长输在役管道残余应力分布规律研究

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“西气东输”工程管线是我国距离最长、口径最大、输气量最大的输气管道,长度达到15000多公里。全线地形地貌复杂,管道铺设类型多样。为确保西气东输管道的运行安全,本文采用X射线衍射法对在役管道进行残余应力检测与评价。为全面监测管道运行过程中的应力水平,本文选取了西气东输管线中几处典型管道进行测试研究。测试管道包含露天管道(如西气东输末站站内工艺管道)、穿隧道管道(盐水沟隧道内管道)、埋地管道(塔里木油田英伦管线和克伦管线)三种形式。测试管道部位包括末站站内管道长关阀前端三通部位,隧道出口弯头部位等敏感部位。检测焊缝类型包括对接环焊缝、T型焊缝、螺旋焊缝、螺旋焊缝和环焊缝相交处等典型焊缝。在此基础之上,专门采用西气东输X70真实管道制作了型式试验管道,研究新管道内壁和外壁焊后残余应力分布规律。  研究结果表明,管道危险截面位于焊接热影响区内。露天管道工作状态下的应力水平相当于0.61σ0.2,埋地管道应力水平最大可达到0.68σ0.2,具有一定的安全裕度。  盐水沟隧道管道支撑脱离附近,焊缝热影响区处轴向与环向最大应力分别达到0.93σ0.2及0.80σ0.2,且该焊缝处的高应力具有普遍性,主要原因是由于管道上拱变形引起附加弯曲应力与焊接残余应力及工作应力等叠加而成。  X70管道在制造初期的卷板螺旋焊接后,内壁螺旋焊缝附近热影响区处残余应力一般在0.8σ0.2以上,最大值甚至达到1.05σ0.2。外壁残余应力较小,一般不超过0.4σ0.2。高焊接残余应力只影响焊缝局部,离焊缝中心40-50mm以外(焊肉宽度20mm),焊接残余应力基本消失,仅为管道筒体残余应力。  由于天然气运输中应力的波动及腐蚀环境,过高的焊接残余应力及其它附加应力极易引发应力腐蚀及腐蚀疲劳。焊缝附近的热影响区是管道的危险截面,在工程上应重点监测控制。
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