站場(chǎng)進(jìn)出站管道的應(yīng)力分析

高德潔 王鑫 齊保坤(.中國石油天然氣管道工程有限公司天津分公司，天津 00457；2.天津市大和勞務(wù)服務(wù)有限責(zé)任公司，天津 00457；.海洋石油工程股份有限公司，天津 00457)

0 引言

近年來，隨我國油氣長(zhǎng)輸管道逐漸增多，安全要求日益提高，優(yōu)化設(shè)計(jì)也顯得尤為重要。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，有些油氣站場(chǎng)站外設(shè)置錨固墩，錨固墩處受力很大，不僅施工困難，而且容易造成管道破壞，存在安全隱患。

目前，部分站場(chǎng)進(jìn)出站管道站外不再設(shè)置錨固墩管道，而是采用加兩個(gè)彎管后，再進(jìn)出站的敷設(shè)方式，來減小二次應(yīng)力以及收(發(fā))球筒固定端受力。由于站場(chǎng)內(nèi)外管道設(shè)計(jì)分界一般在站外2m 處，但管道應(yīng)力分析分界在2m 處分界，不能真實(shí)的反映管道應(yīng)力和收(發(fā))球筒固定端受力的真實(shí)情況。為了使應(yīng)力分析計(jì)算結(jié)果更接近真實(shí)情況，本文建立不同CAESAR II 模型，通過對(duì)站場(chǎng)進(jìn)出站管道進(jìn)行應(yīng)力分析，得出站場(chǎng)內(nèi)外管道應(yīng)力分析計(jì)算分界的合適位置，對(duì)今后進(jìn)出站管道應(yīng)力分析具有指導(dǎo)意義。

1 軟件介紹

CAESAR II 管道應(yīng)力分析軟件是由美國COADE 公司研發(fā)的壓力管道應(yīng)力分析專業(yè)軟件。它可以進(jìn)行管道靜態(tài)、動(dòng)態(tài)應(yīng)力分析，也可以進(jìn)行埋地管道應(yīng)力分析。是國際上公認(rèn)的、應(yīng)用最廣泛的管道應(yīng)力分析軟件之一。

CAESAR II 管道應(yīng)力分析軟件中埋地部分包含兩種分析方法，一種是CAESAR Basic Soil Model，一種是American Lifelines Alliance。本文選用第一種CAESAR Basic Soil Model 方法，該方法基于Peng 理論，采用雙線性土壤約束模型，認(rèn)為土壤豎向和橫向約束一致。

2 實(shí)例分析

某輸氣站場(chǎng)收(發(fā))球筒所在管道，采用站外兩個(gè)90°清管彎管對(duì)接的安裝方式，來代替設(shè)置錨固墩，應(yīng)力校核標(biāo)準(zhǔn)采用ASME B31.8，管材選用Φ508x16 的X52 直縫埋弧焊鋼管，具體管道及介質(zhì)參數(shù)見表1，土壤參數(shù)見表2。

表1 管道及介質(zhì)參數(shù)表

表2 土壤參數(shù)表

根據(jù)工藝管道安裝圖，建立站場(chǎng)進(jìn)出站管道收(發(fā))球筒所在管道區(qū)域CAESAR II 模型，其站外部分管道長(zhǎng)度取200m，進(jìn)出站區(qū)域模型如圖1 所示。

圖1 站場(chǎng)進(jìn)出站管道CAESAR II計(jì)算模型

站場(chǎng)進(jìn)出站管道CAESAR II 計(jì)算模型平面圖如圖2 所示，計(jì)算得出進(jìn)出站三通處一次應(yīng)力為79639.9KPa，二次應(yīng)力為107380KPa，滿足ASME B31.8 規(guī)范要求。虛擬錨固長(zhǎng)度為100m。收(發(fā))球筒固定端受力為3711N。

圖2 站場(chǎng)進(jìn)出站管道CAESAR II計(jì)算模型平面圖

為了對(duì)比站外不同長(zhǎng)度管道模型，對(duì)站內(nèi)部分管道應(yīng)力及受力的影響，站外管道部分以虛擬錨固長(zhǎng)度的4、6、8 倍，再建立站外管道長(zhǎng)度為400m，600m，800m 的模型。進(jìn)出站三通節(jié)點(diǎn)950 處應(yīng)力值如表3 所示，結(jié)果均合格。

表3 進(jìn)出站三通處應(yīng)力值

根據(jù)表3，繪制曲線，進(jìn)出站三通處應(yīng)力值隨所建模型站外長(zhǎng)度變化趨勢(shì)，如圖3 所示。

計(jì)算結(jié)果表明，隨進(jìn)出站管道長(zhǎng)度增加，進(jìn)出站三通處一次應(yīng)力基本不變；二次應(yīng)力有所增加，增加到600m 后，變化變緩。不同模型對(duì)進(jìn)出站三通處應(yīng)力影響不大，但對(duì)收(發(fā))球筒固定鞍座上的受力影響較大，不同模型收(發(fā))球筒固定端受力大小如表4 所示。

圖3 不同站外長(zhǎng)度模擬所得計(jì)算應(yīng)力/許用應(yīng)力

表4 收(發(fā))球筒固定端受力

根據(jù)表4，繪制曲線，固定端受力隨所建模型站外長(zhǎng)度變化趨勢(shì)，如圖4 所示。從圖4 可以看出，收發(fā)球筒固定端受力隨所建站外管道長(zhǎng)度的增加而增加，增加到站外600m 時(shí)，開始保持基本不變。所以做站場(chǎng)進(jìn)出站管道應(yīng)力分析時(shí)，只建到站內(nèi)200m，不能反應(yīng)管道應(yīng)力及收發(fā)球筒固定端受力的真實(shí)水平，至少要建到600m 處。

圖4 不同站外長(zhǎng)度模擬所得收發(fā)球筒固定端受力

3 結(jié)語

綜合上述分析，站場(chǎng)進(jìn)出站管道應(yīng)力分析只建到站外200m 處，得到的收發(fā)球筒固定端受力偏小，按照該結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)，提給土建的受力偏小，不夠安全。因此，站場(chǎng)進(jìn)出站管道應(yīng)力分析需要至少建到站外600m，才能反映出比較真實(shí)的管道應(yīng)力及收發(fā)球筒固定端受力情況。