基于超声波检测的管道内缺陷剩余强度研究.pdf
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1、201 5正 第 3期 第 4 4卷 第 1 5页 石 油矿 oI L FI ELD 场机 械 EQUI P ME NT 2 0 1 5, 4 4( 3 ) : 1 5 1 9 文 章 编 号 : 1 0 0 1 - 3 4 8 2 ( 2 O 1 5 ) 0 3 - 0 0 1 5 - 0 5 基于超声波检测的管道 内缺陷剩余强度研究 唐东林 , 陈 昂 , 赵 江 , 王 斌。 , 袁 晓红 , 任 杰 , 申鹏飞 ( 1 西南 石油大学 石油天然气装备教育部重 点实验室 , 成都 6 1 0 5 0 0 ; 2 新疆金牛工程建设有 限责任公司 , 新疆 克拉玛依 8 3 4 0 0 8
2、) 摘要: 利 用超声波检测装置对管道 内壁的标准缺 陷进行检测 , 将检测结果与标准缺陷的尺寸数据进 行 对 比分析 。建立 管道 内缺 陷的 三维模 型 , 采 用有 限元软 件 ANS Y S对其 失效 压 力和 等 效 应 力进 行 研 究 , 分析 不 同尺寸 的缺 陷对 管道 失效 压 力的影 响 ; 同 时利 用 AS ME B 3 1 G评 价 准则对 缺 陷数据 进行分析 , 获得腐蚀缺陷的失效压力和剩余强度。结果表明: 超声波检测技术在管道 内腐蚀缺 陷检 测具有可行性与可靠性 ; 当缺 陷深度为壁厚的 6 5 以上时, 随着缺陷长度的增加 , 非线性随机有 限 元 预测
3、结 果 与 AS ME B 3 1 G 分析 结果 比较 接 近 ; 当缺 陷深度 约为 壁厚 的 3 5 时 , 随 着缺 陷长度 的 增 加 , 两 者结 果相 差较 大 。 关键词 : 内缺 陷 ; 超 声 波检 测 ; AS ME B 3 1 G; ANS YS ; 剩 余 强度 中图分 类 号 : TE 9 7 3 1 文献 标识 码 : B d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 1 3 8 4 2 2 0 1 5 0 3 0 0 4 Re s e a r c h o n Re ma i ni n g St r e ng t h i n I n t
4、e r n a l De f e c t s o f Pi p e l i n e Ba s e d o n Ul t r a s o n i c De t e c t i n g M e t h o d TANG Do n g l i n , CHEN An g , Z HAo J i a n g 。 , W ANG Bi n 。 YUAN Xi a o h o n g , REN J i e , S HEN Pe n g f e i ( 1 P M i n i s t r y o f Edu c a t i o n Ke y La b o r a t o r y o f Na t u r
5、a l Ga s Eq u i pme n t , S o u t h we s t Pe t r o l e u m Un i v e r s i t y C h e n g d u 6 1 0 5 0 0, Ch i n a; 2 Xi n j i a n g J i n n i u En gi n e e r i n g & C o n s t r u c t i o n C o , Lt d , Ka r a ma y 8 3 4 0 0 8, C hi n a) Ab s t r a c t : The n or ma l d e f e c t s o f i n ne r pi
6、p e l i n e we r e d e t e c t e d b y Ul t r a s on i c Te s t i ng, t he t e s t i ng r e s u l t s we r e c o mpa r e d wi t h d i me n s i o na l d a t a o f no r m a l d e f e c t s : 3 D de f e c t i v e mod e l s of pi p e l i n e h a d be e n bu i l t by us i n g f i ni t e e l e me n t s o
7、f t wa r e o f ANSYS t o s t ud y f a i l u r e a nd e q u i va l e nt s t r e s s of di f f e r e nt s i z e s , t he i nf l u e nc e of f a i l ur e pr e s s u r e wi t h di f f e r e nt s i z e o f d e f e c t s we r e a l s o a n a l yz e d M e a nwh i l e。 ASM E B3 1 G一 2 O 09 wa s us e d t o a
8、 n a l yz e d e f e c t i v e d a t a a n d c o un t f a i l ur e s t r e s s a nd r e mai ni n g s t r e ngt h o f c or r os i o n de f e c t s The s e r e s ul t s i ndi c a t e t h a t u l t r a s on i c de t e c t i n g h a s bo t h f e a s i bi l i t y a nd r e l i a b i l i t y i n d e t e c t
9、 i ng i nt e r n a l c o r r o s i o n de f e c t s o f p i pe l i ne b y r e s u l t s W h e n t he de f e c t i v e d e p t h e x c e e ds 6 5 o f t he wa l l t hi c kne s s a n d t h e de f e c t i v e l e ng t h i n c r e a s e s , t he pr e d i c t e d r e s ul t s o f no nl i n e a r s t o c h
10、 a s t i c f i n i t e e l e m e n t a r e c o m p a r a t i v e l y c o ns i s t e nt wi t h t ha t o f t he ASM E B3 1 G Ho we v e r , wh e n t h e d e f e c t i v e d e p t h c o me s c l o s e t o 3 5 9 6 , t h e d i s c r e p a n c i e s a r e a d e q u a t e l y l a r g e wi t h t he i nc r e
11、a s e o f d e f e c t i v e l e n gt h Ke y wo r d s: i nt e r n a l d e f e c t ; u l t r a s o ni c t e s t i ng; ASM E B3 1 G ; ANSYS; r e ma i ni ng s t r e ng t h 收稿 日期 基 金 项 目 作 者 简 介 : 2 01 4 09 1 5 : 石油天然气装备教育部重点实验 室基金 ( 2 0 1 O S T S O 4 ) : 唐东林 ( 1 9 7 0 一 ) , 四川成 都 人 , 教 授 , 博 士 后 , 主 要从
12、事 无 损检 测 技术 、 石 油装 备 安全 评 价技 术 研究 , E - ma i l : c h e n S a n g l 1 2 6 c o m。 石 油 矿场 机械 2 0 1 5 年 3 月 由于原油 中杂质 的冲刷以及化学腐蚀 , 管道内 部产生不同类型 的缺 陷。随着含缺 陷管道 继续服 役 , 缺 陷 区域 产生 应 力集 中从 而 严 重 影 响管 道 承 压 能力 , 对 管 道 的安全 运 行 造 成严 重 的危 害 。为 了判 断管道的腐蚀状况及危害程度, 需要对管道 的缺陷 和剩余强度进行检测分析。 管道内腐蚀缺陷检测主要采用超声波检测_ 1 和 漏磁检测l 2
13、 等无损检测技术。管道剩余强度分析主 要 采 用 AS ME B 3 1 Gl_ 3 评 价 准 则 和 有 限 元 分 析 方 法 ; 通 过 对 流 变 应 力 和 缺 陷 面 积 修 正 完 善 AS ME B 3 1 G评价准则 , 提高剩余强度评价 的准确 性 。随着有 限元分 析 理论 的不 断 成 熟 , 有 限元 分 析 方 法对管 道 缺陷 的分析 更加精 确可靠 _ 6 , 通过 有 限 元 软件 ANS YS对 比分 析 不 同强 度 和 材料 的管 道 , 随 着缺 陷长 度 、 深 度 和 宽度 增 加 以 及 缺 陷之 间 相 互 位 置 的变 化 , 管 道 剩余
14、 强度 和失 效 压 力 的 变 化 规 律 。 对 于有 限元分 析 和 AS ME B 3 1 G适 用 于何种类 型的缺 陷 , 本 文利 用 超 声 波检 测 装 置 对缺 陷进 行 检 测并计算出缺陷尺寸, 再利用有 限元 软件 ANS YS 对检测的缺陷进行的剩余强度和失效压力分析, 将 分 析结 果与 AS ME B 3 1 G 分 析 结果 进 行 对 比, 讨 论 有 限元和 AS ME标 准 的适 用性 。 l 超声波检测与分析 1 1超声 波检 测装 置设计 超声波检测装置总体结构如图 1所示 , 它由探 头节 、 记 录节 和 电源节 等组成 , 采用 万 向节将 各节
15、进 行连接。探头节在采用环形阵列布局 , 探头结构 如 图 2所示 , 其内部包含探头信号处理 系统和惯导系 统 ; 记 录节用 来存储 超声 波信 号 、 惯 导信 号 以及 里 程 信号; 电源节主要对探头、 惯导装置和里程轮提供电 源。通过管道内部的压差驱动该检测装置沿输油管 道 自动行走 , 在运动过程中, 对输油管道内部腐蚀状 况 进行 全程 检测 , 并记 录管 道 内部 的数 据 , 根据探 头 的环 形阵列 布局 实现 管道 内全覆 盖检 测 。为保证 不 低于 1 o 的声束覆盖 , 阵列采用 3列 9 O路传感器, 相邻探头之间的夹角为 1 2 。 , 列之间夹角为 4 。
16、 。 图 1 超声波检测装置 图 2 超声波检测装置探头布局 1 2检 测分 析 检 测装 置 的探 头采 用环 向阵列布 局实现 对管 道 环向的全覆盖 , 从而对缺陷全方位检测; 利用缺陷图 形成像处理技术和缺陷深度计算公式对检测的缺陷 信号数据进行分析 , 计算缺陷的深度 、 长度和宽度。 管道内缺陷的深度值计算公式为: d f ( t 一t o ) e ( 1 ) 式 中 : d 为在位置 i 处 的缺 陷深度 , m; , 为反射 波 的 速度 , m s ; t 为在位置 i 处反射 回波 的时间 , s ; t 。 为探 头在提离高度处测试无缺陷位置发射回波的时间, S 。 2
17、剩余 强度 的评价方法 2 1 AS ME B 3 1 G评 价分析 采 用 AS ME B 3 1 G 的二级 评 价 方法 ( 有 效 面 积 法 ) 对缺陷数据进行分析。 管道内缺陷的环向剩余强度和失效压力为 s S flow 等 P v 一 - S no 高 膨胀 压力 系数 M 计算 公式 为 当 L D 5 0时 : M 一 ( 1 + o 6 2 7 5 一 0 0 0 3 7 5 南 ) ( 4 ) 当 L 。 D 5 0时 : M 一0 0 3 2 L Dt +3 3 ( 5 ) 式中 : s 为缺陷管道的环 向剩余强度 , MP a ; S n o 为 材料流变应力 ( S
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- 基于 超声波 检测 管道 缺陷 剩余 强度 研究
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