[发明专利]一种单缺陷弯管极限内压计算方法

说明书

本发明属于石油与天然气工业技术领域，公开了一种单缺陷弯管极限内压计算方法，在缺陷直管极限载荷评价标准和无缺陷弯管极限载荷公式的基础上，考虑缺陷深度、长度和宽度的变化，利用1stopt软件拟合公式，得到单缺陷弯管极限内压的预测公式，并根据爆破试验数据验证了该公式的准确性。本发明可以通过公式计算得出增压站单缺陷弯管的极限内压，为我国制定单缺陷弯管失效压力的计算标准提供参考，为输气管道弯管的设计和安全评价提供重要的理论支撑。

技术领域

本发明属于石油与天然气工业技术领域，尤其涉及一种单缺陷弯管极限内压计算方法。

背景技术

弯管是油气管道输送系统中的关键部件，可用于改变管线走向和承受一定程度的弹性变形；由于弯管是双曲率结构，在流体流经弯管过程中会对弯管造成冲蚀，此外管内介质和管外土壤都会对管壁产生腐蚀作用，弯管比直管更易出现凹坑、局部减薄等缺陷；缺陷的存在会降低弯管的承压能力，影响站场的安全运营；因此需要建立针对于弯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。

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，而对含缺陷弯管的研究较少，尚未形成一套成熟的适用于缺陷弯管安全评定的方法，缺陷弯管的安全评定的规范也尚未形成。

对于相同径厚比的含局部减薄缺陷弯管与直管来说，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弯管的极限承压能力，可能导致结果的不准确。以典型弯管Φ508×16mm、材质API 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，统计于表1。可以看到标准值与计算值误差较大，最大误差达到14.5％。

表1各标准评价方法计算值与有限元结果对比

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供一种单缺陷弯管极限内压计算方法，单缺陷弯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。

本发明提供了一种单缺陷弯管极限载荷的计算方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：根据增压站设计资料，确定含缺陷弯管的基础参数：弯管管径、弯管壁厚、弯管曲率半径、弯管拉伸强度、缺陷长度、缺陷宽度和缺陷深度；

步骤2：计算单缺陷弯管缺陷轴向长度系数a、缺陷环向宽度系数b和缺陷深度系数c；

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，确定单缺陷弯管的极限内压值。提出了一种新的单缺陷弯管的极限载荷计算方法。在无缺陷弯管极限载荷公式的基础上，考虑缺陷深度、长度和宽度的变化，在内压作用下，弯管失效点可能在内拱中心点处，也可能在缺陷区域，为了让计算结果更加精确，需要分成两种情况进行分析，即当缺陷深度系数c＜0.3和缺陷深度系数c≥0.3这两种情况，利用1stopt软件拟合公式，得到单缺陷弯管极限内压的预测公式。

当缺陷深度系数c0.3时，弯管失效区域位于内拱中心点，计算结果与无缺陷弯管的极限内压相近，仍然可以采用无缺陷情况下的Goodall理论公式计算单缺陷弯管的极限内压：

当缺陷深度系数c≥0.3时，弯管失效点位于缺陷区域，采用以下公式计算单缺陷弯管极限内压：

P＝P₀·[1-c(1-(1.393(1-b)^0.464+3.532·exp(-0.628·a))·(1-c)^1.946)]