基于Matlab编程的含缺陷长输管道安全评定

（西安石油大学机械工程学院，陕西 西安 710065）

基于Matlab编程的含缺陷长输管道安全评定

（西安石油大学机械工程学院，陕西 西安 710065）

分析各种管道评定标准给出不同裂纹情况相应的评价方法，采用GB/T 19624—2004对壁厚为18mm的X80 管段长输管道工程实测裂纹进行简化评定，绘制出失效评定图，得出该管道可以安全运行，并给出了最大容许等效裂纹尺寸。对评定过程中的复杂计算公式进行Matlab软件编程，使得计算过程程序化，提高计算准确率，降低评定难度。

Matlab编程；长输管道；安全评定

随着现代化工业的飞速发展，石油天然气行业也越来越受到人们的关注和重视，尤其是油气长输管道的安全问题。长输管道作为高压、高温、易燃、易爆介质的输送载体，在腐蚀、焊接、机械损伤等缺陷的影响下容易造成泄漏、爆炸等灾难性的事故，带来巨大的损失。为了减少和避免管道事故的发生，保证管道安全性，提高管道的整体经济效益，对于含缺陷长输管道进行安全评定就显得尤为重要。

1 失效评定概况

含缺陷管道安全评定方法国际上比较认可的是英国的R6标准、美国的ASME IWB-3650“铁素体钢管道缺陷评定规程及验收准则”及其附录H、美国API 1104、日本JWES 2805以及英国PD 6493标准[14]等。我国最新成果是BG/T 19624—2004《在用含缺陷压力容器安全评定》，通过分析国际常用的R6、PD 6493 和 ASME IWB-3650 压力管道评价标准方法等的基础理论，针对管道不同裂纹情况，给出以下相关建议：一般裂纹问题，可采用失效评定图法评价；对非穿透裂纹，直接计算塑性极限载荷PL和应力强度因子KI，以裂纹起裂或塑性失稳作为判定管道失效的准则；若无法确定裂纹管道的PL值，建议采用断裂力学的理论和相关计算进行评价；若无法得到PL计算公式的裂纹情况，则可采用有限元法对其进行计算评价。综上所述，本文采用BG/T 19624对一般裂纹进行简化评定，流程如图1所示。

图1 安全评定流程图

2 评定参数处理

本文选用具有较好强度、刚度及韧性的X80级管线铁素体钢，由工程背景及缺陷裂纹检测表征得到数据如表1所示。

表1 基本尺寸

2.1 缺陷规则化及表征尺寸

参照BG/T -19624得裂纹缺陷可以表征为长2c，高2a的埋藏裂纹，等效裂纹尺寸：

其中：

式中：W为等效裂纹尺寸系数；

e为埋藏裂纹中心偏离壁厚中心的距离；

B为管道壁厚，mm；

p1为管道表面距埋藏裂纹的距离。

2.2 应力计算

总当量应力：

其中：

式中：Kt为焊缝形状引起的应力集中系数；

Xb为弯曲应力折合系数；

Xr为焊接残余应力折合系数；

Pm为一次薄膜应力；

Pb为弯曲应力；

Q 为缺陷部位热应力的最大值和焊残余应力的最大值的代数和。

由于是薄壁管道故不考虑弯曲应力，管道安装温度与工作温度相差不大故不考虑热应力，裂纹分布在距焊缝较近的地方故需要考虑残余应力。

2.3 材料性能参数

由工程背景材料中查得管材的基本参数如下：

弹性模量 E=210GPa；屈服强度σs=552MPa；抗拉强度σb=621MPa； 断裂韧度δc=0.2112mm；焊缝屈服强度σsW=588MPa 。

2.4 断裂比、载荷比计算

断裂比δr计算方法如下：

其中：裂纹尖端张开位移：

鼓胀效应系数：

式中：R：管道半径，mm；E：弹性模量，MPa。

载荷比Lr计算方法如下：

3 Matlab软件编程

Matlab诞生于20世纪70年代末，但现在已成为国际公认的最优秀的工程应用开发软件，因此可利用它所提供的信息语言进行编程完成特定的工作。

本文采用Matlab工程应用软件对缺陷管道评定过程中的计算公式进行编程，将各个公式采用程序设计的方式用语言编写成通过输入直接输出结果的简单化计算，各部分计算运行结果如表2所示。

表2 运行参数结果

由此可见采用软件编程的方法省去了平时手工计算的繁琐，以及过失误差造成的失误，且较人工计算准确且简单。

4 安全评定

根据所计算出的断裂比与载荷比值，绘制失效评定图如图2所示。由图2可见评定点处于安全区内，故该裂纹缺陷不影响长输管道的正常运行。

图2 失效评定图

最大允许等效裂纹尺寸计算如下：

由此可见该油气长输管道的裂纹在允许尺寸内，故评定结果为可安全使用。

5 结语

通过各种缺陷评价方法分析得出一般裂纹可采用失效评定图法进行评定，利用Matlab编程对该评定过程中的公式程序化，计算简单精确，并得出该工程背景下的缺陷裂纹被评定为可继续安全运行的结论。可知，软件编程可减少安全评定过程中计算的工作量，提高计算的准确率，降低评定难度，同时对长输管道的使用与管理过程有所提升，使长输管道的评定得到了进一步的发展。

[1] GB/T 19624—2004,在用含缺陷压力容器安全评定[S].

[3] 沈士明.在役压力管道安全评定研究的现状与发展[J].中国机械工程，2007（3）：101-104.

[3] 王予东,肖志刚.在役含缺陷油气管道安全评价准则[J].油气储运，2013（32）：1-3.

设备与自控

许 焕

Safety Evaluation of Long-distance Pipeline Contained Defects based on M atlab Programm ing

XU Huan
(School of Mechanical Engineering, Xi’an Shiyou University, Xi’an 710065, China)

Based on analysis of various pipelines criteria, corresponding evaluation methods for dif ferent condition of crack were given. Using GB/T 19624-2004, the crack of wall thickness 18mm pipe X80 in long distance pipeline engineering measurement was simplif ed assessed, the failure assessment diagram of the pipeline was drawn out. It was got that it could be safely operated, and th e maximum allowable equivalent crack size was given. The Matlab software programm ing was used for complex formula in the evaluation process, and made the process procedural, improved the calculation accuracy and reduced the evaluation diff culty.

Matlab programm ing; long-distance pipeline; safety evaluation

TE 973

B

1671-9905(2014)07-0071-03

许焕（1989-），女，陕西榆林人，在读硕士研究生，主要研究方向为压力容器及管道的设计、制造和安全保障的技术研究

2014-05-12