雙層壓力管道及其在線安全監(jiān)控技術研究.pdf

1、管道作為一種安全、經濟、便捷、對環(huán)境影響小的運輸方式，在石油、天然氣和煤漿等能源的運輸中得以廣泛應用，其安全性至關重要。傳統的泄漏檢測方法雖然一定程度上緩解了事故的發(fā)生，但其作為事后處理方法，沒有從根本上改變管道的安全性；而風險評估技術雖然在國外管道安全上發(fā)揮了巨大的作用，但其是靠真實可靠的管道運行參數支持下進行的，在我國由于歷史等原因，多數管道存在運行數據資料不全現象，因此目前在我國推廣該項技術還存在諸多困難。而雙層管正是管道在結構上

2、的一次重大改進，尤其適用于長輸油氣管道。其在安全性、可靠性、抗爆抑爆、實時監(jiān)控、定期檢測等方面有著單層管無法比擬的優(yōu)勢。本文在教育部高等學校博士學科點專項科研基金“承壓設備強度數值模擬關鍵技術研究”(資助號：20010335032)、“教育部新世紀優(yōu)秀人才支持計劃”和橫向項目“雙層大型壓力管道及其在線安全狀態(tài)監(jiān)控技術研究”的資助下，對雙層管的制造、使用、設計和安全監(jiān)控等相關技術進行了一系列的研究。主要研究成果有： 1.根據彈塑性

3、理論，分析了雙層管液壓脹合過程中內外管的應力應變關系，得到了脹合液壓力與殘余接觸壓力的關系表達式、脹合液壓力與層間接觸壓力的關系表達式以及脹合液壓力的工作范圍，提出了雙層管能夠實現液壓脹合的判據準則，即內外管的材料性能參數及幾何尺寸必須滿足的條件。計算公式物理意義明確，對內外管壁厚沒有嚴格的限制，既適用于內外管為薄壁的情況，也適用于內外管為厚壁的情況。 2.提出了適用于雙層管液壓脹合的當量屈服強度概念，給出了液壓脹合時內層管與外

4、層管接觸時的應變對應某一應力值確定材料當量屈服強度的方法。該方法不需要測定材料的真實應力應變曲線，僅需知道材料的屈服強度、抗拉強度和延伸率等幾個必要參數，簡單易行，能很好地將材料的應變強化現象考慮在內。試驗研究及有限元數值模擬均表明，將內層管材料的真實屈服強度以當量屈服強度代替進行的理論分析，可使計算結果精度大大提高。 3.在國內外液壓脹合裝置研究成果的基礎上，開發(fā)出一套適用于大尺寸、高壓力場合的雙層管液壓脹合生產裝置。該裝置采

5、用多根螺栓結構，不但解決了軸向力過于集中的問題，還使得操作方便，提高了工作效率；借鑒唇形密封圈依靠兩側唇形變形實現自緊密封的基礎上，自行設計了Y形密封圈，增加了徑向自緊式密封的功能，使原來兩個密封面變成三個密封面，具有較大的徑向彈性變形能力和回彈能力，徑向變形達11mm。 4.雙層管的安全監(jiān)控系統，能夠實現對雙層管的層間氣體壓力的實時采集任務，并具有在線報警及實時監(jiān)控功能，操作簡便。可實時顯示各通道壓力的變化，起到實時監(jiān)控的作用