基于caesarⅱ的埋地输油管道应力分析.pdf
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1、2 0 1 4 正 第2 期管道技术P i p e l i n eT e c h n i q u e5设各 a n dE q u i p m e n t2 0 1 4N o 2基于C A E S A R1 I 的埋地输油管道应力分析吴新果1 ,周峤1 ,卢泓方2( 1 新疆石油勘察设计研究院( 有限公司) ,新疆乌鲁木齐8 3 0 0 2 6 ;2 西南石油大学石油工程学院,四川成都6 1 0 5 0 0 )摘要:管道设计是施工质量的基础,管道设计的合理性直接关系到管道的结构安全。为了保证管道设计的合理性,确保管道在各种工况下都能够安全运营,应用C A E S A R U 软件,建立埋地管道模
2、型,对埋地管道进行应力分析。将分析结果进行模拟,得出结论:无论何种工况下,弯管都是应力危险的关键点;不同工况的应力影响因素不同。通过应力分析,可以为管道全线提供应力分析报告,从应力方面证明管道设计的安全性和科学性。关键词:管道设计;埋地管道;应力分析;C A E S A R I I 软件中图分类号:T E 8文献标识码:A文章编号:1 0 0 4 9 6 1 4 ( 2 0 1 4 ) 0 2 0 0 1 6 0 3S t r e s sA n a l y s i so fC A E S A Rl I b a s e dB n r i e dO i lP i p e l i n e sW UX
3、 i n g u 0 1 ,Z H O UQ i a 0 1 ,L UH o n g f a n 9 2( 1 X i n j i a n gP e t r o l e u mI n v e s t i g a t i o nD e s i g na n dR e s e a r c hI n s t i t u t e ( C o L t d ) ,U r u m c h i8 3 0 0 2 6 ,C h i n a ;2 S o u t h w e s tP e t r o l e u mU n i v e r s i t y ,C h e n g d u6 1 0 5 0 0 ,C h
4、 i n a )A b s t r a c t :P i p e l i n ed e s i g ni st h eb a s eo ft h ec o n s t r u c t i o nq u a l i t y T h er a t i o n a l i t yo ft h ep i p e l i n ed e s i g ni sr e l a t e dd i r e c t l yt ot h es t r u c t u r a ls a f e t yo fap i p e l i n e I no r d e rt Om e e tt h er a t i o n a
5、 lr e q u i r e m e n t so fp i p e l i n ed e s i g na n de n s u r et h ep i p e l i n e Ss a f eo p e r -a t i o nu n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o n s ,t h ep a p e ru s e sC A E S A RI Is o f t w a r et ob u i l dab u r i e dp i p em o d e la n dc a r r yo u tt h es t r e s sa n a l y t
6、 i c a l T os i m u l a t et h ea n a l y t i c a lr e s u l t s ,i tg e t st h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n s :W h a t e v e rt h ec o n d i t i o n sa r e ,p i p eb e n d sa r ea l w a y st h es t r e s sd a n g e r o u sp o i n t ,a n dd i f f e r e n tw o r k i n gc o n d i t i o n sh a
7、 v ed i f f e r e n ti n f l u e n c ef a c t o r s T h r o u g ht h es t a t i ca n a l y s i s ,i tp r o v i d e ss t r e s sa n a l y s i sr e p o r t so nt h ew h o l ep i p e l i n ea n dp r o v et h es e c u r i t ya n ds c i e n t i f i cp r o p e r t yo ft h ep i p e l i n ed e s i g n K e y
8、w o r d s :p i p e l i n ed e s i g n ;b u r i e dp i p e l i n e s ;s t r e s sa n a l y s i s ;C A E S A RI Is o f t w a r e0引言随着工艺技术的发展,管道的压力、温度不断提高,管径和壁厚不断增大,管道应力分析也受到越来越多的重视。管道应力分析是指对管道进行包括应力计算在内的力学分析,使分析结果满足标准规范的要求。对于穿越管段来说,设计不合理、施工质量问题、管道腐蚀等原因,都会造成穿越管段失效,形成管道事故。为了确保管道在各种工况下都能够安全运行,减少安全隐患,要研究管
9、道应力分布情况,为管道全线提供应力分析报告,提高管道设计的合理性和科学性旧J 。1 应力分析基本理论1 1 应力分析基本任务管道应力分析可以分为动力分析和静力分析两部分J 。静力分析的基本任务包括:一次应力分析;二次应力分析;管系位移计算;埋地管的稳定性计算等。文中对埋地输油管道进行静力分析。 1 2 应力校核一次应力是由于压力、重力和其他外力载荷作用收稿日期:2 0 1 3 0 8 2 8收修改稿日期:2 0 1 3 1 0 0 5而在管道内部产生的应力。它是平衡外力荷载所需的,随外力荷载的增加而增加。其特点是无自限性,引起的主要是塑性破坏。二次应力是由于热胀、冷缩、端点位移等位移荷 载的作
10、用使管道变形受约束而产生的应力。它不直接与外力平衡,而是为满足位移约束条件或管道自身变形的连续要求所必须的应力。其特点是具有自限性,引起的主要是疲劳破坏。综合应力是由于荷载、结构形状的局部突变而引 起的局部应力集中的最高应力值,是一次和二次应力的综合4 | 。 2 应用实例以风城稠油外输管道白杨河穿越段为例建立埋地管道模型,如图1 所示。管道基本参数为:直径4 5 7m m ,壁厚8 7m m ,管材I A 5 0 A P I5 LX 6 5 ,操作温度8 5 ,操作压力1 2M P a ,水平穿越长度为3 0 0m ,冷弯弯管R = 4 0 D =1 82 8 0m i l l 将管道基本参
11、数输人C A E S A R 软件的管道输入表之后,进行弯管、约束的设置。河床段埋地管道受万方数据第2 期吴新果等:基于C A E S A R l l 的埋地输油管道应力分析1 71表l 。表1河流穿越段埋地管道所受基本载荷图1 管道模型 到均匀的地下水浮力影响,对其添加均布应力。为了防止管道出现漂管现象,对河床段管线每隔3m 设压重块以抗浮,即每隔3m 添加集中应力,方向和均布应力方向相反。管道模型建好以后,进行错误检查。如果发现错误,返回修改参数。没有错误,将生成重心报告,显示分析数据。2 1 土壤约束的加载埋地管线承受着来自土壤的连续约束,特别是长直管道存在自然锚固现象J 。因此,需要建
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