂概率，为钢管生产的韧性指标提出要求。本专利技术还可以在已知计算规定长度内天然气管线的止裂概率下通过调整止裂管的单管止裂概率，控制运行管的单管止裂概率(运行管在天然气管线的比例中占主要)，从而控制生产成本。附图说明图1为本专利技术止裂方案运行管与止裂管组合的示意图；图2为本专利技术的实施方式图；其中，A、运行管，B、止裂管。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。钢管的断裂韧性随着管线工艺的改变而变化，而利用表述韧性分布的统计学参数(平均值及标准差)可以用来统计每条运行管线钢管的韧性分布规律。在钢管生产过程中，韧性的变化服从正态分布，参见图1，本专利技术能够控制断裂行为的天然气管线由相连通的i-1根运行管A以及与第i-1根运行管A相连通的一根止裂管B构成的管线，这样就能提高止裂性能。为了达到自身止裂的目的，本专利技术还提供了一种基于天然气管线的天然气管线延性断裂控制方法，参见图2，包括两种钢管韧性分布、止裂概率的计算、止裂管与运行管组合后止裂概率的计算，考虑了韧性规定值的风险以及经济性，具体如下：1)假设超过规定止裂韧性值的钢管在单管内止裂的概率为100％(即止裂管的止裂概率为100％)，钢管的韧性服从正态分布，则根据排列组合的概率统计方法，裂纹扩展至第i-1根运行管的概率为：Pi-1＝(i-1)(1-pa)(i-1)pa2；其中，pa为超过规定止裂韧性的运行管与钢管总数的比值，即运行管的单管的止裂概率，是根据运行管材料的韧性分布得到的；pa值越大，需要的韧性较高钢管的数量越多，因此在钢管生产中对韧性的要求越高，成本越高；i为运行管和止裂管的总数量；因此，扩展超过i-1根运行管的概率为：化简后可得：Pni-1＝(i-1)pa(1-pa)i-1+(1-pa)i2)由于扩展超过i-1根运行管的概率是基于止裂管单管止裂韧性为100％的前提，而实际中高于运行管材料韧性要求值的运行管中不能止裂的概率为Pc，所以本专利技术能够控制断裂行为的天然气管线不能止裂的概率为Pni+Pc，但采取这种止裂方法仍具有一定风险。由于裂纹需在i根钢管内止裂，因此，在i-1根钢管(运行管)的边沿连接一根止裂管，形成天然气管线；假设止裂管的韧性均值为标准差为σ，则服从标准正态分布，通过查表1可计算止裂管韧性高于规定值的概率Pb。假设钢管高于韧性规定值不能止裂的概率为Pc，那么i根钢管(由i-1根运行管和一根止裂管组成)不能止裂的概率为Pni＝(Pni-1+Pc)(1-Pb+Pc)，而规定长度范围内i根钢管止裂的概率为P＝1-(Pni-1+Pc)(1-Pb+Pc)。由于运行管以及止裂管的韧性分布与钢管制造过程中的工艺、技术条件及原料相关，因此通过控制钢管的制造环节可控制钢管的韧性，可提高运行管、止裂管的单管止裂概率pa、pb，从而降低钢管裂纹扩展的失效概率。而在管线建设设计阶段，若考虑风险，要求管线有一定的自身止裂能力，已知在规定数量钢管范围内自身止裂的概率为P,则可通过上述方法算出运行管、止裂管所需的止裂概率pa、pb，从而对钢管制造工艺及钢厂炼钢工艺提出技术指标要求。根据天然气管线止裂的概率P＝1-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能够控制断裂行为的天然气管线，其特征在于：由相连通的i‑1根运行管(A)以及与第i‑1根运行管(A)相连通的一根止裂管(B)构成的管线。

【技术特征摘要】
1.一种天然气管线延性断裂控制方法，其特征在于，该方法基于能够控制断裂行为的天然气管线进行，所述的能够控制断裂行为的天然气管线由相连通的i-1根运行管(A)以及与第i-1根运行管(A)相连通的一根止裂管(B)构成，该方法具体包括以下步骤：1)根据排列组合的概率统计方法，得到扩展超过i-1根运行管的概率Pni-1，且Pni-1＝(i-1)pa(1-pa)i-1+(1-pa)i；其中，pa为运行管的单管止裂概率；i为运行管和止裂管的总数量；2)根据超过i-1根运行管的概率Pni-1和高于运行管材料韧性要求值的运行管中不能止裂的概率Pc，得到在i-1根运行管内不能止裂的概率Pni-1+Pc；3)根据止裂管的单管止裂概率Pb和在i-1根运行管内不能止裂的概率Pni-1+Pc得到天然气管线止裂的概率P＝1-(Pni-1+Pc)×(1-Pb+Pc)；4)根据天然气管线止裂的概率P＝1-(P...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨坤，李鹤，霍春勇，吉玲康，李炎华，马秋荣，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油天然气集团公司管材研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11