摘要：分別用有限元法和標(biāo)準(zhǔn)SY/T16151-1995的方法分析計算了含腐飲性體積缺陷宵管的極限載荷和安全服役狀況，結(jié)果表明：兩種方法的計葬結(jié)果接近;標(biāo)準(zhǔn)SY/T16151-1995所編制的分析評定軟件，可簡便而有效地評價管道腐蝕損仿。

石油天然氣管道服役時間比較長，普遍存在腐蝕性體積缺陷，以及第三方破壞、地質(zhì)災(zāi)害和誤操作等因素造成的損傷[1]。為保障管道的安全運行，避免管體腐蝕所導(dǎo)致的爆裂、泄漏事故，確定是否需要立即停產(chǎn)檢修更換管段，或因生產(chǎn)繁忙暫時不能停產(chǎn)而采取降壓運行，需要及時發(fā)現(xiàn)缺陷并評估其安全可靠性。鑒于含缺陷管道的極限應(yīng)力分析比較復(fù)雜，本文試用有限元法分析某一天然氣管道的極限強度及安全狀況，并與有關(guān)評價標(biāo)準(zhǔn)進行了對比。

1 管道極限載荷的有限元分析

本文研究對象為一含硫天然氣輸送管道的彎管段，管道材質(zhì)為20＃鋼，工作溫度為常溫，工作壓力0.05MPa，最小屈服強度3 13.95MP，管材的裂紋尖端張開位移（CTOD）值&=0.068mm，焊縫系數(shù)為0.8 。該管段在內(nèi)部介質(zhì)作用下，出現(xiàn)比較嚴(yán)重的腐蝕和減薄現(xiàn)象，最大蝕坑深度為3.8mm，最大縱向投影長度6mm，環(huán)向腐蝕長度120mm，利用有限元法分析其極限承載情況如下：

（ 1 ）有限元模型。管段的有限元單元模型如圖1 所示，共劃分1969個單元，4450個節(jié)點。

（ 2 ）材料的本構(gòu)模型。材料的本構(gòu)模型 （應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系）用雙線性表示。經(jīng)計算分析。材料的塑性極限許用應(yīng)力值為294MPa。

（ 3） 彎管的彈塑性分析。當(dāng)內(nèi)壓增大到6MPa時， 管道內(nèi)彎處局部材料開始進人屈服狀態(tài)， 但其屈服區(qū)域較小。此時屈服區(qū)域外圍未屈服的材料可限制屈服區(qū)域材料的變形， 隨載荷的增加， 管道不會無限制地變形， 因此管段還有進一步承載的能力。

當(dāng)內(nèi)壓達到9.7MPa時，最大應(yīng)力處沿厚度方向整體屈服。由于屈服區(qū)域較大，此時隨載荷的增加，屈服區(qū)域外圍未屈服的材料已無法限制屈服區(qū)域中心部位的變形。因此管道此時已完全達到其塑性極限狀態(tài)，塑性極限內(nèi)壓為9.7MPa。

2 標(biāo)準(zhǔn)對管道腐蝕缺陷的評價

SY/T6151-1995《 鋼質(zhì)管道管體腐蝕損傷評價方法》標(biāo)準(zhǔn)是在消化吸收ASME B3lG基礎(chǔ)上制訂的，考慮了環(huán)向腐蝕的影響，并將腐蝕區(qū)面積折算成當(dāng)量半裂紋長，采用斷裂力學(xué)分別計算環(huán)向和軸向所能承受的 最大壓力值[2]。為便于對該標(biāo)準(zhǔn)的使用，本文作者用 matlab軟件編制了與標(biāo)準(zhǔn)相配套的分析計算程序。將上述有關(guān)原始數(shù)據(jù)輸人程序，可直接求得該含缺陷管道的極限壓力為9.5MP，評定腐蝕類型為第2類，屬“ 管體腐蝕尚不很嚴(yán)重，能夠維持正常運行”的情況。由此可知，標(biāo)準(zhǔn)SY/T6151-1995求得的極限壓力與有限元法求得的結(jié)果接近。

3 結(jié)語

有限元法是含缺陷管道極限應(yīng)力分析的有效手段，而SY/T6151-1995是一個比較實用的管道腐蝕損傷評價標(biāo)準(zhǔn)，利用本文編制的matlab軟件將有限元分析方法與該標(biāo)準(zhǔn)有機結(jié)合起來，可有效地評價含缺陷管道的極限承載能力和安全運行狀況。