[发明专利]一种用于X100输气管道玻璃纤维复合材料止裂器的设计方法

权利要求书

1.一种用于X100输气管道玻璃纤维复合材料止裂器的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)根据管道结构和应力参数计算管道应力比；

2)根据管道温度、压力及输送天然气组分，采用BWRS状态方程计算天然气减压波；

3)根据天然气减压波曲线判断是否存在减压波平台：

如果减压波曲线为光滑曲线，减压波压力随着减压波速度降低而降低，则天然气不存在减压波平台；如果减压波曲线中存在减压波速度降低而减压波压力保持不变的情况，则天然气存在减压波平台；

4)根据管道应力比和步骤3)的判断结果，确定不同条件下的止裂器厚度：

如果天然气存在减压波平台，且0.5≤管道应力比F≤0.72，则止裂器厚度为t_a1；如果天然气不存在减压波平台，且0.6≤管道应力比F≤0.8，则止裂器厚度为t_a2；

5)根据不同条件下的止裂器厚度t_a1和t_a2确定止裂器的平行段长度和两端坡口角度；

如果天然气存在减压波平台，且0.5≤管道应力比F≤0.72，则止裂器厚度按照公式(3)进行计算：

t_a1＝-11.1+4.5Ft (3)

如果天然气不存在减压波平台，且0.6≤管道应力比F≤0.8，则止裂器厚度按照公式(4)进行计算：

t_a2＝51.8-9.58Ft+0.7(Ft)² (4)

其中，t_a1、t_a2为不同条件下的止裂器壁厚，t为管道壁厚，单位mm；

当止裂器厚度为t_a1或者t_a2时，止裂器平行段的长度按照公式(5)进行计算：

L_a＝21.4286×t_a+1028.5714 (5)

其中，L_a为止裂器平行段长度，单位mm；t_a为止裂器厚度，t_a等于t_a1或者t_a2；

当止裂器厚度为t_a1或者t_a2时，止裂器两端的坡口角度由公式(6)进行计算：

α_a＝-2.1429×t_a+92.1438 (6)

其中，α_a为止裂器坡口角度，t_a为止裂器厚度，t_a等于t_a1或者t_a2。

2.根据权利要求1所述的一种用于X100输气管道玻璃纤维复合材料止裂器的设计方法，其特征在于，所述管道应力比按照如下公式计算：

其中，F为管道应力比；P为管道内压力；D为管道直径；R_t0.5为X100钢管屈服强度，t为管道壁厚，其中R_t0.5应依据ASTM A370通过钢管横向圆棒拉伸试验获得。

3.根据权利要求1所述的一种用于X100输气管道玻璃纤维复合材料止裂器的设计方法，其特征在于，采用BWRS状态方程计算天然气减压波，公式如下：

其中，P为系统压力/kPa；ρ为气相或液相的密度/kmol/m³；R为通用气体常数/J/(mol·k)；T为系统温度/T；A₀，B₀，C₀，D₀，E₀，a，b，c，d，α,γ为方程特征参数。

4.根据权利要求1所述的一种用于X100输气管道玻璃纤维复合材料止裂器的设计方法，其特征在于，玻璃纤维复合材料止裂器的极限应变≥2％。