大直径天然气管道焊接支管三通连接补强分析

陈志立

摘 要：随着石油工业的不断发展，长输管道已成为石油天然气运输的重要方式。大直径的管道时有运用，在较大的管内压作用下，管道的接头处往往成为了受力较复杂的部位，极有可能造成局部破裂，而发生大面积泄露，这给管道安全运行带来了极大的危害。文章结合巴西GASCAV天然气管道项目，对天然气管道TEE连接的方案进行比选并对其力学性能采用有限元的分析方法展开较深入的分析。

关键词：大直径天然气管道；三通连接补强；有限元的分析

1 工程背景

巴西GASCAV天然气管道采用直径为28″，壁厚为15.88mm的主管，设计压力为10Mpa，在压缩机站场内有多处TEE型连接。如果直接采用焊接管段的方法，经按规范公式及三维有限元计算机防真计算，在其连接部位出现多处强度不足部位，必须采取加强措施。

2 方案比选

通常情况下，可采用的加强方法有以下几种：等径三通、异径三通、插入加强管接头、局部补强、整体补强等方案、近年来出现的较新的补强方法有碳纤维复合材料补强技术。

其优缺点归纳如下：

本工程采用的是整体补强的方案，主要是考虑市场上没有28″管径的TEE型接头，如果定做时间周期太长。在工期要求非常紧的情况下，考虑到施工单位有能力现场制作补强TEE接头，选择了质量可靠的整体补强的方案，如图1所示。

3 计算分析

文章对整体补强三通受力采用有限元计算机仿真模拟。

计算软件采用国际通用有限元分析软件ANSYS10.0

问题描述：本工程TEE型连接，设计内压为10MPa，管材为Y70，屈服强度为482MPa。物力及几何参数分别如下：

选择主管径为711.2mm，支管为354.74mm，经整体补强后的几何模型如图2所示； 钢材的物理力学本构参数输入如图3。

计算结果分析：

未经补强时TEE接头部位出现应力较集中的部位在TEE肩部内侧，最高应力达到357MPa，如图4所示，超过了材料考虑安全系数后的屈服强度。

经过整体补强后，最高应力下降到289MPa，如图5所示，小于考虑安全系数后的屈服强度，应力值下降了约19%，效果非常明显。

完工后的TEE连接如图6所示，经实践运行，此做法安全可靠，运行正常。