[發明專利]一種含腐蝕缺陷的海底管道結構彎曲失效評估方法

有效

• 申請號: 201810917814.X
• 申請日: 2018-08-13
• 公開（公告）號: CN110822294B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 楊冬平;王強;叢軍;郭愛洪;王偉斌;牛更奇;支景波;朱麗國;高莎莎;馬文峰
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司技術檢測中心
• 主分類號: G01N3/20
• 分類號: G01N3/20;G01N17/00;F17D5/02
• 代理公司: 濟南智圓行方專利代理事務所(普通合伙企業) 37231
• 代理人: 張玉琳

本發明公開了一種含腐蝕缺陷的海底管道結構彎曲失效評估方法，具體為：檢測管道最大尺寸腐蝕缺陷位置及腐蝕尺寸；根據管道檢測數據、工況條件及環境條件計算管道承受的波浪及海流載荷，最終確定出被測管道所承受的最大彎矩位置和最大彎矩值；推導出含腐蝕缺陷管道的塑性極限彎矩公式，按照該公式可計算被測管道的塑性極限承載彎矩；將計算得到的最大彎矩值與塑性極限彎矩進行比較，在考慮安全系數的前提下判斷被測管道是否失效。本發明的有益效果是：本發明能夠對含有任意位置的小范圍長軸向腐蝕缺陷的管道，進行整體彎曲強度計算評估，省去了有限元建模及分析過程，降低了計算難度，提高了計算的效率，同時又滿足結果精度要求。

技術領域

本發明涉及海底管道失效評估技術領域，特別涉及一種含腐蝕缺陷的海底管道結構彎曲失效評估方法。

背景技術

近些年來，我國對石油、天然氣等資源的需求量不斷上升。石油、天然氣等資源的開發和利用也越來越重要。海底管道作為油氣資源開發、生產以及運輸的“生命線”，確保管道結構安全有著極其重要的作用。由于海洋環境復雜，海底管道常常會因淘蝕和海水沖刷而處于懸空狀態。當海底管道外防腐層出現損壞時，海水會沿防腐層損壞的方向發生侵蝕，易在管道外側任意位置形成長腐蝕缺陷(環向尺寸小而軸向長度大的腐蝕缺陷，理想狀態為軸向腐蝕長度不小于其中，R是管道半徑，t是管道厚度)。管道腐蝕后，會造成管道局部變薄，極限承載能力降。管道的腐蝕是造成海底管道發生破壞的重要原因之一。另外，海底管道往往會遭受滑坡、河床變形等自然災害，以及因淘蝕和海水沖刷導致懸空，此時，彎矩載荷便成為導致海底管道發生破壞的主要因素。

準確評估腐蝕管道的極限承載力或者極限彎矩(通過極限承載力可以計算極限彎矩，這兩者可以互相轉換)是確保管道正常工作的前提。在試驗研究和理論模擬的基礎上，國內外學者對腐蝕管道的極限承載能力進行了大量的研究。20世紀70年代，美國機械工程師協會提出了腐蝕管道極限內壓載荷規范：ASME B31G，仍是目前最為廣泛運用于管道極限承載能力評估的規范?？紤]B31G在評估腐蝕管道極限內壓載荷過于保守，Kiefer、Vieth對B31G中的流應力、Folias系數等參數進行了改進，進而提出了修正版的極限內壓載荷規范：MB31G(0.8dl)。21世紀初期，挪威船級社(DNV)在考慮軸壓和彎曲載荷的前提下，通過對海底腐蝕管道進行了一系列的數值模擬和試驗研究，提出了DNV-RP-F101腐蝕管道極限承載能力的評估規范。2003年，Choi等對X65天然氣腐蝕管道進行了爆破試驗和數值模擬，回歸出了含矩形腐蝕缺陷和橢圓腐蝕缺陷管道的極限內壓公式。Zhu和Leis等應用有限應變理論和變形失穩理論，提出了適用于完好管道的塑性失效模型，并將模型擴展到腐蝕缺陷管道中。

但是，目前對于海底管道在受彎作用下塑性失效的極限承載能力的評估方法，多是將腐蝕缺陷設定在彎曲應力最大的位置，從而得到含腐蝕海底管道塑性失效臨界荷載的下限。但實際海底管道表面腐蝕位置存在任意性，即腐蝕位置不一定位于彎曲應力最大的部位，因此研究包含任意位置海底管道受彎塑性極限承載能力的計算方法更具有實際應用價值，而目前要進行任意腐蝕位置缺陷的失效判定只能通過建立管道有限元模型進行模擬分析實現。

發明內容

針對傳統評估方法是通過將腐蝕缺陷設定于管道彎曲最大位置，從而得出腐蝕海的管道塑性失效臨界荷載下限，存在評測結果不準確、實際應用價值不高的問題，本發明提供了一種含腐蝕缺陷的海底管道結構彎曲失效評估方法，其包含任意位置海底管道受彎塑性極限承載彎矩的計算方法，而不僅限于腐蝕缺陷僅存在于管道彎曲最大位置的情況。

本發明提供了一種含腐蝕缺陷的海底管道結構彎曲失效評估方法，所述評估方法具體為：

步驟S1：選擇一服役管道作為被測管道，檢測被測管道最大尺寸腐蝕缺陷的位置及腐蝕尺寸；

步驟S2：根據步驟S1的檢測數據，進行海浪荷載和海流載荷計算，確定被測管道所承受的彎矩大小及彎曲方向，從而確定出被測管道所承受的最大彎矩位置和最大彎矩值；