【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及油气管道及储运设施安全评价，具体为一种压缩机进出口管道环焊缝剩余寿命预测方法。
技术介绍
1、石油/天然气站场作为油气输配系统中的关键环节，作为能源输入和输出的场所，聚集了巨大的能量。站场内设施放置位置集中，一旦发生损坏危险性高，损失严重。压缩机是战场内最关键设备之一，其周边管线密集，存在高压、振动等多种工况因素，使得压缩机附近管道环焊缝除受内压影响外，还叠加受到了振动疲劳作用。同时，此类环焊缝具有不同材质对接、壁厚差异大、连头口多、结构复杂的特征，更是应力集中和焊接缺陷集中区域。
2、在疲劳载荷的长期作用下，焊缝的原始缺陷会得到一定的发展，形成裂纹缺陷，对于此类缺陷的处理通常是停机换管，经济损失巨大，且动火焊接带来了维修的次生风险，给安全运营带来了极大的困难。在冬季保供时期等特殊情况下，生产压力大，不具备换管维修条件，通常采用对缺陷适用性评价的方法掌握含缺陷管道的适用性，但是无法掌握裂纹发展状态。目前还没有含裂纹环焊缝振动疲劳寿命的预测技术，使得安全管理缺乏科学依据。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种压缩机进出口管道环焊缝剩余寿命预测方法，以解决现有技术中无法对振动工况下环焊缝的剩余寿命进行预测的技术问题。
2、本专利技术是通过以下技术方案来实现：
3、一种压缩机进出口管道环焊缝剩余寿命预测方法，包括如下步骤：
4、步骤1，检测目标环焊缝的裂纹情况；
5、步骤2
6、步骤3，判断已分布检测点的目标环焊缝是否满足目标环焊缝试样制作以及裂纹预制和应力-振动耦合疲劳试验条件；当已分布检测点的目标环焊缝满足目标环焊缝试样制作以及裂纹预制和应力-振动耦合疲劳试验条件时，转至步骤4；当已分布检测点的目标环焊缝不满足目标环焊缝试样制作以及裂纹预制和应力-振动耦合疲劳试验条件时，转至步骤7；
7、步骤4，复制目标环焊缝，得到目标环焊缝试样，并在目标环焊缝试样上切取全壁厚条状试验试样；
8、步骤5，在切取全壁厚条试样上预制裂纹缺口，并施加疲劳载荷，使得裂纹缺口尖端产生裂纹；
9、步骤6，对裂纹缺口的裂纹进行应力-振动耦合疲劳试验，并对裂纹缺口处的裂纹进行振动参数测试；
10、步骤7，测量裂纹的扩展量，并获得裂纹的扩展速率，建立裂纹扩展速率预测模型；
11、步骤8，根据裂纹扩展速率预测模型建立剩余寿命计算模型，完成对目标环焊缝剩余寿命的预测。
12、优选的，步骤1中，目标环焊缝的裂纹情况的检测方式如下：
13、获取极限裂纹深度hmax，当目标环焊缝未出现裂纹时，转至步骤2；当目标环焊缝出现裂纹时，获取该裂纹在壁厚方向的投影深度实测值htest，并将深度实测值htest与极限裂纹深度hmax对比，当深度实测值htest小于极限裂纹深度hmax时，转至步骤2，反之目标环焊缝的剩余寿命为0。
14、进一步的，获取极限裂纹深度hmax时，裂纹沿管道环向的长度取实测值，且不小于25mm。
15、优选的，步骤4中，目标环焊缝试样在管道环向的宽度为1～5mm，在管道轴向长度范围为100～400mm。
16、优选的，步骤5中，在切取全壁厚条试样上预制裂纹缺口，当目标环焊缝未出现裂纹时，裂纹缺口位置如下确定：
17、当环焊缝为等壁厚对接时，裂纹缺口设置于任意侧根焊焊趾处；当环焊缝为外平齐不等壁厚对接时，裂纹缺口设置于薄壁侧根焊焊趾处；当环焊缝为内平齐不等壁厚对接时，裂纹缺口设置于厚壁侧盖面焊焊趾处；
18、当目标环焊缝已经出现裂纹时，裂纹缺口设置于与目标含裂纹环焊缝之裂纹相同的特征位置。
19、进一步的，裂纹缺口深度为0～3mm。
20、进一步的，在裂纹缺口上使用高频疲劳试验机施加一定周次的疲劳载荷，使裂纹缺口尖端产生裂纹，裂纹深度为1～3mm。
21、优选的，步骤6中，应力-振动耦合疲劳试验步骤如下：
22、将目标环焊缝试样设置于应力-振动耦合模拟试验机上，对试样施加拉伸力，目标环焊缝试样拉伸力的确定如下：
23、f＝σ×s；
24、σ＝σg×t×f/(2×(t-h))；
25、其中，f为拉伸力，单位牛顿n；σ为拉伸应力，单位mpa；s为裂纹缺口处试样的剩余未开裂截面积，不包含预制裂纹；σg为该管材对应标准规定最小屈服强度，当环焊缝两侧管材不同时，取较小值，单位mpa；t为管道壁厚，当环焊缝两侧管材不同时，取较小值，单位mm；f为管道设计系数，h为极限裂纹尺寸，单位mm；
26、将振动频率设定为步骤2中所获得的振幅最大的振动分频，在不同振幅下进行应力-振动耦合疲劳试验，振幅分别设定为步骤2获取的最大、最小振幅区间内的多个不同的值，其中试验时间设置为100～1000h。
27、优选的，步骤7中，对满足试验条件的目标环焊缝与不满足试验条件的目标环焊缝分别测量裂纹的扩展量，并分别获得裂纹的扩展速率，分别对数据拟合，获得裂纹扩展速率与振幅的关系曲线，根据曲线趋势，预测不同振幅下的裂纹扩展速率；
28、其中，满足试验条件的目标环焊缝的裂纹扩展速率预测模型如下：
29、y(x)＝axb；
30、不满足试验条件的目标环焊缝的裂纹扩展速率预测模型如下，其中a为0.04387、b为0.5339：
31、y’(x)＝0.04387x0.5339；其中，y为裂纹扩展速率；x为振幅；a、b为待定系数，与环焊缝规格类型和振动工况有关，通过试验结果进行最小二乘法拟合，计算确定a、b，即得到相同对接形式和焊接工艺的环焊缝在不同振幅下的裂纹扩展速率预测模型。
32、优选的，步骤8中，含裂纹缺陷管道环焊缝在振动工况下的剩余寿命计算模型如下：
33、l→0 htest≥hmax；
34、l＝(hmax-htest)/yhtest<hmax；
35、其中，l为剩余寿命；htest为实测裂纹深度；hmax为极限裂纹深度；y为裂纹扩展速率。
36、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
37、本专利技术提供了一种压缩机进出口管道环焊缝剩余寿命预测方法，通过检测目标环焊缝，在目标环焊缝上设置若干检测点，对未发生裂纹的目标环焊缝进行目标环焊缝试样的制作，通过在目标环焊缝试样上预制裂纹，并建立裂纹扩展速率预测模型，通过裂纹扩展速率预测模型建立剩余寿命计算模型，有效的实现了对目标环焊缝剩余寿命的预测，同时对目标环焊缝出现裂纹时，对裂纹同样进行了目标环焊缝剩余寿命的预测，本专利技术结果接近管道服役客观实际，使得管道管理者对含缺陷环焊缝管道的风险等级有清楚准确的认识本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种压缩机进出口管道环焊缝剩余寿命预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种压缩机进出口管道环焊缝剩余寿命预测方法，其特征在于，步骤1中，目标环焊缝的裂纹情况的检测方式如下：
3.根据权利要求2所述的一种压缩机进出口管道环焊缝剩余寿命预测方法，其特征在于，获取极限裂纹深度hmax时，裂纹沿管道环向的长度取实测值，且不小于25mm。
4.根据权利要求1所述的一种压缩机进出口管道环焊缝剩余寿命预测方法，其特征在于，步骤4中，目标环焊缝试样在管道环向的宽度为1～5mm，在管道轴向长度范围为100～400mm。
5.根据权利要求1所述的一种压缩机进出口管道环焊缝剩余寿命预测方法，其特征在于，步骤5中，在切取全壁厚条试样上预制裂纹缺口(A)，当目标环焊缝未出现裂纹时，裂纹缺口(A)位置如下确定：
6.根据权利要求5所述的一种压缩机进出口管道环焊缝剩余寿命预测方法，其特征在于，裂纹缺口(A)深度为0～3mm。
7.根据权利要求6所述的一种压缩机进出口管道环焊缝剩余寿命预测方法，其特征在于，在裂
8.根据权利要求1所述的一种压缩机进出口管道环焊缝剩余寿命预测方法，其特征在于，步骤6中，应力-振动耦合疲劳试验步骤如下：
9.根据权利要求1所述的一种压缩机进出口管道环焊缝剩余寿命预测方法，其特征在于，步骤7中，对满足试验条件的目标环焊缝与不满足试验条件的目标环焊缝分别测量裂纹的扩展量，并分别获得裂纹的扩展速率，分别对数据拟合，获得裂纹扩展速率与振幅的关系曲线，根据曲线趋势，预测不同振幅下的裂纹扩展速率；
10.根据权利要求1所述的一种压缩机进出口管道环焊缝剩余寿命预测方法，其特征在于，步骤8中，含裂纹缺陷管道环焊缝在振动工况下的剩余寿命计算模型如下：
...【技术特征摘要】
1.一种压缩机进出口管道环焊缝剩余寿命预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种压缩机进出口管道环焊缝剩余寿命预测方法，其特征在于，步骤1中，目标环焊缝的裂纹情况的检测方式如下：
3.根据权利要求2所述的一种压缩机进出口管道环焊缝剩余寿命预测方法，其特征在于，获取极限裂纹深度hmax时，裂纹沿管道环向的长度取实测值，且不小于25mm。
4.根据权利要求1所述的一种压缩机进出口管道环焊缝剩余寿命预测方法，其特征在于，步骤4中，目标环焊缝试样在管道环向的宽度为1～5mm，在管道轴向长度范围为100～400mm。
5.根据权利要求1所述的一种压缩机进出口管道环焊缝剩余寿命预测方法，其特征在于，步骤5中，在切取全壁厚条试样上预制裂纹缺口(a)，当目标环焊缝未出现裂纹时，裂纹缺口(a)位置如下确定：
6.根据权利要求5所述的一种压缩机进出口管道环焊缝剩余寿命预测方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：任俊杰，马卫锋，聂海亮，曹俊，王珂，党伟，姚添，梁晓斌，
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：
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