油气管线裂纹型缺陷的疲劳寿命预测

利用文献数据,采用Paris公式计算和分析含轴向表面裂纹的油气输送用X60管线钢的疲劳裂纹扩展过程,通过对比含裂纹缺陷油气输送管的全尺寸实物疲劳试验结果,对所采用的基于失效评定图技术的含裂纹缺陷管道疲劳寿命预测方法的计算结果进行了间接的试验验证.结果表明,含缺陷管道的疲劳寿命数值计算结果与试验结果相吻合,采用小试样测试结果经Newman法修正后进行油气输送管道的疲劳寿命计算和分析是可行的.     

循环热力作用下压气储能洞室钢衬的疲劳耐久性

以大同云冈矿拟建的压气储能电站为例，构建压气储能洞室热力耦合计算模型，通过应力疲劳、应变疲劳、裂纹扩展疲劳3种疲劳分析方法对长期运行条件下钢衬的耐久性进行研究。结果表明：钢衬疲劳寿命计算中必须考虑裂纹扩展的影响，应力疲劳法和应变疲劳法由于没有考虑裂纹扩展的影响，会使疲劳寿命计算结果偏大；钢衬疲劳寿命主要受围岩弹性模量、洞室运营压力和初始裂纹尺寸影响，围岩弹性模量越大、洞室运营压力及初始裂纹尺寸越小，相应的钢衬疲劳寿命就越大；此外，钢衬疲劳寿命随着钢衬厚度的增加而增加，但存在一个最佳厚度，当钢衬厚度大于该厚度时，钢衬的疲劳寿命将不会有明显变化。     

钢桥面板U肋对接焊缝疲劳裂纹扩展寿命分析

为研究正交异性钢桥面板U肋对接焊缝疲劳裂纹扩展寿命规律,建立正交异性钢桥面板U肋对接焊缝开裂模型,针对U肋对接焊缝开裂后沿表面、沿板厚两种情况分别进行裂纹扩展分析。通过计算裂纹尖端Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子,分别获得裂纹尖端应力、扩展角度的变化规律,然后结合Paris定律,基于断裂力学理论对两种情况下的裂纹扩展疲劳寿命进行评估。研究结果表明:表面疲劳裂纹两种裂纹尖端的扩展角度大致相同,呈对称扩展;当裂纹长度小于2.75mm时,板厚疲劳裂纹处于稳定扩展阶段,疲劳裂纹修复应尽量选择该稳定扩展阶段;通过对比可知,表面疲劳裂纹的扩展寿命是板厚疲劳裂纹扩展寿命的16.7倍,应对板厚疲劳裂纹扩展予以重点关注。     

A537钢室温与低温下疲劳裂纹扩展的基本控制参数优选

在研究海洋石油平台结构用钢Ａ５３７在室温下低温下疲劳裂纹扩展规律的基础上，用三个不同的控制参数对疲劳裂纹扩展寿命进行了估算，并以计算寿命与试验寿命差值之大小作为衡量标准，优选出各个温度下疲劳裂纹扩展的基本控制参数，研究结果表明，Ａ５３７钢室温疲劳裂纹扩展的基本控制参数为应力强度因子幅值，而低温疲劳裂纹扩展的基本控制参数则为最大Ｊ积分。     

A537钢室温与低温下疲劳裂纹扩展的基本控制参数优选

在研究海洋石油平台结构用钢Ａ５３７在室温与低温下疲劳裂纹扩展规律的基础上，用三个不同的控制多数对疲劳裂纹扩展寿命进行了估算，并以计算寿命与试验寿命差值之大小作为衡量标准，优选出各个温度下疲劳裂纹扩展的基本控制参数．研究结果表明，Ａ５３７钢室温疲劳裂纹扩展的基本控制参数为应力强度因子幅值，而低温疲劳裂纹扩展的基本控制参数则为最大Ｊ积分．     

表面裂纹扩展速率试验数据处理及寿命估算方法与程序

本文介绍了用递增多项式法和Chebyshev多项式法处理表面裂纹疲劳扩展速率试验数据和裂纹扩展寿命估算的两种计算方法与计算机程序(ALGOL程序和BD—200程序)。实践表明:本文推荐的两套计算程序是处理分析表面裂纹疲劳扩展速率试验数据和估算裂纹扩展寿命的简便而有效的好方法。     

板、轴类构件中表面裂纹弯曲疲劳扩展规律

本文从断裂力学基本理论出发,引入“相当能量率”概念,给出一种表面裂纹疲劳扩展的速率分析模型及一系列计算公式,在探讨板、轴件中表面裂纹弯曲疲劳扩展规律的基础上,得到一种“用贯穿裂纹试件的实验结果预测表面裂纹构件疲劳寿命”的特性线法,提出三种方法预测“含横向表面裂纹园轴件”的疲劳寿命,并为园轴中横向表面裂纹的确定提供了一种途径。文中还给出了P105钻杆钢表面裂纹试件在弯曲疲劳时扩展特性的初步研究。     

材料构型力驱动的复合型疲劳裂纹扩展行为研究

基于材料构型力断裂准则,提出了一种描述复合型疲劳裂纹扩展规律的新模型,该模型不仅能够预测复合型裂纹的扩展路径,而且可以计算裂纹扩展寿命。以该模型为基础,对疲劳问题中的复合型裂纹扩展失效问题进行了研究。首先,根据材料构型力理论,建立了复合型疲劳裂纹扩展模型,开发了构型力的有限元计算程序,实现了疲劳裂纹扩展的数值计算;其次,采用构型力驱动准则,对Ⅰ型和I-II复合型疲劳裂纹进行了数值分析,计算了裂纹扩展路径以及扩展寿命,数值分析结果与试验结果基本一致,从而验证了该方法的有效性。最后,针对工程实际中可能出现的复杂疲劳裂纹扩展问题,具体研究了边界裂纹与圆孔缺陷干涉作用下的金属板疲劳问题,结果表明:斜裂纹角度以及孔洞与裂纹的相对位置均会影响扩展路径以及疲劳寿命;对于不含圆孔的斜裂纹问题,裂纹角度越大,寿命就越长,而对于含圆孔的边界裂纹问题,由于孔洞的存在导致了裂纹朝孔洞方向偏转和裂纹扩展速率减小,并可能发生止裂现象。     

带裂纹自增强设备的疲劳寿命估算

文中分析了内壁含有纵向裂纹的厚壁圆筒的应力强度因子的表达式,指出其中自由表面影响系数的Newman-Raju解是计算厚壁圆筒疲劳裂纹扩展寿命的首选表达式,同时还指出自增强处理能大幅度提高疲劳裂纹的扩展寿命,100%的超应变处理有最长的疲劳寿命。     

桥式类型起重机箱形梁变幅疲劳试验研究

本文对桥式类型起重机箱形梁在变幅载荷作用下疲劳裂纹扩展规律及其寿命进行了实验研究，建立疲劳裂纹扩展规律及其寿命进行了实验研究，建立了疲劳裂纹扩展的Ｐａｒｉｓ公式．由得到的裂纹扩展公式估算了箱形梁的疲劳寿命和疲劳强度，并与试验结果作了比较     

天然气长输管道中水合物生成的预测

天然气管道运行过程中,随着管道内压力、温度和天然气组分的变化会生成水合物。水合物的生成会降低管道的输送能力,从而提高输送成本,严重时更会堵塞管道甚至发生管道爆裂,造成重大的生产事故和巨大的经济损失。通过天然气管道内水合物生成条件预测模型的建立,确立天然气水合物形成时的温压关系,再结合天然气输送管道中温度和压力分布的仿真模拟,就可以预测天然气输送管道中水合物生成的大体位置和水合物生成的类型。这可以为防止天然气输送管道中水合物生成和堵塞提供技术依据,也为管道的设计和运行提供指导性建议。     

某气田集输配气管网仿真分析

针对国内的某些老气田已经进入开发后期,产气规模小,产量田已满足不了市场的需求的实际,提出以管网仿真分析,实施地面管网规划和改造,进行邻区天然气的开发和利用。建立了包括管道和非管元件的复杂管网的数学模型,对稳态仿真采用节点压力法建立非线性方程,对瞬态仿真采用隐式法建立非线性差分方程,并应用广义阻尼牛顿—拉夫逊法求解非线性方程组,最后研制出管道仿真系统Pipeline Emulation System（PES）仿真软件包,对某片区的目前管网和规划管网进行仿真分析。结果表明：规划后管网中的管道压力没有超过允许压力,大部分管道可以增加流量,个别管道应该改换成较大管径的管道。     

地形高程差对天然气输送管道工艺计算的影响

通过对气体稳定流动基本方程组进行解析求解,给出了考虑地形高程差影响的输气管道精确计算公式、简化计算公式和水平管计算公式.通过数值计算,研究了地形高程变化对天然气输送管道工艺计算的影响.结果表明,地形高程变化对管道压降计算的影响比较明显,而对管道直径和输气能力计算的影响不太明显,当高程差大于200m时,应该考虑高程差对天然气输送管道工艺计算的影响.结果为天然气输送管道设计的工艺计算提供了理论基础.     

高压天然气水合物生长动力学及浆体黏度特性

为探究油气混输管道中天然气水合物的生成及流动特性,得到实际混输管道天然气水合物浆液的安全运行规律。运用高压天然气水合物实验环路,进行了油水乳液体系天然气水合物浆液流动实验。通过控制变量法研究了不同初始压力、初始质量流量与加剂量对天然气水合物生成诱导时间、管内浆液表观黏度、密度以及水合物体积分数等的影响,获得了如下的重要研究结论:初始压力越高,水合物生成诱导时间越短,由初始压力5.3 MPa下的1.47 h缩短至6 MPa下的0.71 h,缩短了约51.7%,水合物在生成过程中反应越剧烈,不利于运输的安全;初始质量流量越大,水合物生成诱导时间越长,由初始流量895.3 kg/h下的0.76 h增加到1 414.6 kg/h下的0.90 h,增加了约18.4%,表观黏度波动幅度越小,运输过程越平稳安全;增大阻聚剂的加剂量对水合物诱导时间影响较小,但水合物大量生成阶段现象越平稳,水合物生成后管内水合物体积分数越小,浆液输送性越好;在流动过程中若流速下降,压降反而增加,则说明水合物体积分数的聚并很明显且管内浆液表观黏度很大,管道堵塞风险较大。     

考虑双重不确定性的天然气压力能出力特性分析

天然气管网余压资源利用是实现双碳目标的关键技术路径之一,压力能出力特性分析是支撑其高效利用的基础,为提高能源利用率和改善天然气管网运行经济性,提出考虑双重不确定性的天然气压力能出力特性分析方法。首先,提出一种并联式天然气管网压力能发电系统架构,并对其出力影响因素进行分析。然后,建立天然气网络模型及其各类负荷需求模型,并基于不确定性理论,构建考虑天然气流量与压力的双重不确定性模型;在此基础上,构建压力能出力?分析数学模型,并提出波动性指标对压力能出力特性进行分析。结果表明：①天然气压力能发电功率随膨胀机入口天然气流量、温度与压力增大而增大;②天然气压力能发电具有典型的时空特性与不确定性;③压力能发电波动性受时间尺度影响,时间尺度越大,波动性越强。     

水平井筒变质量环空流压降分析模型

在常规管道环空流流型压降分析的基础上 ,考虑管壁存在入流或出流对于环空流流型压降的影响 ,对气、液两相分别应用质量守恒方程和动量守恒方程 ,得到水平井筒气液两相变质量流动环空流流型的压降计算方法 .计算结果表明 :水平井筒气液两相变质量流动环空流流型的压降大于常规水平管道的压降 ;入流量越大 ,压降越大 ;管径越大 ,压降越小 ;要计算整个水平段压力分布 ,还需要结合井筒的流型判别以及其它流型的压降计算方法     

天然气管网系统性能评价指标及方法研究进展

目前中国对天然气的需求与消费扩大,天然气管网建设势必要加快.天然气管网系统在服役过程中的事故率和安全风险难以控制,从而会极大影响天然气管网供应格局的形成.近年来,中外对天然气管网系统的性能评价指标及方法已经取得了大量的研究成果,但是中国油气管道领域的应用实例仍然较少,未形成一套完整的、全面的天然气管网系统性能评价指标及方法体系.通过总结现有研究成果发现,管网结构可靠性评价主要是采用故障树分析、蒙特卡洛模拟方法来计算管网系统的失效概率,从而量化管网系统的可靠性.管网供气可靠性评价主要是基于概率统计方法,建立天然气管网系统日需求-日供给干涉模型,并结合TGNET软件或蒙特卡洛模拟法,求解出管网系统的供气可靠度;管网经济性评价主要侧重于投资估算和财务评价;管网适应性评价主要是通过模拟软件建立管网水力计算模型,从而分析管网在不同工况下的输送效率.同时也指明了建立管网系统评价模型、划分评价指标等级是未来的研究重点;采用极限状态设计理论,并准确计算管网系统发生失效或故障的概率是未来的研究难点.以上综述内容对于开展天然气管网系统性能评价指标及方法的理论研究与现场应用具有一定的借鉴价值.     

输气管模拟实验系统开发

该文对自主设计和开发天然气长距离管道输送模拟实验系统进行研究,可准确模拟管道长度、起终点压力的变化对管路沿线压力流量的影响,以及管线出现泄漏时沿线压力和流量的变化。该实验系统可用于油气储运专业天然气管道输送课程的实验教学以及相关科研实验。     

天然气集输管网仿真技术研究

通过建立天然气管网管道元件以及非管元件仿真数学模型,采用隐式差分法将偏微分模型转换为有限差分方程,并采用牛顿-拉夫逊法求解模型,最后对某天然气管网进行了仿真分析,结果表明:各管道中的压力没有超过管道允许压力,部分管段压降、流量很小,增输潜力巨大,因此,可以调整输气方案,适当增加输气量.     

普光气田采气地面流程水合物形成预测与防止技术

普光气田为高含硫中等含二氧化碳干气气藏,在地面节流过程中容易形成水合物而堵塞集输管线.因此进行了水合物形成预测.基于渗流理论、产能方程和节流原理,通过Wellflo软件模拟计算了普光2井在不同产气量下井口的温度和压力值,并计算了不同节流级数和不同节流压力下节流后的温度,据此预测了节流阀后管线中能否生成水合物.结果表明:普光气田节流过程中容易形成水合物;地面流程为两级节流时,应重视一级节流参数的合理选择.在此基础上提出了地面流程的节流原则和相应的水合物防止措施.