摘要：分別用有限元法和標準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，結果表明：兩種方法的計葬結果接近;標準SY/T16151-1995所編制的分析評定軟件，可簡(jiǎn)便而有效地評價(jià)管道腐蝕損仿。

石油天然氣管道服役時(shí)間比較長(cháng)，普遍存在腐蝕性體積缺陷，以及第三方破壞、地質(zhì)災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(shí)不能停產(chǎn)而采取降壓運行，需要及時(shí)發(fā)現缺陷并評估其安全可靠性。鑒于含缺陷管道的極限應力分析比較復雜，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(jià)標準進(jìn)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(kāi)位移（CTOD）值&=0.068mm，焊縫系數為0.8 。該管段在內部介質(zhì)作用下，出現比較嚴重的腐蝕和減薄現象，最大蝕坑深度為3.8mm，最大縱向投影長(cháng)度6mm，環(huán)向腐蝕長(cháng)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(gè)單元，4450個(gè)節點(diǎn)。

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

（ 3） 彎管的彈塑性分析。當內壓增大到6MPa時(shí)， 管道內彎處局部材料開(kāi)始進(jìn)人屈服狀態(tài)， 但其屈服區域較小。此時(shí)屈服區域外圍未屈服的材料可限制屈服區域材料的變形， 隨載荷的增加， 管道不會(huì )無(wú)限制地變形， 因此管段還有進(jìn)一步承載的能力。

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

2 標準對管道腐蝕缺陷的評價(jià)

SY/T6151-1995《 鋼質(zhì)管道管體腐蝕損傷評價(jià)方法》標準是在消化吸收ASME B3lG基礎上制訂的，考慮了環(huán)向腐蝕的影響，并將腐蝕區面積折算成當量半裂紋長(cháng)，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]。為便于對該標準的使用，本文作者用 matlab軟件編制了與標準相配套的分析計算程序。將上述有關(guān)原始數據輸人程序，可直接求得該含缺陷管道的極限壓力為9.5MP，評定腐蝕類(lèi)型為第2類(lèi)，屬“ 管體腐蝕尚不很?chē)乐�，能夠維持正常運行”的情況。由此可知，標準SY/T6151-1995求得的極限壓力與有限元法求得的結果接近。

3 結語(yǔ)

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