輸氣管道特殊管段應力分析及安全性研究

周震巖 王小偉 康凱 薄永澤 王強

摘要：管道作為天然氣運輸的主要方式，在我國石油和天然氣行業中又越來越廣泛，因此一旦管道發生破壞，就會造成嚴重的后果。在實際應用過程中，需要加強對輸氣管道的應力研究分析。針對管道所需要經過的人口密集區，隧道、障礙物等特位，應當加強其安全檢測，才能夠有效提高數據管道的安全性，因此需要重點對輸氣管道特殊管段的應力分析和安全性研究。

關鍵詞：輸氣管道;特殊管段;應力分析

輸氣管道通常情況下是運送液體、氣體的密封設備，在使用過程中需要承載一定的壓力，因此對輸氣管道的安全性提出了更高的要求。合理分析輸氣管道的應力分析和選擇合適的設計方法非常重要。在確保輸氣管道的正常使用的前提下，在最大程度上實現輸氣管道的經濟目標。我國根據輸氣管道的使用情況，出臺了相關標準以及技術要求等。不斷對輸氣管道進行改進，使輸氣管道的設計，制造，檢驗以及使用等環節都能得到充分保障，實現了壓力輸氣管道的迅速發展。

1輸氣管道特殊管段應力分析及安全性研究概述

管道應力分析是對管道的力學進行計算和評價，通過管道應力分析能夠有效了解到管道的內力、位移和應力的物理學量，通過相應的評價工作，能夠得出管道在運行過程中是否處于安全運行狀態。因此管道應力分析是管道設計的重要環節，通過管道應力分析，不僅可以提高管道設計的可靠性，而且還能夠提高管道的安全性，降低其造價成本。

管道在運行過程中所受到的荷載較多，不同的荷載會對管道產生不同的影響，因此在實際運營過程中，需要采用不同的方法進行分析，根據荷載的變化特點通常情況下應力分析可以分為靜力分析和動力分析。荷載不會隨著時間發生變化或者發生較慢的現象稱之為靜力分析。荷載隨著時間變化而快速變化導致管道產生慣性力的分析為動力分析。經理分析根據應力的特點，有多種的計算方法，常見的應力方法，包括壓力荷載下的強度進行壓力荷載和持續外載的強度計算，動力分析根據荷載特點分為沖擊振動、周期振動和隨機振動計算。

2應力分析的基本假設

在進行輸氣管道應力分析過程中需要加強對管道材料物理性質以及構成的研究，因此在實際運行過程中，相關的應力分析問題就會變得復雜化，需要提出相應的假設，才能夠實現應力分析的準確性。

（1）管道的物質結構保持連續性。假設管道內部完全有連續的介質充滿沒有空隙，這樣在發生應力分析時能夠實現連續性。

（2）管道的彈性變形范圍為完全彈性。作用在管道外力撤除以后物體能夠恢復到原有的狀態，并且沒有發生任何變形，完全的彈性物體符合胡可定律，即應力與應變呈現出正比例關系。

（3）管道的物質結構是均勻性，由于整個管道是由相同材料構成，因此在物體中的任何細小單元在方向上都是相同的，在進行應力分析時，不會隨著應力的變化而導致方向發生變化。

3有限元應力分析

傳統的輸氣管道設計方法是簡單計算得到薄膜應力或者彎曲應力，利用單一的許用應力來設計輸氣管道壁厚，這樣的做法能夠減少復雜的程序，但是在實際應用過程中會不符合實際生理情況。在輸氣管道的工作條件下，不僅會受到薄膜應力，還會受到彎曲應力，熱影力等影響，因此在實際輸氣管道的分析方法中，數值分析法是一種比較常見的方法。輸氣管道的應力分析主要包括：一次應力、二次應力以及峰值應力。一次應力是指在外荷載的基礎上，能夠滿足基本平衡條件的法向應力和剪應力。二次應力是指輸氣管道內部部件與相鄰部件之間的結構約束，自身結構約束會引起法向應力和剪應力;峰值應力式輸氣管道內部分結構不連續或者局部熱應力集中在一起，從而引起一次應力與二次應力之和的應力增量，因此在實際應用過程中，峰值應力形成的過程中具有最高應力值。采用第三強度理論可以進行應力分析和應力分類，因此對輸氣管道內進行應力分析時需要對第三強度理論進行細化研究。隨著有限元分析軟件的不斷發展，有限元分析軟件的功能也在不斷完善，有限元分析軟件已經成為彈性應力分析的主要方式。利用等效線性化處理方法，可以使有限元分析軟件進行應力分析及評定，在實際計算過程當中，有限元分析軟件并不能直接得到應力的表達公式，因此在進行線性化時，應當通過對輸氣管道的應力點進行分析從而得出應力分布曲線，然后利用積分可以得出相應值，才能夠計算各項應力。

4提高輸氣管道特殊管段安全性的措施

4.1完善輸氣管道的安全管理制度

由于輸氣管道施工單位技術水平存在差異，因此需要對施工單位進行差別化的監督管理，在進行輸氣管道建設過程中，要及時了解施工單位的技術水平，對承接項目工程的地理環境以及施工難點進行分析，及時掌握施工單位的質量管理水平，并對施工單位進行差異化管理，才能夠實現對輸氣管道安全管理的全面化，防止因為技術水平原因而導致輸氣管道出現安全風險事故，及時對施工單位的施工進度進行巡檢，對于輸氣管道的特殊管段要進行全程監控，抓好質量控制，從而實現輸氣管道的安全管理。

4.2提高輸氣管道的技術水平

需要對輸氣管道工程的方式不斷創新，在利用管道進行運輸的同時，還需要拓展更為先進的運輸方式，在采用管道運輸過程中，需要定期對管道進行維修和排查，淘汰一些較為落后，使用時間過長的管道。不斷提高輸氣管道的研發力度，采用更為先進的管道材質來提高管道運輸材料的耐用性和防腐性。另外，還需要提高工作人員的技術水平，注重培養專業性技術人才，為油氣儲運工程建設奠定基礎。

5結束語

隨著我國科學技術的不斷發展，對輸氣管道的設計方法提出了更高的要求，不同的設計方法能夠實現輸氣管道的不同作用。因此，在實際使用過程中選擇合適的設計方法非常重要。不斷改善設計方法，能夠有效提高輸氣管道的安全性和有效性。另外，對輸氣管道的設計方法進行評價，可以及時發現設計方法中所存在的問題，進而提出相應的解決措施，能夠有效提高輸氣管道的發展。

參考文獻

[1]修連克，寧博.特殊地段油氣管道的應力淺析[J].化學工程與裝備，2018：79-80.

[2]馮寧波.油氣長輸管道安全性管理淺析[J].中國化工貿易，2019：18.

[3]甄林林，徐繼巖.油氣輸送管道應力分析及應變設計研究[J].科技資訊，2015：247.

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