一种单缺陷变径管极限内压计算方法技术

本发明专利技术属于石油与天然气工业技术领域，公开了一种单缺陷异径管极限内压计算方法，由于现今并没有缺陷变径管极限内压计算公式，且用缺陷直管极限内压公式计算变径管极限内压误差较大，故提出一种单缺陷异径管极限内压计算方法。该计算方法考虑缺陷深度和宽度的变化，利用Matlab软件拟合公式，分别得到单缺陷偏心异径管和同心异径管极限内压的预测公式，并通过有限元数值模拟验证了该公式的准确性。本发明专利技术可以通过公式计算得出增压站单缺陷变径管的极限内压，为我国制定单缺陷变径管失效压力的计算标准参考，为输气管道变径管的设计和使用提供指导。用提供指导。用提供指导。

【技术实现步骤摘要】
一种单缺陷变径管极限内压计算方法


[0001]本专利技术属于石油与天然气工业
，尤其涉及一种单缺陷变径管极限内压计算方法。

技术介绍

[0002]变径管，也称异径管，作为管汇配置中的管道连接件，常用来调节介质流速，其压力损失等于各管段压力损失之和，多用于油气田的油气集输管网和站场中；在实际使用过程中，由于变径管处流体介质流速的改变，使得其受力情况更加的复杂。缺陷的存在会降低变径管的承压能力，影响站场的安全运营；因此需要建立针对于变径管极限承压能力的计算公式，准确计算其极限内压，进而做出维护维修决策，保障站场运营的安全性。
[0003]目前，国内外研究人员针对腐蚀缺陷管道的失效压力研究大多针对直管，并提出了一系列安全评价标准，如ASME B31G、Modified B31G、DNV-RP-F101等，而对含缺陷异径管的研究较少，尚未形成一套成熟的适用于缺陷变径管安全评定的方法，缺陷变径管的安全评定的规范也尚未形成。
[0004]对于相同径比的含局部减薄缺陷变径管与直管来说，其极限内压有很大的不同，如果采用直管的极限承压能力来计算变径管的极限承压能力，可能导致结果的不准确。以典型变径管Φ711mm/Φ508mm，δ＝22.23mm，材质X60为例对其多种缺陷情况进行计算，将AMSE B31G-2009、DNV-RP-F101和PCORRC体积型缺陷管道标准评价方法计算值与有限元结果进行对比，偏心异径管和同心异径管分别统计于表1和表2。可以看到标准值与计算值误差较大，最大误差达到42.31％。
>[0005]表1偏心异径管有限元值与标准值对比
[0006][0007][0008]表2同心异径管有限元值与标准值对比
[0009]
技术实现思路

[0010]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供一种单缺陷变径管极限内压计算方法，单缺陷变径管在内压作用下的极限承载能力对站内管道的安全运行有着重要的工程意义。
[0011]本专利技术提供了一种单缺陷变径管极限载荷的计算方法，该方法包括以下步骤：
[0012]步骤1：根据增压站设计资料，确定含缺陷异径管的基础参数：异径管大小管径、异径管壁厚、异径管长度、异径管屈服强度、异径管抗拉强度、缺陷长度和缺陷深度；
[0013]步骤2：计算变径管缺陷长度系数a、变径管缺陷深度系数c和变径管与大端直管的锥底角的正弦值sinα；
[0014]步骤3：根据变径管的类型，将各项参数带入所提出的公式中，确定单缺陷变径管的极限内压值。
[0015]借助前人的对缺陷直管极限内压的计算方法提出了一种新的单缺陷异径管的极限载荷计算方法。在缺陷直管极限内压评价标准基础上，利用Matlab软件拟合公式，得到单缺陷异径管极限内压的预测公式：
[0016][0017]式中，P
f
—缺陷异径管极限内压，MPa；
[0018]σ
f
—材料流变应力，MPa；
[0019]t—异径管壁厚，mm；
[0020]r
1i
—变径管大端内半径，mm；
[0021]D1—为大端直径，mm；
[0022]D2—为小端直径，mm；
[0023]α—为变径管与大端直管的锥底角；
[0024]同心变径管：
[0025][0026]偏心变径管：
[0027][0028]a—缺陷长度系数，
[0029]c—缺陷深度系数，c＝d/t，d是缺陷深度，mm；c的范围是[0,1]。
[0030]本专利技术的优点及其积极效果为：
[0031]由于现今并没有缺陷变径管极限内压计算公式，且用缺陷直管极限内压公式计算变径管极限内压误差较大，本专利技术在缺陷直管极限内压评价标准基础上，通过Matlab软件拟合，分别得到单缺陷偏心异径管和同心异径管极限内压的预测公式，最后通过有限元数值模拟对比分析验证公式的准确性，偏心异径管拟合公式的平均相对误差为6.83％，同心异径管拟合公式的平均相对误差为4.02％，均在工程误差10％范围内，具有较高预测精度。
[0032]本专利技术为我国制定单缺陷异径管的失效压力的计算的标准提供理论支撑和一定的参考价值，定义f(L，d)是关于缺陷长度L和缺陷深度d的函数，由于缺陷宽度对极限内压影响特别小，故此忽略该参量，对缺陷长度L和缺陷深度d进行参数无量纲化，以便得到不同尺寸异径管的通用公式，即f(L,d)变为f(a,c)，单缺陷异径管极限内压预测公式可计算出异径管在有单个体积缺陷的极限内压值，为输气管道异径管的设计和使用提供指导。
附图说明
[0033]图1是本专利技术实例提供的单缺陷异径管极限内压计算方法流程图。
具体实施方式
[0034]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实例对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0035]本专利技术实例提供的单缺陷异径管极限内压计算方法实例情况如下：
[0036](1)偏心异径管计算实例：
[0037]本实例采用管径为Φ711mm/Φ508mm、壁厚为22.23mm、材质为X65，屈服强度为495MPa、抗拉强度为564MPa、压力为8～9.85MPa的天然气管道：
[0038]步骤1：统计缺陷的相关参数；
[0039]步骤2：计算变径管缺陷长度系数a、变径管缺陷深度系数c和变径管与大端直管的锥底角的正弦值sinα；
[0040]步骤3：将计算得到的各项参数值带入到对应的计算公式中：
[0041][0042]计算单缺陷异径管的极限内压值，统计结果见下表3：
[0043]表3偏心异径管失效算例
[0044][0045](2)同心异径管计算实例：
[0046]本实例采用管径为Φ610/Φ508mm、壁厚为19.1mm、材质为X65，屈服强度为495MPa、抗拉强度为564MPa、压力为7.0MPa的天然气管道：
[0047]步骤1：统计缺陷的相关参数；
[0048]步骤2：计算变径管缺陷长度系数a、变径管缺陷深度系数c和变径管与大端直管的锥底角的正弦值sinα；
[0049]步骤3：将计算得到的各项参数值带入到对应的计算公式中：
[0050][0051]计算单缺陷异径管的极限内压值，统计结果见下表4：
[0052]表4同心异径管失效算例
[0053][0054][0055]本专利技术实例提供的单缺陷异径管极限内压计算方法中，为了检验和分析拟合公式
的正确性，将有限元结果汇总表中参数带入拟合公式中计算，并进行误差分析，结果如表5、6所示。。可知，偏心异径管拟合公式的平均相对误差为6.83％，同心异径管拟合公式的平均相对误差为4.02％，有较高的准确性。
[0056]表5偏心异径管拟合公式误差分析表
[0057][0058]表6同心异径管拟合公式误差分析表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单缺陷异径管极限内压计算方法，其特征在于，所述单缺陷异径管极限内压计算方法，由于现今并没有缺陷变径管极限内压计算公式，且用缺陷直管极限内压公式计算变径管极限内压误差较大，故提出一种单缺陷异径管极限内压计算方法，该计算方法考虑缺陷深度和宽度的变化，利用Matlab软件拟合公式，分别得到单缺陷偏心异径管和同心异径管极限内压的预测公式，并通过有限元数值模拟验证了该公式的准确性。2.一种单缺陷异径管极限内压计算方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤1：根据增压站的设计资料，确定含缺陷异径管的基础参数：异径管的大小管径、异径管壁厚、异径管长度、异径管的屈服强度、异径管的管材的抗拉强度、缺陷长度、缺陷宽度和缺陷深度；步骤2：计算变径管...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄坤，何雨珂，孔令圳，刘慧，吴霞，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：