一种埋地双金属机械复合管的基管层应力计算方法技术

本发明专利技术公开了一种埋地双金属机械复合管的基管层应力计算方法，具体包括以下步骤：计算基管层的折算内压，计算基管层的贴合内压，计算基管层的轴向应力，计算基管层的环向应力，计算基管层的综合应力

【技术实现步骤摘要】
一种埋地双金属机械复合管的基管层应力计算方法


[0001]本专利技术属于管道应力计算
，特别涉及一种埋地双金属机械复合管的基管层应力计算方法
。

技术介绍

[0002]近年来，随着气田开发技术不断发展和能源需求与日俱增，高腐蚀性
、
高温
、
高压气田逐渐增多
。
在这类气田生产过程中，不可避免地需要面对介质腐蚀的问题
。
采用双金属复合管是较为合理的流动安全保障方法
。
相对冶金复合管，机械复合管更具有经济性
。
[0003]双金属机械复合管的主要应用在油气田集输系统，这类生产系统具有运行温度较高
、
压力较大
、
地势起伏等特点，管道运行过程中除承受内压
、
温差等引起的多种应力，弹性敷设造成的弯曲应力也是不可忽视的关键问题；其次，管道全生命周期的应力计算面临安装工况
、
试压工况
、
运行工况
、
停输工况等诸多场景，全面的计算方法是实现全生命周期应力定量计算的基础；同时，由于双金属复合管输送介质基本含有酸性组分，其泄漏后对周围环境影响较大，因此对应力分析的要求极高
。
[0004]目前，鲜有文献公开报道了双金属机械复合管在真实运行环境下的应力计算方法，综合考虑弹性敷设影响的应力计算方法更是难觅资料；部分文献提出采用有限元的模型进行局部校核计算，但受限于建模过程复杂
、
建模缺乏标准化
、
有限元校核理论与现行集输管道不匹配等缺陷，对模拟分析结果与效率带来了较大的影响
。
同时，双金属机械复合管受制造后的初始紧密度
(
基管与内衬贴合压力
)、
基管与内衬材料力学性质不统一等影响，对计算机械复合管整体应力带来了更多的挑战
。
[0005]为此，有必要基于管道应力基本规律，结合机械复合管结构与运行特点，对机械复合管运行场景下的管道应力计算方法进行分析，提出一种埋地双金属机械复合管的基管层应力计算方法，为相关工程实施提供重要参考与借鉴
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种基于管道应力基本规律，充分结合机械复合管结构与运行特点的埋地双金属机械复合管的基管层应力计算方法
。
[0007]本专利技术基于衬里复合管的结构特征与运行姿态，结合基管受力分析与应力形成规律，考虑管道内压
、
温差
、
大曲率半径弯曲等三种因素在基管的实际作用，提出对基管应力分析的计算方法
。
通过本方法，实现衬里复合管体系基管应力分析计算能力，为保障双金属衬里复合管安全应用与运行提供定量分析基础
。
[0008]本专利技术采用的技术方案是：一种埋地双金属机械复合管的基管层应力计算方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
[0009]步骤一：计算基管层的折算内压，包括通过复合管的设计内压力，计算管道选取壁厚下的环向应力，并通过基管与内衬的环向应力一致准则，计算基管参数获得相当环向应力所需要的内压，即基管层折算内压力；
[0010]步骤二：计算基管层的贴合内压，包括通过复合管的初始贴合内压参数，对基管在运行温度下受到的贴合压力进行计算，获得实际运行工况下的贴合内压；同时，对弹性敷设对贴合内压的影响进行适当修正，获取受温差
、
弹性敷设曲率半径耦合影响下的内衬及基管贴合内压；
[0011]步骤三：计算基管层的轴向应力，包括温差轴向应力
、
环向应力的轴向泊松效应
、
弹性敷设轴向应力，通过确定参数正负，获取相同方向的轴向应力；
[0012]步骤四：计算基管层的环向应力，包括折算内压
、
贴合内压影响下的环向应力；
[0013]步骤五：计算基管层的综合应力，包括综合考虑上述的轴向应力和环向应力，计算获得基管层的综合应力
。
[0014]本专利技术所述的埋地双金属机械复合管的基管层应力计算方法，其所述步骤一中，具体的计算方法是：
[0015]S1.
根据管道外径
D、
设计内压力
P、
基管层壁厚
t0、
内衬层壁厚
t
i
，计算管道在运行状态下
(
承受内部介质压力
)
引起的环向应力
S
HP
，计算方法如下：
[0016][0017]其中，管道外径和壁厚的单位为
mm
，压力
、
应力单位为
MPa
，温度单位为
℃
，弹性模量单位为
MPa
；
[0018]S2.
按照基管层
、
内衬层共同承担内压的原则，以内压作用下内衬层与基管层环向应力相等的原则，获得内压力作用下的基管层内压分压
P
P
，计算方法如下：
[0019][0020]由此，获得的基管层内压分压
P
P
。
[0021]本专利技术所述的埋地双金属机械复合管的基管层应力计算方法，其所述步骤二中，具体的计算方法是：
[0022]S1.
获取出厂管道的初始紧密度，即基管层与内衬层在无管道内压下的贴合压力
P
cp
；
[0023]S2.
在管道环向方向上，由于运行过程中温度高于管道制造工况，受基管层
、
内衬层热膨胀的影响，内衬层
、
基管层实际上趋于环向扩张，认为内衬层向外径方向扩张受到基管层的限制，且基管层只能在靠近外表面部分获得环向扩张的释放，因此，通过运行温度
T2、
安装温度
T1、
内衬层热膨胀系数
α
i
、
内衬层外径
D
i
、
基管层热膨胀系数
α
o
、
基管层外径即管道外径
D、
管道弹性模量
E
，可获得温差附加贴合压力
P
ct
，计算方法为：
[0024]S21.
计算内衬层的环向膨胀量：
[0025]D'
i
＝
D
i
×
[1+(T2‑
T1)
×
α
i
][0026]S22.
计算基管层的环向膨胀量：
[0027]D'
＝
D
×
[1+(T2‑
T1)
×
α
o
][0028]S23.
计算内衬层与基管层的环向膨胀约束：
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种埋地双金属机械复合管的基管层应力计算方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤一：计算基管层的折算内压，包括通过复合管的设计内压力，计算管道选取壁厚下的环向应力，并通过基管与内衬的环向应力一致准则，计算基管参数获得相当环向应力所需要的内压，即基管层折算内压力；步骤二：计算基管层的贴合内压，包括通过复合管的初始贴合内压参数，对基管在运行温度下受到的贴合压力进行计算，获得实际运行工况下的贴合内压；同时，对弹性敷设对贴合内压的影响进行适当修正，获取受温差
、
弹性敷设曲率半径耦合影响下的内衬及基管贴合内压；步骤三：计算基管层的轴向应力，包括温差轴向应力
、
环向应力的轴向泊松效应
、
弹性敷设轴向应力，通过确定参数正负，获取相同方向的轴向应力；步骤四：计算基管层的环向应力，包括折算内压
、
贴合内压影响下的环向应力；步骤五：计算基管层的综合应力，包括综合考虑上述的轴向应力和环向应力，计算获得基管层的综合应力
。2.
根据权利要求1所述的埋地双金属机械复合管的基管层应力计算方法，其特征在于：所述步骤一中，具体的计算方法是：
S1.
根据管道外径
D、
设计内压力
P、
基管层壁厚
t0、
内衬层壁厚
t
i
，计算管道在运行状态下，即承受内部介质压力引起的环向应力
S
HP
，计算方法如下：其中，管道外径和壁厚的单位为
mm
，压力
、
应力单位为
MPa
，温度单位为
℃
，弹性模量单位为
MPa
；
S2.
按照基管层
、
内衬层共同承担内压的原则，以内压作用下内衬层与基管层环向应力相等的原则，获得内压力作用下的基管层内压分压
P
P
，计算方法如下：由此，获得的基管层内压分压
P
P
。3.
根据权利要求1所述的埋地双金属机械复合管的基管层应力计算方法，其特征在于：所述步骤二中，具体的计算方法是：
S1.
获取出厂管道的初始紧密度，即基管层与内衬层在无管道内压下的贴合压力
P
cp
；
S2.
在管道环向方向上，由于运行过程中温度高于管道制造工况，受基管层
、
内衬层热膨胀的影响，内衬层
、
基管层实际上趋于环向扩张，认为内衬层向外径方向扩张受到基管层的限制，且基管层只能在靠近外表面部分获得环向扩张的释放，因此，通过运行温度
T2、
安装温度
T1、
内衬层热膨胀系数
α
i
、
内衬层外径
D
i
、
基管层热膨胀系数
α
o
、
基管层外径即管道外径
D、
管道弹性模量
E
，可获得温差附加贴合压力
P
ct
，计算方法为：
S21.
计算内衬层的环向膨胀量：
D
′
i
＝
D
i
×
[1+(T2‑
T1)
×
α
i
]S22.
计算基管层的环向膨胀量：
D'
＝
D
×
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊文，汤晓勇，李科，谌贵宇，陈杰，李天雷，杨帆，郭艳林，施岱艳，马艳琳，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：