【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于化工设备中管道输送领域，特别涉及一种气田集输管道冷弯弯管应力分析修正方法。
技术介绍
1、近年来，随着气田开发技术不断发展和能源需求与日俱增，气田集输管道和气田外输管道建设大幅提升。弯管用于调整管道走向，在管道建设中用量较大。弯管包括热煨弯管和冷弯弯管，冷弯弯管具有较大的曲率半径(达到30d以上)，具有现场加工速度快，路由现场调整灵活性好等特点。同时，由于冷弯弯管相比热煨弯管具有更大的曲率半径，其弯曲应力明显较低，对于长直管路转向的弯管应力水平具有较好的适应性。
2、冷弯弯管通过施工现场配置的冷弯机制作，经过多步骤弯制叠加，形成组合角度。在冷弯弯制过程中，冷弯弯管通过发生塑性变形与回弹，形成单步长的弯制角度。弯制后将在弯曲段两侧(内弯侧和外弯侧)存在残余应变，在弯曲段的中性线附近存在残余应力。
3、然而，目前国内外的冷弯弯管应力分析方法均直接将冷弯弯管视为无残余应力的弯管，仅设置曲率半径，并与线路走向的长直管道进行组合，协同开展系统应力分析，这明显忽略了冷弯弯管残余应力的影响。对于气田集输管道，由于其运行压力较高、温差应力较大(主因为运行温度较高)、介质较为复杂(介质主要为原料气)，运行过程弯管区域的弯矩高于长输天然气管道，一旦发生弯管破裂或泄漏，后果较为严重。进一步地，目前对冷弯弯管弯制过程报道了大量有限元模拟资料，有效揭示了冷弯弯管在弯曲后的残余应力分布规律、残余尺度。但有限元算法受计算模型的影响，很难开展耦合长直管道、冷弯弯管的管道系统应力分析与校核，且现有的管道设计规范对于应力校核的
4、为此，有必要针对冷弯弯管应力分析存在的上述问题，开展技术研究，探寻一种气田集输管道冷弯弯管应力分析修正方法，充分考虑残余应力对冷弯弯管应力分析的影响，并提出合适的校核指标。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够提高冷弯弯管应力分析准确性的气田集输管道冷弯弯管应力分析修正方法。
2、本专利技术采用的技术方案是：一种气田集输管道冷弯弯管应力分析修正方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
3、步骤一：获取冷弯弯管外径、壁厚、材质信息，确定单步长弯曲角度与曲率半径，开展有限元模拟，获取残余应力与残余应变；基于残余应变，获取材料拉伸曲线上对应残余应变的屈服强度，选择此屈服强度作为冷弯弯管强度校核的基准参数；
4、步骤二：建立管道直管段、冷弯弯管段组成的综合应力分析模型，开展应力分析计算获取冷弯弯管的轴向应力、校核指标的值；
5、步骤三：对冷弯弯管、直管道系统的应力分析计算后获得的sl进行修正；
6、步骤四：对冷弯弯管系统的应力分析的评价指标进行修正。
7、本专利技术所述的气田集输管道冷弯弯管应力分析修正方法，其在所述步骤一中，具体方法是：
8、s1.获取冷弯弯管外径d、壁厚t、材质信息，通过标准规范获取对应材质的最小屈服强度s与最小极限拉伸强度su；
9、s2.根据冷弯弯管外径d和曲率半径r，根据设计文件或制造规范要求确定冷弯弯管单步长回弹后成型的弯曲角度α1，并确定冷弯弯管的总弯曲角度αtotal；
10、s3.开展有限元模型，获得冷弯弯制成型后，单步长的主要点位残余应变参数，主要点包括外弯侧、内弯侧和中性线；
11、s4.以最大残余应变为基础，通过材料的应力及应变曲线，获取该最大残余应变对应的应力值，记为s1，确定强度校核优化系数f，
12、
13、式中，s为管道材料最小屈服强度，mpa；s1为管道材料对应最大残余应变的应力，mpa；f为强度校核优化系数；
14、s5.获得外弯侧、内弯侧和中性线区间内的残余应力；
15、其中，内弯侧和中性线区间内的残余应力为压应力，观测最大应力，记为sri；外弯侧和中性线区间内的残余应力为拉应力，观测最大应力，记为sro。
16、本专利技术所述的气田集输管道冷弯弯管应力分析修正方法，其在所述步骤二中，具体计算方法是：管道系统包括实际走向的直管段和冷弯弯管段，通过系统应力分析软件获取未考虑冷弯弯管残余应力的冷弯弯管轴向应力sl、二次应力校核指标sa，对于一次应力校核指标，计算软件默认为管道最小屈服强度s的75％，
17、其中，冷弯弯管轴向应力sl计算公式为：
18、sl＝sp+sx+sb
19、式中，sl为管道轴向应力，mpa；sx为管道轴向残余应力，mpa；该应力在软件计算中未考虑，取值为0；sp为由内压引起的轴向应力，mpa；该值由软件通过内压、管径、壁厚特性自行计算，不再进行修正；sb为由弯曲引起的轴向应力，mpa；该值由软件通过冷弯弯管两侧直管段的热膨胀位移挤压进行自行计算，与冷弯弯管本身的残余应力基本无关，不再进行修正。
20、本专利技术所述的气田集输管道冷弯弯管应力分析修正方法，其在所述步骤三中，具体计算方法是：
21、s1.对冷弯弯管轴向应力计算公式中的sx进行修正：
22、sx＝sro
23、修正后的轴向应力sl1写为：
24、sl1＝sp+sro+sb
25、s2.对于步骤二获取的软件计算冷弯弯管轴向应力sl，内压引起的轴向应力和弯曲引起的轴向应力均与残余应力无关，修正后的弯管轴向应力根据软件计算的轴向应力sl和修正后的残余应力进行表征：
26、sl1＝sl+sro
27、由此，获得了基于管系应力计算获得的修正轴向应力sl1。
28、本专利技术所述的气田集输管道冷弯弯管应力分析修正方法，其在所述步骤四中，具体计算方法是：
29、s1.一次应力校核值修正：对轴向应力sl1评价指标进行修正，具体地，评价指标从75％s调整为0.75fs，一次应力的校核公式为：
30、sl1≤0.75fs
31、其中，公式左边为一次应力计算方法，公式右边为一次应力校核修正指标；
32、s2.二次应力校核指标修正：二次应力主要评价管道系统抵抗疲劳破坏的能力，标准计算公式为：
33、sa＝f[1.25(sc+sh)-sl]
34、式中，f为管道位移应力范围减小系数，无量纲；sc为金属材料在冷态下的许用应力，mpa；sh为金属材料在热态下的许用应力，mpa。
35、本专利技术所述的气田集输管道冷弯弯管应力分析修正方法，其冷弯弯制过程中，材料已经发生了塑性变形，且具有塑性强化的效果，故对系数1.25进行修正，修正后的二次应力校核指标公式为：
36、sa2＝f[1.5f(sc+sh)-sl1]。
37、本专利技术所述的气田集输管道冷弯弯管应本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种气田集输管道冷弯弯管应力分析修正方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的气田集输管道冷弯弯管应力分析修正方法，其特征在于：在所述步骤一中，具体方法是：
3.根据权利要求2所述的气田集输管道冷弯弯管应力分析修正方法，其特征在于：在所述步骤二中，具体计算方法是：管道系统包括实际走向的直管段和冷弯弯管段，通过系统应力分析软件获取未考虑冷弯弯管残余应力的冷弯弯管轴向应力SL、二次应力校核指标SA，对于一次应力校核指标，计算软件默认为管道最小屈服强度S的75％，
4.根据权利要求3所述的气田集输管道冷弯弯管应力分析修正方法，其特征在于：在所述步骤三中，具体计算方法是：
5.根据权利要求4所述的气田集输管道冷弯弯管应力分析修正方法，其特征在于：在所述步骤四中，具体计算方法是：
6.根据权利要求5所述的气田集输管道冷弯弯管应力分析修正方法，其特征在于：冷弯弯制过程中，材料已经发生了塑性变形，且具有塑性强化的效果，故对系数1.25进行修正，修正后的二次应力校核指标公式为：
7.根据权利要求6所述
...【技术特征摘要】
1.一种气田集输管道冷弯弯管应力分析修正方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的气田集输管道冷弯弯管应力分析修正方法，其特征在于：在所述步骤一中，具体方法是：
3.根据权利要求2所述的气田集输管道冷弯弯管应力分析修正方法，其特征在于：在所述步骤二中，具体计算方法是：管道系统包括实际走向的直管段和冷弯弯管段，通过系统应力分析软件获取未考虑冷弯弯管残余应力的冷弯弯管轴向应力sl、二次应力校核指标sa，对于一次应力校核指标，计算软件默认为管道最小屈服强度s的75％，
4.根据权利要求3所述的气田集输...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊文，汤晓勇，谌贵宇，陈杰，杨帆，郭艳林，施岱艳，马艳琳，
申请(专利权)人：中国石油工程建设有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。